Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами

Комплексно досліджено напружено-деформований та граничний стани багатошарових структур (гомогенних та гетерогенних триплексів) з тріщиноподібними дефектами в їх елементах у діапазоні 213…293 K. Для ефективного визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень біля вершин тріщин в органічному та неорга...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Фізико-хімічна механіка матеріалів
Дата:	2015
Автори:	Рудяк, Ю.А., Підгурський, М.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України 2015
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135159
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами / Ю.А. Рудяк, М.І. Підгурський // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 2. — С. 68-71. — Бібліогр.: 6 назв. — укp.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135159
record_format	dspace
spelling	Рудяк, Ю.А. Підгурський, М.І. 2018-06-14T16:16:39Z 2018-06-14T16:16:39Z 2015 Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами / Ю.А. Рудяк, М.І. Підгурський // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 2. — С. 68-71. — Бібліогр.: 6 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135159 Комплексно досліджено напружено-деформований та граничний стани багатошарових структур (гомогенних та гетерогенних триплексів) з тріщиноподібними дефектами в їх елементах у діапазоні 213…293 K. Для ефективного визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень біля вершин тріщин в органічному та неорганічному склі розвинуто поляризаційно-оптичний метод для величин оптичної анізотропії, менших за 1l, де l – довжина хвилі зондувального випромінювання. Для оцінки граничного стану триплексів, елементами яких є органічне і неорганічне скло та склеювальний шар, запропоновано фізико-механічний критерій граничного стану – критерій тензора діелектричної проникності. Проаналізовано міцність чотирьох варіантів триплексів (гомогенний без та з обрамленням, гетерогенний без та з обрамленням) і вибрано оптимальну конструкцію – гетерогенний триплекс без обрамлення. Комплексно исследованы напряженно-деформированное и предельное состояния многослойных структур (гомогенных и гетерогенных триплексов) с трещиноподобными дефектами в их элементах в диапазоне 213…293 K. Для эффективного определения коэффициентов интенсивности напряжений возле вершин трещин в органическом и неорганическом стекле развит поляризационно-оптический метод для величин оптической анизотропи, меньших за 1l, где l – длина волны зондирующего излучения. Для оценки предельного состояния триплексов, элементами которых является органическое и неорганическое стекло и склеивающий слой, предложен физико-механический критерий предельного состояния – критерий тензора диэлектрической проницаемости. Проанализирована прочность четырех вариантов триплексов (гомогенный без и с обрамлением, гетерогенный без и с обрамлением) и выбрана оптимальная конструкция – гетерогенный триплекс без обрамления. The stress-strain state and limiting state of multilayer structures (homogeneous and heterogeneous triplex) with crack-like defects in their elements in the temperature range 213…293 K are studied in a complex. In order to determine effectively the values of the stress intensity factors (SIF) at the crack tips in organic and inorganic glass, the polarizationoptical method was developed for the cases of investigation of small size (to 1l, where l is wavelength of the probe radiation) patterns of optical anisotropy. To assess the limiting state of the triplex, with component parts (elements) that are organic and inorganic glass and cementing the layer, the physicomechanical criterion of the limiting state – the criterion of tensor of dielectric permeability (TDP) is proposed. As a result of the studies four options for constructive solutions of triplex (homogeneous triplex without frame and with frame, heterogeneous triplex without frame and with frame) are analyzed in terms of the strength and the optimum constructive design – heterogeneous triplex without frame – was defined. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами Исследование прочности многослойных структур из прозрачных диэлектриков оптическими методами Investigation of strength of multi-layer structures of transparent dielectrics by optical methods Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами
spellingShingle	Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами Рудяк, Ю.А. Підгурський, М.І.
title_short	Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами
title_full	Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами
title_fullStr	Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами
title_full_unstemmed	Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами
title_sort	дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами
author	Рудяк, Ю.А. Підгурський, М.І.
author_facet	Рудяк, Ю.А. Підгурський, М.І.
