Введение к работе
Актуальность проблемы. Применение з промышленности высоко-гаполконных ксетозитнкх материалов с твердым наполнителем зернистого типа и аластп^лцировашпел эластомернш связующим повлекло sa собой широкий комплекс исследований проходящих в них процессов, однако рад явлений в материале не нашел удозлотворительного объяснения (механизм десятикратного упрочнения мелкодисперсным наполнителем и т.д.). А некоторыэ явления на исследовались совсем. К ним относятся микрод::ффузионгае процессы на масштабном уровне отдельных включений. Под действием возникающих в системе неодно-родних напрягеяий пластификатор перетекает из областей онявущо-го, в которых действуют средние сжимающие напряжения, в области, где действуют растягивающие. Поскольку матрица композиционного материала может содержать в отдельных случаях большое-количество пластификатора и работать на предело терлодшамичэской совместимости, роль указанных процессов в форякреванш эффективных свойств материала можэт оказаться существенной. Исследование микродиффузионных процэссов на каептабнем уровне отдельных включений явилось предметом диссертационной работы.
Исследования проводились в соответствии с планами научных работ Института механики сплошных сред Уральского отделапия АН СССР по теме й 790083Є8 "Структурно-механические исследована композиционных матзриалез" (1978-1980), по теме й 8ІС032І9 "'. ;-следование взаимосвязи структуры Еысоконаполненных эластеж' tjx композитов с их механическим поведением и прочностью" (1981-IS85) и по теме Я 0I860I29574 "Разработка и исследование структурной модели композитов на властомерзой основе с польз оцтими зацин их свойств" (І98Є-І990).
Поль работы заключается в выборе и практическом использовании для анализа свойств материала математической модели перетекания пластификатора в эластшернсм связующем. Процесс происходит на масштабном уровне отдельных включений под действием неоднородного поля напряжений около частиц наполнителя. При однородном нагруяении на макроскопическом уровне никаких макроскопических диффузионных перетоков не наблэдается. Необходимо установить роль мпкродиффузаонных процессов в изменении полей структурных напря-езний и влияние их на эффективные свойства материала.
Выполнение поставленной задачи предусї.'лтривазт ряд этапов:
- выбор определяющих уравнений рассматриваемых процессов;
- г -
описание свойств свдаующзго материала; " разработка ік-тсдсі рзізізя гадач;
ЇЕССЛЄДОЕЯШіО ЕЛШЗШК ЕЙІЛрОДИффуЗЕОНІШХ ПрСЦСОССВ Ш ИЗМО-
кєелз полей ипкрсструктуркнх нопряиеі^іі е з$<;ектиЕща свойств ьатергаяа;
- определенна характерные времен процессов.
ЫэтодЕза гостатвакия состоит а аналлзэ определяющих уравнэ-' кий а следущих Ез них выводов признательно к шжродпффузиопяш процесса*: в сскбушсм композиционного материала.
Нзудявя новизна. ЕиерЕНО для описання процессов в пластифицированных гязстомерах использована теорая смеси упруго дефораи-руедсго и еедксго континуумов. Показана связь ее с линейнеЗ тор-цодккзмчкои. Еа щяглере исследования диффузионных профилей показано отлична резєнйі теории смесей от реіпзний линейкой термодинамики (теории твердых растворов): а) скорость проникновения дкф-уЕдцрупд8Го воцзотва в деформируемый катерзал конечна; б) су-^ссггуег псдшшшЗ диффузионный фронт, отделяющий области, в которое прокис пластификатор, от областей, еэ содержащих его; в) прогрес диффузия вощества на начальном этапе зависит от условий па граница їела.
Сфорііуддрован обдкй вид записи потенциала свободной энергии шшетвфяцирсванпого эластомера, определяющий свойства системы при сладком кагругенин. Для нахождения потенциала достаточно независимо определить упругий потенциал эластомэрной сетки и зави-сиыоеть ХЕначеского потенциала пластифікатора от его концентрации б ненагрувекном образце.
Рьссмотрзны алгоритмы решения задач. Ка конкретных примарах показано, что предложенный автором итерационный метод решения позволяет находить поля напряжений и распределение пластификатора в материале с заранее заданной точностью в оперативной памяти ЭЕ1.
Установлено, что наряду с известный факторами, вызывающими диффузионные перетоки в эластомере (концентрационная неоднородность, неоднородность полей темпоратур и давлений) действует еще один - ориентирование эластокерной сетки. Описаны два механизма потери термодинамической устойчивости системы. Анализируется их проявление в условиях сложного напряженного состояния.
Исследована роль микродиффузионных явлений в изменении полей структурных напряжений и эффективных свойств материала. Оценено характерное время процесса.
Дестсвдрчсоть результатов, Полученные рззукьтзїи п выводя следуют из тоор'їп, построенной :іа баіз двул акеисм (пзрвсго и второго закона тер'одчнаг.тоаі) и ?рс-иоз?нп~: шзавазгаоетд процессов от выбора системы отсчета. Никаких депелпз^яью.гл глпоїзз но используется.
Для вычиолетл nozs'j пг-Гіря^рлій с зазора кзіду гас^тзшж.аг используютзя аналитические мет^дн. От.: позво.таззт а^теитэтэс::-! удовлетворить уравленлял' coctofhfx п рогноеєсйл внутри ма^лр:г>-ла. Точность удовлгтворэнлл грапіг-ішх jcr..veaJl кепгрелпрозалась
НепСЗрОДСТРЗНЕН".! ВЫЧ^СДЭНИвМ ЛЙ'?ЯЗСК 1ГЭ Гр-'ШЛНДХ Гт^ПЧСІіЕЙ. ?3-
шєніія задач, в которых предполагалось отсутезчз :ля*рсдп$д> звонких пропессоз в .материале, срззіпггалг.сь с лзіл-сїнн??? з литература анадятяческиии реипниямп упруг.-гх задач.
Точность вичксленЕя эфректпндого модуля кс::;*с'лгітаго катэ-риэяа с шьстпфацироЕзлше! «ластсмерннм сг>Е!?уэ:пй.! со йот оду -Jn-зкчзсісой ;;l'іхрогкзаціз: :із исследовалась.
,ШШ\1^р^^^'П!0_сть. Показана целесообразность л гффзктпз-
КССТ^ ІіСЛОЛІЗОЗПлЕЯ ТвОрТИ: О-ЇОСП УПРУГО дафор'^руСМОГО Л 2ЩДК0ГЭ
коіглгцу$:,?ов для анадиза совместимости и валового раздздзняя в системе злазтсмзр-^дзстга&ікатор в слоапо-кэпртгокнга состояла.
Установлено, чти трудпоосущєствгслне йкспош;,;-знтн по измерзни» хжкческого потвациала в слозяс—капря^опноч с ос легкий дублз-
РУЮТ ИКфОрКацИЮ, ПОЛуЧЄНПуИ ИЗ ЭКСПерИКеК'ГОВ, ОПРЭДОДЯЩЕХ с вяза:
а) наг:ряззнпя-Д9форіацті для различных концоптроцгії пластгфга-тора; б) химический пет^щгал-концэнтрация з непагруззішогл образ-П-з.
Использоганиэ прадделенинх призггаз исследования позволяет белее то^лю слониеять термодинакитэскув соЕМзеттаость пластифкка-торов с элЕ.ст<л:зроми в композитны;: системах, учгтизать роль г.щ:с-родпдфузіог з релаксационных процессах, а такло целенаправленно подбирать вид и количество пластификатора при создании ноенх ее-дов композитных 'материалов.
Апвобаптм_работн. Ссноаяае результаты диссертации дсяязды-вались и обсуждались на пятой (1983), шестой (1Э85) п седьмое (1987) Зимних плодах по механике едлезных ерзд (Пэрмь); Восілхй Есесснзной конференции по прочности п пластичности (Пориь,1983); Первом Всессгозном симпозиуме по иатекатячесхим методам ггехапика деформируемого твердого тела (Москва, 1984); Втором Взссслзнс*' научно-технпческсм совещании "Динаглзка и прочность автомобиля" (Москва, 1986); школе-сег.ганэро "Формирование поверхности и коз-
_ 4 -
фазннэ взаимодействия в композитах" (Ижевск, 1937), расширенном научном сзминара Института химии высокомолекулярных соединений ЛН УССР под руководство;.! академика АН УССР Ю.С. Липатова.
ШйЛШШМК" Основное содержание диссертации пзлокспо в десята печатных работах.
Объем и сттокгута. Диссертация состоит из введения, пята глаз, заключения, списка литературы и двух прилозетш. Работа содержит 102 страницы машинописного текста, 14 рисунков и 9 страниц приложений. Библиография включает 129 наименований.