BULK STRAIN ENERGY DENSITY IN MULTI-COMPONENT FRICTIONAL COMPOSITES ON A POLYMER BASE, REINFORCED WITH RANDOMLY ORIENTED FIBERS
- Authors: Kolesnikov V.I1, Bardushkin V.V2, Lavrov I.V2, Sychev A.P3, Sychev A.A1, Yakovlev V.B2,4
-
Affiliations:
- Rostov State Transport University
- National Research University of Electronic Technology
- Federal Research Centre the Southern Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences
- Institute of Nanotechnology Microelectronics of the Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 18, No 2 (2022)
- Pages: 3-10
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2500-0640/article/view/628036
- DOI: https://doi.org/10.7868/S25000640220201
- ID: 628036
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription or Fee Access
Abstract
The problem of constructing a model and carrying out numerical calculations of the bulk strain energy density values in multi-component polymeric frictional composites is solved, taking into consideration the composition, shape, orientation and volume content of fillers, as well as the type of external mechanical impact applied to the material. Composites based on an epoxyphenol binder reinforced with short fibers of E-glass randomly oriented in the space of the material and dispersed additives of rubber, alumina, graphite and barite are considered. Modeling is based on the generalized singular approximation of the random field theory and the concept of the stress concentration operator (fourth rank tensor), which relates the local (internal) values of the stress tensor with average (external) stresses over the material. The dependences of the values of the bulk strain energy density in the elements of inhomogeneity of polymeric frictional composites on variations in the volume concentrations of fillers – E-glass fibers, dispersed rubber inclusions, and mineral powder consisting of alumina, graphite and barite in equal volume fractions have been studied. Two cases of external compressive action, axial and volumetric, are considered. As a result of the numerical model calculations, it was found that an increase in the volume fractions of both E-glass fibers and mineral powder leads to a decrease and convergence of the values of the bulk strain energy density in the components of all types of polymeric frictional composites under consideration. Modeling also showed that an increase in the volume fraction of rubber inclusions leads to an increase and a divergence in the values of the bulk strain energy density in the elements of heterogeneity of all types of polymeric frictional composites under study.
About the authors
V. I Kolesnikov
Rostov State Transport UniversityRostov-on-Don, Russian Federation
V. V Bardushkin
National Research University of Electronic TechnologyMoscow, Zelenograd, Russian Federation
I. V Lavrov
National Research University of Electronic TechnologyMoscow, Zelenograd, Russian Federation
A. P Sychev
Federal Research Centre the Southern Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences
Email: alekc_sap@mail.ru
Rostov-on-Don, Russian Federation
A. A Sychev
Rostov State Transport UniversityRostov-on-Don, Russian Federation
V. B Yakovlev
National Research University of Electronic Technology; Institute of Nanotechnology Microelectronics of the Russian Academy of SciencesMoscow, Zelenograd, Russian Federation; Moscow, Russian Federation
References
- Машков Ю.К., Овчар З.Н., Байбарацкая М.Ю., Мамаев О.А. 2004. Полимерные композиционные материалы в триботехнике. М., Недра: 261 с.
- Колесников В.И., Бардушкин В.В., Яковлев В.Б., Сычев А.П., Колесников И.В. 2012. Микромеханика поликристаллов и композитов (напряженно-деформированное состояние и разрушение). Ростов н/Д, изд-во РГУПС: 288 с.
- Плескачевский Ю.М., Сергиенко В.П. 2005. Фрикционные материалы с полимерной матрицей: перспективы исследований, достигнутый уровень, рынок. Наука и инновации. 5:46–53.
- Нилов А.С., Кулик В.И., Гаршин А.П. 2015. Анализ фрикционных материалов и технологий изготовления тормозных колодок для высоконагруженных тормозных систем с дисками из керамического композиционного материала. Новые огнеупоры. 7: 57–68. doi: 10.17073/1683-4518-2015-7-57-68
- Колесников В.И., Бардушкин В.В., Булах И.И., Сычёв А.П., Яковлев В.Б. 2006. О методе моделирования текстурообразования в поликристаллах при различных внешних напряжениях. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2: 33–37.
- Shilyaeva Yu.I., Bardushkin V.V., Gavrilov S.A., Silibin M.V., Yakovlev V.B., Borgardt N.I., Volkov R.L., Smirnov D.I., Zheludkevich M.L. 2014. Melting temperature of metal polycrystalline nanowires electrochemically deposited into the pores of anodic aluminum oxide. Physical Chemistry Chemical Physics. 16(36): 19394–19401. doi: 10.1039/c4cp02436b
- Bardushkin V., Kochetygov A., Shilyaeva Yu., Volovlikova O., Dronov A., Gavrilov S. 2020. Peculiarities of low-temperature behavior of liquids confined in nanostructured silicon-based material. Nanomaterials. 10(11): 2151. doi: 10.3390/nano10112151
- Шермергор Т.Д. 1977. Теория упругости микронеоднородных сред. М., Наука: 399 с.
- Лапицкий В.А., Крицук А.А. 1986. Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков. Киев, Наукова думка: 92 с.
- Физические величины: справочник. 1991. М., Энергоатомиздат: 1232 с.
- Торская Е.В., Курбаткин И.И., Мезрин А.М., Морозов А.В., Муравьева Т.И., Сахаров В.В., Фролов Н.Н. 2013. Механические и трибологические свойства наноструктурированных покрытий на основе многокомпонентных оксидов. Трение и износ. 34(2): 129–137.
- Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. 1975. М., Недра: 279 с.
- Гутников С.И., Лазоряк Б.И., Селезнев А.Н. 2010. Стеклянные волокна. М., изд-во МГУ: 53 с.
- Bosak A., Krisch M., Mohr M., Maultzsch J., Thomsen Ch. 2007. Elasticity of singlecrystalline graphite: Inelastic X-ray scattering study. Phys. Rev. B. 75(15): 153408(4). doi: 10.1103/PhysRevB.75.153408
- Паньков А.А. 2008. Методы самосогласования механики композитов. Пермь, изд-во Пермского государственного технического университета: 253 с.
- Колесников В.И., Сычев А.П., Колесников И.В., Сергиенко В.П., Павлов А.П., Сидашов А.В. Фрикционный материал: Патент на изобретение № 2400503 Российской Федерации. Заявители и правообладатели Открытое акционерное общество «Российские железные дороги», № заявки 2008151720. Заявл. 26.12.2008, опубл. 27.09.2010. Бюл. № 27.
- Колесников В.И., Лапицкий А.В., Сычев А.П., Колесников И.В., Бочкарёв Н.А., Котляр С.М., Сафонов В.Г., Седов М.П. Способ получения фрикционных полимерных материалов: Патент на изобретение № 2430936 Российской Федерации. Заявители и правообладатели В.И. Колесников, А.В. Лапицкий, А.П. Сычев, И.В. Колесников, Н.А. Бочкарёв, С.М. Котляр, В.Г. Сафонов, М.П. Седов, № заявки 2009132725. Заявл. 31.08.2009, опубл. 10.10.2011. Бюл. № 28.
- Сергиенко В.П., Биран В.В., Сенатрев А.Н., Злотников И.И., Ахметов Т.А., Кушунина Н.А. Фрикционный материал: Патент на изобретение № 2552752 Российской Федерации. Заявители и правообладатели Государственное научное учреждение «Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси», № заявки 2013146998. Заявл. 21.10.2013, опубл. 10.06.2015. Бюл. № 16.
Supplementary files
