Полная версия статей
https://elibrary.ru/contents.asp?id=34829718

Беляев А.Ю., Евлампиева С.Е., Мальцев М.С., Свистков А.Л.

АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ОТВЕРЖДАЕМЫХ НАДУВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АНТЕНН НАНОСПУТНИКОВ

В работе анализируется идея использования для наноспутников отверждаемых надуваемых антенн. Они должны быть компактными при выводе на орбиту и надежными при приведении их в рабочее состояние. Кроме того, антенны должны долго сохранять свою работоспособность. Предлагается изготавливать надувные антенны из препрега (тканей, пропитанных эпоксидной смолой) и осуществлять химическую реакцию отверждения непосредственно в космосе. Для этого целесообразно использовать горячее отверждение реакционной смеси. Препрег должен долго сохранять мягкое легко деформируемое состояние в условиях, которые характерны для транспортировки и для хранения наноспутника на космодроме. При обычных температурах, не превышающих 25 градусов Цельсия, ничего не должно происходить. Реакция должна начаться на орбите при высоких температурах после надувания изделия. При этом нагрев можно осуществить от искусственных источников на наноспутнике. Но их энергию нежелательно использовать для обогрева. Более привлекательным является повышение температуры препрега в результате действия солнечного излучения. Целью работы является анализ того, какие температуры будут в элементах надувной антенны, и требуется ли при этом дополнительный прогрев антенны. Важно также является вычисление времени прогрева материала. Существенно ли оно меньше времени оборота наноспутника вокруг Земли, который приближенно равен 1.5 часам? В результате проведенных вычислительных экспериментов установлено, что горячее отверждение невозможно осуществить без дополнительного подогрева. Однако иной результат получается в том случае, когда, когда имеется тонкая алюминиевая пленка на поверхности препрега с наружной стороны надувного элемента антенны. В этом случае горячее отверждение должно осуществиться.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 459-469 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.459_469.01

Астапов Н.С.Корнев В.М.

МОДЕЛЬ РАССЛОЕНИЯ КОМПОЗИТА ПРИ ПРОДОЛЬНОМ СДВИГЕ

Рассматривается распространение трещины, расположенной на линии раздела сред в составном кусочно-однородном материале со структурой. Под действием касательного (сдвигового) напряжения, приложенного на бесконечности, реализуется третья мода разрушения. Процесс разрушения такого композита описан с помощью модифицированной модели Леонова-Панасюка-Дагдейла, использующей дополнительный параметр — поперечник зоны пластичности (ширину зоны предразрушения) наиболее слабого материала. В качестве модели деформируемого твердого тела выбрана модель идеального упругопластического материала, имеющего предельное относительное удлинение. К исследуемому классу материалов относятся, например, низколегированные стали, применяемые в конструкциях, работающих при температурах ниже порога хладноломкости. Подробно анализируется случай, когда упругие характеристики материалов совпадают, а прочностные существенно различаются. Получены формулы, в которых учтены конечные размеры образцов, для критической разрушающей нагрузки и критической длины зоны предразрушения. Дано описание построения диаграммы квазихрупкого и квазивязкого разрушения при продольном сдвиге.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 470-483 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.470_483.02

Мишустин И.В.

МОДЕЛЬ ДЕФОРМИРОВАНИЯ СПЛАВА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ С УЧЕТОМ РАЗНОСОПРОТИВЛЯЕМОСТИ

Поведение сплавов с памятью формы (СПФ) существенно зависит от вида напряженно-деформированного состояния. Например, при активном растяжении и сжатии изначально хаотического мартенсита кривые мартенситной неупругости отличаются как по абсолютным значениям, так и по форме. Пологий участок, напоминающий площадку текучести, наблюдается при растяжении и отсутствует при сжатии. Напряжения растяжения и сжатия с одинаковой интенсивностью вызывают неупругие деформации, интенсивность которых может отличаться вдвое. Кривые реверсивного и циклического растяжения-сжатия имеют участки с аналогичными различиями. Предложена нелинейная модель фазово-структурного деформирования поликристаллических СПФ, в которой при описании структурного превращения использовались гипотеза о неоднородном упрочнении представительного объема и аналог теории пластического течения с изотропным и трансляционным упрочнением. Для учета вида деформированного и напряженного состояния введены два безразмерных параметра, пропорциональных отношению третьего инварианта девиатора к кубу интенсивности тензора неупругой деформации и тензора активного напряжения (или приращения неупругой деформации) соответственно. Параметром изотропного упрочнения мартенситного объема является максимальное за все время его существования значение величины, равной отношению интенсивности неупругой деформации к ее предельному значению, отвечающему текущему виду деформированного состояния. Материальная функция, описывающая трансляционное упрочнение, зависит от интенсивности полного напряжения и вида напряженного состояния. Указаны тестовые режимы нагружения СПФ, позволяющие установить используемые в модели функции. Сформулированы требования к этим функциям, связанные с единственностью решения, диссипацией и перекрестным упрочнением. Рассмотрены частные случаи мартенситной неупругости СПФ в однородном напряженном состоянии и соответствующие упрощения основных соотношений. Первый случай относится к пропорциональному нагружению образца, второй к осевому растяжению-сжатию и кручению тонкостенного цилиндрического стержня. Приведены результаты численных расчетов в рамках предложенной модели, демонстрирующие разносопротивляемость материала.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 484-498 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.484_498.03

