ЗАКОНОМЕРНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ ПОЛЕЙ СТРУКТУРЫ ОДНОНАПРАВЛЕННО АРМИРОВАННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ

Зайцев А.В., Трефилов Й.В.

Пермский государственный технический университет

Неоднородная случайная структура является одним из важнейших факторов, предопределяющих механическое поведение однонаправленно армированных композитов при нагружении. Исследование влияния структурных закономерностей на процессы неупругого деформирования и разрушения композитов может быть осуществлено экспериментально в результате обработки микрошлифов этих материалов, а также на основе анализа модельных структур.

Синтез фрагментов структуры композитов, армирующими элементами для которых являются круглые в поперечном сечении волокна, связан со случайным размещением непересекающихся гладких дисков на плоскости. Размеры включений и минимальное расстояние между волокнами являлись детерминированными и случайными, распределенными по нормальному и логнормальному законам. Сравнивая сгенерированные фрагменты волокнистых композитов {рисунок), можно сделать важный вывод: при одинаковых объемной доле, Dmin, (D) и kD симметричные законы распределения

предопределяют более однородных фракционный состав материала. Следствием выбора несимметричных законов распределения является наличие в случайной структуре крупных фракций, диаметры которых превышают (D) в 4,5-5 раз.

Рисунок. Фрагменты модельных случайных структур однонаправленно армированных композитов с предельной объемной долей волокон, диаметры которых распределены по нормальному (а) и логнормальному (б) законам распределения со средним значением (D)/L = 0,01 и коэффициентом вариации kD = 0,60 ( L — характерный размер фрагмента). При моделировании структур минимальные диаметр волокон и расстояние

между включениями были выбраны равными Dmin = (D)/2 и d/(D) = 0,0 соответственно

Сформулированы принципы построения алгоритмов синтеза, обнаружен и объяснен эффект регуляризации*, проявляющийся при генерации плотноупакованных случайных структур двухфазных композитов с круглыми в поперечном сечении волокнами одинакового диаметра. Установлено, что разброс характерных размеров включений является причиной появления локальности, препятствующей проявлению эффекта регуляризации и фактором, который предопределяет отсутствие периодической составляющей в случайных полях структуры. Кроме того, вид закона распределения диаметров волокон существенным образом влияет на характер поведения нормированных корреляционных функций в интервале от 0,5(D) до 2,0(D) Именно эти масштабы предопределяют характер неоднородности полей

напряжений и деформаций в неповрежденном однонаправленно армированном волокнистом композите и оказывают решающее влияние на начальный этап образования дефектов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ-Урал № 01-01-96479).

* Зайцев А.В., Лукин А.В., Трефилов Н.В. Статистическое описание структуры двухфазных волокнистых композитов // Математ. моделирование систем и процессов. - 2002. - Вып. 10. - С. 52-62.

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЦЕНКИ СТАБИЛЬНОСТИ ЗАРЯДОВ РДТТ

Зверев В.С., ТалинД.Д.

Пермский государственный технический университет

При хранении и эксплуатации зарядов из твердых ракетных топлив наблюдается постепенное изменение параметров, определяющих режим работы двигателя, что при их выходе из области допустимых значений приводит к потере его работоспособности. Этот факт может быть обусловлен

тепловому самовоспламенению заряда.

Математическая модель процесса накопления продуктов разложения и разрушения заряда

с определенными начальными и граничными условиями, Решение данной системы уравнении позволяет найти время 0 до нарушения целостности заряда.

Математическая модель процесса теплового самовоспламенения заряда представляет собой уравнение теплопереноса вида:

также с определенными начальными и граничными условиями. Решение модели позволяет получить поля изменения температуры по своду заряда в различные моменты времени и определить время достижения критической температуры изделия, т.е. время до теплового самовоспламенения.

представляет собой дифференциальное уравнение параболического типа в частных производных вида:

5и

с определенными начальными и граничными условиями. Решение позволяет получить распределение концентрации с диффузионно-активных компонентов по слоям заряда для заданных моментов времени.

По заранее определенным зависимостям a =fi(c), е = f2(c), Е = f3(c), и = f4(c) концентрационные профили перестраивают в профили изменения свойств топлива. Далее определяют сохранение работоспособности заряда с измененными свойствами при помощи расчета внутрибаллистических характеристик или расчета напряженно-деформированного состояния. Последовательные решения данной задачи для различных моментов времени позволяет найти время сохранения работоспособности заряда.

Нами разработан и отлажен специализированный программный комплекс для математического моделирования всех вышеперечисленных процессов. Для комплекса разработан дружественный интерфейс, позволяющий в интерактивном режиме вводить или корректировать исходные данные для расчета, получать результаты в табличной и графической форме, управлять процессом в ходе его моделирования.

Для проверки адекватности результатов расчетов произведены вычислительные эксперименты на ранее исследованных изделиях, которые подтвердили работоспособность комплекса.

Комплекс может быть использовано для оценки сроков технической пригодности изделий, лимитированных вышеперечисленными процессами или для осуществления вычислительных экспериментов, направленных на поиск путей увеличения времени сохранения работоспособности зарядов. Кроме того, данный вычислительный комплекс может быть использован в учебном процессе для исследования в ходе вычислительного эксперимента влияния различных факторов на стабильность эксплуатационных характеристик зарядов.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ ДВУХУПАКОВОЧНОГО

Зиновьев В.М., Куценко Г.В., ЗрайченкоЛ.И. (ФГУП «НИИПМ», Пермь), Сухинин В.С. (ПГТУ), Новиков В.Н. (ООО «Полимер», Пермь)

При ряде несомненйых достоинств (высокая живучесть, не плохие физико-механические характеристики) однокомпонентные полиуретановые лакокрасочные материалы не всегда обеспечивают высокие уровень адгезии к защищаемому металлу и могут наноситься при температурах не ниже минус 10 °С.

Повышение физико-механических характеристик, адгезии к металлу покрытия и расширение температурного диапазона отверждаемого влагой воздуха полиуретанизоцианатного лака может быть достигнуто за счет использования дополнительного к влаге воздуха полиэфирполиольного отвердителя.

Проведенные нами исследования совместного отверждения полиуретанизоцианатного лака "Пластурел" (компонент I) влагой воздуха и полиоксипропилентриолами Лапрол-373 (ММ 370) и Лапрол-503 (ММ 500) (компонент II) позволили разработать рецептуру двухупаковочного лака "Реалур", отличающегося от "Пластурела" более высокой адгезией к металлу (1балл), температурным диапазоном нанесения лака на сталь (плюс 30 - минус 15) °С, более высокими физико-механическими характеристиками (прочность при ударе более 100 кг-см, предел прочности при разрыве 29-32 МПа).

При оптимизации рецептуры лака "Реалур" нами проведено исследование зависимости химической стойкости пленки лака в 20 % растворах серной, соляной, уксусной кислот, едкого натра, в воде от мольного соотношения изоцианатных (компонент I) и гидроксильных (компонент II) групп. Результаты исследования химической стойкости пленок по набуханию при температуре (20±2) °С представлена в Табл. 1.

Из приведенных данных следует, что покрытие "Реалур" вне зависимости от мольных соотношений NCO/OH устойчиво в среде серной, соляной кислот, едкого натра, но не устойчиво в уксусной кислоте.

В изученных агрессивных средах наибольшую химическую стойкость проявляет композиция, полученная при соотношении NCO:OH=2:l,5, что объясняется участием в процессе отверждения как гидроксильных групп Лапрола, так и влаги воздуха с образованием в пространственной сетке покрытия на ряду с уретановыми алофанатных групп. Оптимальное соотношение этих групп и определяет химическую стойкость покрытия. При соотношении NCO/OH менее одного избыток гидроксильных групп в пленке из-за разных констант скорости реакции NCO с ОН группами Лапрола и влаги воздуха не позволяет получить оптимальное соотношение уретановых и алофанатных групп в сетке покрытия, что и сказывается на снижении его химической стойкости.

Из данных Табл.1, следует, что по сравнению с водой 20 % растворы серной и соляной кислот не снижают, а 20 % раствор едкого натра даже повышает химическую стойкость покрытия.

Результаты исследований позволили рекомендовать лак "Реалур" для антикоррозионной защиты оборудования нефтехимического и теплоэнергетического комплексов в условиях нанесения покрытия в диапазоне температур (258 - 318) К. На лак и покрытие "Реалур" разработаны технические условия ТУ 84-07509103.505-99.