Вычисление параметров напряженно-деформированного состояния полимерного композита в поле постоянного электрического тока
Сотрудниками лаборатории механики полимерных композиционных материалов (ЛМПКМ) проведено численное моделирование электропроводящих композитов. При прохождении через них электрического тока, происходит выделение тепла (согласно закону Джоуля-Ленца) и формирование неоднородных температурных полей. Это, в свою очередь, вызывает появление деформаций и напряжений в композитах. В работе решается последовательность несвязанных краевых задач: электропроводности, теплопроводности, термоупругости.
Показано, что даже если компоненты композита не обладают пьезоэффектом, то вследствие нагрева при протекании электрического тока в неоднородном материале с различными теплофизическими свойствами фаз возникают поля перемещений, деформаций и напряжений (рис.1).
Рисунок 1.Поверхности в ячейке композита «поли(3,4-этилендиокситиофен) - медный порошок»: (а) - напряженность электрического поля; (b) - интенсивность напряжений
Предложенная методика позволяет вычислить численные значения напряжений в композите при протекании через него электрического тока, сделать количественные оценки (рис. 2) и, при использовании соответствующего критерия прочности, оценить, насколько напряженное состояние композита близко к предельному (разрушению).
Рисунок 2.Зависимость максимальной интенсивности напряжений σimax(b) в композите «медь - графит» от напряженности электрического поля постоянного токаЕ
Работа выполнена д.ф.-м.н. Люкшиным П.А., д.т.н. Люкшиным Б.А., д.т.н. Паниным С.В., к.ф.-м.н. Бочкарёвой С.А. в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2021-0010.
Результаты исследования опубликованы в журнале: Mechanics of Solids (IF: 0,549 (2021); Q4 в категории JCR; Q3 в категории SJR. Lyukshin P.A.; Lyukshin B.A.; Panin S.V.; Bochkareva S.A. Calculation of the Stress-Strain State of a Polymer Composite in a Direct Electric Current Field // Mechanics of Solids, 2023, Vol. 58, No. 1, pp. 119-130. https://link.springer.com/article/10.3103/S0025654422600775