Лыкосова Е.Д.Харченко К.Д.

О ДИСПЕРСИОННЫХ СВОЙСТВАХ ПОРИСТЫХ СРЕД

В статье исследованы динамические свойства пористой среды и установлена особенность, связанная с эффектом «запирания», т.е. с эффектом непроницаемости (отфильтровывания) для определенных длин волн в пористой среде. Исследование особенностей распространения продольных гармонических волн проводится на основе уравнений движения, полученных для пористой среды, и анализа дисперсионного уравнения. Диссипация энергии волны в среде не учитывается. Изучение распространения акустических волн в пористой среде позволяет развить представление о процессах, возникающих в неоднородных средах с полями дефектов. Модель пористости построена как частный случай общей модели сред Миндлина с учетом полей свободных деформаций, связанных с полями дефектов т.е. со структурными особенностями материала. В данной работе представлен вариант прикладной теории пористых сред, построенный как частный случай теории сред с сохраняющимися дислокациями. Приводится вариационная математическая постановка теории пористых сред, включающая определяющие уравнения, уравнения равновесия и краевые условия. Для обобщенной модели пористой среды записываются выражения для плотностей потенциальной и кинетической энергии. Кинетическая энергия имеет неклассический вид и определяется расширенным списком обобщенных переменных модели. Показано, что при определенной комбинации характеристик пористой среды возникает эффект «запирания», при котором пористая среда является фильтром для некоторого диапазона волн. Установлено, что для моделирования этого эффекта необходимо привлекать модель среды, учитывающую эволюцию дефектов — пор при деформировании.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 499-510 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.499_510.04

Валиев Х.Х.Корнев Ю.В.Семёнов Н.А.Семенов П.Е.

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ, УПРОЧНЕННЫХ ЧАСТИЦАМИ МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

При создании эластомерных композитов, конструкций и изделий из них в последнее время существенное внимание уделяется вопросам экологии, а также повышению экономической эффективности и энергоэффективности при их производстве. В ходе работ по данному направлению в ИПРИМ РАН разработана технология получения нанодисперсных наполнителей методом измельчения исходного сырья, для применения их в качестве упрочняющих наполнителей в составе эластомерных композитов. Наилучшие результаты с точки зрения эффекта упрочнения в составе эластомерных композитов были получены с применением в качестве исходного сырья породы шунгит и продуктов переработки рисовой шелухи. Для образцов, наполненных нанодисперсным шунгитом в сочетании с органосиланом, отмечается существенное увеличение напряжений при относительном удлинении, а также существенное (до пяти раз) увеличение прочности эластомерного композита в сравнении с образцом, наполненным исходным микродисперсным шунгитом. Абсолютное значение прочности таких эластомерных композитов составляет до 22,5 МПа, что достигнуто впервые для эластомерных композитов с данным классом наполнителей. Для образца, наполненного продуктами переработки рисовой шелухи с модификатором поверхности среднее значение прочности получено на уровне 18,5 МПа, что также впервые достигнуто для эластомерных композитов с продуктами переработки рисовой шелухи в качестве наполнителя.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 511-520 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.511_520.05

Данилин А.Н.Келбышева Е.С.Семёнов Н.А.

ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУСПЕНЗИЙ ПОЛИИМИДОВ НА ОСНОВЕ 4,4′-ДИАМИНОДИФЕНИЛСУЛЬФИДА

На основе серии ароматических полиимидов, синтезированных методом одностадийной высокотемпературной поликонденсации, исходя из 4,4′-диаминодифенилсульфида и диангидридов 3,3,4,4-бифенилтетракарбоновой, 1,2,4,5-тетракарбоновой и 3,3,4,4-дифенилоксикарбоновой кислот, получены электрореологические суспензии (ЭРС) частиц полиимидов в различных непроводящих дисперсионных средах. Изучены их электрореологические свойства в зависимости от природы непроводящей среды, температуры, параметров деформирования и интенсивности воздействия внешнего электрического поля. Установлено, что ЭРС на основе частиц полиимидов, обладают мощным электрореологическим откликом, в десятки раз превышающим отклик ЭРС с дисперсной фазой на основе традиционных микроразмерных частиц. Показано, что полиимидные ЭРС в результате повышения напряженности электрического поля изменяют характер течения от ньютоновского типа до псевдопластического из-за поляризации частиц и образования цепочечных структур вдоль силовых линий электрического поля. В среде формируются комплексы с межмолекулярным и внутримолекулярным переносом заряда. Взаимодействия происходят между богатыми электронами (донорами) атомами азота и электрон-обедненными карбонильными группами (акцепторами). Эти случайные взаимодействия приводят к образованию дополнительных связей, которые увеличивают сопротивление ползучести и другие физико-механические характеристики. Исследовано влияние температуры на изменение реологических и электрореологических свойств полиимидных ЭРС в постоянных электрических полях. Показано, что электрореологический эффект полиимидных ЭРС в наибольшей степени проявляется при температуре около 45оС. Показано также, что электрореологический эффект проявляется значительнее для ЭРС полиимида в трансформаторном масле, чем в дибутилфталате и ПМС-500, что, по-видимому, связано с более низкой диэлектрической проницаемостью среды.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 521-531 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.521_531.06

Акимов А.В.Браило Н.В.Букетов А.В.Зинченко Д.А.Сапронов А.А.

ТЕРМОСТОЙКОСТЬ ОГНЕУПОРНЫХ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ С МЕЛКОЗЕРНИСТЫМИ ЧАСТИЦАМИ

Установлено влияние огнеупорных мелкозернистых наполнителей разной физической природы на термостойкость эпоксидных композитов в диапазоне температур . Исследованы композиты на основе эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20, для сшивания которой использован низкомолекулярный отвердитель полиэтиленполиамин. В виде пластификатора использовали трихлорэтилфосфат. Исследование проводили при введении огнеупорных мелкозернистых наполнителей, таких как совелитовый порошок, карбонат кальция, дихлоризоцианурат натрия. Методом термогравиметрического и дифференциально-термического анализа установлена термостойкость композитных материалов, которая характеризует конечную температуру потерь массы. Доказано, что улучшенными показателями термостойкости характеризируются композитные материалы при наполнение их частицами карбоната кальция, конечная температура потерь массы которых наибольшая и составляет . Установлено, что композиты с частицами карбоната кальция характеризуются наименьшей относительной потерей массы . На основе показателей экспериментальных исследований аргументированно что оптимальная концентрация карбоната кальция в композитном материале составляет Данное содержание наполнителя ингибирует термическую деструкцию, и является антипиреном, что позволяет дополнительно улучшать физико-механические свойства материалов. Также в работе исследована энергия активации разработанных композитов. На основе исследований установлены концентрации рассматриваемых наполнителей при которых наблюдается термическое разложение эпоксикомпозитов и имеет место наибольшая энергия активации. Достоверность полученных данных доказана корреляцией результатов экспериментов с предыдущими исследованиями теплофизических свойств и использованием современных методов исследования — термогравиметрическим (ТГА) и дифференциально-термическим (ДТА) анализом, которым дополнительно подтверждена интенсивность воздействия теплового поля на процессы деструкции разработанных материалов.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 532-550 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.532_549.07

Рубан Д.В.Рыбин А.А.Турков В.Е.Ульянов С.А.Червяков А.А.

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ МНОГОСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ С 3d-ЯЧЕИСТЫМИ ЗАПОЛНИТЕЛЯМИ

Предложен метод сравнительного анализа этапов механического поведения двух типов материалов, используемых для формования внешних монолитных слоёв и внутренних ячеистых прослоек трёхслойных панелей. В качестве монолитных систем изучен полиамидный волокнистонаполненный композит, а в качестве внутреннего ячеистого заполнителя — формируемая методом аддитивной технологии полимерная композиция на основе метакрилатного олигомера. Модельные ячеистые образцы имели квадратную внутреннюю ячейку. Образцы испытывали на сжатие при различных скоростях деформирования и температурах контроля. Для рассмотренных систем изучены параметры интенсивности удельного энергопоглощения образцами энергии внешнего воздействия и их поведение на различных этапах деформационных процессов. Параметры свойств исследованных образцов изучены в зависимости от параметров ячеек материалов заполнителя и параметров волоконных наполнителей композитных материалов.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 550-566 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.550_566.08

