Особливості тріщиноутворення в системі «нанотрубка-полімер» за умов її асиметричного навантаження
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2022.269740Ключові слова:
руйнування, дефекти, нанотрубка, наномодифікація, каучук, полімери, метод скінченних елементівАнотація
В даний час елементи конструкцій з полімерних і гумових матеріалів набули широкого застосування в різних галузях машинобудування. Одним із провідних напрямів покращення властивостей таких елементів є процедура їх зміцнення шляхом наномодифікації вуглецевими нанотрубками. Аналіз літературних джерел дозволяє стверджувати, що процес наномодифікації є надійним інструментом підвищення параметрів міцності та тріщиностійкості полімерних виробів.
Метою даної роботи є побудова та чисельна реалізація моделі для фізичного прогнозування властивостей наномодифікованих матеріалів з метою визначення параметрів міцності наномодифікованих об’єктів. Для аналізу механізмів утворення та поширення дефектів на нано-, мікро- та макрорівнях використано метод дискретно-віртуального просування тріщин, який дозволяє ефективно досліджувати міцність просторових систем полімерних нанокомпозитів.
В результаті проведених чисельних експериментів встановлено, що процес витягування вуглецевої нанотрубки, яка знаходиться під дією асиметричного навантаження, супроводжується складним процесом накопичення дефектів, який залежить від зміни умов навантажень та суттєво впливає на еволюційну схему руйнування нанокомпозиту.
Розроблені методи дозволяють достовірно оцінити міцність наномодифікованих полімерних матеріалів і можуть бути використані при розробці та впровадженні систем інформаційного забезпечення їх життєвого циклу елементів машинобудівного обладнання.
Посилання
Norizan M. N., M.R.M. Asyraf, Abdan K., Norli A. et al. Fabrication, Functionalization, and Application of Carbon Nanotube-Reinforced Polymer Composite: An Overview 2021, 13(7), 1047.
N. M. Nurazzi, F. A. Sabaruddin, M. M. Harussani et al. Mechanical Performance and Applications of CNTs Reinforced Polymer Composites—A Review, 2021, 11(9), 2186.
Trachevskyi, V., Kartel, M., Sementsov Y., et al . Modification of Specialty Rubbers by Carbon Nanomaterials// International Journal of Materials Science and Applications 8(6) 2019. рp. 135-135.
Jun-Ven L., Soo-Tueen B. A Review on the Synthesis, Properties, and Utilities of Functionalized Carbon Nanoparticles for Polymer Nanocomposites 2021, 13(20), 3547.
Dehaghani, M.Z., Mashhadzadeh, A.H., Salmankhani, A., et al. Fracture toughness and crack propagation behavior of nanoscale beryllium oxide graphene-like structures: A molecular dynamics simulation analysis// Engineering Fracture Mechanics 2020, volume 235.
Aniket J., Vijay S.J., A review on 3D printing: An additive manufacturing technology// International Conference on Design, Manufacturing and Materials Engineering, 2022, pp.2094-2099.
Ma Quanjin, M.R.M.Rejab, M.S.Idris , Nallapaneni ManojKumar, M.H.Abdullah, Guduru RamakrishnaReddy, Recent 3D and 4D intelligent printing technologies: A comparative review and future perspective// International Conference on Computational Intelligence and Data Science, volume 167, 2020, pp. 1210-1219.
Giovanni S., Patrizia L., Vincenzo T., Morphological, Rheological and Electromagnetic Properties of Nanocarbon/Poly(lactic) Acid for 3D Printing: Solution Blending vs. Melt Mixing 2018, 11(11), 2256.
K.Song. Micro- and nano-fillers used in the rubber industry// Progress in Rubber Nanocomposites Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2017. pp. 41-80
Oluranti A., Ojo S. I. F., Ayoola A. A Review on Polymer Nanocomposites and Their Effective Applications in Membranes and Adsorbents for Water Treatment and Gas Separation 2021, 11(2), 139.
Kong J, Franklin NR, Zhou C, Chapline MG, Peng S, Cho K, Dai H. Nanotube molecular wires as chemical sensors// Science 2000.
Maciej S., Małgorzata J., Katarzyna Z., Marcin S., Bartłomiej G., Carbon nanotube transparent conductive layers for solar cells applications// Optica Applicata 2011, pp. 375-381.
Dimoka P., Psarras S., Kostagiannakopoulou C., Kostopoulos V., Assessing the Damage Tolerance of Out of Autoclave Manufactured Carbon Fibre Reinforced Polymers Modified with Multi-Walled Carbon Nanotubes 2019 , 12 (7), 1080.
João V. S., Melo G. T., Evaluation of properties and fatigue life estimation of asphalt mixture modified by organophilic nanoclay// Construction and Building Materials 2017, pp. 364-373.
Seunghwa Y. Understanding Covalent Grafting of Nanotubes onto Polymer Nanocomposites: Molecular Dynamics Simulation Study 2021, 21(8), 2621.
Qiang, L., Baidurya, B. Fracture resistance of zigzag single walled carbon nanotubes// Nanotechnology, Institute of Physics 17, 2006. Pp. 1323 – 1332.
Gondlyakh, A. V., Sokolskiy, A. L., Kolosov, A. E., Chemeris, A. O., Shcherbina, V. Y., Antonyuk, S.I. Modeling the Mechanisms of Fracture Formation in Nanomodified Polymers// 2020 IEEE 10th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 2020, pp. 02TM06-1-02TM06-7.
Gondlyakh A., Kolosov A., Scherbina V., Mamchur O., Yaroslav S.. Crack Resistance Parameters of Nano-reinforced Rubber Products in Mechanical Engineering// Advanced Manufacturing Processes III Selected Papers from the 3rd Grabchenko’s International Conference on Advanced Manufacturing Processes (InterPartner-2021), 2021. pp 272–281.
Sklyut H., Kulak M. , Heinimann M., JAmes M., Gondliakh O.V., Pashinskij R.. Automated finite element based predictions of simultaneous crack growth and delamination growth in multi-layers in advanced metallic hybrid stiffened panels using the Alcoa ASPAN-FP tool// Proceedings of the 6th International Conference on Computation of Shell and Spatial Structures IASS-IACM 2008: “Spanning Nano to Mega” 2008
Sakharov, A.S., Gondlyakh, A.V., Mel'nikov, S.L., Snitko, A.N. Numerical modeling of processes of failure of multilayered composite shells// Mechanics of Composite Materials 25 (3), 1989. pp. 337–343.
A. S. Sacharov, Altenbach I. Die methode der finiten elemente in der festkörpermechanik / I. Altenbach, U. Gabbert, J. Dankert, H. Köppler, S. Koczyk, A. S. Sacharov, V. N. Kislookij, V. V. Kiričevskij. Leipzig : VEB Fachbuchverlag, 1982. 480 p. https://www.twirpx.com/file/1798167/
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Олександр Володимирович Гондлях, Олександр Валерійович Мамчур
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
