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


Количественная оценка кинетики накопления повреждений в структуре полимерной матрицы под действием натурных климатических факторов и растягивающих нагрузок


Селяев В. П., Низин Д. Р., Канаева Н. С.

 

Селяев В. П., академик РААСН, д-р техн. наук, зав. кафедрой строительных конструкций, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН, Россия, г. Москва; Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, Россия, г. Саранск, e-mail: ntorm80@mail.ru

Низин Д. Р., канд. техн. наук, инженер научно-исследовательской лаборатории эколого-метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН, Россия, г. Москва; Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, Россия, г. Саранск, e-mail: nizindi@yandex.ru

Канаева Н. С., аспирант кафедры строительных конструкций, e-mai: aniknadya@yandex.ru

 
 
Постановка задачи. Изучено изменение упруго-прочностных показателей и кинетики накопления повреждений в эпоксидных полимерах под действием растягивающих нагрузок в контрольном состоянии и после натурного климатического воздействия в течение одного календарного года. Расчет кинетики накопления повреждений осуществлялся на основе авторской методики, основанной на использовании методов фрактального анализа кривых деформирования образцов полимерных материалов при растяжении.
Результаты. Предложен удельный показатель θ, позволяющий количественно оценивать суммарное число повреждений на единицу прочности, накопление которого приводит к разрушению полимеров. Получены аппроксимирующие зависимости, описывающие взаимосвязь между удельным показателем θ и пределом прочности эпоксидных полимеров при растяжении.
Выводы. Установлено, что наибольшей стабильностью свойств под действием натурного климатического воздействия обладает полимер на основе эпоксидной смолы «Этал-247».
 
Ключевые слова: эпоксидные полимеры, кривые деформации, предел прочности при растяжении, относительное удлинение при растяжении, накопление повреждений, фрактальный анализ, удельный показатель накопления повреждений.


DOI: 10.36622/VSTU.2021.64.4.009


Финансирование: часть результатов в проведенном исследовании была получена с использованием средств ЦКП имени проф. Ю. М. Борисова ВГТУ, который частично поддерживается Министерством науки и образования Российской Федерации, контракт № 075-15-2021-662.

 

Библиографический список

1. Гавриленко, В. А. Композиты 21 века: возможности и реальность / В. А. Гавриленко // Neftegaz.ru. — 2019. — № 2 (86). — С. 30—33.
2. Дориомедов, М. С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор) / М. С. Дориомедов // Труды ВИАМ. — 2020. — № 6—7. — С. 32—37.
3. Каблов, Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Е. Н. Каблов // Авиационные материалы и технологии. — 2015. — № 1 (34). — С. 3—33.
4. Каблов, Е. Н. Климатическое старение полимерных композиционных материалов авиационного назначения. I. Оценка влияния значимых факторов воздействия / Е. Н. Каблов, В. О. Каблов // Деформация и разрушение материалов. — 2019. — № 12. — С. 7—16.
5. Каблов, Е. Н. Композиты: сегодня и завтра / Е. Н. Каблов // Металлы Евразии. — 2015. — № 1. — С. 36—39.
6. Каблов, Е. Н. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных материалов по данным отечественных и зарубежных источников (обзор) / Е. Н. Каблов, О. В. Старцев // Авиационные материалы и технологии. — 2018. — № 2. — С. 47—58.
7. Корнеев, А. Д. Структурообразование защитных полимерных покрытий / А. Д. Корнеев, П. В. Борков, А. А. Клышников, И. В. Папин // Вестник ВолГАСУ. Сер.: строительство и архитектура. — 2011. — № 22. — С. 69—72.
8. Мелкумов, А. Н. Старение изделий из пластмасс в климатических условиях Узбекистана / А. Н. Мелкумов, Г. О. Татевосьян. — Ташкент: Узбекистан, 1975. — 179 с.
9. Микитаев, А. К. Слово редактора / А. К. Микитаев // Новое в полимерах и полимерных композитах. — 2010. — № 1. — С. 3—4.
10. Михайлин, Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы / Ю. А. Михайлин. — СПб.: Научные основы и технологии, 2010. — 2-е изд. — 822 с.
11. Низина, Т. А. Климатическая стойкость эпоксидных полимеров в умеренно континентальном климате / Т. А. Низина, В. П. Селяев, Д. Р. Низин. — Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2020. — 188 с.
12. Павлов, Н. Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях / Н. Н. Павлов. — М.: Химия, 1982. — 224 с.
13. Селяев, В. П. Полимерные покрытия для бетонных и железобетонных конструкций / В. П. Селяев, Ю. М. Баженов, Ю. А. Соколова, В. В. Цыганов, Т. А. Низина // Саранск: Изд-во СВМО, 2010. — 224 с.
14. Старцев, В. О. Методы исследования старения полимерных связующих / В. О. Старцев // Клеи. Герметики. Технологии. — 2020. — № 9. — С. 16—26.
15. Старцев, В. О. Обратимые эффекты влияния влаги при определении механических свойств ПКМ при климатических воздействиях / В. О. Старцев, В. И. Плотников, Ю. В. Антипов // Труды ВИАМ. — 2018. — № 5. — С. 110—118.
16. Старцев, О. В. Повышение достоверности прогнозирования свойств полимерных композиционных материалов при термовлажностном старении / О. В. Старцев, Л. И. Аниховская, А. А. Литвинов, А. С. Кротов // Доклады АН. — 2009. — Т. 428, № 1. — С. 56—60.
17. Старченко, Н. В. Индекс фрактальности и локальный анализ хаотических временных рядов: дис. … канд. физ.-мат.. наук / Николай Викторович Старченко. — М.: МИФИ, 2005. — 119 с.
18. Строганов, В. Ф. Исследование влияния эпоксидных полимерных покрытий на биостойкость и гидроизоляционные свойства бетонных поверхностей / В. Ф. Строганов, Д. А. Куколева, А. М. Мухаметова // Известия КГАСУ. — 2012. — Т. 17, № 18. — С. 149—154.
19. Филатов, И. С. Климатическая устойчивость полимерных материалов / И. С. Филатов. — М.: Наука, 1983. — 216 с.
20. Хозин, В. Г. Полимеры в строительстве — реальные грани и перспективы эффективного применения / В. Г. Хозин // Полимеры ы строительстве: научный интернет-журнал. — 2014. — № 1. — С. 9—26.
21. Хозин, В. Г. Усиление эпоксидных полимеров / В. Г. Хозин. — Казань: Дом печати, 2004. — 446 с.
22. Collins, T. A. Moisture management and artificial ageing of fibre reinforced epoxy resins / T. A. Collins // Composite Structures 5. Elsevier applied science. — 1989. — P. 213—239.
23. Composites Market by Fiber Type (Glass Fiber Composites, Carbon Fiber Composites, Natural Fiber Composites), Resin Type (Thermoset Composites, Thermoplastic Composites), Manufacturing Process, End-use Industry and Region — Global Forecast to 2024. — https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/composite-market-200051282.html.
24. Composites Market Report: Trends, Forecast and Competitive Analysis. 2020. — https://www.lucintel.com/composites-market.aspx.
25. Composites Market Size Worth $130.83 Billion By 2024 | CAGR 7.8 %. — https://www.grandviewresearch.com/press-release/global-composites-market.
26. Mallon, P. E. Durability of polymeric coatings: effects of natural and artificial weathering / P. E. Mallon, Y. Li, R. Zhang, H. Chen, Y. Wu, T. C. Sandreczki, R. Jean, Y. C. Suzuki, T. Ohdaira // Applied Surface Science. — 2002. — Vol. 194, Is. 1—4. — P. 176—181.
27. Nizina, T. A. Applying the Fractal Anaysis Methods for the Study of the Mechanisms of Deformation and Destruction of Polymeric Material Samples Affected by Tensile Stresses / T. A. Nizina, D. R. Nizin, N. S. Kanaeva, N. M. Kuznetsov, D. A. Artamonov // Key engineering materials. — 2019. — Vol. 799. — P. 217—223.
28. Nizina, T. A. Statistical Analysis of the Frequency of Damage Accumulation in the Structure of Epoxy Composites Under Tensile Loads / T. A. Nizina, D. R. Nizin, N. S. Kanaeva // Lecture Notes in Civil Engineering. — 2021. — Vol. 95. — P. 1—8.
29. Nizin, D. R. The Effect of Natural Climatic Aging on Damage Accumulation Kinetics in the Structure of Epoxy Polymers Under Tensile Loads / D. R. Nizin, T. A. Nizina, N. S. Kanaeva, A. I. Gorenkova // Lecture Notes in Civil Engineering. — 2021. — Vol 147. — P. 147—153.
30. Startsev, V. O. Effect of outdoor exposure on the moisture diffusion and mechanical properties of epoxy polymers / V. O. Startsev, M. P. Lebedev, K. A. Khrulev, M. V. Molokov, A. S. Frolov, T. A. Nizina // Polymer testing. — 2018. — Vol. 65. — P. 281—296.
31. The Global Market for Composites: Resins, Fillers, Reinforcements, Natural Fibers and Nanocomposites Through 2022. — http://www.bccresearch.com.

