УДК 539.421

DOI 10.24411/1683-805X-2019-14005

 

Модель трещины с концевой областью на границе соединения различных материалов и кинетическая теория формирования молекулярных связей используются для оценки эффективности самозалечивания трещин в композиционных материалах. В модели трещины со связями в концевой области полагается, что усилия, препятствующие раскрытию трещины, снижают коэффициенты интенсивности напряжений, но сингулярность напряжений в вершине трещины сохраняется. Указаны основные этапы в процессе самозалечивания трещины: 1) формирование и рост дефектов/трещин под воздействием внешних нагрузок; 2) активация механизма самозалечивания; 3) самозалечивание дефектов/трещин с частичным или полным восстановлением связей между поверхностями трещин. Цель моделирования процесса самозалечивания состоит в определении усилий в связях в процессе формирования концевой области трещины и вычислении коэффициентов интенсивности напряжений, которые являются основными характеристиками эффективности самозалечивания трещины. Указанные параметры определяются численно из решения системы сингулярных интегро-дифференциальных уравнений. Для оценки времени регенерации связей при формировании концевой области трещины используется кинетическая модель. Приведены результаты анализа процесса самозалечивания трещины на границе соединения материалов с адгезионным слоем с эффектом самозалечивания.

Ключевые слова: самозалечивание, трещины, концевая область, деструкция и восстановление связей, соединение материалов, коэффициенты интенсивности напряжений

 

Modeling of the self-healing kinetics of cracks

The crack self-healing efficiency in composite materials is evaluated using a model of a crack with a bridged zone at the interface between different materials and the kinetic theory of molecular bond formation. The bridged model of a crack assumes that the forces preventing crack opening reduce the stress intensity factors, but the stress singularity at the crack tip is preserved. The main crack self-healing stages are indicated: 1) defect/crack initiation and growth under external loads, 2) activation of the self-healing mechanism, and 3) self-healing of defects/cracks with partial or full restoration of bonds between the crack surfaces. The modeling of the self-healing process is aimed to determine the bonding forces during the bridged zone formation and to calculate the stress intensity factors, which are considered as the major determinants of the crack self-healing efficiency. These parameters are determined numerically by solving a system of singular integro-differential equations. The time of bond restoration during the bridged zone formation is estimated using a kinetic model. The crack self-healing process at the interface between different materials and an adhesive layer with the self-healing effect is analyzed.

Keywords: self-healing, cracks, bridged zone, destruction and restoration of bonds, material interface, stress intensity factors

 

М.Н. Перельмутер  Моделирование кинетики самозалечивания трещин // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 4. - С. 47-55