ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИХ ФАКТОРОВ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ФАМ

Аннотация


Зачастую исследования работы полимерных бетонов проводятся при действии статических нагрузок, при этом фактически на материал в результате его работы в конструкции воздействуют циклические нагрузки, чаще всего малоцикловые. В случае, когда уровень напряжений, вызванных этими нагрузками, превышает определенный предел, в материале начинают происходить необратимые процессы накопления повреждений, которые приводят к образованию трещины. В дальнейшем концентрация напряжений на краю трещины способствует ее развитию. Чаще всего трещины возникают у поверхности детали, но иногда и в толще материала. Этот процесс ослабляет сечение, и по истечении некоторого времени, когда трещина достигает критической длины, происходит разрушение детали или конструкции. Как правило, они разрушаются без видимых остаточных деформаций даже в тех случаях, когда изготовлены из пластических материалов. Высказывалось предположение, что под влиянием переменных напряжений материал со временем постепенно перерождается, как бы «устает». Усталость материала - это процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений, приводящих к образованию трещины и разрушению материала. В статье рассмотрены особенности влияния малоцикловых напряжений на прочностные характеристики полимерных бетонов на основе фурфуролацетонового мономера. В результате эксперимента по испытанию полимерного композиционного материала получено уравнение регрессии, которое позволило построить поверхность отклика малоцикловой усталости полимерного композиционного материала на основе смолы ФАМ. Приведен план второго порядка для трех факторов при исследованиях малоцикловой усталости исследуемого композиционного материала. Установлено, что основополагающими факторами, влияющими на циклическую долговечность полимербетона, являются отношения полимерной составляющей к наполнителю и коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя, при этом толщина полимерного связующего слоя является малозначительным фактором.

Полный текст

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.

Об авторах

Б. А Бондарев

Липецкий государственный технический университет

А. Е Панков

Липецкий государственный технический университет

Т. К Беляев

Липецкий государственный технический университет

Список литературы

  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.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 766

PDF (Russian) - 248

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Бондарев Б.А., Панков А.Е., Беляев Т.К., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах