Статья: Прочность на сжатие полимерной композитной трубки, армированной гибридным стекловолокном и базальтовым волокном: характеристики мультифрактальной микроструктуры (2024)

Объектом исследования является микроструктура стекло-базальтовых пластиковых композитных труб и взаимосвязь между их фрактальной размерностью и физико-механическими свойствами. Метод. Исследование включает проведение физических экспериментов по измерению и анализу свойств стеклопластиковых и стекло-базальтопластиковых композитных труб. Эксперименты включают испытания на прочность, модуль упругости, разрушение, изгиб и другие механические характеристики. Результаты. В статье рассматривается возможность моделирования микроструктуры стекло-базальтовых пластиковых композитных труб с помощью 3D-фрактального анализа. Массовый состав труб: 70% ровинга и 30% связующего вещества. Оценка фрактальной размерности микроструктуры проводилась в масштабе 300 мкм с акцентом на границах между структурными элементами (волокнистой матрицей и эпоксидным компонентом труб). Была установлена однозначная зависимость между фрактальной размерностью стекло-базальтовых волокон в трёхмерном пространстве, межфазными границами в двумерном пространстве и прочностью на разрыв, прочностью на сжатие и модулем Юнга. С увеличением фрактальной размерности стекло-базальтовых волокон с 2,055 до 2,245 и межфазных границ с 1,228 до 1,415 наблюдалось улучшение физико-механических свойств труб. Увеличение длины и фрактальной размерности границ раздела указывает на более высокие затраты энергии при разрушении трубы, что приводит к улучшению прочностных характеристик. Рассчитанные математические модели позволяют с удовлетворительной практической точностью прогнозировать физико-механические свойства стекло-базальтовых композитных труб на основе фрактального анализа микроструктуры.

Объектом исследования является отвержденный термореактивный полимер на примере отвержденного эпоксидного полимера. Целью данной работы является совершенствование методов конечно-элементного (КЭ) моделирования структуры отвержденных термореактивных полимеров для прогнозирования их механических, деформационных и термических свойств. Метод. Использовался метод структурного математического моделирования с последующим компьютерным КЭ-моделированием. Структура КЭ-модели была основана на тетраэдрической супрамолекулярной структуре отвержденного полимера. Используя структурную плотность в качестве параметра модели структуры, были определены относительный размер и расположение конечных элементов. Переход от упругого к вязкоупругому поведению контролировался путем изменения структурной плотности и свойств на сжатие/растяжение в местах соединения. Долгосрочная пластическая деформация и релаксация напряжения определялись как результат внутреннего сдвига супрамолекулярной структуры при снижении ее структурной плотности. Численное моделирование напряжений и деформаций было реализовано с помощью компьютерной программы LIRA SAPR. Результаты. Были разработаны численные модели отвержденного эпоксидного полимера, позволяющие с высокой точностью прогнозировать краткосрочные и долгосрочные деформации под нагрузкой с учетом температурного фактора.

Строительная отрасль требует использования эффективных материалов, отвечающих растущим потребностям в проектировании, строительстве, эксплуатации и ремонте зданий и сооружений различного назначения. Объектом исследования является строительная отрасль, которая требует использования эффективных материалов, отвечающих растущим потребностям в проектировании, строительстве, эксплуатации и ремонте зданий и сооружений различного назначения. Целью данной работы является разработка научно обоснованного технологического решения, направленного на создание эффективных композитных цементов, активированных обогащенными зольными и шлаковыми смесями, и набрызгбетона на их основе. Методы. Было проведено систематическое исследование структуры и свойств сырья и цементных композитов. Для создания ремонтных составов использовались теоретические положения закона структурного сродства. Физико-механические свойства сырья и материалов, разработанных на его основе, определялись с помощью стандартных методов исследования: физико-химических методов анализа, лазерной гранулометрии, рентгенофазового и дифференциально-термического анализа, сканирующей электронной микроскопии и др. Результаты. Предложено научно обоснованное технологическое решение для производства торкрет-бетона с использованием композитного цемента, которое заключается в использовании техногенных ресурсов на основе промышленных отходов (зольно-шлаковых смесей) и строительных (бетонного лома от демонтажа зданий и сооружений), активированных и гомогенизированных в вибромельнице, что позволяет контролировать процессы структурообразования за счёт сродства структур и формирования высокопрочных новых образований. Разработанная смесь для торкретирования с низким отскоком (<8%) обеспечивает уплотнение и укрепление зоны контакта клея с основным материалом бетонной стены, что приводит к более эффективной передаче нагрузки между слоями и повышению общей несущей способности всей конструкции.