Исследование вязкоупругих свойств композиционных материалов на основе метода индентирования

Изучено влияние микронных частиц оксида магния и карбида бора наполнителя на вязкоупругие свойства композитных материалов на основе эпоксиднодиановой смолы, для чего проведены комплексные теоретико-экспериментальные исследования. Экспериментальные данные для созданных композитов получены методом индентирования. Идентификация механических свойств вязкоупругих композиционных материалов на основании экспериментально полученных диаграмм «нагрузка – проникновение» проведена на основе созданного вычислительного алгоритма. Представлены результаты идентификации параметров модели Прони по экспериментальным кривым ползучести, которые получены в рамках метода микроиндентирования. Идентификация параметров модели осуществлена гибридным методом на основе генетического алгоритма и метода Нелдера – Мида. Такой подход обеспечивает устойчивую схему определения искомых параметров. Представленный подход к изучению механических свойств материалов эффективен при идентификации вязкоупругих свойств композиционных покрытий. 

1. Люкшин, Б. А. Дисперсно-наполненные полимерные композиты технического и медицинского назначения / Б. А. Люкшин, С. В. Шилько, С. В. Панин [и др.]. – Новосибирск : Сибирское отделение РАН, 2017. – 311 с. – ISBN 978-5-7692-1546-9.

2. Колесников, В. И. Математические модели и экспериментальные исследования – основа конструирования гетерогенных антифрикционных материалов / В. И. Колесников, О. А. Беляк. – Москва : Физматлит, 2021. – 216 с. – ISBN 978-5-9221- 1916-0.

3. Novel preparation of nano-SiO2 core-shell hybrid inorganic-organic sizing agents for enhanced interfacial and mechanical properties of carbon fibers/epoxy composites / Y. Geng, L. Hongfu, Y. Jiawei [et al.] // Composite Structures. – 2023. – Vol. 319. – P. 117086. – DOI 10.1016/j.compstruct.2023.117086.

4. Jin, L. Electrical degradation dynamics of glass fiber-reinforced epoxy composites considering different fiber orientation / L. Jin, Z. Renyong, W. Yuhuai, C. Yun, K. Xiaoxiao, D. Boxue // Composite Structures. – 2023. – Vol. 318. – P. 117083. – DOI 10.1016/j.compstruct.2023.117083.

5. Huimin, L. Effects of constructing different unit cells on predicting composite viscoelastic properties / L. Huimin, Z. Boming, B. Guanghui // Composite Structures. – 2015. – Vol. 125. – P. 459– 466. – DOI 10.1016/j.compstruct.2015.02.028.

6. Thermo-viscoelastic properties of silica particulate-reinforced epoxy composites : Considered in terms of the particle packing model / S. C. Kwon, T. Adachi, W. Araki, A. Yamaji // Acta Materialia. – 2006. – Vol. 54, No. 12. – P. 3369–3374. – DOI 10.1016/j.actamat.2006.03.026.

7. Kontou, E. The Effect of Silica Particle Size on the Mechanical Enhancement of Polymer Nanocomposites / E. Kontou, A. Christopoulos, P. Koralli, D. E. Mouzakis // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13, No. 6. – P. 1095. – DOI 10.3390/nano13061095.

8. Papanicolaou, G. C. Viscoelastic behaviour and modelling of nano and micro TiO2 powder-epoxyresin composites / G. C. Papanicolaou, L. C. Kontaxis, A. E. Manara // Ciência & Tecnologia dos Materiais. – 2016. – Vol. 54, No. 2. – P. 138–146. – DOI 10.1016/j.ctmat.2016.02.005.

9. Belyak, O. A. Predicting the Mechanical Properties of Antifriction Composite Materials / O. A. Belyak, T. V. Suvorova // Mechanics of Composite Materials. – 2021. – Vol. 57, No. 5. – P. 647–656. – DOI 10.1007/s11029-021-09986-7.

10. Sevostianov, I. Effective properties of linear viscoelastic microcracked materials : Application of Maxwell homogenization scheme / I. Sevostianov, V. Levin, E. Radi // Mechanics of Materials. – 2015. – Vol. 84. – P. 28–43. – DOI 10.1016/j.mechmat.2015.01.004.

11. Исследование зависимости свойств модифицированных полиуретанов от температуры методом индентирования / Е. В. Торская, А. А. Яковенко, И. В. Шкалей, А. Л. Свистков // Физическая мезомеханика. – 2023. – Т. 26, № 3. – С. 29–38. – DOI 10.55652/1683-805X_2023_26_3_29.

12. Díez-Pascual, A. M. Nanoindentation in polymer nanocomposites / A. M. Díez-Pascual, M. A. Gómez-Fatou, F. Ania, A. Flores // Progress in Materials Science. – 2015. – Vol. 67. – P. 1–94. – DOI 10.1016/j.pmatsci.2014.06.002.

13. Исследование методом микроиндентирования образцов эпоксидной смолы, упрочненной наночастицами диоксида кремния / С. В. Смирнов, Е. О. Смирнова, И. А. Веретенникова [и др.] // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2017. – № 1. – С. 24–35. – DOI 10.17804/2410-9908.2017.1.024-035.

14. Oliver, W. C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / W. C. Oliver, G. M. Pharr // Journal materials research. – 1992. – Vol. 7. – No. 6. – P. 1564–1583. – DOI 10.1557/JMR.1992.1564.

15. Lee, E. H. The Contact Problem for Viscoelastic Bodies / E. H. Lee, J. R. M. Radok // Journal of Applied Mechanics. – 1960. – Vol. 27. – P. 438.

16. Christensen, R. M. Mechanics of composite materials / R. M. Christensen – New York : Wiley, 1979. – 320 p. – ISBN 0471051675.

17. Fischer-Cripps, A. C. A simple phenomenological approach to nanoindentation creep / A. C. Fischer-Cripps // Materials Science and Engineering : A. – 2004. – Vol. 385, No. 1–2. – P. 74–82. – DOI 10.1016/j.msea.2004.04.070.

18. Шилько, С. В. Определение реологических параметров полимерных материалов на основе идентификации вязкоупругой модели Прони по результатам статических и динамических испытаний / С. В. Шилько, С. Л. Гавриленко, С. В. Панин, В. О. Алексенко // Механика машин, механизмов и материалов. – 2017. – № 3(40). – С. 33–38. – ISSN 1995-0470.

19. Oyen, M. L. Sensitivity of polymer nanoindentation creep measurements to experimental variables / M. L. Oyen // Acta Materialia. – 2007. – Vol. 55, No. 11. – P. 3633– 3639. – DOI 10.1016/j.actamat.2006.12.031.

20. Design of double layer protective coatings : Finite element modeling and machine learning approximations / V. I. Kolesnikov, D. M. Pashkov, O. A. Belyak [et al.] // Acta Astronautica. – 2023. – Vol. 204. – P. 869–877. – DOI 10.1016/j.actaastro.2022.11.007.

21. Modeling of the viscoelastic properties of thermoset vinyl ester nanocomposite using artificial neural network / M. A. Omari, A. Almagableh, M. S. Ashhab [et al.] // International Journal of Engineering Science. – 2020. – Vol. 150. – P. 103242. – DOI 10.1016/j.ijengsci.2020.103242.