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 662 Научная статья Original article Статьи Article Моделирование предельных значений прочностных показателей тканых композитов на полимерной основе с дисперсными антифрикционными добавками Simulation of ultimate strength characteristics of the woven composites on the polymeric binder with dispersed antifrictional additives Бардушкин В.В. Бардушкин Владимир Валентинович Bardushkin Vladimir V. bardushkin@mail.ru

д-р физ.-мат. наук, профессор кафедр "Высшая математика №2" и "Системная среда качества" Национального исследовательского университета "МИЭТ"

 Сычев А.П. Сычев Александр Павлович Sychev Aleksandr P. alekc_sap@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, заведующий лабораторией транспорта и новых композиционных материалов Южного научного центра РАН

 Кириллов Д.А. Кириллов Дмитрий Андреевич Kirillov Dmitriy A. dmitry.kirilloff@gmail.com

аспирант кафедры "Высшая математика №2" Национального исследовательского университета "МИЭТ"

 Сорокин А.И. Сорокин Александр Игоревич Sorokin Aleksandr I. mr40in@gmail.com

аспирант кафедры "Высшая математика №2" Национального исследовательского университета "МИЭТ"

 Национальный исследовательский университет "МИЭТ", МоскваNational Research University of Electronic Technology, Moscow Южный научный центр РАН, Ростов-на-ДонуSouthern Scientific Center, Russian Academy of Science, Rostov-on-Don 22 03 2016 1 18 24 01 12 2015 23 01 2016 22 03 2016 Copyright (c) 2016 Бардушкин В.В., Сычев А.П., Кириллов Д.А., Сорокин А.И. 2016 Бардушкин В.В., Сычев А.П., Кириллов Д.А., Сорокин А.И. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

The composites on the polymeric binder with dispersed polytetrafluorethylene and graphite additives, reinforced with fiberglass of E-glass, are considered. The epoxy resins ED-20, EHD and UP-610 are used as a matrix. Numerical simulation is carried out and the relations of limit values of strength characteristics of specified composites on the concentration of fillers (in compressing in the perpendicular direction to grain fiberglass) are investigated. The original method of prediction of strength properties of matrix composites is used in simulation, by which the enclosed to composite compressive unidirectional load becomes destructive only in case, when matrix internal stress exceeds the matrix strength limit. The specified method is based on generalized singular approximation of random fields' theory and information about matrix strength properties. The simulation basis is based on the operator of stresses concentration (tensor of the fourth rank), which connects local (internal) values of stresses tensor with average (external) on material stresses. The simulation found that the increase in the percentage of fiberglass leads to a significant improvement in strength characteristics of composites, dependency is monotonous and non-linear. It has been shown that the increase of graphite concentration leads to intensification, and the increase in the percentage of polytetrafluorethylene, on the contrary, leads to a weakening of the strength characteristics of the model composites, which then changed in the law, close to linear. It is found that the model composites with graphite as antifrictional filler have greater strength than similar materials in which the polytetrafluorethylene is used as antifrictional component (regardless of the type of polymeric binder).

Рассматриваются композитные материалы на эпоксидной основе (связующие ЭД-20, ЭХД и УП-610) с дисперсными добавками политетрафторэтилена и графита, армированные стеклотканью из бесщелочного стекла. Проведено численное моделирование и исследованы зависимости предельных значений прочностных показателей указанных композитов (при сжатии перпендикулярно волокнам стеклоткани) от концентрации наполнителей. Моделирование опирается на обобщенное сингулярное приближение теории случайных полей, понятие оператора концентрации напряжений (тензора четвертого ранга, связывающего локальные (внутренние) значения тензора напряжений со средними (внешними) по материалу напряжениями) и информацию о прочностных свойствах полимерных связующих.

 моделирование матричные композиты оператор концентрации напряжений механическая прочность антифрикционные материалы включения эпоксидная матрица simulation matrix composites operator of stresses concentration mechanical strength antifrictional materials inclusions epoxy matrix Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ (16-08-00262-а, 14-08-00654-а). Машков Ю.К., Овчар З.Н., Байбарацкая М.Ю., Мамаев О.А. Полимерные композиционные материалы в триботехнике. М.: Недра, 2004. 261 с. . Moscow, Nedra Publ., 2004, 261 p. (In Russian)] Колесников В.И., Бардушкин В.В., Яковлев В.Б., Сычев А.П., Колесников И.В. Микромеханика поликристаллов и композитов (напряженно-деформированное состояние и разрушение). Ростов-на-Дону: Изд-во РГУПС, 2012. 288 с. . Rostov-on-Don, Rostov State Transport University Publ., 2012, 288 p. (In Russian)] Buryachenko V.A. Micromechanics of heterogeneous materials. Berlin: Springer - Verlag, 2007. 686 p. Бардушкин В.В., Сычев А.П., Сычев А.А., Даньков В.В. Эффективные упругие характеристики тканых композитов на полимерной основе с антифрикционными дисперсными добавками // Вестник Южного научного центра РАН. 2013. Т. 9. № 4. С. 26-31. . Vestnik Yuzhnogo nauchnogo tsentra RAN , 2013, vol. 9, no. 4, pp. 26-31. (In Russian)] Березин А.В., Козинкина А.И. Особенности диагностики повреждений и оценки прочности композитов // Механика композиционных материалов и конструкций. 1999. Т. 5. № 1. С. 99-120. . Mehanika kompozicionnyh materialov i konstrukcij , 1999, vol. 5, no. 1, pp. 99-120. (In Russian)] 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. . Ekologicheskiy vestnik nauchnykh tsentrov Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva , 2014, no. 1, pp. 45-51. (In Russian)] Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. М.: Наука, 1977. 399 с. . Moscow, Nauka Publ., 1977, 399 p. (In Russian)] Победря Б.Е., Горбачев В.И. Концентрация напряжений и деформаций в композитах // Механика композитных материалов. 1984. № 2. С. 207-214. . Mehanika kompozitnyh materialov , 1984, no. 2, pp. 207-214. (In Russian)] Маслов Б.П. Концентрация напряжений в изотропной матрице, армированной анизотропными включениями // Прикладная механика. 1987. Т. 23. № 10. С. 73-79. . Prikladnaja mehanika , 1987, vol. 23, no. 10, pp. 73-79. (In Russian)] Бардушкин В.В., Яковлев В.Б., Колесников И.В., Сычев А.П., Сычев А.А., Флек Б.М. Концентрация напряжений и деформаций в антифрикционных тканых композитах // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2013. № 3. С. 7-13. . Trenie i smazka v mashinah i mehanizmah , 2013, no. 3, pp. 7-13. (In Russian)] Колесников В.И., Яковлев В.Б., Бардушкин В.В., Сычев А.П. О прогнозировании распределений локальных упругих полей в неоднородных средах на основе обобщенного сингулярного приближения // Вестник Южного научного центра РАН. 2015. Т. 11. № 3. С. 11-17. . Vestnik Juzhnogo nauchnogo centra RAN , 2015, vol. 11, no. 3, pp. 11-17. (In Russian)] Лапицкий В.А., Крицук А.А. Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков. Киев: Наукова думка, 1986. 92 с. . Kiev, Naukova Dumka Publ., 1986, 92 p. (In Russian)] Гутников С.И., Лазоряк Б.И., Селезнев А.Н. Стеклянные волокна. М.: Изд-во МГУ, 2010. 53 с. . Moscow, Moscow State University Publ., 2010, 53 p. (In Russian)] Паньков А.А. Методы самосогласования механики композитов. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008. 253 с. . Perm, Perm State Technical University Publ., 2008, 253 p. (In Russian)]