publishDate	2015
language	Ukrainian
container_title	Фізико-хімічна механіка матеріалів
publisher	Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
format	Article
title_alt	Исследование прочности многослойных структур из прозрачных диэлектриков оптическими методами Investigation of strength of multi-layer structures of transparent dielectrics by optical methods
description	Комплексно досліджено напружено-деформований та граничний стани багатошарових структур (гомогенних та гетерогенних триплексів) з тріщиноподібними дефектами в їх елементах у діапазоні 213…293 K. Для ефективного визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень біля вершин тріщин в органічному та неорганічному склі розвинуто поляризаційно-оптичний метод для величин оптичної анізотропії, менших за 1l, де l – довжина хвилі зондувального випромінювання. Для оцінки граничного стану триплексів, елементами яких є органічне і неорганічне скло та склеювальний шар, запропоновано фізико-механічний критерій граничного стану – критерій тензора діелектричної проникності. Проаналізовано міцність чотирьох варіантів триплексів (гомогенний без та з обрамленням, гетерогенний без та з обрамленням) і вибрано оптимальну конструкцію – гетерогенний триплекс без обрамлення. Комплексно исследованы напряженно-деформированное и предельное состояния многослойных структур (гомогенных и гетерогенных триплексов) с трещиноподобными дефектами в их элементах в диапазоне 213…293 K. Для эффективного определения коэффициентов интенсивности напряжений возле вершин трещин в органическом и неорганическом стекле развит поляризационно-оптический метод для величин оптической анизотропи, меньших за 1l, где l – длина волны зондирующего излучения. Для оценки предельного состояния триплексов, элементами которых является органическое и неорганическое стекло и склеивающий слой, предложен физико-механический критерий предельного состояния – критерий тензора диэлектрической проницаемости. Проанализирована прочность четырех вариантов триплексов (гомогенный без и с обрамлением, гетерогенный без и с обрамлением) и выбрана оптимальная конструкция – гетерогенный триплекс без обрамления. The stress-strain state and limiting state of multilayer structures (homogeneous and heterogeneous triplex) with crack-like defects in their elements in the temperature range 213…293 K are studied in a complex. In order to determine effectively the values of the stress intensity factors (SIF) at the crack tips in organic and inorganic glass, the polarizationoptical method was developed for the cases of investigation of small size (to 1l, where l is wavelength of the probe radiation) patterns of optical anisotropy. To assess the limiting state of the triplex, with component parts (elements) that are organic and inorganic glass and cementing the layer, the physicomechanical criterion of the limiting state – the criterion of tensor of dielectric permeability (TDP) is proposed. As a result of the studies four options for constructive solutions of triplex (homogeneous triplex without frame and with frame, heterogeneous triplex without frame and with frame) are analyzed in terms of the strength and the optimum constructive design – heterogeneous triplex without frame – was defined.
issn	0430-6252
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135159
citation_txt	Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами / Ю.А. Рудяк, М.І. Підгурський // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 2. — С. 68-71. — Бібліогр.: 6 назв. — укp.
work_keys_str_mv	AT rudâkûa doslídžennâmícnostíbagatošarovihstrukturízprozorihdíelektrikívoptičnimimetodami AT pídgursʹkiimí doslídžennâmícnostíbagatošarovihstrukturízprozorihdíelektrikívoptičnimimetodami AT rudâkûa issledovaniepročnostimnogosloinyhstrukturizprozračnyhdiélektrikovoptičeskimimetodami AT pídgursʹkiimí issledovaniepročnostimnogosloinyhstrukturizprozračnyhdiélektrikovoptičeskimimetodami AT rudâkûa investigationofstrengthofmultilayerstructuresoftransparentdielectricsbyopticalmethods AT pídgursʹkiimí investigationofstrengthofmultilayerstructuresoftransparentdielectricsbyopticalmethods
first_indexed	2025-11-25T04:34:57Z
last_indexed	2025-11-25T04:34:57Z
_version_	1850506511233581056
