авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Процессы разрушения некоторых полимерных композитных материалов при высокоскоростном нагружении

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Цечоева Аминат Хусеновна

Процессы разрушения некоторых полимерных композитных материалов при высокоскоростном нагружении

02.00.06 – высокомолекулярные соединения

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

НАЛЬЧИК 2013

Работа выполнена на кафедре теоретической физики федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»

Научный руководитель: Кунижев Борис Иналович

доктор физико-математических наук,

профессор

Официальные оппоненты: Морозов Юрий Львович

доктор технических наук,

профессор, заместитель

генерального директора ООО

«НИИ Эластомерных материалов

и изделий» (г. Москва)

Языев Батыр Меретович

доктор технических наук,

профессор, заведующий кафедрой

Сопротивления материалов

Ростовского государственного

строительного университета

(г. Ростов-на-Дону)

Ведущая организация: Технологический институт Южного

федерального университета, г. Таганрог

Защита состоится «28» мая 2013 г. в 15 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.076.09 при Кабардино-Балкарском государственном университете им. Х.М. Бербекова по адресу: 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова.

Автореферат разослан «___» апреля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.х.н., профессор Т.А. Борукаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность    работы. Диаграммы состояния высокомолекулярных веществ в условиях интенсивного импульсного нагружения представляют существенный интерес для физики и техники высоких плотностей энергии. Результаты экспериментального и теоретического исследования термодинамических свойств материалов при динамическом нагружении сплошных образцов определяют уравнение состояния вблизи ударной адиабаты. К настоящему времени на основе динамических данных по высокоскоростному нагружению сплошных и пористых образцов для широкой фазовой диаграммы построены полуэмпирические уравнения состояния большого количества металлов и некоторых полимеров.

Другая ситуация наблюдается при исследовании полимеров композитных полимерных материалов, характеризующихся низкой плотностью, малыми значениями электро- и теплопроводности, высокой радиационной стойкостью, пластичностью и износоустойчивостью. Они представляют собой новые перспективные материалы, которые находят широкое применение в конструкциях, несущих высокие силовые и тепловые нагрузки.

Количество расчетных и экспериментальных работ по исследованию динамического нагружения сплошных и пористых образцов полимерных композитов крайне мало, а их диаграммы состояния при высоких плотностях и давлениях до настоящего времени отсутствуют.



Это стимулировало провести в данной диссертации исследование функции Грюнайзена и диаграмм состояния полимерных материалов в широком диапазоне плотностей и давлений. В качестве модельных композитов выбраны полимерные смеси, находящие широкое применение в самых различных областях науки и техники.

Цели и задачи диссертации. Целью настоящей работы является построение диаграмм состояния и ударных адиабат полимерных материалов в экстремальных условиях с учетом зависимости их функции Грюнайзена от температуры, плотности и коэффициента эффективной пористости и исследование процесса их разрушения при интенсивном импульсном нагружении.

В соответствии с целью работы были поставлены и решены следующие задачи:

- исследовать зависимость функции Грюнайзена полиэтилена и синтетического бутадиенового каучука и их композиций от температуры, плотности и коэффициента эффективной пористости;

- рассчитать по современным теоретическим моделям зависимость упругого давления исследуемых полимерных материалов от степени динамического сжатия;

- построить диаграммы состояния исследуемых полимеров в экстремальных условиях с учетом полученных зависимостей функции Грюнайзена от температуры и коэффициента эффективной пористости;

- исследовать процессы разрушения и кратерообразования в полиэтилене и композитном материале на основе полиимида при высокоскоростном ударном нагружении;

-  исследовать зависимость картины разрушения, геометрических размеров и некоторых физических параметров от скорости и времени воздействия ударника на мишени из полиэтилена и композитного материала на основе полиимида.

Научная новизна.

1.Установлено, что функция Грюнайзена полимерных композитов зависит от температуры и коэффициента эффективной пористости. Показано, что температурная зависимость функции Грюнайзена достаточно слабая, причем чем большая плотность достигнута в ударных экспериментах, тем меньше зависимость Г(Т).

2.Впервые рассчитаны функции Грюнайзена Г(х) полиэтилена и синтетического бутадиенового каучука и их полимерных композитов с различным содержанием исходных компонентов по современным теоретическим моделям. Установлено, что во всем исследованном диапазоне сжатия наилучшее согласие с экспериментальными значениями функции Грюнайзена дает уравнение А.М. Молодца, которое содержит общие фундаментальные свойства вещества, и его вывод не ограничен предположениями о каком-либо типе конденсированного вещества.