 
 

Ссылка для цитирования

Селяев, В. П. Количественная оценка кинетики накопления повреждений в структуре полимерной матрицы под действием натурных климатических факторов и растягивающих нагрузок / В. П. Селяев, Д. Р. Низин, Н. С. Канаева // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2021. - № 4 (64). - С. 93-102. - DOI: 10.36622/VSTU.2021.64.4.009.

 
 
 
 

English version 

 

Quantitative Assessment of the Kinetics of Damage Accumulation in the Polymer Matrix Structure Under Full-Scale Climatic Factors and Tensile Loads

Selyaev V. P., Nizin D. R., Kanaeva N. S.
 
 

Selyaev V. P., RAASN Academician, D. Sc. in Engineering, Head of the Dept. of Building Structures, Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences, Moscow, Russia; National Research Ogarev Mordovia State University, Russia, Saransk, e-mail: ntorm80@mail.ru

Nizin D. R., PhD in Engineering, Engineer of the Research Laboratory of Ecological and Meteorological Monitoring, Construction Technologies and Expertise, Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences, Moscow, Russia; National Research Ogarev Mordovia State University, Russia, Saransk, e-mail: nizindi@yandex.ru

Kanaeva N. S., PhD student of the Dept. of Building Structures, National Research Ogarev Mordovia State University, Russia, Saransk, e-mail: aniknadya@yandex.ru


 
Statement of the problem. In the current study we look at the change in the elastic-strength performance and kinetics of damage accumulation in epoxy polymers under tensile loads in the control state and after full-scale climatic exposure during one calendar year were studied. Damage accumulation kinetics was calculated based on the author's method using methods of fractal analysis of deformation curves for polymer materials samples under tension.
Results. We proposed specific index θ to quantify the total number of damages per unit of strength where its accumulation leads to the destruction of polymers. The dependences have been obtained that describe the relationship between specific index θ and tensile strength of epoxy polymers.
Consclusion. The study has shown that the Etal-247 epoxy resin-based polymer cured with Etal-1440 amine hardener has the most stable properties under the full-scale climatic exposure.
 
Keywords: epoxy polymers, deformation curves, tensile strength, tensile elongation, damage accumulation, fractal analysis, specific index of damage accumulation. 


