Исследование новых эффектов в вязкоупругом поведении материалов

Сотрудники Института механики сплошных сред УрО РАН (филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН) исследовали новые эффекты в вязкоупругом поведении материалов.

Эффект размягчения эластомерных нанокомпозитов с углеродными нанонаполнителями (эффект Маллинза) хорошо известен и многократно подтверждён многочисленными экспериментами.

Исследователи рассматривают явление размягчения после первого деформирования как эффект, приводящий к изменению только равновесной части тензора напряжений. Связывают эффект размягчения обычно с ростом повреждённости в материале. Значительно реже объясняют его необратимыми перестройками структуры материала.

Учёные ИМСС УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) обратили внимание на следующий факт: эластомерные нанокомпозиты при высоком содержании наполнителя проявляют яркие вязкоупругие свойства при больших деформациях материала. Их заинтересовал вопрос: возможно ли проявление эффекта Маллинза в неравновесной части тензора напряжений?

Свистков Александр Львович, заведующий лабораторией микромеханики структурно-неоднородных сред ИМСС УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН), доктор физико-математических наук: «В 2021 году мы запатентовали новый метод проведения экспериментов с циклическими деформациями материала с продолжительными остановками захватов перед сменой направления их движения. Такие эксперименты, выполненные с увеличением амплитуды деформирования материала на каждом цикле, позволяют выделить как зависимость равновесных напряжений от деформации, так и выделить диссипативные (неравновесные) части тензора напряжений, которые определяют релаксацию напряжений при фиксированных деформациях. При этом с высокой точностью можно определить равновесную и неравновесную части тензора напряжений как для неразмягчённого, так и для размягчённого материала в зависимости от истории деформирования.
В результате проведённых экспериментов установлено, что эффект размягчения материала имеет также яркое проявление в том числе и в диссипативной части тензора напряжений. Проявляется он тем ярче, чем с большей скоростью идёт деформирование эластомерного нанокомпозита. Это явление является одной из причин, которые объясняют резкий переход от медленной к быстрой стадии роста макроразрыва, что особенно важно при вычислительном моделировании резинотехнических изделий. Обнаруженный новый эффект размягчения эластомерных нанокомпозитов, не учитывали существующие модели вязкоупругого поведения материалов».

В лаборатории была разработана новая математическая модель термодинамики вязкоупругого поведения сред, работающих в условиях конечных деформаций, которая в явном виде учитывает данное явление.

Источник: ПФИЦ УрО РАН.