THE INFLUENCE OF STRUCTURE FORMING FACTORS ON LOW-CYCLE FATIGUE OF A POLYMER COMPOSITE MATERIAL BASED ON FURFURAL ACETONE MONOMER (FAM)

Abstract


Research studies of polymer concretes are frequently carried out under the action of static loads while the material is affected by cyclic loads, most often, low-cycle as a result of its work in the structure. In the case when the level of stresses caused by these loads exceeds a certain limit, irreversible damage accumulation processes begin to occur in the material, which lead to the formation of cracks. In the future, the stress concentration at the edge of the crack contributes to its development. Most often cracks occur at the surface of the part, but sometimes in the thickness of the material. This process weakens the section and after some time, when the crack reaches a critical length, the part or structure is destroyed. As a rule, they are destroyed without visible residual deformations, even in cases when they are made of plastic materials. It was suggested that under the influence of variable stresses material gradually degenerates over time, as if "gets tired" (fatigued). Material fatigue is a process of gradual accumulation of damage under the influence of variable stresses, leading to the formation of cracks and destruction of the material. The peculiarities influencing low-cycle stresses on strength characteristics of polymer concretes based on furfural acetone monomer (FAM) are considered in the article. The regression equation has been obtained as a result of experimenting on a polymeric composite material which allowed constructing the response surface of the low-cycle fatigue of the polymeric composite material based on the resin of furfural acetone monomer. A second-order plan for three factors studying low-cycle fatigue of a tested composite material is also presented in the paper. It has been established that the ratio of the polymer component to the filler and the coarse aggregate spreading factor are the fundamental ideas influencing the cyclic durability of polymer concretes while the thickness of the polymer bonding layer is an insignificant factor.

Full Text

Введение Механические свойства композиционных материалов определяются тремя основными параметрами: прочностью армирующего компонента, жесткостью полимерной матрицы и прочностью сцепления наполнителя с матрицей. Основная часть Экспериментальные исследования малоцикловой усталости полимербетона ФАМ и влияния на циклическую долговечность структурообразующих факторов были проведены по стандартной методике [1-9]. Постановке эксперимента предшествовало его планирование. В качестве факторов, влияющих на циклическую долговечность, были приняты следующие: - Х1 - отношение полимерной составляющей к наполнителю (П/Н); - Х2 - коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя (α); - Х3 - толщина полимерного связующего слоя. Значения факторов и уровни их варьирования приведены в табл. 1. Таблица 1 Значения факторов и уровни их варьирования Table 1 Factor values and levels of their variation Структурообразующие факторы Нижний уровень Основной уровень Верхний уровень Интервал варьирования П/Н 0,5 0,6 0,7 0,1 α 1,1 1,3 1,5 0,2 δ0∙10-6, м 20 70 120 50 В табл. 2 приведены результаты экспериментальных исследований циклической долговечности композиционного материала. Эксперименты проводились при постоянном для всех образцов значении максимального напряжения цикла, равном пределу выносливости 0,33 Rb, и коэффициенте асимметрии цикла ρ = 0,1. Таблица 2 Результаты экспериментальных исследований циклической долговечности исследуемого композиционного материала Table 2 The results of experimental studies of cyclic durability of the studied composite material Номер состава П/Н α δ0∙10-6, м Количество циклов до разрушения Циклическая долговечность lg τ 1 0,5 1,1 20 60120 1,49 0,173 2 0,7 1,1 20 103090 2,56 0,408 3 0,5 1,5 20 116130 2,89 0,461 4 0,7 1,5 20 55380 1,38 0,139 5 0,5 1,1 120 60180 1,50 0,176 6 0,7 1,1 120 120180 2,99 0,476 7 0,5 1,5 120 115140 2,86 0,456 8 0,7 11,5 120 165240 4,11 0,614 9 - 1,3 70 110520 2,75 0,439 10 - 1,3 70 66180 1,65 0,217 11 0,6 - 70 60720 1,51 0,178 12 0,6 - 70 99180 2,47 0,393 13 0,6 1,3 - 102540 2,55 0,407 14 0,6 1,1 - 58620 1,46 0,164 15 0,7 1,5 120 62760 1,56 0,193 На рис. 1 приведен план второго порядка для трех факторов при исследованиях малоцикловой усталости исследуемого композиционного материала. Матрица планирования эксперимента при циклическом загружении приведена в табл. 3. На рис. 2 приведена поверхность отклика малоцикловой усталости полимерного композиционного материала на основе мономера ФАМ. В результате обработки результатов планирования эксперимента получено уравнение регрессии: Рис. 1. План второго порядка для трех факторов при исследованиях малоцикловой долговечности композиционного материала на основе смолы ФАМ Fig. 1. Plan of the second order for three factors in studies of low-cycle durability of a composite material based on resin FAM Таблица 3 Матрица планирования эксперимента Table 3 Experiment planning matrix Номер опыта Х0 Х1 Х2 Х3 Х12 Х22 Х32 Отклик 1 +1 -1 -1 -1 0,5 1,1 20 0,173 2 +1 +1 -1 -1 0,7 1,1 20 0,408 3 +1 -1 +1 -1 0,5 1,5 20 0,461 4 +1 +1 +1 -1 0,7 1,5 20 0,139 5 +1 -1 -1 +1 0,5 1,1 120 0,176 6 +1 +1 -1 +1 0,7 1,1 120 0,476 7 +1 -1 +1 +1 0,5 1,5 120 0,456 8 +1 +1 +1 +1 0,7 1,5 120 0,614 9 +1 -1,215 0 0 0,4785 1,3 70 0,439 10 +1 +1,215 0 0 0,7215 1,3 70 0,217 11 +1 0 -1,215 0 0,6 0,057 70 0,178 12 +1 0 +1,215 0 0,6 1,543 70 0,393 13 +1 0 0 -1,215 0,6 1,3 11,4 0,407 14 +1 0 0 +1,215 0,6 1,3 128,6 0,164 15 +1 0 0 0 0,6 1,3 70 0,193 Рис. 2. Поверхность отклика малоцикловой усталости полимерного композиционного материала ФАМ Fig. 2. The response surface of low-cycle fatigue of the polymer composite material FAM Заключение Анализируя полученное уравнение, необходимо отметить следующее: толщина полимерного связующего слоя при малоцикловых испытаниях является малозначимым фактором; совместное воздействие отношения полимерной составляющей к наполнителю (П/Н) и коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя (α) на циклическую долговечность является основополагающим фактором.

About the authors

B. A Bondarev

Lipetsk State Technical University

A. E Pankov

Lipetsk State Technical University

T. K Belyaev

Lipetsk State Technical University

References

  1. Бондарев А.Б., Борков П.В., Бондарев Б.А. Ремонт и восстановление элементов конструкций транспортных сооружений с использованием полимерных композиционных материалов // Вестник ВолгГАСУ. Серия: Строительство и архитектура. - 2015. - № 39 (58). - С. 17-25.
  2. Бондарев Б.А., Черноусов Р.Н. Малоцикловая усталость полимерных композиционных материалов // Вестник ВолгГАСУ. Серия Строительство и архитектура. - 2013. - № 31. - С. 96-100.
  3. Черноусов Р.Н. Малоцикловая усталость сталефиброшлакобетона // Промышленное и гражданское строительство. - 2010. - № 5. - С. 66-67.
  4. Бондарев А.Б. Прогнозирование циклической долговечности полимерных композиционных материалов. - Волгоград, 2011. - 180 с.
  5. Сапрыкин Р.Ю., Корвяков Ф.Н. Метод структурных диаграмм и виброползучесть полимерных композиционных материалов // Строительные материалы. - 2014. - № 7. - С. 74-77.
  6. Бондарев Б.А., Комаров П.В., Борков П.В. Циклическая долговечность полимерных композиционных материалов строительного назначения. - Тамбов, - 2013. - С. 111.
  7. Корнеев А.Д., Мелешкин М.Ф., Борков П.В. Долговечность композиционных материалов на основе фурфуролацетонового мономера // Строительные материалы. - 2013. - № 15. - С. 64-65.
  8. Бочарников А.С., Гончарова М.А. Герметики на эпоксидной основе с ферромагнитным наполнителем // Строительные материалы. - 2010. - № 1. - С. 66-67.
  9. Овчинников И.И. Долговечность железобетонных конструкций транспортных сооружений // Строительные материалы. - 2011. - № 2. - С. 60-62.

Statistics

Views

Abstract - 46

PDF (Russian) - 44

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Bondarev B.A., Pankov A.E., Belyaev T.K.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies