ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    
 


Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 








Нашли ошибку на сайте?

Сообщите нам:   







 

Архив выпусков

Выпуск 4 (64), 2021


Экспериментальное исследование внутреннего трения в каутоне и фиброкаутоне


Попов И. И., Левченко А. В.

 

Попов И. И., PhD в области техн. наук, доц. кафедры технологии, организации строительства, экспертизы и управления недвижимостью, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, e-mail: 89042149140@mail.ru

Левченко А. В., ассистент кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов им. проф. Ю. М. Борисова,  Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, e-mail: alevchenko@vgasu.vrn.ru

 
 
Постановка задачи. Работа посвящена экспериментальному определению внутреннего трения в таких материалах, как каучуковые бетоны (каутоны) на основе низкомолекулярного полибутадиенового каучука смешанной микроструктуры марки ПБН и цис-полибутадиенового низкомолекулярного каучука марки СКДН-Н, с помощью метода импульсного воздействия.
Результаты. Установлено, что каутон на основе каучука марки ПБН обладает более выраженными вязкоупругими свойствами по сравнению с аналогичным материалом на основе каучука марки СКДН-Н. Введение стальной фибры снижает внутреннее трение в материале, в то время как полимерная фибра дает обратный эффект. Это связано с тем, что волокнистая пропиленовая фибра служит дополнительным демпфирующим материалом, усиливающим диссипацию энергии при динамическом нагружении.
Выводы. Впервые измерено внутреннее трение для каутона и фиброкаутона. Полученные данные являются дополнительными микроструктурными характеристиками материалов, описывающими их вязкость. Определены реальные значения исследуемых величин, которые позволяют применять модели с дробными производными при расчете строительных конструкций из каутона и фиброкаутона на динамические воздействия с учетом явления вязкоупругости.
 
Ключевые слова: внутреннее трение, каутон, фиброкаутон, метод импульсного воздействия.


DOI: 10.36622/VSTU.2021.64.4.008


Финансирование: данная работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 20-38-70143-Стабильность. Исследования, изложенные в данной работе, проводились с использованием оборудования ЦКП имени проф. Ю. М. Борисова ВГТУ, получившего поддержку Министерства науки и высшего образования РФ, проект № 075-15-2021-662.

 

