Прогнозирование модуля упругости полимерных композиционных материалов для изделий машиностроения

• Автор: Курин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Набережные Челны
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В МАШИНОСТРОЕНИИ.

1Л. Гегсрогенные среды

1.2. Эквивалентная гомогенность

1.3. Модель Эшелби

1.4. Модель тела с малой долей включений

1.5. Нелинейные оценки упругого деформирования тел с жсткими включениями

1.6. Композиционные материалы и изделия с высокими упругими

свойствами, используемые в машиностроении

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Применяемые материалы
2.2. Методы исследования, приборы и установки.
2.3. Статистическая обработка экспериментальных данных ГЛАВА 3. ТЕОРИЯ ПРОТЕКАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Высокопаполнепиые дисперсные полимерные композиционные материалы
3.2. Модель теории протекания по касающимся сферам в эпоксиполиуретановых композитах
3.3. Анализ кластерных образований в дисперснонаполненных полимерных композиционных материалах.
3.4. Роль критических индексов в оценке упругих свойств наполненных эпоксиполиуретановых композитов
Вы воды по главе 3.
ГЛАВА 4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МОДУЛЯ УПРУТ ОСТИ И УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.
4.1. Влияние концентрации связующих, модифицирующих компонентов на упругие свойства и ударную вязкость
композиционных материалов
4.2. Влияние усиливающих дисперсных наполнителей на упругие свойства и ударную вязкость композиционных материалов
4.3. Кинетическая модель упругих свойств полимерных композитов
4.4. Прогнозирование модуля упругости дисперснонаполненных
полимерных композитов с учтом критического индекса
Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Эпоксиполиуретановые покрытия с повышенными упругими свойствами и ударной вязкостью для автомобильных стартеров
5.2. Эпоксиполиуретановые футеровочные материалы для дробильносортировочного оборудования.
Выводы по главе 5
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Объяснение эмпирических результатов и случайных открытий - одна из важнейших задач прикладной науки. Более актуальным её предназначением является создание новых материалов на основе фундаментальных исследований гетерогенных сред. В конечном счёте, точная наука о свойствах гетерогенных сред может дать ключ к оптимальному использованию конструкционных материалов [, ]. Эффективные модули, жёсткость и прочность несомненно являются наиболее важными характеристиками. Действительно, математическое описание этих показателей — это основа расчёта напряжений, которое в конечном итоге обосновывает применение инженерных материалов в конструкциях. В данном аспекте предполагается линейно-упругое поведение материала. Это допущение представляет собой основу современных методов инженерного проектирования. Если технические материалы рассматривать с позиции масштаба атомов и молекул, то задача об описании их свойств становится неразрешимой. Для преодоления этой трудности вводится гипотеза континуума. Эта гипотеза основана на существовании некоторых мер, связанных со свойствами, определяющими деформируемость среды. Если принимается модель континуума, становится уместной модель гомогенности. При этом считается, что присущие однородной среде характерные свойства одинаковы во всех точках среды. Неоднородность можно рассматривать или как идеализацию непрерывного изменения свойств от точки к точке, или как скачкообразное изменение свойств при прохождении через границу раздела. Остановимся лишь на втором случае, когда в гетерогенной среде различные фазы остаются отчётливо выраженными. Тип гетерогенности с дискретными фазами практически более важен, чем встречающаяся неоднородность, связанная с непрерывным изменением свойств. С целыо дальнейшего изложения проблемы необходимо сказать о масштабе неоднородности. Предполагается существование характерного размера неоднородности для гетерогенной среды. Очевидно, что имеется масштаб длины, в пределах которого свойства можно осреднить некоторым осмысленным образом. Масштаб длины осреднения 5должен быть значительно больше характерного размера неоднородности. Благоприятен случай, когда существует масштаб длины осреднения д который мал по сравнению с характерным размером тела. При этом условии материал можно идеализировать как эффективно гомогенный, и задача о нагружении тела может быть решена с использованием средних свойств, ассоциированных с масштабом длины 5. Предполагается, что масштаб осреднения свойств существует и имеет физический смысл, т. Такое условие называется условием эффективной или эквивалентной гомогенности. Принятие гипотезы об эквивалентной гомогенности позволяет поставить задачу о свойствах гетерогенной среды. Основная проблема заключается в том, чтобы использовать процедуру осреднения для предсказания эффективных свойств идеализированной гомогенной среды через свойства фаз и некоторые их геометрические характеристики. Полученные в результате осреднения эффективные свойства являются теми свойствами, которые можно использовать в расчётах нагруженного ГПСМ. Соотношения между эффективными свойствами и свойствами фаз в совокупности с расчётом конкретных конструкций лежат в основе оптимизации конструкций [,]. Очень важным в анализе упругих свойств композитов является их прогностическая оценка с использованием адекватных моделей. Одна из таких моделей, имеющая исключительно важное значение для анализа гетерогенных сред, разработана Эшелби []. Им предложен метод вычисления энергии деформирования тела, содержащего включения. Для вычисления энергии деформирования Эшелби преобразует интегрирование по объёму в интегрирование по поверхности частного вида. Рассмотрим однородное тело с заданными на его поверхности граничными условиями напряжений. Пусть внутри тела находятся включения с иными свойствами, чем матричное окружение. С использованием полиэдров Вороного выделим единичное включение с матричным окружением (рисунок 1. Рисунок 1. У, (1. V- представительский объем. Ру и є у - тензоры линейных напряжений и деформаций для гомогенного тела. Совместная запись (1. ТЛ-сг№,)дУ, (1. Применяя к (1. Из (1.