Механика твердого тела (о журнале) Механика твердого тела
Известия Российской академии наук
 Журнал основан
в январе 1966 года
Выходит 6 раз в год
ISSN 0572-3299

Русский Русский  English English  О журнале | Номера | Для авторов | Редколлегия | Подписка | Контакты
 


ИПМех РАНХостинг предоставлен
Институтом проблем
механики 
им. А.Ю. Ишлинского РАН

Архив номеров

Статей в базе данных сайта: 3824
На русском (Изв. РАН. МТТ): 2157
На английском (Mech. Solids): 1667

<< Предыдущая статья | Год 2013. Номер 1 | Следующая статья >>
Вильчевская Е.Н., Филиппов Р.А., Фрейдин А.Б. О переходных слоях в композитных материалах как областях новой фазы // Изв. РАН. МТТ. 2013. № 1. С. 113-144.
Год 2013 Том   Номер 1 Страницы 113-144
Название
статьи
О переходных слоях в композитных материалах как областях новой фазы
Автор(ы) Вильчевская Е.Н. (Санкт-Петербург, vilchevska@gmail.com)
Филиппов Р.А. (Санкт-Петербург, rmnfilippov@gmail.com)
Фрейдин А.Б. (Санкт-Петербург, Alexander.Freidin@gmail.com)
Коды статьи УДК 539.3
Аннотация

Разработана модель, описывающая развитие переходных слоев в композитных материалах как областей новой фазы. Предполагается, что переходные слои, окружающие (нано)частицы, представляют собой измененный фазовым превращением материал матрицы и увеличивают эффективный объем включений, которые становятся составными, состоящими из ядра - исходной частицы, и оболочки - переходного слоя новой фазы. В результате увеличивается объемная доля включений, что, в свою очередь, увеличивает эффективность влияния частиц. На примере сферических частиц рассмотрено развитие новой фазы вокруг изолированной частицы, а затем в приближении эффективного поля вокруг взаимодействующих частиц в композитном материале. Для случая изотропных фаз получены зависимости радиуса составных включений от внешней (средней) деформации. Проведены исследования устойчивости межфазных границ в зависимости от параметров материала исходного включения и материалов фаз матрицы. Детально исследованы энергетические изменения и перераспределение напряжений вследствие развития областей новой фазы. Показано, что в случае изолированного включения возникновение областей новой фазы может приводить к локальному сбросу энергии деформации в окрестности включений и, как следствие, к уменьшению концентрации напряжений. В то же время формирование переходных слоев вследствие фазового превращения может приводить к увеличению эффективного объемного модуля упругости при уменьшении эффективного модуля сдвига.

