Розробка і верифікація механічних характеристик композиційного матеріалу, виготовленого з термопластичної матриці і короткого скловолокна

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243149

Ключові слова:

композиційний матеріал, полікарбонат, коротке скловолокно, DIGIMAT, модуль пружності

Анотація

У роботі представлені результати комп'ютерного моделювання та прогнозування механічних властивостей композиційних матеріалів з полікарбонатною матрицею, заповненою короткими скляними включеннями. На мікрорівні в програмі DIGIMAT (Франція) вивчено вплив обсягу включень на механічні властивості створюваного композиту на основі полікарбонатної матриці. Було встановлено, що при співвідношенні розмірів включень в діапазоні 468÷60 частинки мають голчасту форму, матеріал з такими включеннями має більш високу межу міцності і модуль пружності, ніж при коефіцієнті форми менше 50. Також були визначені компоненти тензора орієнтації волокон, за яких значення комп'ютерного моделювання добре узгоджуються з даними експериментів. Вивчено вплив розміру сітки кінцевих елементів на характеристики композиту на макрорівні, надано рекомендації щодо вибору розміру грані кінцевого елемента. Відповідність комп'ютерних моделей було підтверджено результатами натурних випробувань. У роботі представлені результати випробувань плоских зразків, виготовлених за технологією лиття під тиском. Механічні випробування проводилися на трьох варіантах зразків, виготовлених з композиційного матеріалу на основі полікарбонатної матриці з включеннями 10 %, 20% і 30 %. Розбіжність між експериментальними і комп'ютерними результатами для зразків з вмістом коротких рубаних відрізків волокон 10 %, 20% пояснюється впливом технологічних факторів на властивості матеріалу на макрорівні.

Проведені дослідження дозволили розробити методику комп'ютерного моделювання, що застосовується на етапі створення полімерних композитів на основі термопластичних матриць з короткими скляними включеннями

Біографії авторів

Madina Isametova, Satbayev University

PhD, Associate Professor

Department of Industrial Engineering

Gazel Abilezova, Satbayev University

Postgraduate Student

Department of Industrial Engineering

Nikolay Dishovsky, University of Chemical Technology and Metallurgy

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of Polymer Engineering

Petar Velev, University of Chemical Technology and Metallurgy

PhD, Associate Professor

Department of Polymer Engineering

Посилання

  1. Volkov, A. V., Parygin, A. G., Vikhliantsev, A. A. (2018). Analiz perspektivnykh napravlenii sovershenstvovaniia nasosnykh agregatov neftekhimicheskikh i neftepererabatyvaiuschikh proizvodstv. KHimicheskaia tekhnika, 10. Available at: http://chemtech.ru/analiz-perspektivnyh-napravlenij-sovershenstvovanija-nasosnyh-agregatov-neftehimicheskih-i-neftepererabatyvajushhih-proizvodstv1
  2. Cárdenas, D., Escárpita, A. A., Elizalde, H., Aguirre, J. J., Ahuett, H., Marzocca, P., Probst, O. (2011). Numerical validation of a finite element thin-walled beam model of a composite wind turbine blade. Wind Energy, 15 (2), 203–223. doi: http://doi.org/10.1002/we.462
  3. Rabochie kolesa nasosov iz polimernykh kompozitsii (2016). Stroitelnii resurs. Available at: http://spb-sovtrans.ru/polimernye-kompozicii/963-rabochie-kolesa-nasosov-iz-polimernyh-kompoziciy.html
  4. Ponomareva, N. R. (2010). Strukturno-mekhanicheskie osobennosti deformatsionnogo povedeniia kompozitsionnykh materialov na osnove poliolefinov i mineralnykh chastits. Moscow, 153. Available at: https://freereferats.ru/product_info.php?products_id=667
  5. Dong, X., Sui, G., Yun, Z., Wang, M., Guo, A., Zhang, J., Liu, J. (2016). Effect of temperature on the mechanical behavior of mullite fibrous ceramics with a 3D skeleton structure prepared by molding method. Materials & Design, 90, 942–948. doi: http://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.11.043
  6. Eshelby, J. D. (1957). The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, 241 (1226), 376–396. doi: http://doi.org/10.1098/rspa.1957.0133
  7. Jagath Narayana, K., Burela, R. G. (2019). Multi-scale modeling and simulation of natural fiber reinforced composites (Bio-composites). Journal of Physics: Conference Series, 1240, 012103. doi: http://doi.org/10.1088/1742-6596/1240/1/012103
  8. Jiang, C. P., Chen, F. L., Yan, P., Song, F. (2010). A four-phase confocal elliptical cylinder model for predicting the effective thermal conductivity of coated fibre composites. Philosophical Magazine, 90 (26), 3601–3615. doi: http://doi.org/10.1080/14786435.2010.492767
  9. Liu, Q., Lu, Z., Hu, Z., Li, J. (2013). Finite element analysis on tensile behaviour of 3D random fibrous materials: Model description and meso-level approach. Materials Science and Engineering: A, 587, 36–45. doi: http://doi.org/10.1016/j.msea.2013.07.087
  10. Muktinutalapati, N. R., Benini, E. (2011). Advances in gas turbine technology. Gas Turbines. doi: http://doi.org/10.5772/664
  11. Povetkin, V. V., Isametova, М. Е., Isayeva, I. N. Bukayeva, A. Z. (2018). Dynamic modeling of ball mill drive with regard to damping properties of its elements. Mining Informational and Analytical Bulletin, 5, 184–192. doi: http://doi.org/10.25018/0236-1493-2018-5-0-184-192
  12. Tserpes, K., Tzatzadakis, V. (2019). Computation of mechanical, thermal and electrical properties of CNT/polymer multifunctional nanocomposites using numerical and analytical models. MATEC Web of Conferences, 304, 01013. doi: http://doi.org/10.1051/matecconf/201930401013
  13. Lara-González, L. Á., Guillermo-Rodríguez, W., Pineda-Triana, Y., Peña-Rodríguez, G., Salazar, H. F. (2020). Optimization of the Tensile Properties of Polymeric Matrix Composites Reinforced with Magnetite Particles by Experimental Design. TecnoLógicas, 23 (48), 83–98. doi: http://doi.org/10.22430/22565337.1499
  14. Singh, U. P., Biswas, B. K., Ray, B. C. (2009). Evaluation of mechanical properties of polypropylene filled with wollastonite and silicon rubber. Materials Science and Engineering: A, 501 (1-2), 94–98. doi: http://doi.org/10.1016/j.msea.2008.09.063
  15. Lurie, S. A., Rabinsckiy, L. N., Solyaev, Y. O., Buznik, V. M., Lizunova, D. V. (2016). Methodology of numerical modelling of mechanical properties of porous heat-shielding material based on ceramic fibers. PNRPU Mechanics Bulletin, 4, 263–274. doi: http://doi.org/10.15593/perm.mech/2016.4.15
  16. Desiatkov, A. V., Ponamareva, N. R., Goncharuk, G. P., Obolonkova, E. S., Budnitskii, Iu. M., Serenko, O. A. (2009). Vliianie razmera chastits na mekhanicheskie svoistva kompozitov na osnove odnorodnodeformiruschegosia polimera. Uspekhi v khimii i khimicheskoi tekhnologii, XXIII (5 (98)), 32–35. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-razmera-chastits-na-mehanicheskie-svoystva-kompozitov-na-osnove-odnorodno-deformiruyuschegosya-polimera
  17. Skvortsov, Iu. V., Glushkov, S. V., Khromov, A. I. (2012). Modelirovanie kompozitnykh elementov konstruktsii i analiz ikh razrushenii v SAE-sistemakh MSC.Patran-Nastran i ANSYS. Samara.
  18. Ozawa, Y., Watanabe, M., Kikuchi, T., Ishiwatari, H. (2010). Mechanical and thermal properties of composite material system reinforced with micro glass balloons. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 10, 012094. doi: http://doi.org/10.1088/1757-899x/10/1/012094
  19. Matveeva, U. A., Van Khattum, F. (2011). Razrabotka i analiz strukturnykh modelei kompozitnykh materialov na osnove uglerodnykh nanotrubok.
  20. Nazarov, S. A. (2009). Teorema Eshelbi i zadacha ob optimalnoi zaplate. Algebra ianaliz, 21 (5), 155–195. Available at: http://www.mathnet.ru/links/b4ab83583efec8059ed7924e3cec2ada/aa1157.pdf
  21. Rublenoe steklovolokno. Available at: https://glass-tex.ru/index.php/49–carousel/2015–10–23–08–17–23/151–rublenoe-steklovolokno
  22. Mashkov, Iu. K. (2010). Mekhanicheskie i tribotekhnicheskie svoistva polimernykh kompozitsionnykh materialov na osnove PTFE, optimizatsiia ikh sostava i tekhnologii. Vestnik SibADI, 4 (18), 17–21.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Isametova, M., Abilezova, G., Dishovsky, N., & Velev, P. (2021). Розробка і верифікація механічних характеристик композиційного матеріалу, виготовленого з термопластичної матриці і короткого скловолокна. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12(113), 30–38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243149

Номер

Том 5 № 12(113) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Madina Isametova, Gazel Abilezova, Nikolay Dishovsky, Petar Velev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.