DOI: 10.36622/VSTU.2021.64.4.009

References

1. Gavrilenko, V. A. Kompozity 21 veka: vozmozhnosti i real'nost' / V. A. Gavrilenko // Neftegaz.ru. — 2019. — № 2 (86). — S. 30—33.
2. Doriomedov, M. S. Rossiiskii i mirovoi rynok polimernykh kompozitov (obzor) / M. S. Doriomedov // Trudy VIAM. — 2020. — № 6—7. — S. 32—37.
3. Kablov, E. N. Innovatsionnye razrabotki FGUP «VIAM» GNTs RF po realizatsii «Strategicheskikh napravlenii razvitiya materialov i tekhnologii ikh pererabotki na period do 2030 goda» / E. N. Kablov // Aviatsionnye materialy i tekhnologii. — 2015. — № 1 (34). — S. 3—33.
4. Kablov, E. N. Klimaticheskoe starenie polimernykh kompozitsionnykh materialov aviatsionnogo naznacheniya. I. Otsenka vliyaniya znachimykh faktorov vozdeistviya / E. N. Kablov, V. O. Kablov // Deformatsiya i razrushenie materialov. — 2019. — № 12. — S. 7—16.
5. Kablov, E. N. Kompozity: segodnya i zavtra / E. N. Kablov // Metally Evrazii. — 2015. — № 1. — S. 36—39.
6. Kablov, E. N. Sistemnyi analiz vliyaniya klimata na mekhanicheskie svoistva polimernykh materialov po dannym otechestvennykh i zarubezhnykh istochnikov (obzor) / E. N. Kablov, O. V. Startsev // Aviatsionnye materialy i tekhnologii. — 2018. — № 2. — S. 47—58.
7. Korneev, A. D. Strukturoobrazovanie zashchitnykh polimernykh pokrytii / A. D. Korneev, P. V. Borkov, A. A. Klyshnikov, I. V. Papin // Vestnik VolGASU. Ser.: stroitel'stvo i arkhitektura. — 2011. — № 22. — S. 69—72.
8. Melkumov, A. N. Starenie izdelii iz plastmass v klimaticheskikh usloviyakh Uzbekistana / A. N. Melkumov, G. O. Tatevos'yan. — Tashkent: Uzbekistan, 1975. — 179 s.
9. Mikitaev, A. K. Slovo redaktora / A. K. Mikitaev // Novoe v polimerakh i polimernykh kompozitakh. — 2010. — № 1. — S. 3—4.
10. Mikhailin, Yu. A. Konstruktsionnye polimernye kompozitsionnye materialy / Yu. A. Mikhailin. — SPb.: Nauchnye osnovy i tekhnologii, 2010. — 2-e izd. — 822 s.
11. Nizina, T. A. Klimaticheskaya stoikost' epoksidnykh polimerov v umerenno kontinental'nom klimate / T. A. Nizina, V. P. Selyaev, D. R. Nizin. — Saransk: Izd-vo Mordov. un-ta, 2020. — 188 s.
12. Pavlov, N. N. Starenie plastmass v estestvennykh i iskusstvennykh usloviyakh / N. N. Pavlov. — M.: Khimiya, 1982. — 224 s.
13. Selyaev, V. P. Polimernye pokrytiya dlya betonnykh i zhelezobetonnykh konstruktsii / V. P. Selyaev, Yu. M. Bazhenov, Yu. A. Sokolova, V. V. Tsyganov, T. A. Nizina // Saransk: Izd-vo SVMO, 2010. — 224 s.
14. Startsev, V. O. Metody issledovaniya stareniya polimernykh svyazuyushchikh / V. O. Startsev // Klei. Germetiki. Tekhnologii. — 2020. — № 9. — S. 16—26.
15. Startsev, V. O. Obratimye effekty vliyaniya vlagi pri opredelenii mekhanicheskikh svoistv PKM pri klimaticheskikh vozdeistviyakh / V. O. Startsev, V. I. Plotnikov, Yu. V. Antipov // Trudy VIAM. — 2018. — № 5. — S. 110—118.
16. Startsev, O. V. Povyshenie dostovernosti prognozirovaniya svoistv polimernykh kompozitsionnykh materialov pri termovlazhnostnom starenii / O. V. Startsev, L. I. Anikhovskaya, A. A. Litvinov, A. S. Krotov // Doklady AN. — 2009. — T. 428, № 1. — S. 56—60.