3.Построены диаграммы состояния исследуемых полимерных материалов в экстремальных условиях с использованием полученных зависимостей функции Грюнайзена от температуры и коэффициента эффективной пористости.

4.Впервые исследованы зависимости глубины кратера в мишени из ПЭ от времени воздействия ударника из ПЭ в диапазоне скоростей от 180 до 1500м/с. Показано, что при v 500 м/с угол наклона прямых h() к оси абсцисс начинает быстрее увеличиваться с ростом скорости внедрения ударника.

5.Впервые исследованы зависимости максимальной энергии образования единицы поверхности S и единицы объема кратера и разрушающего нагружения от скорости ударника. Показано, что если зависимость S() имеет линейный характер, то кривые S() и () при >1,0 км/с выходят на плато. Предложен физический механизм для объяснения этого явления.

6.Рассчитаны зависимости радиального напряжения сжатия от времени и глубины проникания для процесса взаимодействия ударника из ПЭ с мишенью из композитного материала на основе полиимида. Показано, что имеет максимальные значения 170 МПа в начальные моменты (до 8 мкс) ударного взаимодействия, а затем с увеличением времени падает.

Практическая значимость работы.

Результаты работы заложены в банк данных института теплофизики экстремальных состояний ИВТ РАН г.Москва, КБГУ, ФГБУ «ВГИ» и других научных центров, занимающихся теплофизикой импульсных воздействий на вещество, и используются для построения широкодиапазонных уравнений состояний различных материалов и композитов на их основе.

Научные результаты работы использованы при выполнении проекта РНП 2.1, 2.2.5 «Исследование влияния наноструктурной морфологии на макроскопические характеристики полимер-полимерных композитов» Министерства образования и науки РФ.

Результаты, полученные в работе, также используются в ФГБУ «Северо-Кавказская служба по активному воздействию на метеорологические и другие геофизические процессы» и Высокогорном геофизическом институте для изучения процессов разрушения горных пород, льда и градовых образований, содержащих примеси.

Материалы работы используются при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплине специализации «Уравнения состояния вещества» для студентов старших курсов физических факультетов КБГУ и Ингушского Государственного Университета.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Обнаруженные зависимости функции Грюнайзена исследованных полимерных материалов от температуры и коэффициента эффективной пористости.

2. Построенные диаграммы состояния исследуемых полимерных систем в широкой области фазовой диаграммы с использованием зависимостей функции Грюнайзена от температуры, плотности и коэффициента эффективной пористости.

3. Результаты изменения характера разрушения мишени из полиэтилена при высоких скоростях динамического воздействия и предложенный механизм разрушения ПЭ в экстремальных условиях.

4. Выявленные зависимости максимальных энергий образования единицы поверхности и объема кратеров в ПЭ и композитов на основе полиимида от времени и скорости воздействия ударника из полиэтилена, показывающие различную картину кратерообразования в этих материалах.

5. Построенные зависимости максимального напряжения сжатия композитов из полиимида при высокоскоростном нагружении от времени и скорости воздействия полиэтиленового ударника, имеющие характерные особенности, связанные с большей энергозатратой при разрушении данного материала, по сравнению с ПЭ и полиметилметакрилатом.

6. Построенная единая ударная адиабата исследованных материалов на основании обобщения данных по ударному сжатию смесей ПЭ и СКБ.

Апробация полученных результатов.

Итоговые результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 2-м Международном семинаре «Теплофизические свойства веществ» (Нальчик, 2006); Региональной научно - практической конференции «Вузовское образование и наука» (Магас, 2006); 1-ой Всероссийской научно- технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты» (Нальчик, 2007); 4-ой Всероссийской научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (Нальчик, 2008); Региональной научно- практической конференции «Вузовское образование и наука» (Магас, 2008); 30-ой юбилейной Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности» (Киев, 2010); Международных научно-практических конференциях «Новые полимерные композиционные материалы» (Нальчик, 2010, 2011, 2012 гг); 31-ой и 32-ой Международных конференциях «Композиционные материалы в промышленности» (Ялта, 2011, 2012 гг).

