Search

The method of multigrid finite elements is effectively used to analyze the stress state in composite bodies (CB). When constructing a multigrid finite element (MgFE), briefly a standard MgFE, using known procedures, a fine grid, and large ones nested in a fine one are used. The fine grid is generated by partitioning, which takes into account the heterogeneous structure of the MgFE, large grids are used to reduce its dimension. For a standard MgFE, it is characteristic that every large grid and the corresponding approximations of displacements are determined throughout its entire area. This leads to an increase in the dimension of the standard MgFE when constructing high-order approximations on large grids, which are used to increase its order of accuracy. Standard high-precision MgFE, i.e. of high order of accuracy, have a large dimension, which makes their application difficult. In this paper, a method of local approximations (MLA) for constructing high-precision small-dimensional MgFE (short — small-sized MgFE) is proposed. Such MgFE are used to calculate elastic CB and are designed on the basis of standard. The main idea of the MLA is that local approximations of high-order displacements are determined on large grids in the central part of the region of a small-sized MgFE, and in the vicinity of the boundary of the region — of a small order, which allows using various local approximations to vary the dimension and order of accuracy of a small-sized MgFE. Two approaches to the construction of small-sized MgFE are shown, in the case of their complex shape, forming finite elements are used. Calculations show that small-sized MgFE generate stresses in the CB, the errors of which are 15÷50 smaller than the errors of similar stresses corresponding to standard MgFE, i.e. small-sized MgFE are more effective than standard ones. The use of smallsized MgFE in calculations makes it possible to determine stresses with a small error for large CB partitions., Для анализа напряженного состояния композитных тел (КТ) эффективно используется метод многосеточных конечных элементов. При построении по известным процедурам многосеточного конечного элемента (МнКЭ), кратко — стандартного МнКЭ, используются мелкая (базовая) сетка и крупные, вложенные в мелкую. Мелкая сетка порождена базовым разбиением, которое учитывает неоднородную, мик-ронеоднородную структуру МнКЭ, крупные сетки применяются для понижения его размерности. Для стандартного МнКЭ характерно то, что всякая крупная сетка и отвечающие ей аппроксимации перемещений определяются на всей его области. Это приводит к увеличению размерности стандартного МнКЭ при построении на крупных сетках аппроксимаций высокого порядка, которые используются для повышения его порядка точности. Стандартные высокоточные МнКЭ, т.е. высокого порядка точности, имеют большую размерность, что затрудняет их применение. В данной работе предлагается метод локальных аппроксимаций (МЛА) для построения высокоточных МнКЭ малой размерности (кратко — малоразмерных МнКЭ), которые используются при расчете упругих КТ и проектируются на базе стандартных. Основная идея МЛА состоит в том, что в центральной части области малоразмерного МнКЭ на крупных сетках определяются локальные аппроксимации перемещений высокого порядка, в окрестности границы области — малого порядка, что позволяет с помощью различных локальных аппроксимаций варьировать размерность и порядок точности малоразмерного МнКЭ. Показаны два подхода построения малоразмерных МнКЭ, в случае их сложной формы применяются образующие конечные элементы. Расчеты показывают, что малоразмерные МнКЭ порождают в КТ максимальные эквивалентные напряжения, погрешности которых в 15÷50 раз меньше погрешностей аналогичных напряжений, отвечающих стандартным МнКЭ, т.е. малоразмерные МнКЭ эффективнее стандартных. Применение в расчетах малоразмерных МнКЭ позволяет для крупных разбиений КТ определять напряжения с малой погрешностью.

Установлено, что фотокаталические свойства и антибактериальная активность материалов на основе оксида цинка могут быть существенно повышены введением небольших добавок других компонентов. Полимерно-солевой метод является простым и недорогим методом синтеза материалов и применяется для создания высокоэффективных фотокаталитических полупроводниковых гетероструктур на основе оксида цинка

В статье описывается аналитический метод исследования характеристик связей между усиленными углепластиком стальными изгибаемыми элементами, совместная работа и изменение жесткостных характеристик сечения при изгибе. Рассматриваются напряжения и деформации при изгибающих нагрузках в стальных балках при усилении углепластиковыми ламелями. Аналитические испытания на изгиб проводились при помощи моделирования конструкции балки в программном комплексе Ansys. Произведена теоретическая оценка улучшения нагрузки с использованием новых конфигураций углепластика и изучение руководящих принципов проектирования для использования ламинатов углепластика для усиления балок., The article describes an analytical method for studying the characteristics of the bonds between carbon reinforced steel bendable elements, joint work and changes in the stiffness characteristics of the section during bending. Stresses and deformations under bending loads in steel beams reinforced with carbon fiber lamellas are considered. Analytical bending tests were carried out by modeling the beam structure in the Ansys software package. A theoretical assessment of the load improvement using new carbon fiber configurations and the study of design guidelines for the use of carbon fiber laminates to strengthen beams was carried out.