Ключевые слова композитные материалы, переходные слои, фазовые превращения, эффективные упругие модули
Список
литературы
1.  George R., Kashyap K.T., Rahul R., Yamdagni S. Strengthening in carbon nanotube/aluminum (CNT/Al) composites // Scripta Materialia. 2005. V. 53. № 10. P. 1159-1163.
2.  Xie X.-L., Mai Y.-W., Zhoui X.-P. Dispersion and alignment of carbon nanotubes in polymer matrix: A review // Materials Science and Engineering. 2005. V. 49. № 4. P. 89-112.
3.  Thostenson E.T., Ren Z., Choui T.-W. Advance in the science and technology of carbon nanotubes and their composites: A review // Composites Sciece and Technology. 2001. V. 61. № 13. P. 1899-1912.
4.  Tang Y.B., Cong H.Т., Zhong R., Cheng H.M. Thermal expansion of a composites of single-walled carbon nanotubes and nanocrystalline aluminum // Carbon. 2004. V. 42. № 15. P. 3251-3272.
5.  Qian D., Dickey E.C, Andrews R., Rantell T. Load transfer and deformation mechanism in carbon nanotube-polystyrene composites // Applied Physics Letters. 2000. V. 76. № 20. P. 2868-2870.
6.  Skakalova V., Dettlaff-Weglikowska U., Roth S. Electrical and mechanical properties of nanocomposites of single wall carbon nanotubes with PMMA // Synthetic Metals. 2005. V. 152. № 1-3. P. 349-352.
7.  Cadek M., Coleman J.N., Barron V., Hedicke K., Blau W.J. Morphological and mechanical properties of carbon-nanotube-reinforced semicrystalline and amorphous polymer composites // Applied Physics Letters. 2002. V. 81. № 27. P. 5123-5125.
8.  Flahaut E., Peigney A., Laurent Ch., Marliere Ch., Chastel F., Rousset A. Carbon nanotube-metal-oxide nanocomposites: microstructure, electrical conductivity and mechanical properties // Acta materialia. 2000. V. 48. № 14. P. 3803-3812.
9.  Wan H., Delate F., Shen L. Effect of CNT length and CNT-matrix interphase in carbon nanotube (CNT) reinforced composites // Mechanics Research Communications. 2005. V. 32. № 5. P. 481-489.
10.  Odegard G.M., Gates T.S., Wise K.E., Park C., Siochi E.J. Constitutive modeling of nanotube-reinforced polymer composite systems // Composites Science and Technology. 2003. V. 63. № 11. P. 1671-1687.
11.  Duan H.L., Wang J., Huang Z.P., Karihaloo B.L. Eshelby formalism for nano-inhomogeneities // Proc. R. Soc. 2005. V. 461. № 2062. P. 3335-3353.
12.  Arsenault R.J., Shi N. Dislocation generation due to differences between the coefficients of thermal expansion // Materials Science and Engineering. 1986. V. 81. P. 175-187.
13.  Bondioli F., Cannillo V., Fabbri E., Messori M. Epoxy-silica nanocomposites: preparation, experimental characterization, and modeling // J. Appl. Polym. Sci. 2005. V. 97. № 6. P. 2382-2386.
14.  Гольдштейн Р.В., Устинов К.Б. Влияние включений на эффективные свойства композитов, учет влияния промежуточной фазы // ИПМех РАН, 2006. Препринт 792. 22 с.
15.  Boutaleb S., Zairi F., Mesbah A., Nait-Abdelaziz M., Gloaguen J.M., Boukharouba T., Lefebvre J.M. Micromechanics-based modelling of stiffness and yield stress for silica/polymer nanocomposites // Int. J. Solids and Struct. 2009. V. 46. № 7-8. P. 1716-1726.
16.  Sevostianov I., Kachanov M. Effect of interphase layers on the overall elastic and conductive properties of matrix composites. Applications to nanosize inclusion // Int. J. Solids and Srtuct. 2007. V. 44. № 3-4. P. 1304-1315.
17.  Akbari A., Riviere J.P., Templier C., Le Bourhis E., Abadias G. Hardness and residual stresses in TiN-Ni nanocomposite coatings deposited by reactive dual ion beam sputtering // Rev. Adv. Mater. Sci. 2007. V. 15. P. 111-117.
