НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o195.pdf (439.06Кб)

УДК 536.2

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

В качестве конструкционных и строительных материалов, а также функциональных материалов в различных приборных устройствах находят широкое применение композиты, состоящие из матрицы и включений различной формы. К композитам можно отнести большинство применяемых в технике материалов, являющихся гетерогенными твердыми телами. Среди таких материалов большую группу составляют композиты с включениями в виде мелкодисперсных частиц. К ним следует отнести и различные наноструктурные частицы, перспектива использование которых связана с возможностью повышения механических характеристик композитов.
Для улучшения технологических характеристик полимерного связующего как составной части композита используют мелкодисперсные наполнители в виде порошка, чешуек или волокнистых частиц. Это дает возможность получить экзотермический эффект в процессе отверждения связующего, уменьшить его усадку и улучшить механические, теплофизические, электромагнитные и другие эксплуатационные характеристики изготавливаемого композита. Вместе с тем наличие в связующем таких наполнителей может привести к возникновению его пористости, ухудшающей свойства композита. Возникновение пор также связано с усадкой связующего в процессе его отверждения, достигающей нескольких процентов. Размеры частиц могут изменяться от долей микрометра до нескольких десятков микрометров. Можно ожидать аналогичного интервала изменения размеров пор.
Одной из характеристик композита, которая чувствительна к наличию в нем включений в виде пор и мелкодисперсных частиц, является эффективный коэффициент теплопроводности, в значительной степени определяющий область применения таких композитов. Расчетные формулы для оценки этого коэффициента получены в известных работах, как правило, либо в результате обработки экспериментальных данных применительно к конкретным материалам, либо путем априорного задания распределения температуры или теплового потока в моделях структуры гетерогенных тел. Вместе с тем количественное влияние объемной концентрации пор и мелкодисперсных частиц на этот коэффициент можно установить путем построения математических моделей процесса переноса тепловой энергии в композите.
В данной работе проведено сопоставление результатов количественной оценки эффективного коэффициента теплопроводности композита с дисперсными включениями шаровой формы, полученных с использованием различных подходов к описанию процесса теплопереноса в таком композите.

1. Калинчев В.А., Ягодников Д.А. Технология производства ракетных двигателей твердого топлива. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 688 с.
2. Комков М.А., Тарасов В.А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 432 с.
3. Справочник по композиционным материалам: пер. с англ. / под ред. Дж. Любина. В 2 т. Т. 2. М.: Машиностроение, 1988. 584 с. [ Handbook of composites / ed. by G. Lubin. New York: Van Nostrand Reinhold Company, 1982. ].
4. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М.: Физматгиз, 1962. 456 с.
5. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974. 264 с.
6. Кац Е.А. Фуллерены, углеродные нанотрубки и нанокластеры. Родословная форм и идей. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 296 с.
7. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н., Савельева И.Ю. Эффективный коэффициент теплопроводности композита с шаровыми включениями // Тепловые процессы в технике. 2012. № 10. С. 470-474.
8. Зарубин В.С. Моделирование. М.: Издательский центр «Академия», 2013. 336 с.
9. Maxwell J.C. TreatiseonElectricityandMagnetism. London: Oxford University Press, 1873.
10. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н., Савельева И.Ю. Сравнительный анализ оценок коэффициента теплопроводности композита с шаровыми включениями // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 7. С. 299-318. DOI: 10.7463/0713.0569319
11. Jackson J.L., Coriell S.R. Transport coefficients of composite materials // Journal of Applied Physics. 1968. Vol. 39, no.5. P.2349-2354.
12. Coriell S.R., Jackson J.L. Bounds on transport coefficients of two-phase materials // Journal of Applied Physics. 1968. Vol. 39, no. 10. P. 4733-4736.
13. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Двусторонние оценки термического сопротивления неоднородного твердого тела // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51, № 4. С. 578-585. DOI: 10.1134/S0018151X1304024X
14. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н., Савельева И.Ю. Эффективный коэффициент теплопроводности многофазного композита с шаровыми включениями // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 6. С. 72-77. DOI: 10.18698/0536-1044-2013-6-72-77
15. Головин Н.Н., Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Смесевые модели механики композитов. Ч. 1. Термомеханика и термоупругость многокомпонентной смеси // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер . Естественные науки . 2009. № 3. С . 36-49.
16. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. М.: Наука, 1977. 400 с.
17. Власова Е.А., Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Приближенные методы математической физики. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 700 с.
18. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н., Савельева И.Ю. Оценка эффективной теплопроводности композита с шаровыми включениями методом самосогласования // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 9. С. 435-444. DOI : 10.7463/0913.0601512