Статья: ОПРЕДЕЛЕНИЕ СДВИГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (2023)

При решении задачи моделирования распространения межслоевых дефектов в многослойных композитных материалах необходимо знать характеристики рассматриваемого материала, связанные с процессами разрушения. Цель данной работы - определение межслоевой вязкости разрушения в случае нормального отрыва - G I c. Представлены результаты испытаний по определению вязкости разрушения в условиях нормального отрыва. На основании полученных данных проведено конечно-элементное моделирование испытаний. Процесс расслоения моделировали с помощью подходов, наиболее распространенных в рамках метода конечных элементов: VCCT (virtual crack closure technique) и CZM (cohesive zone model). В данных подходах вязкость разрушения используется как основной параметр возникновения расслоения. Проведено сравнение полученных данных с экспериментом. Для подтверждения корректности экспериментальных данных вязкости разрушения G I с проведено моделирование процесса испытаний на сжатие образца типа полоса с дефектом в виде сквозного непроклея. Данная задача включает в себя нелинейный статический расчёт с учетом потери устойчивости и последующего закритического поведения и, как следствие, распространения зоны расслоения. Результаты, полученные с помощью конечно-элементного моделирования, согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

Представлен феноменологический подход к проблеме определения неоднородного остаточного напряженно-деформированного состояния элементов высокотехнологичных инженерных систем при их проектировании и эксплуатации. Он основан на физических и механических методах измерений поля перемещений в этих элементах. Известные современные физические модели описывают закономерности остаточных состояний, связанных с изменениями структуры тела, взаимодействием дефектов и дислокаций в поле микро- и мезонапряжений. При этом остаются вопросы перехода на макроуровень, построения многоуровневых моделей, применения этих моделей в инженерной практике. В рамках феноменологических подходов в общем случае требуется решение трехмерных обратных задач термоупругопластичности. В работе использованы известный механический метод определения однородного поля остаточных упругих напряжений, рекомендованный стандартом ASTM E837, а также предложенный ранее метод определения неоднородного (в плоскости) поля остаточных упругих напряжений. На основе экспериментального определения компонент вектора перемещения методом точечного пошагового сверления отверстий и обработки данных средствами цифровой спекл-интерферометрии и корреляции цифровых изображений разработан метод определения трехмерного неоднородного остаточного упругого напряженно-деформированного состояния. Определяющие соотношения для компонент вектора перемещений записаны в виде интегральных операторов Вольтерры. Ядра операторов - функции четырех переменных - координат цилиндрической системы ( r, θ, z ), связанной с отверстием, и глубины отверстия h. Представлен метод верификации этих функций. Задача сводится к определению трех функций перемещений от трех переменных: радиуса r, глубины h отверстия и оси z. Проведено численное моделирование базовых функций. Полученные результаты согласуются с известными экспериментальными данными и расчетными значениями компонент тензора деформаций поверхности тела в зависимости от глубины отверстия по стандарту ASTM E837.

Пористые керамические материалы с высокой производительностью фильтрования широко применяют в условиях интенсивных химических, термических и радиационных нагрузок. В работе представлены результаты исследования структуры и морфологии порового пространства керамических мембран. В качестве основного компонента-заполнителя использовали ультрадисперсный тугоплавкий порошок Y2O3. Синтез осуществляли методами компактирования, технологического горения и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Применение ультрадисперсных спекающих добавок с высокоразвитой поверхностью (MgO - 5 мкм, SiC - 3, SiO2 - 5 мкм) позволило обеспечить энергоэффективность синтеза высокопористых керамических материалов при низких температурах. Анализ структуры и порового пространства методом ртутной порометрии и альтернативными методами показал, что средний размер пор в синтезированном 3D матричном композиционном материале на основе матрицы из ортосиликата иттрия с наполнителем из оксида иттрия составляет 1,1 мкм, эквивалентный гидравлический диаметр пор - около 100 нм. Разница определяется вариативностью сечений и высокой извилистостью поровых каналов. Поскольку плотность материала составляет 2,3 г/см3, а прочность на сжатие - около 2 МПа, материал может легко подвергаться механической обработке твердосплавными инструментами и перспективен для создания изделий сложной формы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке энергоэффективной технологии одностадийного производства фильтров на основе оксида иттрия с высокой пористостью для применения в условиях воздействия радиационного излучения, агрессивных сред и высоких температур.

