Проведены теоретические и экспериментальные исследования на растяжение стержня прямоугольного поперечного сечения из эластомерного материала, сопровождающиеся формированием однородного напряженно-деформированного состояния. В предположении о том, что истинные осевые деформации в поперечных направлениях пропорциональны истинной осевой деформации в продольном направлении, исходя из геометрической картины деформирования путем введения в рассмотрение двух коэффициентов Пуассона для трансверсально-изотропного материала, получены точные аналитические зависимости, связывающие между собой фиксируемое в экспериментах условное (номинальное) нормальное напряжение с вычисляемым истинным нормальным напряжением в поперечном сечении стержня, замеряемую в экспериментах истинную осевую деформацию с вычисляемой объемной деформацией и истинными мерами сдвиговых деформаций в осях, повернутых на 45 градусов. Проведены экспериментальные исследования на растяжение образцов из листовой технической резины и проведена обработка экспериментальных результатов на основе полученных аналитических зависимостей, справедливых при конечных деформациях. Установлено, что даже при немалых кратностях удлинений истинное нормальное напряжение в поперечном сечении образца с истинной осевой деформацией допустимо связать соотношением упругости, подчиняющимся линейному закону Гука, в котором входящие коэффициенты Пуассона нелинейным образом зависят от истинной осевой деформации. С такой же степенью точности аналогичные линейные зависимости имеют место между истинными касательными напряжениями в повернутых осях с соответствующими мерами истинных сдвиговых деформаций. Изучена возможность реализации явления неустойчивости процесса растяжения образцов из рассматриваемой технической резины.

Развитие технологий получения компактных слоистых композитов методом свободного сжатия на основе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) позволяет создавать произвольные пропорции как геометрии, так и механических свойств слоев материала. В данной работе предлагается развитие модели двухслойного СВС материала до уровня многослойного двухкомпонентного композита с симметричным и периодическим (несимметричным) расположением слоев. Модель строится в рамках таких трех параметров как отношение толщины нижнего слоя ко всей толщине образца, отношение прочностей на изгиб материала нижнего слоя к следующему слою и отношение модулей Юнга. В качестве критерия разрушения был использован критерий максимального растягивающего. Ввиду высокой прочности диффузионного соединения слоев, достигаемой при СВС-технологии, эффекты расслоения в процессе нагружения не учитывались, а жесткость на изгиб таких материалов как борид титана позволила ограничить кинематику задачи рамками модели балки Бернулли-Эйлера. Рассмотрен эффект изменения предельной нагрузки при трехточечном нагружении при смене очередности слоев в результате переворачивания образца. На примере таких материалов слоев как титан и борид титана проведено сравнение прогнозируемой по предлагаемой модели предельной величины нагрузки и экспериментальных данных по разрушению при трехточечном нагружении. Получено хорошее соответствие модели и эксперимента и подтвержден эффект начала разрушения не со внешнего слоя образца, а с нижнего края второго слоя. Показаны варианты в рамках модели многослойного композита, когда разрушение также начинается не со внешнего слоя, что может затруднять визуальный контроль зарождения очагов разрушения, например, на обшивке из слоистого материала.

Для сплавов с памятью формы характерен эффект перекрестного упрочнения, сводящийся к тому, что упрочнить образец из этого материала в отношении деформирования в режиме мартенситной неупругости (структурный механизм, не меняющий тип кристаллической ячейки, а лишь увеличивающий степень ориентированности содержащихся в представительном объеме материала низкосимметричных мартенситных кристаллических ячеек) можно путем прямого термоупругого мартенситного превращения под действием постоянного напряжения, при котором тип кристаллической ячейки меняется от высокосимметричной аустенитной до низкосимметричной мартенситной, а степень ориентированности получающихся мартенситных ячеек представительного объема фиксирована. При этом, согласно экспериментальным данным, напряжение начала действия структурного механизма на этапе деформирования в режиме мартенситной неупругости может существенно превышать то напряжение, под действием которого происходил процесс накопления деформаций на предварительном этапе полного прямого превращения. Разницу между этими двумя напряжениями можно считать количественной характеристикой эффекта перекрестного упрочнения. Работа посвящена выяснению вопроса о том, какие свойства процессов, происходящих на различных структурных уровнях в сплавах с памятью формы, обеспечивают наличие эффекта перекрестного упрочнения. Для решения этой проблемы используется структурно-имитационная модель деформирования сплавов с памятью формы, непосредственно апеллирующая к процессам зарождения и развития мартенситных мезоэлементов при прямом термоупругом фазовом превращении и их деградации и исчезновении при обратном превращении, их доориентации или переориентации при структурном переходе. С помощью этой модели ранее аналогичные проблемы были решены для эффектов накопления деформаций прямого превращения, явления ориентированного превращения, монотонной и реверсивной памяти формы, эффекта мартенситной неупругости.

Исследуются полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе эпоксидных связующих ЭД-20, ЭДТ-10П, УП 2127А, ЭЦТ-1 термического отверждения с целью определения их радиационной стойкости и для изучения возможности использования облучения с целью регулирования физико-механических свойств. Облучение проводилось на ускорителе электронов ЭлТ-1,5А с энергией электронов 1,1 и 1,3 МэВ при токе пучка 5 и 7 мА, что обеспечивало мощность дозы 1,5 и 2,3 кГр/с соответственно. Облучение проводилось перемещением образцов на транспортере со скоростью 0,02 м/с под окном ускорителя. Исследуются физико-механические свойства ПКМ термического отверждения после облучения дозами до 10 МГр. Термостойкость оценивалась с помощью термографического анализа по температуре начала разложения; температуре начала реакции термодеструкции, энергии активации. Облучение показало, что появляются два экзотермических пика. Первый экзотермический пик характеризует интенсивное взаимодействие эпоксидных групп с аминами, второй – свидетельствует о протекании реакции между эпоксидными и образующимися вторичными гидроксильными группами. Это обусловливает образование дополнительных химических связей в полимере и, как следствие, повышение механической прочности. Степень завершенности процессов, происходящих под действием ионизирующего излучения, оценивали по интегральной теплоте термического разложения. Показано, что при малых дозах облучения до 1 МГр происходит ее уменьшение, что указывает на рост числа двойных связей, т.е. на дополнительное отверждение под действием облучения. Испытания кольцевых образцов ПКМ с использованием армирующих материалов ВМН-4, ВМС-8, РВМН, СВМ показало, что в диапазоне доз 1-2 МГр наблюдается дополнительное структурирование (образуются дополнительные поперечные связи за счет возникновения реакционноспособных групп), максимальное значение которого сдвинуто в сторону меньших доз облучения. В результате увеличивается плотность пространственной сетки, снижается уровень внутренних напряжений, увеличивается структурная однородность связующего, что ведет к повышению термостойкости материала.

К настоящему времени композитные материалы приобрели большую популярность в технике и строительстве благодаря их уникальным свойствам, которые можно оптимизировать на стадиях разработки и проектирования. Без их использования уже не представляется возможным создание перспективных летательных аппаратов, судов, автомобилей, машин различного назначения. Применение композитов позволяет существенно снизить вес конструкций, сохраняя и улучшая их прочностные и другие эксплуатационные характеристики по сравнению с их аналогами из традиционных материалов: металлов, пластмасс, полимеров, стекла, керамики. Изделия из композитных материалов могут быть приспособлены к эксплуатации в экстремальных наземных и космических условиях. К таким изделиям относится «космический лифт» – гипотетическая система астрономического масштаба для безракетного вывода спутников на орбиту Земли и в открытый космос. Интерес исследователей к этой идее не ослабевает, охватывая различные инженерные и экономические аспекты. Конструкция основана на применении троса, удерживаемого одним концом на поверхности Земли, другим – в неподвижной относительно планеты точке выше геостационарной орбиты. От троса требуется чрезвычайно большая прочность на разрыв в сочетании с низкой плотностью. В данном обзоре будут рассмотрены основные высокопрочные материалы и будут сделаны выводы о возможности использования этих материалов для создания высокопрочных тросов для систем наземно-космического применения.

Рассмотрены методы экспериментального определения статической прочности при сдвиге у полимерных композиционных материалов. Выделены их преимущества и недостатки. Отмечены границы их применимости. В качестве метода, схему нагружения и закрепления образца которого можно адаптировать для испытания на сдвиг на усталость при любых коэффициентах асимметрии цикла, в том числе и при симметричном цикле нагружения, выбран метод Иосипеску (ASTM D5379/D5379M-12). Главными критериями, по которым был сделан выбор, являются: создание чистой и равномерной рабочей зоны, возможность проведения усталостных испытаний для всех трёх направлений сдвига τxy , τxz , τyz , возможность проведения усталостных испытания при разных коэффициентах асимметрии. Современные испытательные оснастки, выполненные по ASTM D5379/D5379M-12, не позволяют проводить усталостные испытания при симметричном цикле нагружения. В связи с этим, сформированы требования к испытательной оснастке. Показаны недостатки геометрии образца и схемы нагружения, преодоление которых предполагается за счёт конструктивного исполнения испытательной оснастки. Указано, что равномерная рабочая зона в образце достигается при расстоянии между V-образными вырезами, равном 60% от общей толщины образца. Среди недостатков отмечаются: смятие образца по торцам, образование трещин, исходящих из V-образного концентратора, воздействие на образец в процессе испытания изгибающего и внеплоскостного момента. Отдельным преимуществом выделяется возможность проведения испытания при повышенной температуре (до 400оС). Оценка общей жёсткости оснастки проведена с помощью конечных элементарных моделей. Кондиционность усталостного разрушения образцов необходимо подтверждать экспериментально.

Исследование направлено на решение проблемы обеспечения долговременной работоспособности изделий из эластомерных композитов, которые применяются в составе гасителей колебаний в различных конструкциях. Отличительной особенностью эластомерных композитов являются высокие обратимые деформации при малых нагрузках и хорошие диссипативные свойства, которые обеспечивают данному классу материалов восприимчивость к воздействию колебаний. В настоящей работе было проведено экспериментальное исследование механических свойств эластомерных композитов, разработанных для применения в качестве элементов конструкций гасителей колебаний. А также представлены результаты ускоренных испытаний по исследованию влияния ультрафиолетового (УФ) излучения на микромеханические характеристики эластомерных композитов на основе смеси бутилкаучука (БК) и этилен-пропиленового каучука (СКЭПТ), наполненных техуглеродом П-324 с добавлением частиц породы шунгит различной дисперсности. Исследовались также ненаполненные составы на основе СКЭПТ с целью оценки ползучести при наноиндентировании до и после процесса УФ-облучения. Образцы выдерживались под УФ лампой до 12 недель. Изменение структуры поверхности образцов эластомерных композитов до и после УФ-облучения контролировалось с помощью оптического микроскопа. Разработаны эластомерные композиты для применения в составе конструкций гасителей колебаний ЛЭП. Установлено, что требуемый комплекс механических характеристик данных материалов достигается за счёт применения в составе комбинации БК и СКЭПТ, а также добавления субмикрочастиц породы шунгит (5 об.%). Установлено, что воздействие УФ по-разному влияет на структуру поверхности и на микромеханические характеристики образцов в зависимости от состава. При изучении образцов эластомерных композитов на основе СКЭПТ установлено, что добавка микрочастиц породы шунгит увеличивает устойчивость данных композитов к воздействию УФ. Показано, что добавка (5 об.%) субмикрочастиц породы шунгит в составе эластомерных композитов на основе комбинации БК и СКЭПТ позволяет повысить относительный гистерезис данных материалов и при этом сохранить комплекс упруго-прочностных свойств. В экспериментах по наноиндентированию установлено, что ползучесть (Creep-эффект) образцов эластомерных композитов меняется при воздействии УФ. Отмечается увеличение скорости и максимальной глубины индентирования при воздействии УФ на образцы. Получены коэффициенты для функции, описывающей изменение глубины индентирования (внедрения) во времени: до и после облучения образцов эластомерных композитов.

В работе исследовалась необходимость учета необратимой деформации при моделировании работы виброзащитных устройств с рабочими элементами из сплавов с памятью формы. Для описания механического поведения этих сплавов применялась микроструктурная модель, способная описывать их основные функциональные свойства. Ее использование позволило проводить расчеты как с учетом необратимой микропластической деформации, сопровождающей мартенситные превращения, так и без ее учета. В качестве модельного устройства рассматривалась одномерная колебательная система с двумя геликоидальными пружинами из никелида титана, изолирующими полезную массу от внешних воздействий. Расчеты показали, что учет микропластической деформации приводит к снижению резонансной частоты колебаний, причем этот эффект усиливается с ростом амплитуды внешнего воздействия и не зависит от фазового состава материала. В дальнейших исследованиях сравнивалось поведение устройства для случаев учета микропластической деформации и без нее, при соответствующих им частотах резонанса. Показано, что микропластическая деформация приводит к качественному изменению формы деформационных петель при колебаниях, вызывая уменьшение максимальных напряжений и деформаций, что положительно сказывается на виброзащитных свойствах устройства. Также наблюдается снижение эффективной жесткости устройства. С ростом амплитуды возмущающего воздействия увеличивается разница между амплитудами деформаций в рассматриваемых случаях. Особенно сильно это проявляется для мартенситного и двухфазного состояний. Лишь при малых амплитудах воздействия разница между исследуемыми случаями незначительна вследствие того, что им соответствуют упругие колебания или колебания с незначительными фазовыми превращениями, не вызывающими сильного развития микропластической деформации. В результате было показано, что механизм микропластической деформации качественно улучшает работу виброзащитного устройства и его учет необходим для получения адекватных результатов при расчетах.