Статьи в выпуске: 4
Объектом исследования является микроструктура труб из стекло-базальтопластика (GFRP/BFRP) и взаимосвязь между их мультифрактальными размерами и физико-механическими свойствами. Структура многих материалов характеризуется неоднородностью на различных длинах волн, которая часто оценивается по геометрическим характеристикам их элементов. Однако сложность этих структурных элементов затрудняет количественный анализ. Метод. В исследовании использовался фрактальный формализм для оценки неоднородной микроструктуры труб из стекло-базальтопластика. Для оценки структурной неоднородности были проанализированы мультифрактальные размеры матричных волокон и эпоксидного компонента. Результаты. Значения неоднородности были определены с помощью функции мультифрактального спектра f(α) как для матричных волокон, так и для эпоксидного компонента. Чувствительность прочности на сжатие гибридных композитных труб из стеклопластика/углепластика к этим показателям неоднородности варьировалась от 0,06 до 0,63 для матричных волокон и от 0,17 до 0,44 для эпоксидного компонента. Коэффициенты корреляции фрактальных моделей находились в диапазоне от 0,75 до 0,81, что обеспечивало достаточный уровень точности для оценки прочности труб на сжатие. Такая точность позволяет рассматривать предложенный метод как неразрушающий способ оценки качества композитных труб из стеклопластика/углепластика.
Объектом исследования является микроструктура стекло-базальтовых пластиковых композитных труб и взаимосвязь между их фрактальной размерностью и физико-механическими свойствами. Метод. Исследование включает проведение физических экспериментов по измерению и анализу свойств стеклопластиковых и стекло-базальтопластиковых композитных труб. Эксперименты включают испытания на прочность, модуль упругости, разрушение, изгиб и другие механические характеристики. Результаты. В статье рассматривается возможность моделирования микроструктуры стекло-базальтовых пластиковых композитных труб с помощью 3D-фрактального анализа. Массовый состав труб: 70% ровинга и 30% связующего вещества. Оценка фрактальной размерности микроструктуры проводилась в масштабе 300 мкм с акцентом на границах между структурными элементами (волокнистой матрицей и эпоксидным компонентом труб). Была установлена однозначная зависимость между фрактальной размерностью стекло-базальтовых волокон в трёхмерном пространстве, межфазными границами в двумерном пространстве и прочностью на разрыв, прочностью на сжатие и модулем Юнга. С увеличением фрактальной размерности стекло-базальтовых волокон с 2,055 до 2,245 и межфазных границ с 1,228 до 1,415 наблюдалось улучшение физико-механических свойств труб. Увеличение длины и фрактальной размерности границ раздела указывает на более высокие затраты энергии при разрушении трубы, что приводит к улучшению прочностных характеристик. Рассчитанные математические модели позволяют с удовлетворительной практической точностью прогнозировать физико-механические свойства стекло-базальтовых композитных труб на основе фрактального анализа микроструктуры.
Объектом исследования является отвержденный термореактивный полимер на примере отвержденного эпоксидного полимера. Целью данной работы является совершенствование методов конечно-элементного (КЭ) моделирования структуры отвержденных термореактивных полимеров для прогнозирования их механических, деформационных и термических свойств. Метод. Использовался метод структурного математического моделирования с последующим компьютерным КЭ-моделированием. Структура КЭ-модели была основана на тетраэдрической супрамолекулярной структуре отвержденного полимера. Используя структурную плотность в качестве параметра модели структуры, были определены относительный размер и расположение конечных элементов. Переход от упругого к вязкоупругому поведению контролировался путем изменения структурной плотности и свойств на сжатие/растяжение в местах соединения. Долгосрочная пластическая деформация и релаксация напряжения определялись как результат внутреннего сдвига супрамолекулярной структуры при снижении ее структурной плотности. Численное моделирование напряжений и деформаций было реализовано с помощью компьютерной программы LIRA SAPR. Результаты. Были разработаны численные модели отвержденного эпоксидного полимера, позволяющие с высокой точностью прогнозировать краткосрочные и долгосрочные деформации под нагрузкой с учетом температурного фактора.
Строительная отрасль требует использования эффективных материалов, отвечающих растущим потребностям в проектировании, строительстве, эксплуатации и ремонте зданий и сооружений различного назначения. Объектом исследования является строительная отрасль, которая требует использования эффективных материалов, отвечающих растущим потребностям в проектировании, строительстве, эксплуатации и ремонте зданий и сооружений различного назначения. Целью данной работы является разработка научно обоснованного технологического решения, направленного на создание эффективных композитных цементов, активированных обогащенными зольными и шлаковыми смесями, и набрызгбетона на их основе. Методы. Было проведено систематическое исследование структуры и свойств сырья и цементных композитов. Для создания ремонтных составов использовались теоретические положения закона структурного сродства. Физико-механические свойства сырья и материалов, разработанных на его основе, определялись с помощью стандартных методов исследования: физико-химических методов анализа, лазерной гранулометрии, рентгенофазового и дифференциально-термического анализа, сканирующей электронной микроскопии и др. Результаты. Предложено научно обоснованное технологическое решение для производства торкрет-бетона с использованием композитного цемента, которое заключается в использовании техногенных ресурсов на основе промышленных отходов (зольно-шлаковых смесей) и строительных (бетонного лома от демонтажа зданий и сооружений), активированных и гомогенизированных в вибромельнице, что позволяет контролировать процессы структурообразования за счёт сродства структур и формирования высокопрочных новых образований. Разработанная смесь для торкретирования с низким отскоком (<8%) обеспечивает уплотнение и укрепление зоны контакта клея с основным материалом бетонной стены, что приводит к более эффективной передаче нагрузки между слоями и повышению общей несущей способности всей конструкции.