Academic literature on the topic 'Динамічні властивості матеріалів'

Визначена актуальність створення інноваційних резорбційних біосумісних склокерамічних матеріалів для кісткового ендопротезування з високими механічними властивостями та значним рівнем біоактивності на основі кальційсилікофосфатних стекол. Розроблено методологічний підхід до розробки біоактивних резорбційних склокерамічних матеріалів для кісткового ендопротезування. Теоретично обґрунтовано напрямки одержання біосумісних неорганічних матеріалів для заміщення дефектів кісткової тканини та основні принципи їх створення. Встановлено комплекс сучасних взаємодоповнюючих методів дослідження необхідних для визначення основних фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей даних матеріалів. Визначено особливості проектування складів та структури склокерамічних матеріалів для кісткового ендопротезування та комплекс необхідних експлуатаційних властивостей. Розроблено біоактивні склокерамічні матеріали на основі кальційсилікофосфатних стекол, які характеризуються оптимальними фізико-хімічними, медикобіологічними властивостями та можуть бути використані як імплантати для заміни статично та динамічно навантажених ділянок кістки у щелепно-лицевій хірургії.

З метою підвищення експлуатаційної надійності військових об’єктів створені поліф ункціональні поліу рет анові матеріали з висок ими показниками експлуатаційних і спеціальних властивостей для використання в якості захисних покриттів для забезпечення надійної пролонгованої експлуатації металевих, залізоб етонних, дерев ’яних конструкцій, будівель та споруд за умов динамічних абіотичних, біотичних і техногенних навантажень. Польові випробування створених матеріалів, проведені на об’єктах СВ і МВС ЗСУ та УкрОборонПрому протягом 1−2 років, підтвердили високу ефективність створених матеріалів. Їх використання гарантує: а) надійну пролонговану експлуатацію металевих, залізобетонних конструкцій, будівель і споруд за умов динамічних абіотичних, біотичних і техногенних навантажень; б) високий ступінь безпеки обслуговування екіпажем об’єктів і пролонговане їх збереження наданням покриттю неслизьких властивостей.

У статті проведено дослідження щодо впливу електрично активних дефектів на термостимульовані струми в кристалах дифосфіду цинку. Відомо, що зростання електропровідності у напівпровідникових матеріалах відбувається двома шляхами: за рахунок підвищення їх температури, а також через зріст кількісті домішок та дефектів у кристалах цих матеріалів. З цієї точки зору до перспективних напівпровідникових матеріалів можна віднести кристали дифосфіду цинку та кадмію. У нашому випадку у якості об’єкту дослідження були обрані кристали α - ZnP2. У тетрагональних кристалах дифосфіду цинку, які були вирощені методом сублімації у двох температурній печі, виявлені електрично активні дефекти, що обумовлюють появу релаксаційних струмів короткого замикання у процесі нагріву. Спонтанна поляризація, що генерує термостимульовані струми короткого замикання, викликана порушеннями динамічної рівноваги в електронній та гратковій підсистемах кристалу α - ZnP2. Наведено, що динамічна рівновага між електронною та гратковою пілсистемами визначає характер змін властивостей напівпровідникових кристалів. У свою чергу, зміна ж швидкості у процесах нагрівання безсумнівно приводитимо до порушення динамічної рівноваги між цими підсистемами та, отже, і до появи термостимульованих струмів. У ході дослідження виявлена здатність цих кристалів утворювати спонтанну поляризацію, яка приводить до появи термостимульованих струмів короткого замикання у напрямку (001). Це явище обумовлено не фазовими температурними переходами, як уявлялося раніше, а, найімовірніше, у результаті домішкових викривлень кристалічної гратки при її нагріві, які призводять до порушення динамічної рівноваги у електронній та гратковій підсистемах кристалу за рахунок появи електрично активних дефектів. Ключові слова: пониженні симетричні кристали, електрично активні дефекти, термостимульовані струми.

Підвищення стійкості до динамічних впливів, а також фізико-механічних властивостей та тріщиностійкості будівельних матеріалів на основі цементу є важливою та актуальною проблемою при експлуатації будівель і споруд. З цією метою спроектовано спеціальний клас дисперсно-армованих матеріалів – інженерний цементуючий композит (engineered cementitious composites – ЕСС). Проте в такому ЕСС підвищена витрата цементуюючих матеріалів через відсутність крупного заповнювача. У статті показано, що із застосуванням золи-винесення можна зменшити деформації усадки та температуру гідратації. Продемонстровано, що часткова заміна золи більш активними мінеральними добавками – мікрокремнеземом та аеросилом суттєво ущільнює «упаковку» та підвищує міцності. А дисперсне армування поліпропіленовою фіброю суттєво збільшує міцність на згин та ударну в’язкість. Доведено, що комплексне модифікування на макро- та мікрорівнях матриці ЕСС, розроблене відповідно до теорії мікромеханіки, суттєво підвищує експлуатаційні властивості інженерних цементуючих композитів та значно розширює спектр їх застосування.

