Моделирование предельных прочностных показателей полимерных композиций, модифицированных микрокапсулами со смазочным материалом и наночастицами магнетита

Авторы

  • Колесников В.И. Ростовский государственный университет путей сообщения, Ростов-на-Дону, Российская Федерация ORCID 0000-0003-4323-9268
  • Бардушкин В.В. Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН, Москва, Российская Федерация ORCID 0000-0002-8805-5764
  • Лавров И.В. Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН, Москва, Российская Федерация ORCID 0000-0002-1467-5100
  • Сычев А.П. Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Российская Федерация ORCID 0000-0001-6344-108X
  • Яковлев В.Б. Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН, Москва, Российская Федерация ORCID 0000-0001-8515-3951
  • Ананко А.М. Ростовский государственный университет путей сообщения, Ростов-на-Дону, Российская Федерация ORCID 0009-0007-0198-2439

УДК

539.3

DOI:

https://doi.org/10.31429/vestnik-20-3-57-65

Аннотация

Решается задача построения модели и проведения численных расчетов значений предельных прочностных показателей при одноосном сжатии полимерных композиций, модифицированных шарообразными микрокапсулами со смазочным материалом и наночастицами магнетита. Модель опирается на обобщенное сингулярное приближение теории случайных полей в варианте метода самосогласования и позволяет учитывать состав, объемные доли компонентов антифрикционных покрытий и характерный размер микрокапсул (отношение толщины оболочки к радиусу жидкого ядра). Для композиций на основе эпоксидного связующего ЭД-20 (отвердитель ПЭПА) с микрокапсулами (полиэфирные оболочки, заполненные растительным маслом и наночастицами магнетита) проведены модельные расчеты их предельных прочностных показателей при одноосном сжатии. Расчеты учитывали изменение характерного размера и неравномерность распределения микрокапсул по толщине антифрикционных покрытий, возникающую в результате воздействия постоянного магнитного поля. Численное моделирование показало, что увеличение объемной доли микрокапсул приводит к снижению значений предельных прочностных показателей полимерных композиций, при этом для используемых на практике процентных содержаний микрокапсул данное снижение не является существенным.

Ключевые слова:

моделирование, микрокапсула, эпоксидное связующее, магнетит, оператор концентрации напряжений, прочность при сжатии

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ (проект № 21-19-00288).

Информация об авторах

Владимир Иванович Колесников

д-р техн. наук, академик РАН, заведующий кафедрой "Теоретическая механика", президент Ростовского государственного университета путей сообщения

e-mail: kvi@rgups.ru

Владимир Валентинович Бардушкин

д-р физ.-мат. наук, главный научный сотрудник Института нанотехнологий микроэлектроники РАН

e-mail: bardushkin@mail.ru

Игорь Викторович Лавров

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник Института нанотехнологий микроэлектроники РАН

e-mail: iglavr@mail.ru

Александр Павлович Сычев

канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Южного научного центра РАН

e-mail: alekc_sap@mail.ru

Виктор Борисович Яковлев

д-р физ.-мат. наук, профессор РАН, главный научный сотрудник Института нанотехнологий микроэлектроники РАН

e-mail: yakvb@mail.ru

Анатолий Михайлович Ананко

младший научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии и новые материалы» Ростовского государственного университета путей сообщения

