Индекс Пресса Ðîññèè: 83836
Композиты и наноструктуры
ISSN 1999-7590
(Composites and Nanostructures)
Научно-технический журнал
http://www.issp.ac.ru/journal/composites
Главный редактор профессор С.Т. Милейко
Редакционная коллегия
Алымов Ì.È., ÷ë.-êîðð. ÐÀÍ; Андриевский Ð.À., ïðîô.; Аннин Á.Ä. àêàäåìèê; Бахвалов Þ.Î., ä-ð. òåõí. íàóê;
Викулин Â.Â., ïðîô.; Георгиевский Ä.Â., ïðîô.; Глезер À.Ì. ïðîô.; Колобов Þ.Ð. ïðîô.; Костиков Â.È. ÷ë.-êîðð. ÐÀÍ.;
Куперман À. Ì., ïðîô.; Лурье Ñ.À., ïðîô.; Патлажан Ñ.À., ïðîô.; Победря Á.Å. ïðîô.; Сапожников Ñ.Á., ïðîô.;
Севастьянов Â. Ã. ÷ë.-êîðð. ÐÀÍ; Серебряков À.Â., ïðîô. ; Сорина Ò.Ã., êàíä. òåõí. íàóê;
Столин À.Ì., ïðîô.; Шмотин Þ.Í., êàíä. òåõí. наук
Редакционный совет
Ë.Ð. Âèøíÿêîâ, ïðîô.(Óêðàèíà); Ñ.Â. Ëîìîâ, ïðîô. (Áåëüãèÿ); A.R. Bunsell, ïðîô. (Ôðàíöèÿ); K.K. Chawla, ïðîô. (ÑØÀ);
T-W Chou, ïðîô. (ÑØÀ); Sh. Du, ïðîô. (ÊÍÐ); T. Ishihara, ä-ð (ßïîíèÿ); A. Kelly, ïðîô.(Àíãëèÿ) ;
A. Kayama, ïðîô. (ßïîíèÿ); W.M. Kriven, ïðîô. (ÑØÀ); L.M. Manocha, ïðîô. (Èíäèÿ); V.M Orera, ïðîô. (Èñïàíèÿ);
H. Schneider, ïðîô. (Ãåðìàíèÿ); K. Schulte, ïðîô. (Ãåðìàíèÿ); G.C. Sih, ïðîô. (ÑØÀ); M. Singh, ä-ð (ÑØÀ);
H.D. Wagner, ïðîô. (Èçðàèëü)
Учредители:
ИФТТ РАН;
ООО «Научно-техническое предприятие
«Вираж-Центр»
Редакция: ИФТТ РАН
Ðîññèÿ, 142432, ã. Черноголовка
Московской обл.
Òåë./Ôàêñ: +7(49652)22493
http://www.issp.ac.ru
Ведущий редактор: Н.А.Прокопенко
Издательство: ООО НТП «Вираж-Центр»
Ðîññèÿ, 105264, Ìîñêâà,
óë. Верхняя Первомайская, ä. 49, êîðï. 1 офис 401.
Почтовый àäðåññ: Ðîññèÿ, 105043, Ìîñêâà, à/ÿ 29
Òåë.: 7 495 780-94-73
http://www.machizdat.ru
e-mail: virste@dol.ru
Директор журнала: М.А.Мензуллов
В¸рстка: А.А.Мензуллов
Отпечатано: ООО «РПЦ ОФОРТ» г. Москва,
ïð-êò Áóä¸ííîãî, 21
Заказ ¹
Тираж 100
Цена договорная
Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций.
Свидетельсво о регистрации средства массовой информации ¹ ÔÑ77-33449 от 08.10.2008.
Авторы опубликованных материалов несут полную ответственность за достоверность привед¸нных сведений,
а также за наличие в них данных, не подлежащих открытой публикации. Материалы рецензируются.
Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, публикуемых в журнале, осуществляются
только с разрешения редакции.
На первой стр. обложки: Рис. 10. 3D-Модель кузова вагона хоппера и Рис. 21. Кузов и крыша вагона хоппера на выставке
EXPO 1520
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КРЫШИ
И КУЗОВА ВАГОНА ХОППЕРА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИИ
Èçäà¸òñÿ с 2009 ã.
Стр.1
Composites and Nanostructures
http://www.issp.ac.ru/journal/composites/
ISSN 1999-7590
Editor-in-Chief
Professor Sergei T. Mileiko
Editorial Board
Professor M.I. Alymov (Russia); Professor R.A. Andriyevskii (Russia); Professor B.D. Annin (Russia);
Dr Yu.O. Bakhvalov, (Russia); Professor A.R. Bunsell (France); Professor K.K. Chawla (USA); Professor T-W Chou (USA);
Dr T. Ishihara (Japan); Professor Sh. Du (China); Professor D.V. Georgievskii (Russia); Professor A.M. Gleser (Russia);
Professor A. Kelly (UK) ; Professor A. Kayama (Japan); Professor Yu.R. Kolobov (Russia); Professor V.I. Kostikov (Russia);
Professor W.M. Kriven (USA); Professor A.M. Kuperman (Russia); Professor S.V. Lomov (Belgium);
Professor S.A. Lurie (Russia); Professor L.M. Manocha (India); Professor V.M. Orera (Spain); Professor S.A. Patlazhan (Russia);
Professor B.E. Pobyedrya (Russia); Professor S.B. Sapozhnikov (Russia); Professor H. Schneider (Germany); Dr
Shmotin Yu. N. (Russia); Dr T.G. Sorina (Russia); Professor A.M. Stolin (Russia); Professor K. Schulte (Germany);
Professor A.V. Serebryakov (Russia) ; Professor V.G. Sevastyanov (Russia); Professor G.C. Sih (USA); Dr M. Singh (USA);
Professor V.V. Vikulin (Russia); Professor L.R. Vishnyakov (Ukrain); Professor H.D. Wagner (Israel)
Established by:
Solid State Physics Institute
Russian Academy of Sciences
(ISSP RAS)
and
Science Technical Enterprise
«Virag-Centre» LTD
ISSP RAS:
2, Institutskaya str., Chernogolovka, Moscow district., Russia,
142432
Tel./Fax: +7(49652)22493
http://www.issp.ac.ru/journal/composites/
Editor: Nelli Prokopenko
Publishing House:
STE Virag-Centre LTD
49/1, Verchnyaya Pervomayskaya str., Moscow,
Russia, 105043.
Phone: 7 495 780 94 73
http://www.mashizdat.ru
Director of journal
M.A. Menzullov
Making-up
A.A.Menzullov
Photo on the cover: Fig. 10. A 3D-Model of the hopper body, Fig. 21. The hopper roof and body on exhibition EXPO 1520
APPLICATION OF MATHEMATICAL MODELING OF IMPRIGNATION DURING MANUFACTURE BY THE VARI
INFUSION PROCESS OF RAILROAD FREIGHT CAR ROOF AND BODY FROM COMPOSITE MATERIALS
2
Стр.2
Композиты и наноструктуры
COMPOSITES and NANOSTRUCTURES
СОДЕРЖАНИЕ
А.Е.Ушаков, А.А.Сафонов, Е.И.Корниенко, Н.В.Розин
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КРЫШИ И КУЗОВА ВАГОНА ХОППЕРА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ВАКУУМНОЙ ÈÍÔÓÇÈÈ.................................................................................................... 65
Композитные изделия при вакуумной инфузии формируются путем пропитки армирующего наполнителя смолой за
счет вакуумирования. Задачей проектирования инфузионного процесса является разработка системы пропитки. В работе
описывается опыт применения математического моделирования процесса пропитки при вакуумной инфузии
крупногабаритных конструкций крыши и кузова вагона-хоппера из композиционных материалов. Приводятся примеры
выбора системы пропитки (c. 65-83; èë. 21).
È.Ñ.Äååâ, Ë.Ï.Êîáåö, À.Ô.Ðóìÿíöåâ
ФРАКТОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭПОКСИДНОГО УГЛЕПЛАСТИКА
ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЙ НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ПО МОДЕ II .................................................................................... 84
С помощью сканирующей электронной микроскопии проведены фрактографические исследования эпоксидного углепластика
после испытаний на трещиностойкость по моде II. Показано, что расслоение углепластика сопровождается
пластическим деформированием фазовой микроструктуры полимерной матрицы, образованием в ней торсионов и
гиперболических микротрещин. Разнообразие видов разрушения является следствием длительного воздействия нагрузки.
Обнаружено, что величина пластического деформирования фазовой микроструктуры матрицы возрастает в зонах
разрушения, отличающихся меньшей скоростью расслоения. Подтверждена также выдвинутая гипотеза о гетерофазном
строении эпоксидных матриц, при котором молекулярно-дисперсионная среда представляет собой высоковязкую жидкость,
в которой под действием напряжений перемещаются и деформируются микро- и наноразмерные дисперсные
частицы (ñ. 84-94; èë. 10).
В.С.Зарубин, Г.Н.Кувыркин, И.Ю.Савельева
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ПЛАСТИНЧАТЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА ЭФФЕКТИВНУЮ
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОМПОЗИТА .............................................................................................................................. 95
Проведен количественный анализ влияния отклонения от идеализированной формы одинаково ориентированных пластинчатых
включений на эффективные коэффициенты теплопроводности композита. Идеализированная форма включений
принята в виде тонких круглых дисков, отклонения от которой соответствуют эллипсоиду с произвольным соотношением
полуосей. При проведении расчетов выбор исходных значений параметров в некоторой степени согласован с
ожидаемыми соответствующими параметрами композита с графеновыми включениями. Адекватность построенных и
использованных при выполнении количественного анализа математических моделей теплового взаимодействия эллипсоидальных
включений и матрицы композита подтверждена двусторонними оценками эффективных коэффициентов
теплопроводности, полученными с применением двойственной формулировки вариационной задачи стационарной
теплопроводности в неоднородном теле (ñ. 95-104; èë. 2).
А.Т.Волочко, А.А.Шегидевич, Д.В.Куис
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОМПОЗИТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ОБРАБОТКЕ
АЛЮМИНИЕВОГО РАСПЛАВА ЛИГАТУРАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ СТЕКЛОПОДОБНЫЕ
УГЛЕРОДНЫЕ ×ÀÑÒÈÖÛ................................................................................................................................................. 105
Обработка алюминиевого расплава лигатурами, содержащими стеклоподобные углеродные частицы, позволяет получать
композиты с повышенными пластическими, прочностными и триботехническими свойствами за счет улучшения
структуры сплава основы. Показано, что образование в лигатуре стеклоподобных углеродных частиц возможно только
при использовании наноструктурированного углерода в виде фуллеренов, фуллереновой черни и фуллереновой сажи,
при этом отличий в структуре лигатур с использованием дорогостоящих фуллеренов и более дешевых их заменителей не
обнаружено. Структура получаемых композитов характеризуется высокой дисперсностью, при этом она более однородна
и равномерна, а дендриты a-фазы слабо выражены. Изменение структуры сплава повышает износостойкость
более чем в 5 раз (ñ. 105-116; èë. 10).
А.И.Саматадзе, И.В.Парахин, Н.Ф.Поросова, А.С.Туманов
ВЫБОР ПЛАСТИФИКАТОРА ДЛЯ ФЕНОЛЬНО-КАУЧУКОВОГО ПЕНОПЛАСТА ..................................................... 117
В работе исследуется влияние различных типов широко известных пластификаторов на технологические и эксплуатационные
свойства фенольно-каучукового пенопласта (ФК). Изучается изменение свойств и структуры пенопласта в зависимости
от выбранного модификатора.
Показано, что добавка 3 5 масс. частей на 100 масс. частей смолы пластификатора полиэфирного типа в фенольнокаучуковую
смесь приводит к получению «безусадочных» эластичных композиций пенопласта (с. 117-124; ил. 6).
© ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2014
Том 6 ¹ 2
2014
Стр.3
Volume 6 ¹ 2
2014
Композиты и наноструктуры
COMPOSITES and NANOSTRUCTURES
CONTENS
A.E.Ushakov, À.À.Safonov, E.I.Kornienko, N.V.Rozin
APPLICATION OF MATHEMATICAL MODELING OF IMPRIGNATION DURING
MANUFACTURE BY THE VARI INFUSION PROCESS OF RAILROAD FREIGHT
CAR ROOF AND BODY FROM COMPOSITE MATERIALS................................................................................................ 65
Composite structural elements are often produced by resin vacuum assisted impregnation of reinforcing fibres by vacuum.
Designing the infusion process means developing a configuration of the impregnation system. The present paper describes an
authors experience in mathematical modeling of impregnation by vacuum infusion applied to large structures of roof and body
of a hopper car made of composite materials. Some examples of impregnation system selection are presented (p. 65-83; fig. 21).
I.S.Deev, L.P.Kobets, A.F.Rumyantsev
A STUDY OF THE FRACTURE SURFACE OF CARBON FIBER REINFORCED EPOXY BINDER
AFTER MEASUREING FRACTURE TOUGHNESS (MODE II) ............................................................................................. 84
Scanning electron microscopy of fracture surfaces of the carbon fiber reinforced polymers (CFRP) after measuring fracture
toughness (mode II). It is shown that delaminating epoxy of CFRP is accompanied by plastic deformation of microphase structure
of polymeric matrix as well as formation of torsions and hyperbolic microcracks in it. A variety of the types of fracture
is a consequence of long-time loading. It is revealed that plastic deformation of microphase structure of matrix is larger in the
fracture zones in which the delamination rate is smaller. The hypothesis on heterophase structure of epoxy matrixes formulated
earlier is confirmed. The polymer is actually a media composed molecular and dispersive of high viscosity fluid, in which
nanoparticles are moving and deforming being under stresses (p. 84-94; fig. 10).
V.S.Zarubin, G.N.Kuvyrkin, I.Y.Savelyeva
AN EFFECT OF THE FORM OF LAMELLAR INCLUSIONS ON THE EFFECTIVE THERMAL
CONDUCTIVITY OF A COMPOSITE.................................................................................................................................... 95
A quantitative analysis of effect of deviations from an ideal form of directionally oriented lamellar inclusions on the effective
thermal conductivity of a composite is carried out. The ideal form of the inclusions is assumed as thin circular disks; the
deviations from which correspond to the ellipsoid with an arbitrary ratio of the semi-principal axes. In the calculations,
reference values of the parameters are assumed to correspond to the values are expected to be observed in composites with
graphene inclusions.
A bilateral evaluation of the effective coefficients of thermal conductivity made by using a dual formulation of the variation
problem of stationary heat conduction in an non-homogeneous body confirms an adequacy of the model used in the analysis
of the thermal interaction between the inclusions and matrix (p. 95-104; fig. 2).
A.T.Volochko, A.A.Shegidevich, D.V.Kuis
FORMATION OF STRUCTURE AND PROPERTIES OF COMPOSITES OBTAINED BY INTRODUCING IN ALUMINUM MELT
LIGATURES CONTAINING GLASS-LIKE CARBON PARTICLES ...................................................................................... 105
Introducing in alloys aluminum composites by ligatures containing particles of amorphous glass-like carbon phase improves
the structure of base alloys and increases their plastic, strength and tribology properties. It is shown that formation of particles
of amorphous glass-like carbon phase in ligature is possible provided nanostructured carbon in the form of fullerenes and
fullerene blacks is used. No difference in the composite structure obtained by using expensive fullerenes and their cheap
substitutes is found. The structure of composites is characterized by a high dispersity and homogeneity; á-phase dendrites are
hardly discernable. The alloy structure change increases wear resistance by a factor exceeding 5 (p. 105-116; fig. 10).
A.I.Samatadze, I.V.Parahin, N.F.Porosova, A.S.Tumanov
A CHOICE OF THE PLASTICIZER FOR PHENOLIC-RUBBER FOAM............................................................................... 117
An effect of different types of the plasticizers on technological and working properties the phenol-rubber foam is studied. It is
shown that adding 3-5 weight percent of a particular type of the plasticizers a phenol-rubber mixture yields a shrinkless elastic
polymer foam (p. 117-124; fig. 6).
© ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2014
Стр.4