Мета роботи. Дослідження реологічних (тиксотропних) властивостей розробленого гелю та встановлення впливу температури на його стабільність. Матеріали і методи. Об’єктом дослідження обрано гель для місцевого лікування опіків на основі зшитого кополімеру акрилової кислоти – карбомеру Carbopol® Ultrez 21, що містить водний витяг із ксенодерми та лідокаїну гідрохлорид. Реологічні властивості досліджували на ротаційному віскозиметрі «Rheomat-30». Досліджували такі характеристики гелю, як напруга зсуву, динамічна в’язкість і механічну стабільність. Результати й обговорення. Для визначення типу течії, наявності тиксотропних властивостей і механічної стабільності гелю досліджено реограми його текучості. Під час експериментів встановлено, що досліджуваний гель є неньютонівською рідиною та має пластичний тип текучості, що характеризує його як структуровану дисперсну систему. Наявність тиксотропних властивостей у досліджуваному гелі характеризує задовільну здатність до екструзії з туб і намазування. Висновки. Визначено залежність реологічних властивостей, зокрема, структурної в’язкості досліджуваного гелю від температури. Розраховані значення механічної стабільності гелю дозволяють спрогнозувати стабільність препарату впродовж передбачуваного терміну його придатності.

Проведено системне дослідження можливості регулювання деформаційно-міцнісних, адгезійних і динамічних механічних властивостей епоксидно-полісульфідних композитів на основі продуктів попередньої реакції тіоетеріфікаціі (ПРТЕ) варіюванням концентрації полісульфідного каучуку, а також зміною кількості затверджувача і за допомогою мінерального наповнювача. Встановлено, що збільшення вмісту каучуку в продукті попередньої реакції тіоетеріфікаціі сприяє збільшенню показників когезійної і адгезійної міцності, деформації при розриві і роботи руйнування матеріалу. Припущено, що підвищення комплексу властивостей обумовлено утворенням більш високомолекулярних продуктів у міру збільшення вмісту каучуку в композиті на основі ПРТЕ. Утворення таких продуктів підтверджено даними динамічної механічної спектрометрії. Показано, що зміною кількості введеного отверджувача, тобто зміною співвідношення амінних і епоксидних груп, можна ефективно регулювати деформаційно-міцнісні характеристики епоксидно-полісульфідних композитів. При збільшенні вмісту отверджувача вельми істотно зростають міцність при розтягуванні, деформація при розриві і робота руйнування матеріалу. Встановлено, що введення наповнювача в епоксидну систему, що містить велику кількість каучуку, сприяє збільшенню когезійної міцності при відносно невеликому зниженні адгезійної міцності і деформації при розриві.

Мета. Теоретичне і методичне забезпечення селекційного процесу має бути зорієнтованим на формування високоінтелектуальних технологій із застосуванням генетично запрограмованих сортів необхідної біологічної та господарської спрямованості. Матеріали й методи. Матеріалом для підготовки статті слугувала створена колекція тютюну та вихідний селекційний матеріал, напрацьований за тривалий період роботи. Метод селекційної роботи – міжсортова гібридизація шляхом простих, складних, насичуючих, паралельно-насичуючих схрещувань та наступних індивідуальних і масових доборів. Результати. Розроблена система комп’ютерного сервісу підвищить ефективність селекційного процесу за рахунок таких факторів: за допомогою банку даних селекціонер буде володіти значною генетичною інформацією про наявний матеріал; прогноз перспективних гібридних комбінацій до проведення схрещування дозволить збільшити обсяги опрацювання вихідного матеріалу без додаткових затрат; інформаційно-пошукова система реєстрації і документації дозволить раціонально планувати селекційні експерименти, підвищити їх достовірність та точність оцінок. Висновки. На основі проведеного аналізу стану селекційного процесу тютюну із застосуванням різних методів оцінки, схем схрещування, методів добору та детального математичного аналізу встановлено таке: під час створення сортів за обмежених технологічних факторів необхідно орієнтуватися на формування високого нижнього порогу продуктивності у поєднанні з надійним генетичним захистом від лімітів середовища, шкідників і хвороб та системної властивості генотипу, кінетики динамічних процесів шляхом оптимізації фенотипових ознак; визначення оптимальної морфології рослин різних сортотипів ґрунтується на функціональній діяльності кожної ознаки, яка детермінує з генотипом і визначає взаємозв’язок елементів будови рослини з діяльністю генів, що є основою для теоретичної бази селекції на продуктивність; в Україні обмежений вегетаційний період для формування продуктивності сортів тютюну терміном не пізніше 15 вересня, тому у модель сортів повинна закладатися ознака скоростиглості, високої адаптивності до кліматичних умов регіонів вирощування та стійкості до поширених збудників хвороб.

