vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 17 Научная статья Original article Статьи Article Квантово-механический подход в механике гетерогенных сред Quantum mechanical approach in the mechanics of heterogeneous media Яновский Ю.Г. Яновский Юрий Григорьевич Yanovskiy Yuriy G. iam@iam.ras.ru

д-р техн. наук, профессор, директор Института прикладной механики РАН

 Образцов И.Ф. Образцов Иван Филиппович Obraztsov Ivan F.

академик РАН, д-р физ.-мат. наук, профессор Института прикладной механики РАН

 Никитина Е.А. Никитина Екатерина Александровна Nikitina Ekaterina A. nikitina.ekaterina@gmail.com

канд. хим. наук, ведущий научный сотрудник Института прикладной механики РАН

 Институт прикладной механики РАН, МоскваInstitute of Applied Mechanics, Russian Academy of Sciences, Moscow 11 12 2003 1 84 90 20 07 2003 16 08 2003 11 12 2003 Copyright (c) 2003 Яновский Ю.Г., Образцов И.Ф., Никитина Е.А. 2003 Яновский Ю.Г., Образцов И.Ф., Никитина Е.А. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

An application of a direct quantum mechanical approach for the study of mechanical characteristics of heterogeneous systems has been proposed. A microscopic aspect of the process of deformation caused by both mechanical stresses and the adsorption has been studied in the computational modeling in the framework of a cluster approach in which co-ordinate of-mechanochemical deformation approximation has been realized. The impact of the filler particle adsorption on the stress-strain characteristics of rubber, i.e., Young’s modulus, energy and force of deformation, and tensile strength at break, as well as on the internal friction in the heterogeneous system has been studied at the molecular level.

Применение прямого вычислительного эксперимента для изучения микроскопических механических свойств гетерогенных систем предложено в рамках квантово-механического подхода. Микроскопический аспект процесса деформации межфазного слоя сложных композиционных материалов с учетом механических напряжений и адсорбционных процессов изучался в вычислительном эксперименте в рамках кластерного подхода, в котором была реализована схема координаты механохимической реакции. Установлено, что модули Юнга, работа и максимальное напряжение, необходимые для разрыва полимерных молекул, находящихся в контакте с частицей наполнителя, примерно в 1,5 2,0 раза ниже по сравнению с изолированной молекулой и зависят от модификации поверхности частиц наполнителя. Рассчитанное усиление сцепления фрагментов полимерных молекул с поверхностью частицы наполнителя, для части полимерной молекулы, адсорбированной на поверхности наполнителя, примерно в 3 раза больше, чем для полимера в полимерной матрице. Описанный подход может использоваться для целенаправленного подбора строения и свойств поверхности частицы наполнителя для варьирования деформационных свойств композита в нужном направлении.

 Работа выполнена при поддержке РФФИ Р2003ЮГ (№03-01-00694, 03-01-96537, 03-01-96551, 03-01-96602), ФЦП "Интеграция" (Б0102). Яновский Ю.Г., Згаевский В.Э. Иерархическое моделирование механического поведения и свойств гетерогенных сред // Физическая мезомеханика. 2001. Т. 4. № 3. С. 63-71. Yushenko V.S., Ponomareva T.P., Shchukin E.D. Environmental influence on the mechanical strength of chemical bonds in solids-ab initio quantum calculations // J. Mat. Sci. 1992. Vol. 27. P. 1659-1662. Nikitina E., Malkin A., Yushenko V., Khavryutchenko V., Sheka E. Computational investigation of the influence of the environment on mechanical properties of the solids // Int. Jn. of Quant. Chem. 1995. Vol. 29. P. 161-173. Nikitina E., Barthel H. Quantum-chemical study on the mechanical behaviour of polydimethylsiloxane under deformation: interaction with fumed silica surfaces // Composite Interface. 2001. Vol. 8. № 3-4. P. 263-290. Nikitina E., Khavryutchenko V., Sheka E., Barthel H., Weis J. Deformation of Poly(dimethylsiloxane) Oligomers under Uniaxial Tension: Quantum Chemical View // J. Phys. Chem. A. 1999. Vol. 103. No 51. P. 11355-11365. Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods // J. Comp. Chem. 1989. Vol. 10. No 2. P. 209-220. Никитина Е. Computational modelling of surfaces and interfaces of nanoobjects // Механика композиционных материалов и конструкций. 2001. Т. 7. № 3. С. 288-310.