Библиографический список

1. Барабаш, Д. Е. Композиционные строительные материалы на основе модифицированных жидких олигодиенов / Д. Е. Барабаш // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2008. — № 4. — С. 81—90.
2. Борисов, Ю. М. Дисперсно-армированные строительные композиты / Ю. М. Борисов, Д. В. Панфилов, С. В. Каштанов, Е. М. Юдин // Строительная механика и конструкции. — 2010. — № 2 (5). — С. 32—37.
3. Борисов, Ю. М. Задачи и методика экспериментальных исследований нормальных сечений изгибаемых элементов таврового профиля из армокаутона / Ю. М. Борисов, А. Е. Поликутин, А. С. Чудинов, А. Ю. Атанов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Сер. Высокие технологии. Экология. — 2011. — № 1. — С. 52—57.
4. Борисов, Ю. М. Исследование несущей способности нормальных сечений двуслойных каутонно-бетонных изгибаемых элементов / Ю. М. Борисов, А. Э. Поликутин, Ф. З. Нгуен // Вестник центрального регионального отделения РААСН: сб. науч. ст. — Воронеж, 2010. — Вып. 9. — С. 133—137.
5. Борисов, Ю. М. Конструкции специального назначения на основе каучукового бетона / Ю. М. Борисов, Ю. Б. Потапов, Д. Е. Барабаш, А. Э. Поликутин, Д. В. Панфилов, С. А. Пинаев. — Воронеж, 2013.
6. Борисов, Ю. М. Напряженно-деформированное состояние двухслойных каутонно-бетонных изгибаемых элементов строительных конструкций / Ю. М. Борисов, А. Е. Поликутин, Ф. З. Нгуен // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2010. — № 2. — С. 18—24.
7. Борисов, Ю. М. Строительные материалы и изделия для особых условий эксплуатации на основе жидких каучуков: дис…. д-ра техн. наук / Ю. М. Борисов. — Воронеж, 2004.
8. Мешков, С. И. Вязкоупругие свойства металлов / С. И. Мешков. — М.: Металлургия, 1974.
9. Панфилов, Д. В. Влияние неоднородной структуры фиброкаутона на его прочность / Д. В. Панфилов, Ю. Б. Потапов, С. В. Каштанов, И. А. Константинов // Конденсированные среды и межфазные границы. — 2014. — Т. 16, № 3. — С. 310—317.
10. Пинаев, С. А. Влияние полимерцементной защиты на трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов / С. А. Пинаев, Ф. С. Да Фонеска // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Сер. Высокие технологии. Экология. — 2011. — № 1. — С. 85—88.
11. Попов, И. И. Экспериментальные исследования влияния возраста бетона на величину контактной силы и времени контакта при ударе по вязкоупругой балке / И. И. Попов, Ю. А. Россихин, М. В. Шитикова // Известия вузов. Строительство. — 2018. — № 6. — С. 117—126.
12. Постников, В. С. Внутреннее трение в металлах / В. С. Постников. — М.: Металлургия, 1974.
13. Потапов, Ю. Б. Высокоэффективные композиты на основе жидких каучуков / Б. Ю. Потапов // Актуальные проблемы строительного материаловедения (IV академические чтения РААСН): сб. науч. ст. материалов междунар. науч.-техн. конф. — Пенза, 1998. — С. 16—17.
14. Потапов, Ю. Б. Каутоны — новый класс коррозионностойких строительных материалов / Б. Ю. Потапов // Строительные материалы XXI века. — 2000. — № 9. — С. 9—10.
15. Работнов, Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела/ Ю. Н. Работнов. — М.: Наука, 1988.
16. Работнов, Ю. Н. Ползучесть элементов конструкции / Ю. Н. Работнов. — М.: Наука, 1966.
17. Работнов, Ю. Н. Элементы наследственной механики твердых тел / Ю. Н. Работнов. — М.: Наука, 1977.
18. Фиговский, О. Л. Исследование распределения дефектов в структуре фиброкаутона методом Монте-Карло / О. Л. Фиговский, Ю. Б. Потапов, Д. В. Панфилов, С. В. Каштанов, Е. М. Юдин // Восточно-европейский журнал передовых технологий. — 2014. — Т. 6, № 11 (72). — С. 21—25.
19. Фиговский, О. Л. Прочность нормальных сечений двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов строительных конструкций / О. Л. Фиговский, Ю. Б. Потапов, А. Э. Поликутин, З. Ф. Нгуен // Восточно-европейский журнал передовых технологий. — 2014. — Т. 6, № 11 (72). — С. 14—20.
20. Blanter, M. S. Internal Friction in Metallic Materials / M. S. Blanter, I. S. Golovin, H. Neuhäuser, H-R. Sinning. — Berlin: Springer, 2007.
21. Lakes, R. S. Viscoelastic measurement techniques / R. S. Lakes // Rev Sci Instrum. — 2004. — Vol. 75 (4). — P. 797—810. — DOI: 10.1063/1.1651639.
22. Popov, I. I. Application of impulse excitation technique to investigation of concrete damping and its changes at early ages / I. I. Popov, T. P. Chang, Yu. A. Rossikhin, M. V. Shitikova // IMEAIA—2016: Proceedings of the 2016 International Conference on Informatics, Management Engineering and Industrial Application. — Lancaster: DEStech Publications Inc, 2016. — P. 319.
23. Popov, I. I. Experimental identification of the fractional parameter for a viscoelastic model of concrete at different ages based on the impulse excitation technique / I. I. Popov, Yu. A. Rossikhin, M. V. Shitikova // Advances in Rotor Dynamics, Control, and Structural Health Monitoring. Select Proceedings of ICOVP—2017. Lecture Notes in Mechanical Engineering. — Singapore: Pte Ltd Springer Nature, 2020. — P. 349.
24. Popov, I. I. Experimental investigation of fly ash and water content on the internal friction of concrete / I. I. Popov, T. P. Chang, Yu. A. Rossikhin, M. V. Shitikova // ICMMSE—2017: Second International Conference on Mechanics, Materials and Structural Engineering, Advances in Engineering Research (AER). — Amsterdam — Paris: Atlantis Press, 2017. — Vol. 102. — P. 70.
25. Popov, I. I. Impulse excitation technique and its application for identification of material damping: an overview / I. I. Popov, M. V. Shitikova // IOP Conf Ser: Mater Sci Eng. — 2020. — Vol. 962. — P. 1—8. — DOI: 10.1088/1757-899X/962/2/022025.
26. RFDA Basic v.1.1 Manual, IMCE N. V.

 
 

Ссылка для цитирования

Попов, И. И. Экспериментальное исследование внутреннего трения в каутоне и фиброкаутоне / И. И. Попов, А. В. Левченко // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2021. - № 4 (64). - С. 83-92. - DOI: 10.36622/VSTU.2021.64.4.008.