Механізм скріплення кісткової тканини з матеріалом аналогічний механізму природного ремоделювання кістки. Після імплантації біоактивних матеріалів жива кістка формує міцний фізико-хімічний зв’язок з імплантатом, який повинен характеризуватися значною стабільністю проти хімічного і біологічного руйнування під дією рідкого середовища людського організму, оскільки призначений для постійного знаходження усередині людського тіла. Мета дослідження: на основі експериментальних і теоретичних досліджень електронної будови апатитів природного походження встановити механізм взаємодії АСЗ-3 та FAR 5 з органічним матриксом нативної кістки і зародкоутворення апатиту in vivo. Матеріали та методи. Хімічний склад поверхневих шарів та їх структуру визначали кількісним методом електроного зондового мікроаналізу на скануючому електроному мікроскопі РЭМ Tescan Mira 3LMU з використанням енергодисперсійного спектрометру Oxford X-max 80mm. Результати досліджень та їх обговорення. Результати дослідження поперечного перерізу склокристалічного матеріалу FAR 5, який було імплантовано в кісткову тканину, дозволили встановити таке: після 14 та 28 витримки in vivo в умовах статичних та динамічних навантажень імплантат щільно прилягає до кісткової тканини, що свідчить про цілісність формування зв’язку імплантат – кісткова тканина. Структура імплантату після динамічних навантажень не втрачає міцності: не містить тріщин і зломів та наявності дебрису. Це вказує на відповідність пружних та механічних властивостей до таких як у кісткової тканини. При поперечному перерізі зразку АСЗ-5, який імплантовано у кісткову тканину, через 14 діб in vivo cпостерігається його міцна фіксація у зоні контакту. Після 28 діб in vivo зразок АСЗ-5 характеризується незначними зламами поверхні, що свідчить про його крихкість. Це може обумовити складність вилучення імплантату при повторних операціях. Однак завдяки тому, що даний зразок характеризується здатністю до прискореного формування апатитоподібного шару впродовж одного місяця, процес мінералізації даного імплантату дозволить забезпечити його міцність впродовж експлуатації. Висновки. Встановлено, що природні апатити характеризуються наявністю великої кількості дефектів у їх структурі. Мінералізація нанодисперсних кристалів кістки у відсутності умов формування апатиту з перебігом тривалого часу супроводжується деградацією кісткового мінералу. Встановлені умови осадження кристалічних фаз АМФ та ОГА як прекурсорів для формування апатитового шару ГАП на поверхні імплантату in vivo, що є запорукою успішної адаптації імплантату в середовищі організму. Ключові слова: кісткова тканина, біоскло, природні апатити.

Управління нестаціонарними системами являється нетривіальною задачею. Однією з умов ефективного управління являється необхідність зміни та налаштування алгоритмів управління при динамічних умовах функціонування автоматизованих систем. В роботі розглядаються питання побудови системи управління на основі моделей теорії графів. В якості об’єктів дослідження виступають підходи та методи управління складними нестаціонарними системами. Розглядається підхід, заснований на класифікації факторів впливу на об’єкти управління. Розглядається управління при значних динамічних факторах зовнішнього середовища. В якості методів досліджень використовувалось імітаційне і комп’ютерне моделювання, які дозволили оцінити ефективність запропонованих підходів і методів управління. Також застосовувались методи системного аналізу та сучасні алгоритми на графах. Представлений підхід надає змогу проаналізувати динамічну поведінку нестаціонарного об’єкта управління, коли відомо, що деякі характеристики та фактори зовнішнього середовища, можуть впливати на управління об’єктами. Механізм кінцевого автомата дозволяє здійснювати автоматичне переключення алгоритмів управління в залежності від ситуації. Дослідження показали доцільність використання пропонованого підходу для управління складними нестаціонарними системами автоматизації. В роботі розглядаються основні принципи, по яким правила та алгоритми можуть та повинні змінюватися: зміна цілей управління та обмежень, зміна структури та характеристик технологічного об’єкта управління в процесі експлуатації сушарки зерна та брагоректифікаційної колони, зношення та руйнування технологічних вузлів об’єкта управління, модернізація, реконструкція та ремонт технологічного об’єкта управління, зміна властивостей та якості перероблюваних технологічними об’єктами матеріалів, зміна властивостей сигналів вимірювальної інформації та даних, які формуються людьми. В роботі розглядаються умови, в яких алгоритм управління повинен переключатись, підлаштовуватися під зміни в умовах функціонування об’єктів, якщо відома інформація або прогнози експертів, коли ці зміни відбуваються. Автори статті являються прибічниками еволюційного підходу, який заснований на додатковому дослідженні об’єктів в процесі експлуатації, та нестаціонарних нелінійних динамічних умов.