e-mail: nypotilitailla@mail.ru

Библиографические ссылки

  1. Солодовник, В.Д., Микрокапсулирование. Химия, Москва, 1980. [Solodovnik, V.D., Mikrokapsulirovaniye = Microencapsulation. Khimiya, Moscow, 1980. (in Russian)]
  2. Лопанов, А.Н., Тихомирова, К.В., Физико-химические аспекты инженерии капсулирования. Изд-во Белгородского государственного технического университета, Белгород, 2015. [Lopanov, A.N., Tikhomirova, K.V., Fiziko-khimicheskiye aspekty inzhenerii kapsulirovaniya = Physical and chemical aspects of encapsulation engineering. Belgorod State Technical University Publ., Belgorod, 2015. (in Russian)]
  3. Наумов, А.Г., Новиков, В.В., Раднюк, В.С., Наумова, О.А., О возможности использования микрокапсулированных СОТС при лезвийном резании материалов. Известия ВолгГТУ, 2017, № 9, с. 47–50. [Naumov, A.G., Novikov, V.V., Radnyuk, V.S., Naumova, O.A., On the possibility of using microencapsulated lubricating and cooling technological means in blade cutting of materials. Izvestiya VolgGTU = Izvestiya VSTU, 2017, no. 9, pp. 47–50. (in Russian)]
  4. Wang, Y, Pham, D.T., Ji, Ch., Self-healing composites: A review. Cogent Engineering, 2015, vol. 2, no. 1, art. 1075686. DOI: 10.1080/23311916.2015.1075686
  5. Kolesnikov, I.V., Bardushkin, V.V., Myasnikov, Ph.V., Calculation of stress-deformed condition in polymer nanocomposites filled with microcapsules with lubricant. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2017, vol. 47, no. 4, pp. 37–47. DOI: 10.1515/jtam-2017-0019
  6. Колесников, В.И., Бардушкин, В.В., Колесников, И.В., Мясников, Ф.В., Сычев, А.П., Яковлев, В.Б., Прогнозирование эксплуатационных упругих свойств трибокомпозитов с микрокапсулами, заполненными жидкой смазкой. Сборка в машиностроении, приборостроении, 2017, т. 18, № 9, с. 398–403. [Kolesnikov, V.I., Bardushkin, V.V., Kolesnikov, I.V., Myasnikov, F.V., Sychev, A.P., Yakovlev, V.B., Forecasting the operational elastic properties of tribocomposites with microcapsules filled with liquid lubricant. Sborka v mashinostroyenii, priborostroyenii = Assembling in mechanical engineering, instrument-making, 2017, vol. 18, no. 9, pp. 398–403. (in Russian)]
  7. Бурмистров, И.А., Трушина, Д.Б., Бородина, Т.Н., Веселов, М.М., Клячко, Н.Л., Зайцев, В.Б., González-Alfaro, Y., Букреева, Т.В., Влияние низкочастотного магнитного поля на полиэлектролитные микрокапсулы с наночастицами магнетита. Журнал технической физики, 2020, т. 90, № 9, с. 1428–1434. DOI: 10.21883/JTF.2020.09.49672.405-19 [Burmistrov, I.A., Trushina, D.B., Borodina, T.N., Bukreeva, T.V., Veselov, M.M., Klyachko, N.L., Zaitsev, V.B., González-Alfaro, Y., The influence of a low-frequency magnetic field on polyelectrolyte capsules with magnetite nanoparticles. Technical Physics, 2020, vol. 65, no. 9, pp. 1370–1376. DOI: 10.1134/S1063784220090108]
  8. Ященок, А.М., Иноземцева, О.А., Горин, Д.А., The nanocomposite microcapsules containing gold and magnetite nanoparticles in the shell: preparation and characterization. Российские нанотехнологии, 2009, т. 4, № 5–6, с. 85–88. [Yaschenok, A.M., Inozemtseva, O.A., Gorin D.A., Nanocomposite microcapsules containing nanoparticles of colloidal gold and magnetite: Their preparation and characterization. Nanotechnologies in Russia, 2009, vol. 4, no. 5–6, pp. 349–353. DOI: 10.1134/S1995078009050127]
  9. Сычев, А.П., Лавров, И.В., Бардушкин, В.В., Физические и механические свойства неоднородных сред с вложенной микроструктурой (теория и моделирование). Изд-во ЮНЦ РАН, Ростов-на-Дону, 2022. [Sychev, A.P., Lavrov, I.V., Bardushkin, V.V., Fizicheskie i mekhanicheskie svoystva neodnorodnykh sred s vlozhennoy mikrostrukturoy (teoriya i modelirovanie) = Physical and mechanical properties of inhomogeneous media with embedded microstructure (theory and modeling). SSC RAS Publ., Rostov-on-Don, 2022. (in Russian)]