В работе представлены результаты исследования электрофизических свойств феррит-диэлектрических композитов, в которых в качестве включений выбраны Mn-Zn- и Ni-Zn-ферриты-шпинели с одинаковой начальной магнитной проницаемостью (марки 2000НМ и 2000НН соответственно), но разными электрическими сопротивлениями. В качестве матриц для композитов использовали полимерные и керамические диэлектрики с различным значением диэлектрической проницаемости: полистирол (ПС525), поливинилиденфторид (марка Ф2МВ), цирконат-титанат свинца (ЦТС-21), титанат бария (ТБК-3). Экспериментальные образцы композитов получали методом горячего (если матрица - полимер) или холодного прессования со связкой (если матрица - керамический сегнетоэлектрик). Показано, что радиопоглощающие свойства полученных композитов во многом зависят от электрофизических свойств диэлектрической матрицы и удельного электросопротивления наполнителя. Наибольшее ослабление электромагнитных волн 25 - 27 дБ в диапазоне частот 4 - 5 ГГц наблюдали для феррит-полимерных композитов с полупроводниковым наполнителем 2000НМ при толщине радиопоглощающего материала 6 мм. Для композитов с наполнителем Mn-Zn-феррит также фиксировали выраженный сдвиг области дисперсии магнитной проницаемости, что в свою очередь меняло частотное положение пикового радиопоглощения. Для композитов с сегнетоэлектрической матрицей область рабочих частот для обоих наполнителей смещалась в низкочастотную область (1 - 4 ГГц) с максимальным ослаблением до 22 дБ при той же толщине материала. Экспериментально было установлено, что при массовой концентрации феррита Cm = 40 % с увеличением диэлектрической проницаемости матрицы уменьшается частота центра минимума поглощения f ц и минимальное значение коэффициента отражения на металлической пластине для наполнителя с высоким электросопротивлением 2000НН. В случае композитов с наполнителем 2000НМ зависимость (ε’ матрицы) проходит через минимум. Полученные композиты можно рассматривать как эффективные радиопоглощающие материалы для диапазона частот 1 - 6 ГГц с пиковым ослаблением электромагнитной волны в диапазоне 14 - 27 дБ и рабочей полосой частот (менее 10 дБ) в диапазоне 1,1 - 2,5 ГГц.

В рамках судебной экспертизы нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов предложен новый подход к установлению принадлежности автомобильных бензинов общему/различному идентификационному множеству. Разработана методика идентификации бензинов с использованием результатов хроматографического определения контролируемых показателей и последующей оценки результатов для попарно сравниваемых образцов по установленным критериям. В качестве контролируемых показателей, определяемых по стандартизованным методикам, выбраны значения исследовательского октанового числа (ОЧИ), концентраций групп углеводородов (парафины, изопарафины, арены, нафтены, олефины) и оксигенатов. Использовали аппаратно-программный комплекс «Хроматэк-Кристалл 5000», включающий программу обработки данных «Хроматэк-DHA». Установлены оценочные критерии или правила принятия решения по вопросам, поставленным перед экспертом, для отнесения бензинов к одному товарному наименованию (родовое множество), одной технологии производства (групповое множество) или общему источнику происхождения (одна партия продукции, резервуар хранения и т. п.). Надежность методики оценивали посредством ее валидации, которая состояла из трех этапов. Применяли коллекцию автомобильных бензинов марки Аи-92, отобранных на АЗС четырех нефтяных компаний в течение шести месяцев 2022 г. в различных районах Москвы. На первом этапе исполнитель анализировал в разное время по 12 аликвот каждого из четырех образцов бензинов (образцы, принадлежащие ранее общему объему). Установлено, что показатели качества предлагаемой методики (СКО повторяемости и воспроизводимости, расширенная неопределенность, пределы повторяемости и воспроизводимости) для каждого из определяемых контролируемых показателей не превышают допустимых погрешностей, установленных стандартизованными методиками. На втором этапе эксперимента исполнитель скомбинировал 12 исследуемых образцов в четыре группы каждого производителя (одна технология производства) по три образца разной даты изготовления (разные партии). Сравнивая расхождения измеренных значений одноименных контролируемых показателей между парами образцов внутри групп и расхождение средних показателей между парами групп, исполнитель выявил бензины, изготовленные по одинаковой технологии, а также бензины, произведенные по одной технологии, но в разное время (различные партии), и с вероятностью 95 % бензины, имеющие общее происхождение (принадлежащие ранее общему объему). Выводы валидационного исследования совпали с исходными данными об образцах, что служит подтверждением правильности разработанных критериев сравнения. На третьем этапе (слепое испытание) исполнитель исследовал семь образцов бензинов неизвестного состава: результаты слепого испытания были признаны удовлетворительными. Таким образом, результаты валидации свидетельствуют о пригодности методики для решения судебно-экспертных задач идентификации автомобильных бензинов и о достаточной для реализации методики компетентности исполнителя.

