Впервые выполнен анализ распределения температурных напряжений, возникших в слоистом керамическом диске ZrB2— SiC—ZrO2 при его изготовлении, с применением численных и аналитических методов. Численное моделирование реализовано методом конечных элементов с учетом зависимости свойств компонентов композита от температуры. Распределение остаточных напряжений поперек слоев имеет пилообразный характер, в котором напряжения принимают как отрицательные, так и положительные значения. Предложено новое аналитическое решение, основанное на упрощенной одномерной постановке задачи для центральной части диска. Это решение показало, что уровень остаточных напряжений определяется не только значениями коэффициентов термического расширения и двухосных модулей упругости соединенных материалов, но также толщиной и расположением слоев. Результаты полученного аналитического решения хорошо согласуются с результатами численного моделирования. Показано, что для оценок остаточных напряжений в слоистом композите в предположении, что свойства составляющих композита не зависят от температуры, целесообразнее брать термомеханические характеристики при высокой температуре, а не комнатной или средней температуре. Приведены результаты оценки влияния пористости на значения остаточных напряжений в слоистом керамическом композите. Установлено, что учет пористости приводит к уменьшению остаточных напряжений только в тех слоях, в которых она введена. Результаты исследования представляют основу для выполнения анализа остаточных напряжений для слоистых композитов разного состава и конкретных инженерных приложений.

The paper describes numerical modeling of the generation and propagation of the fronts of moving deformation autosolitons in a loaded nonlinear strong medium. It presents solving a system of dynamic equations for solid mechanics, using an equation of state written in a relaxation form that takes into account both an overload of the solid medium and subsequent stress relaxation. The structure of a deformation autosoliton front is investigated in detail. It is shown that the front of a deformation autosoliton that is moving in an elastoplastic medium is a shear band (i.e. a narrow zone of intense shearing strain), which is oriented in the direction of maximum shear stress. Consecutive formation of such shear bands can be viewed as deformation autosoliton perturbations propagating along the axis of loading (compression or extension). A fine structure of a deformation autosoliton front is revealed. It is shown that slow autosoliton dynamics is an integral component of any deformation process, including the seismic process, in any solid medium. In contrast to fast autosoliton dynamics (when the velocities of stress waves are equal to the speed of sound), slow deformation autosoliton perturbations propagate at velocities 5–7 orders of magnitude lower than the velocities of sound. Considering the geomedium, it should be noted that slow dynamics plays a significant role in creating deformation patterns of the crust elements.

The present paper studies the stress-strain state in the near-surface layer of the material under surface loading. The thickness of the layer is much larger than the average surface roughness. The stress-strain state is calculated with a finite-difference method for solving a set of equations that describe the mechanical behavior of the material under dynamic loading. It is shown that the used physical mesomechanics approach allows modeling an inhomogeneous stress-strain state with the formation of localized deformation bands and a block-like structure of plastic flow.

The paper submits the numerical results of deformation and fracture simulation for specimens with modified surface layers. Consideration was given to specimen behavior depending on loading conditions, profiles of the «coating substrate» interface and relations between the coating and substrate mechanical properties. The peculiarities of crack development within a coating and along the interface were investigated under tension, compression and bending. Special features of stress-strain state of specimens with a serrated interface were studied in tension and compression, and an influence of these features on cracking was investigated.