Мета. Проаналізувати види фібр для дисперсно-армованих бетонів, що сьогодні представлені на ринку будівельних матеріалів. Охарактеризувати їх недоліки та переваги. Особливу увагу приділити сталевим фібрам, що застосовуються під час виготовлення сталефібробетону. Методика. Під час проведення дослідження використовувались передбачені діючими державними стандартами методи, які дозволяють визначити механічні властивості залізобетонних та сталефібробетонних конструкцій. Результати. Проаналізувавши сфери застосування залізобетонних конструкцій під час будівництва інженерних споруд, рекомендовано застосовувати, під час їх виготовлення, дисперсно армовані бетони. Під час проведення досліджень встановлено, що при введені в бетон сталевих фібр, значно збільшується його жорсткість, що в свою чергу призводить до підвищення деформативності від дії навантажень та тріщиностійкості сталефібро-бетону, як матеріалу. В статті розглянуто різні види фібрового армування бетону. Представлено коротку характеристику кожної з видів фібр, що представлені на ринку будівельних матеріалів в Україні. Наукова новизна. Описано доцільність дисперсного армування бетону під час виготовлення інженерних конструкцій. Зроблено висновки щодо недостатнього вивчення методів розрахунку фібробетону при різних впливах. Практична значимість. Результати проведених наукових досліджень можуть бути використані під час проектування та будівництва дорожньо-транспортних споруд із сталефібробетону на автомобільних дорогах, що піддаються дії значних динамічних впливів.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2017 В дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача визначення динамічного напружено-деформованого стану захисних елементів машинобудівних конструкцій при імпульсному та ударному навантаженнях для забезпечення їх міцності та ефективного використання при експлуатації. На основі тривимірної моделі швидкісного деформування елементів конструкцій, з урахуванням пружно-пластичних скінченних деформацій і динамічних властивостей матеріалів отримані залежності розподілу напружень від швидкості удару за просторовими та часовими координатами в елементах конструкцій. Виявлені нові особливості процесу швидкісного деформування елементів при локальних навантаженнях, що відрізняються визначенням розмірів обмеженої зони напружень з великими градієнтами, утворенням кратерів тощо. Отримані залежності між напруженнями та швидкостями удару в тришаровому елементі для окремих шарів та деформаціями в шарах в залежності від швидкості ударника.
The thesis for a candidate of technical science degree in speciality 05.02.09 – Dynamics and Strength of Machines (engineering sciences) – Kharkov National University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. In the thesis, the actual scientific and technical problem of determining the dynamic stress-strain state of the protective elements of machine-building structures under impulse and shock loads solved to ensure their strength and effective use during operation. The thesis proposes an improved three-dimensional model of high-rate deformation of structural elements, which is different by taking into account elastic-plastic finite deformations and dynamic properties of materials. Based on the proposed model, the dependences of the distribution of stresses on the speed of impact on spatial and temporal coordinates in structural elements made of various materials obtained. New features of the process of high-rate deformation of elements under local loads detected, differing in the definition of the size of a restricted stress zone with large gradients, the formation of craters and the process of unloading with the appearance of residual stresses and damages. Dependencies between stresses and impact speeds in a three-layer element for individual layers and deformations in layers depending on the speed of the impactor obtained. The dynamic stress-strain state changes significantly both in space coordinates and in time. Therefore, even for thin-walled constructions, the use of the theory of plates and shells is undesirable, since in this case the law of stress distribution over the thickness is preliminarily assumed, and part of the stresses perpendicular to the middle surface are not taken into account at all. The processes of high-speed deformation occur both in the elastic and in the plastic stage and partially accompanied by rather large deformations. Therefore, the work uses three-dimensional models, even for thin-walled structures. From a mathematical point of view, such problems are essentially non-linear and require analysis of a three-dimensional dynamic stress-strain state. The problems of high-rate elastic-plastic deformation of elements of cylindrical structures are considered. It is shown, that the largest displacements and stresses develop in local zones and in the case when the speed is increase up to V ≥ 150 m/s, the area of intense displacements and stresses is R ≤ (10-12) r, where r is the radius of the zone load. These features of the dynamic stress-strain state make it possible to isolate the corresponding region of the element and to make refined calculations for it using a denser grid. A number of practical problems of analyzing the stress-strain state of the elements of the gas turbine engine corps under shock loading considered which differ in the purpose, geometric characteristics and properties of the materials. It is shown, that the largest displacements and stresses develop in bounded zones and rapidly decrease in spatial coordinates both in time and in unloading. It is shown, that when the blade fragment is detached, as well as the foreign particles fall into the flow at the working speeds of the gas turbine engine rotation, the stress intensities do not exceed the prescribed boundaries. In some cases, preference is given to two-layer structures, since they resist shock loads better, than single-layer ones with a larger thickness of the same material.