6. Дата составления плана

Руководитель__________________________________________

(подпись)

Студент_______________________________________________

(подпись)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1 Дефектность и трещностойкость армированных ПКМ 7

2 Материаловедческо-технологические основы модификации термопластичных матриц, стеклопластиков наночастицами 13

2.1 Стекловолокнистые армирующие системы 13

2.2 Термопластичные матрицы 20

2.3 Модификация полимеров наночастицами 27

2.3.1 Наночастицы 30

2.3.2 Получения и свойства термопластичных полимерных матриц, модифицированных наночастицами 35

3 Моделирование деформационно-прочностных свойств в стеклопластике на основе матрицы, модифицированной наночастицами 46

3.1 Метод конечных элементов в моделировании (МКЭ) деформационно-прочностных свойств ПКМ 46

3.2 Аналитическое моделирование деформационно-прочностных свойств полимерной композиционной матрицы 52

3.3 Моделирование процесса роста дефектов с использованием методики виртуального закрытия трещины и моделирования когезионной зоны 62

3.4 Разработка модели ПКМ и исследование деформационно-прочностных свойств 71

3.4.1 Разработка физической модели структуры ПКМ с модифицированной минеральными наночастицами термопластичной матрицей 73

3.4.2 Исследование влияние наномодификации в матрице и наличия дефекта на границе раздела фаз на деформационно-прочностные свойств ПКМ. 75

Заключение 96

Список литературы 98

Введение

Актуальность работы. Модификация термопластичных полимерных матриц жесткими наночастицами силикатов и углеродными нанотрубками в полимерных композиционных материалах (ПКМ) является одним из эффективных способов направленного регулирования упруго-прочностных свойств и достижения в материале жесткости и прочности, аналогичных ПКМ на основе термореактивных матриц. Наноглины по своей природе и структурообразованию в среде поликапроамидной матрицы дают ярко выраженный эффект упрочнения и ужесточения в межволоконном пространстве. При этом резко возрастает вероятность возникновения технологических дефектов — пор или трещин на границах раздела фаз и слоёв в термопластичных ПКМ. Поэтому предсказание достоверных свойств и выявление особенностей в поведении таких материалов под нагрузкой всегда представляет значительный практический интерес.

Выбор темы диссертационной работы обусловлен возрастающей потребностью в надёжных ПКМ нового поколения, прогнозирование свойств которых основано на современных методиках моделирования. Использование метода компьютерного моделирования позволяет значительно сократить финансовые затраты и повысить достоверность получаемых результатов, отказываясь от многочисленных экспериментальных исследований, сведя их к единичным для проверки спрогнозированных свойств.

Цель работы. Разработка модели развития дефекта на границе раздела фаз в стеклопластике на основе термопластичной матрицы, модифицированной наночастицами.

Задачи:

Провести анализ литературных данных о дефектах в монолитных и слоистых конструкциях из ПКМ, типов наноматериалов, наноглин и ПКМ на их основе, особенностей свойств наноструктур, особенностей получения нанокомпозитов, наномодификации ПА-6. Проанализировать стеклянные волокна с точки зрения использования в качестве армирующих в ПКМ.

Рассмотреть метод конечных элементов при моделировании ПКМ, принципы разбиения моделей на КЭ, подходы в моделировании ПКМ, модели ПКП для блочного метода, подходы моделирования для прогнозирования роста трещин. Определить теоретическую базовую модель для прогнозирования деформационно-прочностных свойств ПКМ и метод расчёта модуля упругости полимерной матрицы модифицированной наночастицами.

Разработать физическую модель структуры ПКМ с модифицированной минеральными наночастицами термопластичной матрицей и непрерывными стеклянными волокнами и методику построения такой модели в программном комплексе ANSYS.

Исследовать с помощью разработанной модели влияние наномодификации в матрице и наличия дефекта на границе раздела фаз на деформационно-прочностные свойств стеклопластика.

Провести анализ и верификацию полученных данных.

Научная новизна. Впервые была построена модель ПКМ на основе поликапоамидной матрицы модифицированной минеральными наночастицами на основе монтмориллонита и армированной непрерывными стеклянными волокнами, позволяющая учитывать наличие дефекта на границе раздела волокно-матрица при прогнозировании деформацонно - прочностных свойств данного композита.

Достоверность результатов обеспечивается использованием современных технических средств и компьютерных технологий.

Подтверждением достоверности расчетов служит их хорошее согласование с литературными данными.

Практическая значимость работы. Разработанная физическая модель позволяет прогнозировать физико-механические свойства ПКМ, не прибегая к экспериментам. Так же, с помощью модели, можно оптимизировать состав ПКМ для получения нужных физико-механических характеристик.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 24 наименования; изложена на 97 страницах, включая 49 рисунков и 9 таблиц.