IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) различных составов хорошо сопротивляются действию агрессивных сред и обладают высокой прочностью. Относительно малая жесткость и большая деформативность полимерных композиционных материалов, по сравнению с другими строительными материалами, позволяют им оказывать сопротивление действию динамических нагрузок Небольшое время процесса отверждения полимерных композиционных материалов дает возможность использовать их в качестве материала для изготовления гальванических ванн, полов и опор травильных агрегатов, при проведении ремонта ответственных конструкций таких, как аэродромные и дорожные покрытия и т.п. Исследования последних лет свидетельствуют о том, что полимерные композиционные материалы можно эффектно использовать в мостостроении.

Наряду с этим существует необходимость учета циклических нагрузок в строительстве, при эксплуатации конструкций на заводах металлургической промышленности, мостов, шпал, применения полимерных композиционных материалов в машиностроении. Более широкое применение полимерных композиционных материалов в значительной степени сдерживается сложностью прогнозирования характеристик их напряженно-деформированного состояния при циклических видах нагружения, из-за малой изученности поведения полимерных композиционных материалов при такого рода загружениях. В настоящее время достаточно трудно прогнозировать долговечность полимерных композиционных материалов при статических видах загружения, а имеющиеся методы для материалов кристаллического строения и полимеров не всегда применимы к ним. При длительном действии циклических нагрузок изменения структуры полимерных композиционных материалов происходят за счет локального саморазогрева в вершинах растущих субмикротрещин и связанных с этим изменением упругогестерезистных свойств материала. При этом проявляется энергия усталости, когда одновременное многофакторное циклическое воздействие собственных и силовых напряжений приводит к эффекту, превышающему суммарное действие отдельных видов напряжений.

Долговечность, как характеристика ПКМ, необходима при проектировании строительных конструкций, материалов и изделий. Основными факторами, влияющими на величину долговечности, являются нагрузка, температура, старение, ультрафиолетовое излучение и т.д. Существует несколько определений долговечности. Под долговечностью понимают продолжительность времени от момента нагружения до разрушения полимерного композита [1]. Вместе с тем, под долговечностью понимают также свойство длительно сохранять работоспособность изделия вплоть до предельного состояния, при котором его длительная эксплуатация невозможна. Как отмечают ряд исследователей долговечность ПКМ и ее прогнозирование является многофакторной системой.

Одним из факторов, от которых зависит долговечность полимерных композитов и конструкций из них, являются нагрузки при эксплуатации. Под их действием материал в течение времени получает так называемые усталостные микротрещины, которые являются причиной его разрушения. Причиной образования микротрещин является разрыв связей, вызванный одновременным развитием деформаций сжатия и растяжения структуры полимерного композита. Если локальные напряжения в области скопления дислокаций превысят предел текучести композита, то возникают микроскопические трещины.

Другим фактором, влияющим на долговечность, характерным для полимерных композиционных материалов, является старение. Под старением полимерного композита подразумевают изменение его физико-механических свойств во времени. Изменение свойств происходит в результате физико-химических процессов, активизируемых под влиянием внешней среды.

В процессе установления срока службы здания или конструктивного элемента необходимо знать величину долговечности каждого его составляющего и компонента. Наиболее точным методом установления долговечности полимерного композита является наблюдение за ним в течение всего периода его работы. Зачастую этого сделать не удается, и тогда прибегают к различным приемам и способам прогноза, когда по отдельным факторам или кратковременным испытаниям вычисляют долговечность исследуемого композита.

Для расчета и прогнозирования несущей способности строительных материалов и конструкций, определяющей их долговечность, используются следующие методы:

1. Феноменологический метод.

2. Прогнозирование долговечности по законам кинетики старения.

3. Прогнозирование прочности композиционных материалов с использованием полиструктурной теории.

4. Кинетическая теория прочности.

5. Метод предельных состояний.

Кроме вышеуказанных методов для оценки статической долговечности используется метод на основе энтропии, а для прогнозирования циклической долговечности – структурных и объемлющих диаграмм, метод усталостных диаграмм, а также использование предела пропорциональности материала для оценки циклической и статической долговечности.

Можно сделать вывод о том, что если вышеуказанные вопросы достаточно исследованы например для древесины – как природного композита, то для искусственных конгломератов, каким являются полимерные композиты, эти они нуждаются в тщательном изучении. Поэтому вопросы прогнозирования долговечности полимерных композиционных материалов в различных эксплуатационных условиях является актуальной научной задачей.

Список литературы:

1. Циклическая долговечность полимерных композиционных материалов строительного назначения [Текст]: монография / Б.А. Бондарев, П.В. Борков, П.В. Комаров и др. – Тамбов: Изд во Першина Р.В., 2013. – 112 с.

Код для цитирования: Скопировать