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2017 В дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача визначення динамічного напружено-деформованого стану захисних елементів машинобудівних конструкцій при імпульсному та ударному навантаженнях для забезпечення їх міцності та ефективного використання при експлуатації. На основі тривимірної моделі швидкісного деформування елементів конструкцій, з урахуванням пружно-пластичних скінченних деформацій і динамічних властивостей матеріалів отримані залежності розподілу напружень від швидкості удару за просторовими та часовими координатами в елементах конструкцій. Виявлені нові особливості процесу швидкісного деформування елементів при локальних навантаженнях, що відрізняються визначенням розмірів обмеженої зони напружень з великими градієнтами, утворенням кратерів тощо. Отримані залежності між напруженнями та швидкостями удару в тришаровому елементі для окремих шарів та деформаціями в шарах в залежності від швидкості ударника.
The thesis for a candidate of technical science degree in speciality 05.02.09 – Dynamics and Strength of Machines (engineering sciences) – Kharkov National University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. In the thesis, the actual scientific and technical problem of determining the dynamic stress-strain state of the protective elements of machine-building structures under impulse and shock loads solved to ensure their strength and effective use during operation. The thesis proposes an improved three-dimensional model of high-rate deformation of structural elements, which is different by taking into account elastic-plastic finite deformations and dynamic properties of materials. Based on the proposed model, the dependences of the distribution of stresses on the speed of impact on spatial and temporal coordinates in structural elements made of various materials obtained. New features of the process of high-rate deformation of elements under local loads detected, differing in the definition of the size of a restricted stress zone with large gradients, the formation of craters and the process of unloading with the appearance of residual stresses and damages. Dependencies between stresses and impact speeds in a three-layer element for individual layers and deformations in layers depending on the speed of the impactor obtained. The dynamic stress-strain state changes significantly both in space coordinates and in time. Therefore, even for thin-walled constructions, the use of the theory of plates and shells is undesirable, since in this case the law of stress distribution over the thickness is preliminarily assumed, and part of the stresses perpendicular to the middle surface are not taken into account at all. The processes of high-speed deformation occur both in the elastic and in the plastic stage and partially accompanied by rather large deformations. Therefore, the work uses three-dimensional models, even for thin-walled structures. From a mathematical point of view, such problems are essentially non-linear and require analysis of a three-dimensional dynamic stress-strain state. The problems of high-rate elastic-plastic deformation of elements of cylindrical structures are considered. It is shown, that the largest displacements and stresses develop in local zones and in the case when the speed is increase up to V ≥ 150 m/s, the area of intense displacements and stresses is R ≤ (10-12) r, where r is the radius of the zone load. These features of the dynamic stress-strain state make it possible to isolate the corresponding region of the element and to make refined calculations for it using a denser grid. A number of practical problems of analyzing the stress-strain state of the elements of the gas turbine engine corps under shock loading considered which differ in the purpose, geometric characteristics and properties of the materials. It is shown, that the largest displacements and stresses develop in bounded zones and rapidly decrease in spatial coordinates both in time and in unloading. It is shown, that when the blade fragment is detached, as well as the foreign particles fall into the flow at the working speeds of the gas turbine engine rotation, the stress intensities do not exceed the prescribed boundaries. In some cases, preference is given to two-layer structures, since they resist shock loads better, than single-layer ones with a larger thickness of the same material.