Предлагается основанный на методе «от противного» итерационный алгоритм построения представительного объема композита периодической структуры и его эффективных материальных термоупругих характеристик. Сформулированы сущностные признаки представительного объема. Для конкретной периодической структуры определены представительный объем и его эффективные параметры. Показано, что фрагмент композита в объеме периодической ячейки не обладает необходимыми характерными признаками представительного объема.

Разработаны из композиционного материала покрытия, которые отличаются возможностью реализации концепта энергетического и технологического соответствия компонентов при формировании вследствие трансформирования исходных параметров целлюлозосодержащего модификатора под действием термоокислительных и механохимических приемов, которые протекают в нагревательном цилиндре литьевой машины в процессе литья под давлением или под действием процессов формирования покрытия.

Temperature fluctuations are the most common and significant factor in the environmental impact on the properties of plastic and biocomposite materials. Therefore, the development of a fundamental concept of the conformation mechanisms of long molecules under conditions of stable temperature gradient is one of the urgent problems of modern technologies in the field of creating materials with given properties. The purpose of the research was substantiation of basic relation for conducting a computational experiment to determine the parameters of the kinetics process for thermally stimulated cellulose polarization within the framework of classical thermodynamics. The objects of the experimental study were microsections of cylindrical birch wood with a thickness of about several hundred microns. During the measurement, the specimens were placed between two massive cylindrical measuring electrodes. Heating was carried out at a constant rate, ensuring the constancy of the temperature gradient along the cut thickness. A potential difference was formed in the wood under experimental conditions due to pyroelectric and piezoelectric effects in cellulose crystallites. The emerging electric field contributes to polarization of the side groups of macromolecules in the amorphous part of the cellulose. In this work, a basic model relation for calculating the potential difference was obtained. The difference occurs in a thin wood specimen. Model efficiency was determined by the method of estimating the dimensionless Nash-Sutcliffe criterion. The proposed model can be applied for data systematization on the thermally stimulated biocomposite polarization (with crystalline and amorphous components). Systematization is made by means of computational experiment to determine the parameters characterizing their unique features., Флуктуации температуры являются наиболее распространенным и существенным фактором воздействия окружающей среды на свойства пластиков и биокомпозитов. Поэтому разработка фундаментальной концепции механизмов конформации длинных молекул в условиях устойчивого градиента температуры является одной из актуальных проблем современных технологий в области создания материалов со свойствами, необходимыми для решения определенных задач. Цель работы – обоснование базового соотношения для проведения вычислительного эксперимента по определению параметров процесса кинетики термостимулированной поляризации целлюлозы в природной древесине в рамках классической термодинамики. Объектами экспериментального исследования были микросрезы древесины березы цилиндрической формы толщиной порядка нескольких сотен микрон. В процессе измерения образцы помещались между двумя массивными измерительными электродами цилиндрической формы. Нагревание проводилось с постоянной скоростью, что позволило обеспечить постоянство градиента температуры вдоль толщины среза. В условиях эксперимента в древесине формируется разность потенциалов, обусловленная пироэлектрическим и пьезоэлектрическим эффектами в кристаллитах целлюлозы. Возникающее электрическое поле способствует поляризации боковых групп макромолекул аморфной части составляющих целлюлозы. В работе получено базовое модельное соотношение для расчета разности потенциалов, возникающей в тонком образце древесины. Эффективность модели определялась методом оценки безразмерного критерия Нэша-Сатклиффа. Предлагаемая модель может быть использована для систематизации данных о термостимулированной поляризованности биокомпозитов, имеющих кристаллическую и аморфную составляющие, путем вычислительного эксперимента по определению параметров, характеризующих их уникальные особенности.