 
 
 
 

English version 

 

Experimental Investigation of Internal Friction in Rubber Concrete and Fiber-Reinforced Rubber Concrete

Popov I., Levchenko A.
 
 

Popov I., PhD in Engineering Sciences, Assoc. Prof. of the Dept. of Technology, Organization of Construction, Real Estate Expertise and Management, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia, e-mail: 89042149140@mail.ru

Levchenko A., Lecturer of the Dept. of Building Structures, Bases and Foundations Named after Prof. Yu. M. Borisov, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia, e-mail: alevchenko@vgasu.vrn.ru


 
Statement of the problem. The paper is devoted to the experimental identification of damping for such materials as butadiene rubber (BR) and cis-butadiene low-molecular weight rubber (SKDN-N) based concrete and fiber-reinforced rubber concrete by means of the Impulse Excitation Technique (IET).
Results. It was found that BR based concrete with or without fiber-reinforcement shows more obvious viscoelastic properties than the corresponding materials based on SKDN-N rubber. The addition of steel fiber reduces internal friction in the material, while propylene fiber has the opposite effect. This is due to the fact that the fibrous propylene acts as an additional damping material, which enhances energy dissipation under dynamic loading.
Conclusion. The internal friction in the rubber concrete and fiber-reinforced rubber concrete has been measured for the first time. The obtained data are the additional microstructural characteristics of polymer concrete, which describes its viscosity. The actual values of the investigated quantities have been determined, which makes it possible to use the models with fractional derivatives in the calculations of building structures made of rubber concrete and fiber-reinforced rubber concrete for dynamic loads taking into account the phenomenon of viscoelasticity.
 
Keywords: internal friction, rubber concrete, fiber-reinforced rubber concrete, impulse excitation technique. 


DOI: 10.36622/VSTU.2021.64.4.008

References

1. Barabash, D. E. Kompozitsionnye stroitel'nye materialy na osnove modifitsirovannykh zhidkikh oligodienov / D. E. Barabash // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2008. — № 4. — S. 81—90.
2. Borisov, Yu. M. Dispersno-armirovannye stroitel'nye kompozity / Yu. M. Borisov, D. V. Panfilov, S. V. Kashtanov, E. M. Yudin // Stroitel'naya mekhanika i konstruktsii. — 2010. — № 2 (5). — S. 32—37.
3. Borisov, Yu. M. Zadachi i metodika eksperimental'nykh issledovanii normal'nykh sechenii izgibaemykh elementov tavrovogo profilya iz armokautona / Yu. M. Borisov, A. E. Polikutin, A. S. Chudinov, A. Yu. Atanov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Ser. Vysokie tekhnologii. Ekologiya. — 2011. — № 1. — S. 52—57.
4. Borisov, Yu. M. Issledovanie nesushchei sposobnosti normal'nykh sechenii dvusloinykh kautonno-betonnykh izgibaemykh elementov / Yu. M. Borisov, A. E. Polikutin, F. Z. Nguen // Vestnik tsentral'nogo regional'nogo otdeleniya RAASN: sb. nauch. st. — Voronezh, 2010. — Vyp. 9. — S. 133—137.
5. Borisov, Yu. M. Konstruktsii spetsial'nogo naznacheniya na osnove kauchukovogo betona / Yu. M. Borisov, Yu. B. Potapov, D. E. Barabash, A. E. Polikutin, D. V. Panfilov, S. A. Pinaev. — Voronezh, 2013.
6. Borisov, Yu. M. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie dvukhsloinykh kautonno-betonnykh izgibaemykh elementov stroitel'nykh konstruktsii / Yu. M. Borisov, A. E. Polikutin, F. Z. Nguen // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2010. — № 2. — S. 18—24.
7. Borisov, Yu. M. Stroitel'nye materialy i izdeliya dlya osobykh uslovii ekspluatatsii na osnove zhidkikh kauchukov: dis…. d-ra tekhn. nauk / Yu. M. Borisov. — Voronezh, 2004.
8. Meshkov, S. I. Vyazkouprugie svoistva metallov / S. I. Meshkov. — M.: Metallurgiya, 1974.
9. Panfilov, D. V. Vliyanie neodnorodnoi struktury fibrokautona na ego prochnost' / D. V. Panfilov, Yu. B. Potapov, S. V. Kashtanov, I. A. Konstantinov // Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy. — 2014. — T. 16, № 3. — S. 310—317.
10. Pinaev, S. A. Vliyanie polimertsementnoi zashchity na treshchinostoikost' zhelezobetonnykh izgibaemykh elementov / S. A. Pinaev, F. S. Da Foneska // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Ser. Vysokie tekhnologii. Ekologiya. — 2011. — № 1. — S. 85—88.
11. Popov, I. I. Eksperimental'nye issledovaniya vliyaniya vozrasta betona na velichinu kontaktnoi sily i vremeni kontakta pri udare po vyazkouprugoi balke / I. I. Popov, Yu. A. Rossikhin, M. V. Shitikova // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. — 2018. — № 6. — S. 117—126.
12. Postnikov, V. S. Vnutrennee trenie v metallakh / V. S. Postnikov. — M.: Metallurgiya, 1974.
13. Potapov, Yu. B. Vysokoeffektivnye kompozity na osnove zhidkikh kauchukov / B. Yu. Potapov // Aktual'nye problemy stroitel'nogo materialovedeniya (IV akademicheskie chteniya RAASN): sb. nauch. st. materialov mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. — Penza, 1998. — S. 16—17.
14. Potapov, Yu. B. Kautony — novyi klass korrozionnostoikikh stroitel'nykh materialov / B. Yu. Potapov // Stroitel'nye materialy XXI veka. — 2000. — № 9. — S. 9—10.
15. Rabotnov, Yu. N. Mekhanika deformiruemogo tverdogo tela/ Yu. N. Rabotnov. — M.: Nauka, 1988.
16. Rabotnov, Yu. N. Polzuchest' elementov konstruktsii / Yu. N. Rabotnov. — M.: Nauka, 1966.
17. Rabotnov, Yu. N. Elementy nasledstvennoi mekhaniki tverdykh tel / Yu. N. Rabotnov. — M.: Nauka, 1977.
18. Figovskii, O. L. Issledovanie raspredeleniya defektov v strukture fibrokautona metodom Monte-Karlo / O. L. Figovskii, Yu. B. Potapov, D. V. Panfilov, S. V. Kashtanov, E. M. Yudin // Vostochno-evropeiskii zhurnal peredovykh tekhnologii. — 2014. — T. 6, № 11 (72). — S. 21—25.
19. Figovskii, O. L. Prochnost' normal'nykh sechenii dvukhsloinykh kautono-betonnykh izgibaemykh elementov stroitel'nykh konstruktsii / O. L. Figovskii, Yu. B. Potapov, A. E. Polikutin, Z. F. Nguen // Vostochno-evropeiskii zhurnal peredovykh tekhnologii. — 2014. — T. 6, № 11 (72). — S. 14—20.
20. Blanter, M. S. Internal Friction in Metallic Materials / M. S. Blanter, I. S. Golovin, H. Neuhäuser, H-R. Sinning. — Berlin: Springer, 2007.
21. Lakes, R. S. Viscoelastic measurement techniques / R. S. Lakes // Rev Sci Instrum. — 2004. — Vol. 75 (4). — P. 797—810. — DOI: 10.1063/1.1651639.
22. Popov, I. I. Application of impulse excitation technique to investigation of concrete damping and its changes at early ages / I. I. Popov, T. P. Chang, Yu. A. Rossikhin, M. V. Shitikova // IMEAIA—2016: Proceedings of the 2016 International Conference on Informatics, Management Engineering and Industrial Application. — Lancaster: DEStech Publications Inc, 2016. — P. 319.
23. Popov, I. I. Experimental identification of the fractional parameter for a viscoelastic model of concrete at different ages based on the impulse excitation technique / I. I. Popov, Yu. A. Rossikhin, M. V. Shitikova // Advances in Rotor Dynamics, Control, and Structural Health Monitoring. Select Proceedings of ICOVP—2017. Lecture Notes in Mechanical Engineering. — Singapore: Pte Ltd Springer Nature, 2020. — P. 349.
24. Popov, I. I. Experimental investigation of fly ash and water content on the internal friction of concrete / I. I. Popov, T. P. Chang, Yu. A. Rossikhin, M. V. Shitikova // ICMMSE—2017: Second International Conference on Mechanics, Materials and Structural Engineering, Advances in Engineering Research (AER). — Amsterdam — Paris: Atlantis Press, 2017. — Vol. 102. — P. 70.
25. Popov, I. I. Impulse excitation technique and its application for identification of material damping: an overview / I. I. Popov, M. V. Shitikova // IOP Conf Ser: Mater Sci Eng. — 2020. — Vol. 962. — P. 1—8. — DOI: 10.1088/1757-899X/962/2/022025.
26. RFDA Basic v.1.1 Manual, IMCE N. V.

 


 
Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS