Методика исследования неплоских пленок и мембран сложной структуры
Среди тонкостенных элементов конструкций, отличающихся легкостью и высокой прочностью, широко применяются пленочные и мембранные элементы. Активно разрабатываются smart покрытия, имеющие сложную структуру. Из функционального назначения их целесообразно изготавливать неплоской формы - оболочечные пленки, мембраны и покрытия. При этом они могут иметь сложную структуру, заданную конструктором или приобретенную в процессе изготовления и эксплуатации. Исследование механических характеристик оболочечных пленок и мембран, имеющих сложную структуру, стандартным одноосным способом испытания не эффективно. Сложные структуры с макронеоднородностью малоэффективно исследовать методами индентирования, позволяющими судить о свойствах материала в окрестности рассматриваемой точки. В статье предложен экспериментально-теоретический метод определения механических характеристик неплоских пленочных и мембранных композиций сложной структуры. На экспериментальном этапе оценивается жесткость закрепленного по контуру неплоского образца, например, сферической, цилиндрической или тороидальной формы, нагруженного односторонним поверхностным давлением. Далее на базе соотношений, полученных из нелинейной теории оболочек, определяются интегральные механические характеристики материала оболочечного образца: приведенный модуль упругости (упругое деформирование) или приведенный условный модуль упругости (пластическое деформирование), кривые деформирования и т.д. Рассмотрены соотношения для тонких сферических мембран для случая больших перемещений и деформаций, а также соотношения для тонких цилиндрических мембран переменного радиуса. Методика продемонстрирована на примере исследования резиновой сферической мембраны с отверстиями и бездефектной катеноидальной оболочки.