Модель поврежденности в условиях трехточечного нагружения двухслойного металлокерамического композита на основе TiB/Ti

В работе разработана модель определения критической нагрузки в условиях трехточечного нагружения двухслойного металлокерамического композита на основе анализа локального влияния распределенных дефектов на поле напряжений. Напряженное состояние тела определяется как решение краевой задачи для сплошного материала. В качестве объекта исследования был выбран двухслойный металлокерамический композит на основе TiB/Ti, полученный методом свободного СВС-сжатия. Разработана методика определения статистического характера распределения дефектов в объеме образца по данным металлографического анализа его поперечного шлифа. Для определения критической нагрузки используется плотность вероятности размеров дефектов, определяемая на основе экспериментальных данных в полученных композитах. Критическая нагрузка определяется как для случая ровной границы раздела слоев, так и для случая ее синусоидальной формы. В конечно-элементном программном комплексе прочностных расчетов Abaqus построена цифровая копия деформируемой в условиях трехточечного нагружения двухслойной балки, с использованием которой проведено численное моделирование поля напряжений. На основании результатов численных расчетов вводится корректировка поля напряжения для двухслойного композита с синусоидальной формой границы раздела. Анализируется влияние скорректированного поля напряжений на прочность образца при наличии аналогичной случаю ровной границы картины распределения дефектов по его объему. Показано отсутствие влияния синусоидальной формы границы раздела слоев на изменение прочности образца при условии малости периода и амплитуды отклонения от прямолинейной формы относительно линейного размера образца.

In this work, a model was developed for determining the critical load of a two-layer ceramic-metal composite under three-point loading based on the analysis of the local influence of distributed defects on the stress field. The stressed state is defined as the solution of a boundary value problem for a solid. The subject of study was a two-layer ceramic-metal composite based on TiB/Ti obtained by free SHS (self-propagating high-temperature synthesis) compression. A method was developed for determining the statistical distribution of defects within a specimen based on metallographic cross-sectional analysis. The critical load was determined by the defect size probability density found from the experimental data for the composites. The cases of flat and sinusoidal interfaces between the layers were considered. A digital model of a two-layer beam deformed under three-point loading was built in Abaqus finite element software, which was used for numerical simulation of the stress field. Based on the numerical results, the stress field was corrected for the sinusoidal interface. The influence of the corrected stress field on the specimen strength was analyzed when the defect distribution pattern was similar to that in the composite with the flat interface. It was shown that the sinusoidal shape of the interface had no effect on the specimen strength, provided that the period and amplitude of deviation from the rectilinear shape were small relative to the linear size of the specimen.