  10. Колесников, В.И., Бардушкин, В.В., Кочетыгов, А.А., Сычев, А.П., Прогнозирование предельных значений прочностных показателей трибокомпозитов с наполненными жидкой смазкой сферическими микрокапсулами. Наука Юга России, 2018, т. 14, № 3, с. 3–11. [Kolesnikov, V.I., Bardushkin, V.V., Kochetygov, A.A., Sychev, A.P., Predicting the ultimate strength indices of tribocomposites with spherical microcapsules filled with liquid lubricant. Nauka Yuga Rossii = Science in the South of Russia, 2018, vol. 14, no. 3, pp. 3–11. (in Russian)] DOI: 10.7868/S25000640180301
  11. Колесников, В.И., Бардушкин, В.В., Яковлев, В.Б., Сычев, А.П., Кириллов, Д.А., Сорокин, А.И., О методе прогнозирования предельных прочностных характеристик матричных композитов, основанном на использовании оператора концентрации напряжений. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2014, № 1, с. 45–51. [Kolesnikov, V.I., Bardushkin, V.V., Yakovlev, V.B., Sychev, A.P., Kirillov, D.A., Sorokin, A.I., About a method of predicting of ultimate strength characteristics of the matrix composites, based on use of the operator of stresses concentration. Ekologicheskiy vestnik nauchnykh tsentrov Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva = Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2014, no. 1, pp. 45–51. (in Russian)] EDN: SBEEUR
  12. Шермергор, Т.Д., Теория упругости микронеоднородных сред. Наука, Москва, 1977. [Shermergor, T.D., Teoriya uprugosti mikroneodnorodnykh sred = Micromechanics of inhomogeneous medium. Nauka, Moscow, 1977. (in Russian)]
  13. Григорьева, И.С., Мейлихова, Е.З. (под ред.), Физические величины: Справочник. Энергоатомиздат, Москва, 1991. [Grigor'ev, I.S., Meilikhov, E.Z. (eds.), Fizicheskie velichiny = Physical Quantities: Handbook. Energoatomizdat, Moscow, 1991. (in Russian)]
  14. Лапицкий, В.А., Крицук, А.А., Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков. Наукова думка, Киев, 1986. [Lapitsky, V.A., Kricuk, A.A., Fiziko-mekhanicheskiye svoystva epoksidnykh polimerov i stekloplastikov = Physical and mechanical properties of the epoxy polymers and fiberglasses. Naukova Dumka, Kiev, 1986. (in Russian)]
  15. Салганик, Р.Л., Механика тел с большим числом трещин. Известия АН СССР. Механика твердого тела, 1973, № 4, с. 149–158. [Salganik, R.L., Mechanics of solids with a large number of cracks. Izvestiya AN SSSR. Mekhanika tverdogo tela = Proceedings of the Academy of Sciences of the USSR. Mechanics of Solids, 1973, no. 4, pp. 149–158. (in Russian)]
  16. Паньков, А.А., Методы самосогласования механики композитов. Изд-во ПГТУ, Пермь, 2008. [Pan'kov, A.A., Metody samosoglasovaniya mekhaniki kompozitov = Methods of self-consistency mechanics of composites. Perm State Technical University Publ., Perm, 2008. (in Russian)]
  17. \textls[-8]{Эпоксидно-диановые смолы ЭД-8, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22, YD-128, Э-40, Э-41, YD-011H (дата обращения 29.06.2023)}. [Epoxy resins ED-8, ED-16, ED-20, ED-22, YD-128, E-40, E-41, YD-011H (accessed 29.06.2023)]. URL: https://www.chimexltd.com/content/data/store/images/f_815_49102_1.pdf

Загрузки

Выпуск

2023. Том 20. № 3

Раздел

Механика

Страницы

57-65

Отправлено

2023-06-29

Опубликовано

2023-09-29

Как цитировать

Колесников В.И., Бардушкин В.В., Лавров И.В., Сычев А.П., Яковлев В.Б., Ананко А.М. Моделирование предельных прочностных показателей полимерных композиций, модифицированных микрокапсулами со смазочным материалом и наночастицами магнетита // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2023. Т. 20, №3. С. 57-65. DOI: https://doi.org/10.31429/vestnik-20-3-57-65

Copyright (c) 2023 Колесников В.И., Бардушкин В.В., Лавров И.В., Сычев А.П., Яковлев В.Б., Ананко А.М.

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.