17. Starchenko, N. V. Indeks fraktal'nosti i lokal'nyi analiz khaoticheskikh vremennykh ryadov: dis. … kand. fiz.-mat.. nauk / Nikolai Viktorovich Starchenko. — M.: MIFI, 2005. — 119 s.
18. Stroganov, V. F. Issledovanie vliyaniya epoksidnykh polimernykh pokrytii na biostoikost' i gidroizolyatsionnye svoistva betonnykh poverkhnostei / V. F. Stroganov, D. A. Kukoleva, A. M. Mukhametova // Izvestiya KGASU. — 2012. — T. 17, № 18. — S. 149—154.
19. Filatov, I. S. Klimaticheskaya ustoichivost' polimernykh materialov / I. S. Filatov. — M.: Nauka, 1983. — 216 s.
20. Khozin, V. G. Polimery v stroitel'stve — real'nye grani i perspektivy effektivnogo primeneniya / V. G. Khozin // Polimery y stroitel'stve: nauchnyi internet-zhurnal. — 2014. — № 1. — S. 9—26.
21. Khozin, V. G. Usilenie epoksidnykh polimerov / V. G. Khozin. — Kazan': Dom pechati, 2004. — 446 s.
22. Collins, T. A. Moisture management and artificial ageing of fibre reinforced epoxy resins / T. A. Collins // Composite Structures 5. Elsevier applied science. — 1989. — P. 213—239.
23. Composites Market by Fiber Type (Glass Fiber Composites, Carbon Fiber Composites, Natural Fiber Composites), Resin Type (Thermoset Composites, Thermoplastic Composites), Manufacturing Process, End-use Industry and Region — Global Forecast to 2024. — https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/composite-market-200051282.html.
24. Composites Market Report: Trends, Forecast and Competitive Analysis. 2020. — https://www.lucintel.com/composites-market.aspx.
25. Composites Market Size Worth $130.83 Billion By 2024 | CAGR 7.8 %. — https://www.grandviewresearch.com/press-release/global-composites-market.
26. Mallon, P. E. Durability of polymeric coatings: effects of natural and artificial weathering / P. E. Mallon, Y. Li, R. Zhang, H. Chen, Y. Wu, T. C. Sandreczki, R. Jean, Y. C. Suzuki, T. Ohdaira // Applied Surface Science. — 2002. — Vol. 194, Is. 1—4. — P. 176—181.
27. Nizina, T. A. Applying the Fractal Anaysis Methods for the Study of the Mechanisms of Deformation and Destruction of Polymeric Material Samples Affected by Tensile Stresses / T. A. Nizina, D. R. Nizin, N. S. Kanaeva, N. M. Kuznetsov, D. A. Artamonov // Key engineering materials. — 2019. — Vol. 799. — P. 217—223.
28. Nizina, T. A. Statistical Analysis of the Frequency of Damage Accumulation in the Structure of Epoxy Composites Under Tensile Loads / T. A. Nizina, D. R. Nizin, N. S. Kanaeva // Lecture Notes in Civil Engineering. — 2021. — Vol. 95. — P. 1—8.
29. Nizin, D. R. The Effect of Natural Climatic Aging on Damage Accumulation Kinetics in the Structure of Epoxy Polymers Under Tensile Loads / D. R. Nizin, T. A. Nizina, N. S. Kanaeva, A. I. Gorenkova // Lecture Notes in Civil Engineering. — 2021. — Vol 147. — P. 147—153.
30. Startsev, V. O. Effect of outdoor exposure on the moisture diffusion and mechanical properties of epoxy polymers / V. O. Startsev, M. P. Lebedev, K. A. Khrulev, M. V. Molokov, A. S. Frolov, T. A. Nizina // Polymer testing. — 2018. — Vol. 65. — P. 281—296.
31. The Global Market for Composites: Resins, Fillers, Reinforcements, Natural Fibers and Nanocomposites Through 2022. — http://www.bccresearch.com.

 


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