Комп'ютерне моделювання хаотичної структури та визначення теплофізичних і пружних властивостей композитів

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ім. І. М. Францевича

 

01. 04. 07 Фізика твердого тіла

 

ЖАРОВА ОКСАНА ВІТАЛІЇВНА

УДК: 539. 37

 

Київ – 1999

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському державному політехнічному університеті на кафедрі вищої математики №1.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Новіков Віталій Володимирович, Одеський державний політехнічний університет, завідувач кафедрою вищої математики №1.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук Подрезов Юрій Миколайович, Інститут проблем матеріалознавства ім. І. Н. Францевича НАН України, провідний науковий співробітник відділу №22; кандидат фізико-математичних наук Січкарь Тарас Григорович, Національний педагогічний університет ім. М. П. Драгоманова, доцент кафедри загальної фізики.

Провідна установа: Одеський державний університет ім. І. І. Мечникова.

Захист відбудеться “ 20 ” жовтня 1999 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 26. 207. 01 в Інституті проблем матеріалознавства ім. І. Н. Францевича НАН України (252142, Київ-142, вул. Кржижанівського, 3).

 

 

Вступ. Інтенсивне дослідження композитів полягає в тому, що з'являється можливість одержати новий матеріал з унікальними властивостями, якими не володіють жодний із компонентів, що входять до складу цього матеріалу. Останнім часом знаходять широке застосування псевдосплави, які одержуються методами порошкової металургії: просочуванням, рідким- і твердофазним спіканням. Властивості композиційних матеріалів, одержаних методами порошкової металургії, залежать від багатьох факторів – початкової і кінцевої пористості, розміру і властивостей частинок порошку, умов взаємодії між частками та ін.

Видатний внесок у теорію прогнозування фізичних властивостей порошкових композитів зробив академік Скороход В. В. [Порошкова металургія (1961. – № 1; 1967. – № 6; 1995. – № 1/2) ; Фізико – механічні властивості пористих матеріалів// Порошкова металургія – 77. – Київ, 1977. ; ИФЖ. – 1959. – № 2; Порошкові матеріали на основі тугоплавких металів і сполук. – Київ: Техніка, 1982].

Одним із найпоширеніших засобів одержання виробів із металевих порошків є деформування (штампування) спечених порошкових заготовок. Порошкові метали володіють, як правило, меншою пластичністю в порівнянні з монолітними, тому проблема їхньої деформації без руйнування є особливо актуальною. Значний внесок у теорію пластичності внесли Скороход В. В., Фірстов С. А., Штерн М. Б., Подрезов Ю. Н., Лаптєв А. М. та інші [Скороход В. В. Реологічні основи теорії спікання. – Київ: Наук. Думка, 1972; Фірстов С. А., Подрезов Ю. Н., Жердін А. Г. і ін. // Порошкова металургія. – 1987. – № 10; Штерн М. Б. // Порошкова металургія. – 1981 -№ 4, Феноменологічні теорії пресування порошків. – Київ: Наук. Думка, 1982. ; Лаптєв А. М. // Порошкова металургія. – 1982. – № 7; Бейгельзимер Я. Е., Гетманский А. В. // Порошкова металургія. – 1988. – № 10].

Крім композитів, отриманих з допомогою порошкової металургії, широко використовуються полімерні композити. Це пов'язано з тим, що наповнення полімерів мінеральними або органічними добавками може привести не тільки до зниження ціни матеріалів при зберіганні або незначному погіршенні механічних характеристик, але і до поліпшення їх деформаційних властивостей, зокрема, до підвищення жорсткості, ударної в’язкості і меж міцності.

Значний внесок у теорію опису полімерних композитів внесли Ліпатов Ю. С., Привалко В. П., Новіков В. В., Шут Н. І., Сичкарь Т. Г., Лазоренко М. В., Бартнев Г. М. [Ліпатов Ю. С. Фізична хімія наповнених полімерів. – М., 1977. ; Ліпатов Ю. С., Привалко В. П. // Високомолекулярні з'єднання. Серія. А. – 1972. – Т. 14, № 7. ; Ліпатов Ю. С., Привалко В. П., Хмеленко Г. Л. //Синтез і фізико-хімія полімерів. -1975. -№ 16; Привалко В. П. // Промислова теплотехніка. – 1983. – Т. 5, № 3. ; Privalko V. P., Novikov V. V. The Science of Heterogeneous Polymer. – New York – Brisbane – Toronto – Singapore, 1995. ; Шут Н. И. // Совершенствование расчётных методов исследования физических процессов. – Николаев. – 1985. ; Шут Н. И., Пактер М. К., Сичкарь Т. Г. // Композицион. полимерные материалы. -1990. – Вып. 45. ; Бартенев Г. М., Лазоренко М. В., Шут Н. И. // ВМС. Сер. А. – 1985. – XXVII, № 8. ].

Визначальним фактором, що впливає на ефективні фізичні властивості композита, є структура композита. Прогнозування фізичних властивостей композитів із хаотичною структурою, незважаючи на достатньо велику бібліографію по цьому питанню, до останнього часу не знаходило свого рішення. Тільки притягнення методів теорії перколяції, фрактальної геометрії і ренормгрупових перетворень дозволило підійти до розв'язання проблеми опису впливу хаотичної структури композита на ефективні фізичні властивості матеріалу.

Аналіз літератури, присвячений фізиці композитів з хаотичною структурою, показав що в даний час немає методів адекватного описання впливу хаотичної структури на ефективні фізичні властивості. Це послужило основою для розробки теми дисертаційної роботи.

Щоб знайти оптимальне рішення задачі створення композитів із заданими властивостями необхідний цілеспрямований теоретичний аналіз фізичних ефектів, що мають місце при їх термічному і механічному навантаженнях.