fulltext	68 Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 2. – Physicochemical Mechanics of Materials ДОСЛІДЖЕННЯ МІЦНОСТІ БАГАТОШАРОВИХ СТРУКТУР ІЗ ПРОЗОРИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ ОПТИЧНИМИ МЕТОДАМИ Ю. А. РУДЯК, М. І. ПІДГУРСЬКИЙ Тернопільський державний медичний університет ім. І. Я. Горбачевського; Тернопільський національний технічний університет ім. Івана Пулюя Комплексно досліджено напружено-деформований та граничний стани багатошаро- вих структур (гомогенних та гетерогенних триплексів) з тріщиноподібними дефек- тами в їх елементах у діапазоні 213…293 K. Для ефективного визначення коефіцієн- тів інтенсивності напружень біля вершин тріщин в органічному та неорганічному склі розвинуто поляризаційно-оптичний метод для величин оптичної анізотропії, менших за 1λ, де λ – довжина хвилі зондувального випромінювання. Для оцінки граничного стану триплексів, елементами яких є органічне і неорганічне скло та склеювальний шар, запропоновано фізико-механічний критерій граничного стану – критерій тензора діелектричної проникності. Проаналізовано міцність чотирьох ва- ріантів триплексів (гомогенний без та з обрамленням, гетерогенний без та з обрам- ленням) і вибрано оптимальну конструкцію – гетерогенний триплекс без обрамлення. Ключові слова: напружено-деформований стан, триплекс, структура, критерій, діелектрична проникність. Багатошарові структури як елементи сучасних конструкцій та вузлів агрега- тів все частіше використовують в інженерній практиці. Розв’язання граничних задач теорії пружності суттєво ускладнюється, якщо шари містять технологічні та конструктивні концентратори, особливо тріщиноподібні дефекти та включен- ня. Для таких структур відсутні ефективні методи, які б комплексно оцінювали розподіл напружено-деформованого стану (НДС) та граничний стан. Проаналізо- вано [1, 2] міцність складних структур (включаючи шаруваті) з тріщинами та надрізами. Виявлено, що під час досліджень на ударну в’язкість зразків Шарпі тріщина просувається лише до першої на її шляху площини з’єднання шарів. Крім того, наведено інформацію [2], що окрім тріщин, які виникають усередині шаруватих матеріалів, доволі часто під час їх виготовлення та експлуатації утво- рюються і поверхневі тріщини-надрізи, або області локального поверхневого розшарування. Наведено [3] результати експериментального визначення НДС го- могенних та гетерогенних триплексів в умовах низьких температур методом фо- топружності. Виявлено, що під час охолодження триплексів до 213 K тріщини можуть зароджуватись як в елементах триплексів, так і у склеювальному шарі. Але не узагальнено результатів комплексної оцінки НДС та граничного багато- шарових структур за можливого виникнення тріщин у їх елементах. Нижче комплексно досліджено НДС та граничний стан багатошарових структур (триплексів) з тріщиноподібними дефектами в їх елементах. Метод дослідження. Вивчали міцність триплексів за кімнатної та пониже- них температур, застосовуючи модифікований поляризаційно-оптичний метод [4] для оцінювання малих величин (до 1λ, де λ – довжина хвилі світла зондуваль- ного випромінювання) оптичної анізотропії та фізико-механічний критерій гра- Контактна особа: М. І. ПІДГУРСЬКИЙ, e-mail: pidhurskyy@gmail.com 69 ничного стану діелектриків – критерій тензора діелектричної проникності (ТДП) [5]. Моделі зразків із епоксидної смоли аналізували поляризаційно-оптичним методом з допомогою координатно-синхронних поляриметрів КСП-7 та КСП-10. Кінетику руйнування неорганічного силікатного скла вивчали, використовуючи агрегатні поляризаційні мікроскопи ПОЛАМ Р-312 та ПОЛАМ Л-211. Напруже- ний стан гомогенних та гетерогенних триплексів за знижених температур – поля- риметром КСП-7. Результати та їх обговорення. Комплексно досліджували НДС та граничний стан гомогенних та гетерогенних триплексів з дефектами типу тріщин в їх елемен- тах, зокрема, кінетику руйнування неорганічного силікатного скла, а на моделях з епоксидної смоли – вплив обрамлення на розподіл коефіцієнта інтенсивності напру- жень (КІН) під час проростання поверхневих тріщин (надрізів) у наскрізні в склею- вальному шарі. Крім того, аналізували результати руйнування органічного скла та вивчали напружений стан триплексів за знижених температур (до 213 K). За допо- могою критерію ТДП оцінювали граничний стан триплексів за наявності у їх еле- ментах тріщиноподібних дефектів. Основні оптико-механічні характеристики скла С52-1 такі [6]: густина ρ = 2,29⋅10–3 kg/m3 , границя