Получены композиционные электрохимические покрытия на основе сплава олово-никель с композитом типа “ядро SiO[2]—оболочка ТiO[2]”. Изучены коррозионные свойства покрытий в 3% растворе хлорида натрия. Изучены антибактериальные свойства покрытий по отношению к штаммам Escherichia coli АТСС 8739 и Staphylococcus aureus АТСС 6538. Установлено, что для придания поверхности антибактериальных свойств минимальная концентрация композита в электролите должна составлять 4 г/дм³.

Проанализирована значимость композиционных материалов для целей экологической безопасности. Актуальность темы подтверждена наукометрическим анализом публикаций, включенных в базу РИНЦ с 2018 по 2022 гг. Исследованы география производителей и эволюция востребованных свойств данных материалов, а также опасные факторы производства и транспортировки изученных композитов. Обоснована целесообразность включения изложенных материалов в учебные программы курсантов ведомственных вузов МЧС России., The importance of composite materials for the purposes of environmental safety is analyzed. The relevance of the topic is confirmed by a scientometric analysis of publications included in the RSCI database from 2018 to 2022. The geography of manufacturers and the evolution of the demanded properties of these materials, as well as hazardous factors in the production and transportation of the studied composites, have been studied. The expediency of including the above materials into the curricula of cadets of departmental universities of the Ministry of Emergency Situations of Russia is substantiated., Актуальные проблемы безопасности в техносфере, Выпуск 1 (9) 2023, Pages 53-56

This paper investigates a problem of optimal design of a multi-walled cylindrical shell under axial compressive loads. The multi-walled shell consists of two load-carrying layers connected by a set of composite walls. The main structural element of the load-carrying layer is a monolayer comprising parallel-laid fibers that are interconnected by a polymer binder – a matrix. The wall represents a unidirectional composite made from the same material as the load- carrying layers. Both strength and stability constraints are taken into account during mathematical modeling. The critical load corresponding to a general form of buckling is determined by a classical formula for an orthotropic shell with “reduced” stiffnesses. The critical load corresponding to a local form of buckling is calculated using the well-known formula for a smooth orthotropic plate. The target function is the mass of the structure. The solution to the problem of optimal design of a multi-walled structure is proved to be unique. The conditions ensuring the existence of the problem solution are formulated. The example of evaluating the efficiency of reinforcing elements in a shell structure is given. The presented research results can find application in design problems for modern composite structures in rocket and space industry.

В статье рассматриваются виды композитной арматуры, ее преимущества и недостатки в сравнении с металлической арматурой. The article discusses the types of composite reinforcement, its advantages and disadvantages in comparison with metal reinforcemen.

Pt/dark TiO2 nanoparticles with different platinum contents were obtained by pulsed laser ablation (PLA). The photocatalytic activity was examined by determining the rate of decomposition of phenol and rhodamine B and by determining amount of the evolved hydrogen from methanol solution under LED irradiation. Materials exhibit an average activity in the process of photocatalytic decomposition of phenol and high activity in the process of hydrogen evolution and decomposition of rhodamine B.

The work is devoted to the study of the self-healing kinetics of ceramic materials of the ZrB2-TaB2-SiC system, which has a dual composite structure, of the "composite in composite" type, where the matrix is represented by ZrB2-SiC, and the inclusions by TaB2-SiC. The studied ceramics were obtained by hot pressing with different ratios of the matrix and inclusions from 90/10 to 50/50. Sample with a homogeneous distribution of components served as a control. Surface defects were formed mechanically using blades and diamond pastes. The kinetics of self-healing was studied by heating in air at a temperature range from 1000 to 1500 °C. It is shown that all samples show a stable tendency to self-healing due to the decomposition of ionic-covalent compounds and the filling of defects with oxides with a large specific volume. X-ray phase analysis indicates the formation of borosilicate glass and zirconium oxide on the surface. A double composite with an 80/20 matrix-toinclusion ratio showed the highest self-healing rate at 1400°C.

Исследованы диэлектрические свойства композитов (SС(NH2)2)0.90/(BaTiO3)0.10 и (SС(NH2)2)0.90/(C6H16NBr)0.10 в интервале температур, охватывающих фазовые переходы в тиомочевине. Обнаружено понижение температуры Кюри тиомочевины, входящей в состав композитов (SС(NH2)2)0.90/(BaTiO3)0.10 и (SС(NH2)2)0.90/(C6H16NBr)0.10. Обсуждаются возможные механизмы, приводящие к понижению температуры сегнетоэлектрического фазового перехода.

The problem of bending a viscoelastic plate on an elastic base is considered and its solution in displacements and stresses is obtained. Displacements and stresses are calculated using the Volterra method and the method of separation of variables. A comparative analysis of the listed methods for solving the viscoelastic problem based on relative errors for displacements and stresses is carried out.

В работе описывается методика оценки равномерности распределения армирующих частиц в алюмоматричных композитах Al–Mg2Si при помощи программного обеспечения ImageJ с применением разработанного макроса для автоматизации выполнения анализа. The paper describes the method for assessing the uniformity of the distribution of reinforcing particles in Al–Mg2Si aluminum matrix composites using ImageJ software using the developed macro for automating the analysis. Авторы выражают благодарность научному руководителю — кандидату технических наук, доценту Е.С. Прусову. The authors express their gratitude to the scientific supervisor — candidate of sciences in engineering, associate professor E.S. Prusov.

For the first time, laminated Nb/Ti3Al(Si)C2-TiC composites were fabricated from Nb metal foils and preceramic papers with MAX phase (Ti3Al(Si)C2) powder filler. The fabrication was performed using spark plasma sintering (SPS) at the temperature of 1250 °C, pressure of 50 MPa for 5 min. The microstructure and phase composition were analyzed by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectively. The structure of composites is represented by Nb metal layers and ceramic layers separated by interdiffusion layers. It was found that the interlayers formed during SPS due to interdiffusion of Nb from metallic layer and mainly Al, Si from the MAX-phase based layer. The interdiffusion results in partial decomposition of the MAX-phase in ceramic layer.

In the present study, we investigated magnetoelectric and dielectric properties of bilayer 0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3 /MnFe2O4 composite.

Статья посвящена слитному/дефисному оформлению на письме прилагательных-композитов в русском языке. Исследованием указанной проблемы занимались многие лингвисты: Б.З. Букчина, Л.П. Калауцкая, Е.В. Каунова, В.Н. Немченко, Е.А. Глазовская, Н.А. Еськова, М.В. Панов, В.В. Лопатин и многие другие. Однако проблема передачи на письме прилагательных-композитов является до сих пор не решённой, что приводит к появлению вариантности в практике их передачи на письме. Кроме того, кодифицирующие источники не предлагают единообразного написания для одних и тех же единиц, что связано с применением разных принципов, положенных в основу написания сложных единиц. В статье нами предпринята попытка исследования орфографических словарей на предмет выявления в них разнобоя в слитной или дефисной передаче сложных прилагательных и рассмотрения причин его возникновения, а также возможных способов решения данной проблемы для слов, не получивших единообразной фиксации на страницах кодифицирующих источников. Авторы приходят к выводу о том, что разные варианты написания прилагательных можно упорядочить как с учетом семантико-синтаксического принципа, который по-прежнему остается главенствующим среди других оснований слитного/дефисного написания, так и с учетом практики письма, которая укажет на предпочтительность того или иного варианта написания сложного слова., The article discusses the issue of the combined/hyphenated spelling of complex adjectives in the Russian language. Many linguists were engaged in the study of this problem: B.Z. Bukchina, L.P. Kalautskaya, E.V. Kaunova, V.N. Nemchenko, E.A. Glazovskaya, N.A. Eskova, M.V. Panov, V.V. Lopatin and many others. However, the problem of transmitting composite adjectives in writing is still unresolved, which leads to the appearance of variation in the practice of their transmission in writing. In addition, codifying sources do not offer uniform spelling for the same units, which is due to the application of different principles underlying the writing of complex units. In the article, the researchers study spelling dictionaries in order to identify discrepancies in the merged or hyphenated transmission of complex adjectives in them and to consider causes of this occurrence, as well as possible ways to solve this problem for words that have not received uniform fixation on the pages of codifying sources. The authors conclude that the different spellings of adjectives can be ordered both taking into account the semantic-syntactic principle, which still remains dominant among other bases of merged/hyphenated spelling, and taking into account the writing practice that will indicate preference for a particular variant of writing a complex word.

