Исследование ползучести эластомерных композитов в экспериментах по наноиндентированию
Автор: Андрей Викторович Майский
Соавторы: Корнев Ю.В., Гилязова Р.Ф., Муромцев Д.Н., Карнет Ю.Н.
Организация: ФГБУН Институт прикладной механики Российской академии наук (ИПРИМ РАН)
Рис. 1. Кривые ползучести при наноиндентировании для образца на основе СКЭПТ-50, нагрузка 1,5 мН, (а) до УФ облучения, (б) после УФ облучения.
В настоящей работе были исследованы эластомерные композиты, разработанные для применения в составе конструкций гасителей колебаний. Данные композиты были изготовлены на основе СКЭПТ-50 (этилен пропилен диеновый каучук) [1]. Композиты были получены с применением лабораторного смесителя Haake Polylab Rheomix 3000. Исследования ползучести (Creep эффект) эластомерных композитов проводилось на измерительном комплексе NanoTest 600 с применением сфероконического индентора радиусом 10 мкм. Исследования проводили при различных нагрузках (1,5 и 6 мН). В ходе эксперимента при достижении заданной нагрузки она фиксировалась и происходило измерение изменения глубины индентирования. Таким образом были получены кривые ползучести в экспериментах по наноиндентированию. Проводилась оценка кривых ползучести для различных составов эластомерных композитов, а также до и после облучения ультрафиолетом. Кривые ползучести для образца на основе СКЭПТ-50 до и после УФ облучения представлены на рис. 1.
Для полученных в ходе эксперимента зависимостей глубины индентирования от времени были выбраны такие аппроксимирующие математические функции, параметры которых являются реальными вязкоупругими и вязкопластическими характеристиками. Данные аппроксимирующие функции соответствуют функциям механических моделей: модель трёх параметров Фойгта, модель Максвелла (два параметра) и комбинированная модель четырёх параметров Максвелла-Фойгта [2]. Параметры для аппроксимирующих функций были подобраны с помощью программы на языке программирования Pyhton, с использованием библиотеки SciPy, которая предоставляет функцию curve_fit для поиска оптимальных параметров методом наименьших квадратов. Найденные параметры были валидированы с помощью системы компьютерной алгебры Wolfram Mathematica. Для исследованных эластомерных композитов в случае четырёх параметрической модели были получены следующие характеристики: E1, Е2, ƞ1, ƞ2 - упругая составляющая, вязкостная составляющая и вязкоупругая составляющая. Установлено, что после воздействия УФ облучения на композит заметно снижается упругая составляющая (на 15%) вязкостная составляющая (в 3 раза), а вязкоупругая составляющая изменяется несущественно.
1. Корнев Ю.В., Гилязова Р.Ф., Муромцев Д.Н., Карнет Ю.Н. Механические свойства эластомерных композитов, наполненных частицами на основе диоксида кремния и углерода, для применения в качестве элементов конструкций гасителей колебаний // Механика композиционных материалов и конструкций. 2024. Т. 30. № 6. С. 549 - 560.
2. A.C. Fischer-Cripps, Nanoindentation, 3rd Ed. // Springer-Verlag, New York, 2011. pp 139-140,219.