18.  Roberts S.G Thermal shock of ground and polished alumina and Al203/SiC nanocomposites // J. Europ. Ceramic Society. 2002. V. 22. № 16. P. 2945-2956.
19.  Lurie S., Volkov-Bogorodsky D., Zubov V., Tuchkova N. Advanced theoretical and numerical multi-scale modeling of cohesion/adhesion interactions in continuum mechanics and its applications for filled nanocomposites // Computational Materials Science. 2009. V. 45. № 3. P. 709-714.
20.  Лурье С.А., Тучкова Н.П. Континуальная модель адгезии для деформируемых твердых тел и сред с наноструктурами // Композиты и наноструктуры. 2009. Т. 2. № 2. С. 25-43.
21.  Lurie S., Belov P., Volkov-Bogorodsky D., Tuchkova N. Nanomechanical Modeling of the Nanostruc-tures and Dispersed Composites // Int. J. Сотр. Mater. Sci. 2003. V. 28. № 3-4. P. 529-539.
22.  Lurie S., Belov P., Volkov-Bogorodsky D., Tuchkova N. Interphase layer theory and application in the mechanics of composite materials // J. Mater. Sci. 2006. V. 41. № 20. P. 6693-6707.
23.  Волков-Богородский Д.Б., Евтушенко Ю.Г., Зубов В.И. Численно-аналитический учет масштабных эффектов при расчете деформаций нанокомпозитов с использованием блочного метода мультиполей // ЖВМиМФ. 2006. Т. 46. № 7. С. 1302-1311.
24.  Канаун С.К., Левин В.М. Метод эффективного поля в механике композитных материалов. Петрозаводск. Издательство Петрозаводского ун-та. 1993. 538 с.
25.  Kanaun S.K., Levin V.M. Self-Consistent Methods for Composites. V. 1: Static Problems, Springer, 2007. 392 p.
26.  Морозов Н.Ф., Назыров И.Р., Фрейдин А.Б. Одномерная задача о фазовом превращении упругого шара // Докл. АН. 1996. Т. 346. № 2. С. 188-191.
27.  Назыров И.Р., Фрейдин А.Б. Фазовые превращения при деформировании твердых тел в модельной задаче об упругом шаре // Изв. РАН. МТТ. 1998. № 5. С. 52-71.
28.  Еремеев В.А., Фрейдин А.Б., Шарипова Л.Л. Об устойчивости равновесия двухфазных упругих тел // Прикл. математика и механика. 2007. Т. 71. № 1. С. 66-92.
29.  Вильчевская Е.Н., Фрейдин А.Б. О фазовых превращениях в области неоднородности материала. Ч. 1. Фазовые превращения включения в однородном внешнем поле // Изв. РАН. МТТ. 2007. № 5. С. 208-228.
30.  Кубланов Л.Б., Фрейдин А.Б. Зародыши твердой фазы в деформируемом материале // ПММ. 1988. Т. 52. № 3. С. 493-501.
31.  Морозов Н.Ф., Фрейдин А.Б. Зоны фазовых переходов и фазовые превращения упругих тел при различных видах напряженного состояния // Тр. мат. ин-та им. В.А. Стеклова. 1998. Т. 223. С. 220-232.
32.  Фрейдин А.Б. Приближение малых деформаций в теории фазовых превращений при деформировании упругих тел // Прочность и разрушение материалов и конструкций. Межвуз. сб. под ред. Н.Ф. Морозова (Исследования по упругости и пластичности). СПб.: Изд-во СПб ун-та. 1999. № 18. С. 266-290.
33.  Freidin А.В. On new phase inclusions in elastic solids // ZAMM 2007. V. 87. № 2. P. 102-116.
34.  Гринфельд M.A. Об условиях термодинамического равновесия фаз нелинейно-упругого материала // Докл. АН СССР. 1980. Т. 251. № 4. С. 824-827.
35.  Гринфельд М.А. Методы механики сплошных сред в теории фазовых превращений. М.: Наука, 1990. 312 с.
36.  James R.D. Finite deformation by mechanical twinning // Arch. Rat. Mech. Analysis. 1981. V. 77. № 2. P. 143-177.
37.  Gurtin M.E. Two-phase deformations of elastic solids // Arch. Rat. Mech. Anal. 1983. V. 84. № 1. P. 1-29.
38.  Кунин И.А., Соснина Э.Г. Концентрация напряжений на эллипсоидальной неоднородности в анизотропной упругой среде // Прикл. мат. мех. 1973. Т. 37. № 2. С. 306-315.
39.  Kunin I.A. Elastic media with Microstructure. II. Three Dimensional Models // Springer Series in Solid State Sciences. V. 44. Berlin, New York, etc. Springer-Verlag. 1983. 272 p.
40.  Фрейдин А.Б., Чискис A.M. Зоны фазовых переходов в нелинейно-упругих изотропных материалах // Изв. АН. МТТ. 1994. № 4. С. 91-109 (Ч. 1), Изв. АН. МТТ. 1994. № 5. С. 49-61 (Ч. 2).
41.  Freidin A.B., Vilchevskaya E.N., Sharipova L.L. Two-phase deformations within the framework of phase transition zones // Theoretical and Apllied Mechanics. 2002. V. 28-29. P. 149-172.
42.  Freidin А В., Sharipova L.L. On a model of heterogenous deformation of elastic bodies by the mechanism of multiple appearance of new phase layers // Meccanica. 2006. V. 41. № 3. P. 321-339.
43.  Freidin А.В., Fu Y.В., Sharipova L.L., Vilchevskaya E.N. Spherically symmetric two-phase deformations ans phase transition zones // Int. J. Solids and Struct. 2006. V. 43. № 14-15. P. 4484-4508.
44.  Freidin А.В., Sharipova L.L., Vilchevskaya E.N. Phase transition zones in relation with constitutive equations of elastic solids // Proc. of the XXXII Summer School Actual Problems in Mechanics (APM-2004). St.Petersburg, IPME RAS, P. 140-150.
45.  Grabovsky Y., Truskinovsky L. Roughening instability of broken extremals // Arch. Rat. Mech. Anal. 2011. V. 200. № 1. P. 183-202.
46.  Еремеев В.А., Фрейдин А.Б., Шарипова Л.Л. О неединственности и устойчивости в задачах равновесия упругих двухфазных тел // Докл. РАН. 2003. Т. 391. № 2. С. 189-193.
47.  Eshelby J.D. The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems // Proc. Roy. Soc. Lond. 1957. V. 241. № 1226. P. 376-396.
48.  Fu Y.B., Freidin A.B. Characterization and stability of two-phase piecewise-homogeneous deformation // Proc. Roy. Soc. London. Ser. A. 2004. V. 460. № 2051. P. 3065-3094.
49.  Antimonov M.A., Cherkaev A.V., Freidin A.B. On transformation surfaces construction for phase transitions in deformable solids // Proc. XXXVIII Summer School-Conference Advanced problems in mechanics (АРМ 2010). St. Petersburg (Repino), July 1-5, 2010. St. Petersburg. 2010. http://apm-conf.spb.ru. P. 23-29.
50.  Кунин И.А. Теория дислокаций. В кн.: Схоутен Я.А. Тензорный анализ для физиков. М.: Наука, 1965. С. 373-443.
51.  Кунин И.А. Теория упругих сред с микроструктурой. М.: Наука, 1975. 415 с.
52.  Вильчевская Е.Н., Фрейдин А.Б. Множественное возникновение эллипсоидальных зародышей новой фазы // Докл. АН. 2006. Т. 411. № 6. С. 770-774.
53.  Freidin A.B., Vilchevskaya E.N. Multiple development of new phase inclusions in elastic solids // Int. J. Eng. Science. 2009. V. 47. № 2. P. 240-260.
54.  Mura T. Micromechanics of Defects in Solids. Kluwer Academic, Dordrecht, 1987. 587 p.
Поступила
в редакцию
19 сентября 2011
Получить
полный текст
http://elibrary.ru/item.asp?id=18879223
<< Предыдущая статья | Год 2013. Номер 1 | Следующая статья >>
Система OrphusЕсли Вы обнаружили опечатку или неточность на странице сайта, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

119526 Москва, пр-т Вернадского, д. 101, корп. 1, комн. 246 (495) 434-35-38 mtt@ipmnet.ru http://mtt.ipmnet.ru
Учредители: Российская академия наук, Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН, ООО "Журналы по механике"
Свидетельство о регистрации СМИ № 0110261 выдано Министерством печати и информации Российской Федерации 08.02.1993 г.
© ООО "Журналы по механике"
webmaster
Rambler's Top100