Беседнов К.Л.Гусева М.А.Ткачук А.И.Хасков М.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДЫ ЭПОКСИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВ НА ПРОЦЕСС СОВМЕЩЕНИЯ С ТЕРМОПЛАСТИЧНЫМИ МОДИФИКАТОРАМИ

Современные эпоксидные связующие представляют собой сложные многокомпонентные системы, важную роль в которых играет взаимная совместимость компонентов. В связи с этим в данной работе описано исследование процесса растворения в эпоксидных олигомерах различной химической природы ароматического полисульфона марки ПСК-1 и полиарилсульфона марки ПСФФ-30. Методами дифференциальной сканирующей калориметрии и ротационной вискозиметрии получены значения температурных интервалов и экзотермических тепловых эффектов растворения полисульфонов в диановом, новолачном и азотсодержащих эпоксидных олигомерах. Установлено, что на кривых дифференциальной сканирующей калориметрии можно выделить два этапа: ступенчатое изменение теплового потока, соответствующее расстеклованию эпоксидного олигомера, и процесс растворения ПСФ в эпоксидном олигомере, характеризующийся появлением экзотермического пика. Показано, что при повторных измерениях экзотермические тепловые эффекты отсутствуют, что предполагает образование гомогенной системы. Анализ результатов дифференциальной сканирующей калориметрии показал, что смеси с диановым эпоксидным олигомером характеризуются экзотермическими тепловыми эффектами на 10-15% выше, по сравнению с новолачным и азотсодержащим. Причем для галогенсодержащего олигомера значение теплового эффекта выше на 20-30%, в зависимости от марки используемого термопласта. В результате реологических исследований установлено, что процесс растворения полисульфонов протекает в интервале температур 60-110оC и сопровождается экстремумами на зависимости вязкости от температуры. При этом экспериментальные значения температуры растворения, полученные с помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии и реологических измерений, хорошо коррелируют друг с другом. Анализ патентной и научно-технической литературы показывает, что введение больших количеств порошкообразных композитов в разогретые расплавы эпоксидных олигомеров приводит к снижению температуры перемешиваемой системы. Поэтому требуется корректировка порционности введения и учета масштабоного фактора. Полученные результаты могут быть использованы при разработке промышленных технологий изготовления эпоксидных связующих модифицированных полисульфонами.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 567-578 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.567_578.09

Мамедов А.Т.Мехтиев Р.К.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИТА, АРМИРОВАННОГО ОДНОНАПРАВЛЕННЫМИ ОРТОТРОПНЫМИ ВОЛОКНАМИ, ОСЛАБЛЕННОГО ПРЯМОЛИНЕЙНЫМИ ТРЕЩИНАМИ ПРИ ПРОДОЛЬНОМ СДВИГЕ

Рассматривается задача антиплоского сдвига для упругой плоскости, с двояко-периодической системой круговых отверстий, заполненных шайбами без натяга из ортотропного упругого материала. Поверхность шайб, моделирующих волокна композита, равномерно покрыта однородной пленкой. В каждой шайбе имеется центрально расположенная трещина, длина которой меньше диаметра шайбы. Внешняя нагрузка в такой среде вокруг отверстий образуются зоны повышенных напряжений, расположение которых имеет периодический характер. Для решения используется известное положение о том, что смещение в случае антиплоского сдвига является гармонической функцией. Применяется известное представление решения в каждой области через соответствующую комплексную аналитическую функцию. Три аналитические функции представляются рядами Лорана. Путем удовлетворения краевых условий на контурах отверстий и берегах трещин, задача сводится к двум бесконечным алгебраическим системам относительно искомых коэффициентов и к одному сингулярному интегральному уравнению. Затем сингулярное интегральное уравнение методом Мультоппа-Каландия сведено к конечной алгебраической системе уравнений. Приводится процедура вычисления коэффициентов интенсивности напряжений. Для численной реализации изложенного способа были взяты случаи расположения отверстий в вершинах треугольной и квадратной сеток. Представлены результаты расчетов критической нагрузки в зависимости от длины трещины и упругих геометрических параметров перфорированной среды. Актуальность таких исследований вызвана широким использованием в технике конструкций и изделий из композиционных материалов. Исследования по разработке математических моделей напряженно-деформируемого состояния армированного композита вблизи включения при сдвиге и наличие трещин практически отсутствуют.

 > Том 23 > №4 / 2017 / Страницы: 579-591 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.04.579_591.10