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 152 наименования. Общий объем работы составляет 137 страниц машинописного текста, включая 28 рисунков и 11 таблиц.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 24 работы, изданные в центральной, республиканской, региональной печати, в том числе 2 работы в ведущих научных рецензируемых журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность темы диссертации и выбранного направления исследований, сформулированы цели и задачи исследования, рассматриваются научная новизна и практическая значимость исследований, определены положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен литературный обзор современных моделей уравнения состояний твердых тел при высоких давлениях и температурах, рассмотрены процессы кратерообразования и разрушения полимерных материалов при высокоскоростном ударе, изучены современные модели расчета функции Грюнайзена полимеров.

Во второй главе рассмотрены современные методы ударно-волнового нагружения твердых тел, а также приведены методы приготовления исследуемых композитов и некоторые физические свойства полиэтилена и синтетического бутадиенового каучука.

В третьей главе приводятся результаты исследования функции Грюнайзена полиэтилена (ПЭ) и синтетического бутадиенового каучука (СКБ) в экстремальных условиях.





На рисунке 1 приведены зависимости функции Грюнайзена от степени динамичесого сжатия х, рассчитанные по уравнению Молодца А.М. (1) и моделям Ландау-Слэтера (2), при t=0 и Дугдейла-Макдональда (3) при t=1.

Г, (1)

где - коэффициент объемного расширения;

Т0 - комнатная температура ;

- микроскопический параметр Грюнайзена.

(2)

где - упругое давление;

V- удельный объем.

(3)

 Зависимости функции-9

Рисунок 1 - Зависимости функции Грюнайзена полиэтилена от x = /0, рассчитанные по уравнениям (1)-кривая 1, (2) при t=0-кривая 2, (3)при t=1- кривая 3.

Следует отметить, что аналитическая зависимость

Г(V) = C1 V1.25

дает хорошую аппроксимацию уравнения (1) и графика зависимости функции Грюнайзена от x = /0 при С1=0,95. Сравнение наших расчетных значений Г(V) с литературными показало хорошее совпадение с точностью до 10% во всем диапазоне сжатий (уравнение (2)) при t=0 (рис.1, кривая 2.), а при t=1 (рис.1, кривая 3) дает завышенные значения (до 40%) в диапазоне малых степеней сжатия при х=1,5 и удовлетворительное совпадение в области сжатий при х > 2,0.

Такое расхождение Г(V) с данными других авторов можно связать, по-видимому, с тем что уравнение Дугдейла-Макдональда построено для стеклообразных полимеров, имеющих низкую температуру стеклования. А полиэтилен, как известно, является кристаллизующимся полимером, имеющим, в зависимости от условий полимеризации и кристаллизации, значительную степень кристаллизации (от 20 до 55%). Поэтому это уравнение при малых значениях /0 дает завышенные значения Г и удовлетворительное согласие с литературными данными при больших степенях сжатия, так как при этих условиях температура на фронте ударной волны повышается, и стираются различия между выше отмеченными структурно-физическими состояниями полиэтилена.

Таким образом, во всем исследованном диапазоне сжатий наилучшее согласие с расчетными и экспериментальными значениями функции Грюнайзена дает уравнение (1), полученные Молодцом A.M. При этом необходимо отметить, что вывод этого уравнения не ограничен предположениями о каком-либо типе конденсированного вещества, а само уравнение содержит лишь общие фундаментальные свойства материала.

Подобные расчеты Г(V) проведены нами для СКБ. Значения функции Грюнайзена, полученные по уравнению (1), практически не зависят от х и равны 0,83. Г(V), рассчитанные по уравнению (2) при t=0 апроксимируются аналитической зависимостью Г(V)=C2 V1,23 при С2=0,78.

При расчете плотности и функции Грюнайзена композитных материалов с различным содержанием полиэтилена и СКБ использованы уравнения (4) и (5).

(4)

, (5)

где и – начальные плотности полиэтилена и каучука соответственно;

—массовые концентрации компонентов.

Результаты наших расчетов сведены в таблицу 1

Таблица 1 - Значения функции Грюнайзена и плотности исходных гомополимеров и полимерных композитов на их основе

Вещество ПЭ СКБ ПК-1 ПК-2
,кг/м3 920 900 869 897
0,950 0,860 0,791 0,825


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.