Синтезированы и исследованы свойства композитных частиц “ядро SiO[2]—оболочка ТiO[2]”. Методом рентгенофазового анализа установлено, что диоксид титана находится в составе композита в кристаллической модификации анатаз с размером кристаллитов порядка 6—8 нм. Композиты ядро-оболочка с содержанием диоксида титана 32 мас. % обладали удельной поверхностью 220 м /г, сорбционным объемом порядка 0.3 см[3]/г. Методом вольтамперометрии установлено влияние вводимого в состав электролита композита “ядро SiO[2]—оболочка ТiO[2]” на катодную поляризацию процессов электрохимического осаждения сплава Sn—Ni во фторидно-хлоридном электролите. Изучены морфология (СЭМ), фазовый состав (РФА) электрохимических покрытий, полученных из электролитов с различной концентрацией композита. Показано влияние вводимого композита “ядро SiO[2]—оболочка ТiO[2]” на энергию активации процесса электрохимического осаждения покрытий на основе сплава олово—никель. Концентрация композита “ядро SiO[2]—оболочка ТiO[2]” в электролите должна составлять 2 г/дм[3]. Содержание титана в покрытии составляет 0.19 мас. %. Исследована зависимость микрошероховатости и твердости сформированных покрытий от концентрации композита в электролите.

In the present work, mechanical and tribological studies of samples of Cu-Fe system with different content of steel in the copper matrix were carried out. Heterogeneous samples containing 10, 25, 36 and 50 % of steel 321 in the C11000 matrix were obtained by double wire-feed electron beam additive technology. Changes in the deformation behavior of the samples were shown, which can be explained by the presence of copper hardening by introducing steel into the composition. Tribological tests revealed a significant decrease in the average friction coefficient, which is observed mainly in samples containing 50 % of steel. This is due to a smaller role of friction setting and plastic displacement of specimen material from the friction contact zone when steel is introduced. Changes in mechanical properties of materials with increasing steel content up to 50 % mainly consist in a significant increase in ductility.

Изучено влияние щелочных растворов на коррозионное поведение композитов WC–Ni3Al с разным содержанием частиц карбида вольфрама и интерметаллида Ni3Al, полученных методом электронно-лучевой наплавки вне вакуума и самораспространяющим высокотемпературным синтезом соответственно. Установлено, что композиты WC–Ni3Al обладают более высокой коррозионной стойкостью, чем Ni3Al. Выявлено, что повышенное содержание объемной доли частиц карбида вольфрама приводит к максимальной коррозионной стойкости композита в слабых щелочах – гидроксидах калия и натрия, а в более агрессивной среде водного раствора аммиака способствует образованию трещин из-за остаточных внутренних напряжений в композите.

На основе полученного аналитического решения исследованы распределения остаточных напряжений в дискообразных образцах композита, состоящего из слоев керамики разного состава при остывании от температуры спекания до комнатной температуры. Показано, что варьирование толщин слоев позволяет управлять положением максимальных напряжений, а учет диффузионных зон в области сопряжения уменьшает величину опасных напряжений пропорционально толщине этих зон. Отмечено, что для инженерных оценок следует использовать значения физико-механических характеристик компонентов композита для высоких температур, а не среднего значения температуры.

Проанализированы возможные реакции фазообразования, протекающие в процессе синтеза в системе Al–TiO2. Сформулирована задача об изменении фазового состава в окрестности частиц, в которой изменение областей, занятых фазами, связано с подвижными границами. Построено приближенное аналитическое решение. Изучены кинетические закономерности формирования упрочняющей частицы и эволюции состава матрицы в ее окрестности в предположении, что реакции начинаются при температуре, превышающей температуру плавления алюминия, который окружает твердые частицы оксида титана. Температура является функцией времени и следует из решения макрозадачи. Дана оценка сопутствующих напряжений и деформаций как в окрестности границ раздела фаз, так и осредненных по объему ячейки. При остывании диффузия и реакции тормозятся, что приводит к замедлению роста напряжений, однако их значения остаются довольно высокими.

This paper presents the results of microstructural analysis of novel preceramic paper-derived SiCf/SiC composites fabricated by spark plasma sintering. The sintering temperature and pressure were 2100/2200 °C and 60/100 MPa, respectively. The content of fibers in the composites was approx. 10 wt %. The SiCf/SiC composites were analyzed by positron annihilation methods, X-ray diffraction technology, scanning electron microscopy, and Raman spectroscopy. Longer sintering time causes the proportion of the 6H-SiC composition to increase to ~80%. The increase in sintering temperature from 2100 °C to 2200 °C leads to partial transition of 4H-SiC to 6H-SiC during the sintering process, and the long-life component of positrons indicates the formation of Si vacancies. The Raman characteristic peaks of turbostratic graphite appear in the Raman spectrum of SiC fibers, this is caused by the diffusion of carbon from the surface of the SiC fiber and the preceramic paper during the high-temperature sintering process.