Синтезированы сорбенты ППА-1 и ППФ-1 на основе волокон полиакрилонитрила (ПАН), модифицированных полиэтиленполиамином (ПЭПА), с добавлением формальдегида и фосфористой кислоты в случае ППФ-1. Эти сорбенты с иммобилизованной на их поверхности сульфосалициловой кислотой (ССК) использовали для сорбционного концентрирования ионов Fe (III) из образцов водопроводной и сточной вод. Методами ИК-спектроскопии и спектроскопии диффузного отражения подтверждено образование комплекса ионов железа с иммобилизованной на поверхности ППА-1 и ППФ-1 ССК. Исследована сорбция ионов Fe (III) на данных сорбентах: выбраны значения pH раствора, массы сорбента, времени контакта фаз, а также объем и концентрация десорбирующего агента (HNO3), обеспечивающие максимальную степень извлечения железа. Значения обменной емкости ППА-1 и ППФ-1 составили 8 и 15 мг-экв/г соответственно. В выбранных условиях (pH = 2 - 2,5, t = 25 °C, m (сорбента) = 200 мг, V (0,5 М HNO3) = 15 мл) изучено влияние мешающих ионов на извлечение железа. По многим параметрам ППФ-1 оказался более перспективным сорбентом для извлечения ионов Fe (III). Выбраны условия последующего определения железа методом атомно-абсорбционной спектрометрии с атомизацией в пламени (ПААС): пламя ацетилен - воздух; аналитическая линия Fe 243,8 нм; ширина щели монохроматора - 0,2 нм; ток лампы с полым катодом - 12 мА. Разработана методика сорбционно-атомно-абсорбционного определения железа в образцах вод различного происхождения в диапазоне концентраций 0,005 - 4 мк/мл с пределом обнаружения 0,01 мкг/л ( Sr = 0,033).

При атомно-эмиссионном спектральном анализе порошковой пробы способом просыпки-вдувания в плазму дугового разряда, горящего на воздухе, образуются цианиды, нитриды и оксиды, которые формируют в спектре молекулярные полосы, затрудняющие измерение интенсивности аналитических линий элементов. Подача в дуговой разряд потока аргона позволяет снизить количество спектральных помех, а также увеличить температуру плазмы, что способствует более полному испарению анализируемой пробы в дуговом разряде и, соответственно, повышению степени ионизации элементов и интенсивности ионных спектральных линий. Целью работы являлась разработка устройства ввода аргона в зону дугового разряда с одновременной подачей пробы способом просыпки-вдувания, а также изучение влияния расхода аргона на параметры дугового разряда и спектры эмиссии порошковых проб. Устройство ввода аргона (до 2,25 л/мин) при использовании спектрометра «Гранд-Поток» создано на основе стеклянных воронок, геометрические размеры которых выбраны исходя из необходимости получения максимальной интенсивности аналитических линий и снижения интенсивности молекулярных полос при минимальном расходе аргона. Показано, что с увеличением расхода аргона снижается интенсивность молекулярных полос SiO, температура плазмы возрастает на 350 - 540 К, а интенсивность ионных линий и атомных линий с энергией ионизации выше 8 эВ повышается не более чем в 4,7 и 2,9 раза соответственно. Устройство может применяться в практике анализа геологических материалов для улучшения метрологических характеристик результатов атомно-эмиссионного спектрального анализа.

Ля уменьшения системной токсичности и улучшения фармакокинетики противоопухолевых препаратов часто используют их липосомальную форму. Монойодацетат натрия (МЙА) - ингибитор гликолиза - противоопухолевый препарат, находящийся на стадии клинических испытаний. МЙА инкапсулировали в липосомы (липосомальная эмульсия содержала 1,2-дипальмитоил-глицеро-3-фосфохолин (ДПФХ) и холестерин (Хол) в молярном соотношении 9:0,8) методом экструзии: в зависимости от условий диаметр полученных липосом составил 100 или 400 нм. Полученные липосомы очищали от невключенного МЙА путем диализа в течение 3 ч. Для определения МЙА, содержащегося непосредственно в липосомах, необходимо сначала отделить липосомы от межлипосомальной жидкости, которая также содержит невключенный МЙА. Для этой цели использовали сорбцию липосом на активированном угле. Затем необходимо разрушить оболочку липосом: из исследованных агентов (ПАВ, бензалкония хлорид, апротонные растворители) наиболее эффективным для этой цели оказался диоксан. Разработана методика определения МЙА в липосомальной форме в диапазоне 31,3 мкг/мл - 7,9 мг/мл с пределом обнаружения 5,6 мкг/мл, обеспечивающая разделение МЙА, холестерина и фосфолипидов, с использованием метода хроматографии гидрофильного взаимодействия со спектрофотометрическим детектированием на длине волны λ = 260 нм. В качестве подвижной фазы использовали раствор ацетонитрила в воде в объемном соотношении 50:50 с добавлением модификаторов - уксусной кислоты (60 ммоль/л) и формиата аммония (30 ммоль/л), неподвижная фаза - аминопропилсиликагель. Установлено, что независимо от диаметра доза МЙА в 1 мл липосом составила 0,20 - 0,23 мг. Для использования в дальнейших исследованиях выбраны липосомы диаметром 400 нм, более мягкие условия получения которых обеспечивают меньшие степень окисления липидов и потери МЙА.