Применение композиционных материалов и конструкций на их основе в разных сферах, в том числе высокотехнологичных и высокоточных, таких как авиационная, ракетная, космическая и т.п., требует тесного сотрудничества проектировщиков, конструкторов, технологов. Еще на ранних стадиях проектирования необходимо проводить множество исследований и анализов изделий и целых агрегатов из полимерных материалов.
Гармонический анализ
Гармонический анализ композитов применяется с целью изучения реакции полимерных соединений на гармоническое возбуждение и определения соответствующих числовых показателей.
Гармоническое возбуждение в данном случае проявляется в виде механической нагрузки под действием кинематического движения (перемещения, изменения скоростного режима) определенной частоты. Анализ гармонического отклика полимера может проводиться в условиях демпфирования, т.е. подавления колебаний в системах.
Результатом вычислений в гармоническом анализе конструкции является числовые характеристики амплитуды и фаз. На показатели влияют действия перемещения, скорости, ускорения, силы, напряжения в структурах.
Методом гармонического анализа композитов осуществляется построение амплитудно-частотной характеристики исследуемой конструкции.
Модальный анализ
Методом модального анализа определяются частоты и формы собственных колебаний полимерных конструкций. Собственные колебания состоят из колебаний подконструкций, т.е. их составных частей, поэтому проводятся динамические испытания каждой части и на их основе строится математическая модель всего крупногабаритного композита.
Разбиение подобной крупной конструкции на составные элементы усложняется двумя причинами:
- Необходимость установления опорных средств и надежного закрепления. При отсутствии таковых повышается погрешность показателей.
- Большие размеры конструкции и конструктивная сложность композита в собранном виде.
Статический и динамический анализы
Анализ конструкций может быть статическим и динамическим.
Статический анализ конструкции характеризуется воздействием напряжения и нагрузок, постоянных по времени, и позволяет вычислить показатели напряженного состояния. Данный метод особенно востребован в проектировании. Он позволяет определить перемещение, напряжение, деформацию, которые проявляются в конструкции и ее составных элементах в условиях постоянного нагружения.
Динамический анализ конструкций отличается приложением переменных по времени нагрузок и изменением по времени откликов композита (в виде перемещения, скорости, ускорения, силы и напряжения). Таким образом, динамические характеристики зависят от времени, что является преимуществом динамического анализа перед статическим методом за счет более высокой сложности и реалистичности данных.