міцності за згину σ* = 73 МРа, тріщиностійкість (сухе скло) KС = 0,71 МРа·m1/2 і KT С = 0,50 МPа·m1/2 (вологість 100%, 95°С), ударна в’язкість 1,8 kJ/m2, коефіцієнт лінійного розширення α = = 5,2·106 1/K, температура м’якнення Т = 585°С, термотривкість 180°С, коефіці- єнт пропускання світла 98%, коефіцієнт оптичної чутливості С = 0,34·107 1/МPа. Характеристики інших досліджуваних матеріалів наведені в табл. 1 і 2. Таблиця 1. Основні оптико-механічні характеристики органічного скла М ат ер іа л М о д у л ь п р у ж н о ст і Е ·1 03 , М Pа Г р ан и ц я м іц н о ст і н а р о зт я г σ* , М Pа Т р іщ и н о ст ій к іс ть K С , М Pа ·m 1/ 2 В ід н о сн е в и д о в ж ен н я за р о зр и в у , % У д ар н а в ’я зк іс ть , kJ /m 2 Т ем п ер ат у р а м ’я к н ен н я Т , ° С К о еф іц іє н т п р о п у ск а н н я св іт л а, % К о еф іц іє н т о п ти ч н о ї ч у тл и в о ст і С ·1 0–7 , 1 /М Pа Е-2 3,5 82 1,19 2,8 12 112 96 4,8 СО 2,9…3,2 78 1,15 3,2 10 92 91…93 0,21 Таблиця 2. Основні оптико-механічні характеристики епоксидних смол 293 K Температура “заморожування” М ат ер іа л М о д у л ь п р у ж н о ст і Е ·1 03 , М Pа Г р ан и ц я м іц н о ст і н а р о зт я г σ* , М Pа Т р іщ и н о ст ій к іс ть K С , М Pа ·m 1/ 2 К о еф іц іє н т о п ти ч н о ї ч у тл и в о ст і С ·1 0–7 , 1 /М Pа Т ем п ер ат у р а “з ам о р о - ж у в ан н я ” Т 1, °С М о д у л ь п р у ж н о ст і Е 1, М Pа Г р ан и ц я м іц н о ст і н а р о зт я г σ 1 * , М Pа В ’я зк іс ть р у й н у в а н н я K І* 1, k Pа ·m 1/ 2 К о еф іц іє н т о п ти ч н о ї ч у тл и в о ст і С 1· 1 0–7 1 /М Pа ЕД-20М 3,2 52 1,23 4,3 135 27 1,32 33 143 ЕД-16 2,8 47 1,18 4,1 130 24 1,27 29 128 ЕПСА 1,9 41 1,11 5,4 80 16 1,09 19 212 70 За результатами випроб проаналізували руйнування неорганічного силікат- ного скла С52-1. Визначали КІН KІ, KІІ та еквівалентні КІН K0. Для точнішої оцінки граничного стану матеріалів застосували критерій ТДП, який ґрунтується на рівняннях Максвелла та Неймана. Вираз для еквівалентного напруження σ0 за цим критерієм такий [5]: 0 1 2 1 2 3( / )C Cσ = σ + σ + σ , (1) де С1, С2 – оптико-механічні константи матеріалу, які визначають з тарувальних експериментів; σ1, σ2, σ3 – головні напруження. Вираз для КІН K0 за критерієм ТДП має вигляд 0 I IIK A K B K= ⋅ + ⋅ . (2) Для скла С52-1 значення констант С1, С2 досить близькі, тому у виразі (2) приймаємо параметри А і В рівними. Звідси 0 I II( )K A K K= ⋅ + (3) (для електровакуумного скла С52-1 А = 0,806). Розподіл еквівалентних напружень σ0 в неорганічному силікатному склі для чотирьох конструктивних варіантів гомогенних та гетерогенних триплексів при 213 K (у – координата точки вимірювання): � – гомогенний триплекс без обрамлення (зразок 1); � – з обрамленням (зразок 2); � – гетерогенний триплекс без обрамлення (зразок 3); � – з обрамленням (зразок 4). Distribution of equivalent stresses σ0 in inorganic silicate glass for four constructive design types of homogeneous and heterogeneous triplexes at 213 K (y is measuring coordinate point): � – homogeneous triplex without frame (specimen 1); � – with frame (specimen 2); � – heterogeneous triplex without frame (specimen 3); � – with frame (specimen 4). Після визначення КІН KІ та KІІ поляризаційно-оптичним методом [4] і розра- хунку еквівалентного КІН за формулою (3) встановили, що склопластинки з не- органічного силікатного скла з межовими тріщинами руйнуються з досягненням коефіцієнта K0 = 0,45...0,60 МPа⋅m1/2 (розтяг) та 0,41...0,52 МPа⋅m1/2 (триточковий згин), а середнього руйнівного напруження σ0 = 4,48 МРа. За результатами ана- логічних експериментів одержали інформацію про руйнування пластин з органіч- ного скла з межовими тріщинами та оцінили вплив обрамлення на КІН під час проростання поверхневих тріщин у наскрізні в склеювальному шарі. Досліджува- ли чотири триплекси різного конструктивного виконання: гомогенний (неорга- нічне силікатне скло–склеювальний шар–неорганічне силікатне скло) розмірами 100×14×10 mm (зразок 1) та з обрамленням розмірами 100×14×10 mm, товщина обрамлення 2 mm (зразок 2); гетерогенний без обрамлення (неорганічне силікат- не скло–склеювальний шар–органічне скло) розмірами 100×9×10 mm, товщина шару неорганічного силікатного скла 5 mm, склеювального шару 2 mm, органіч- ного скла 2 mm (зразок 3) та з обрамленням розмірами 100×9×10 mm, товщина шару неорганічного силікатного скла 5 mm, склеювального шару 2 mm, органіч- ного скла 2 mm, обрамлення 2 mm (зразок 4). Побудували (див. рисунок) графіки розподілу усереднених значень експериментально визначених еквівалентних КІН K0 в неорганічному силікатному склі (як найнебезпечнішому елементі триплекса 71 за наявності тріщин) для чотирьох конструктивних варіантів гомогенних та гете- рогенних триплексів при 213 K. Виявили, що за наявності тріщиноподібних де- фектів у елементах триплексів під час охолодження до 213 K гетерогенність є по- зитивним фактором, а обрамлення – негативним. ВИСНОВКИ Встановлено, що електровакуумне скло руйнується за КІН 0,45...0,60 МPа⋅m1/2 (за розтягу пластин з межовими тріщинами) та 0,41...0,52 МPа⋅m1/2 (за триточко- вого згину). Відповідне середнє руйнівне напруження становить 4,48 МPа. Про- аналізовано результати руйнування пластин з органічного скла (як складника ге- терогенних триплексів) СОС-174, СО3-033.5, СО3-083, СОО-112, СО3-062 з ме- жовими тріщинами, які утворювали кути 80...85° з напрямком розтягальних зу- силь. Середнє значення руйнівного напруження для оргскла 9,92 МPа. За резуль- татами експериментальних досліджень елементів триплексів з тріщиноподібними дефектами проаналізовано вплив гетерогенності та обрамлення і вибрано опти- мальний варіант конструктивного рішення триплекса – гетерогенний без обрам- лення. РЕЗЮМЕ. Комплексно исследованы напряженно-деформированное и предельное состояния многослойных структур (гомогенных и гетерогенных триплексов) с трещино- подобными дефектами в их элементах в диапазоне 213…293 K. Для эффективного опре- деления коэффициентов интенсивности напряжений возле вершин трещин в органичес- ком и неорганическом стекле развит поляризационно-оптический метод для величин оп- тической анизотропи, меньших за 1λ, где λ – длина волны зондирующего излучения. Для оценки предельного состояния триплексов, элементами которых является органическое и неорганическое стекло и склеивающий слой, предложен физико-механический критерий предельного состояния – критерий тензора диэлектрической проницаемости. Проанализи- рована прочность четырех вариантов триплексов (гомогенный без и с обрамлением, гете- рогенный без и с обрамлением) и выбрана оптимальная конструкция – гетерогенный три- плекс без обрамления. SUMMARY. The stress-strain state and limiting state of multilayer structures (homoge- neous and heterogeneous triplex) with crack-like defects in their elements in the temperature range 213…293 K are studied in a complex. In order to determine effectively the values of the stress intensity factors (SIF) at the crack tips in organic and inorganic glass, the polarization- optical method was developed for the cases of investigation of small size (to 1λ, where λ is wavelength of the probe radiation) patterns of optical anisotropy. To assess the limiting state of the triplex, with component parts (elements) that are organic and inorganic glass and cementing the layer, the physicomechanical criterion of the limiting state – the criterion of tensor of dielect- ric permeability (TDP) is proposed. As a result of the studies four options for constructive solu- tions of triplex (homogeneous triplex without frame and with frame, heterogeneous triplex without frame and with frame) are analyzed in terms of the strength and the optimum construc- tive design – heterogeneous triplex without frame – was defined. 1. Панасюк В. В. Механика квазихрупкого разрушения. – К.: Наук. думка, 1991. – 416 с. 2. Божидарнік В. В., Андрейків О. Є., Сулим Г. Т. Механіка руйнування, міцність і довго- вічність неперервно армованих композитів. – Луцьк: Надстир’я, 2007. – 824 с. 3. Мильніков О. В., Підгурський М. І. Дослідження напружено-деформованого стану три- плексів при експлуатації в умовах знижених температур // Вісник Терноп. нац. техн. ун-ту. – 2012. – № 2 (66). – С. 52–62. 4. Кепич Т. Ю., Рудяк Ю. А. Оптический метод механики разрушения // XV Sympozjum Mechaniki Eksperymentanej. – Jachranka, 1992. – С. 146–148. 5. Рудяк Ю. Критеріальне оцінювання ресурсу полімерних елементів машин // Вісник Терноп. нац. техн. ун-ту. – 2012. – № 4 (68). – С. 88–91. 6. Бартенев Г. М. Зеленев Ю. В. Физика и механика полимеров. – М.: Высш. шк., 1988. – 392 с. Одержано 15.12.2014

Дослідження міцності багатошарових структур із прозорих діелектриків оптичними методами

Репозитарії

Схожі ресурси