61. Вишняков Леон Романович. Наукові основи створення просторово-армованих металевими сітками композиційних матеріалів з підвищеним опором механічним та термічним навантаженням: дис... д-ра техн. наук: 05.02.01 / НАН України; Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича. - К., 2005.
Анотація до роботи:
Вишняков Л.Р. Наукові основи створення просторово-армованих металевими сітками композиційних матеріалів з підвищеним опором механічним і термічним навантаженням. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – Матеріалознавство. Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України, м. Київ, 2005 р.
Дисертація присвячена вирішенню важливої науково-прикладної проблеми створення композиційних матеріалів із металевою та неметалевою матрицею, які просторово армовані металевими сітками трикотажної структури, для забезпечення підвищеного опору механічним і термічним навантаженням. Теоретично обґрунтовано та вирішено завдання встановлення взаємозв'язку між деформаційними властивостями та ефективними пружними характеристиками металевих в'язаних сіток зі структурою кулірного трикотажу. З використанням методів макроскопічної механіки пористих середовищ розроблено модель процесу деформаційної консолідації методами пресування та прокатки просторово армованих металевими сітками композитів з порошковою матрицею, яка основана на використанні відомих методів теорії пластичності пористих тіл, і враховує здатність податливої сітки вносити в'язкий елемент у процес ущільнення композиту. Для визначення механізмів дисипації енергії при циклічних навантаженнях запропонована розрахунково-експериментальна методика оцінки розсіювання енергії. Розглянуто стабільність структури композитів із металевою матрицею при дії температур під час отримання і експлуатації матеріалів, оптимізовані режими формування композитів методом гарячого пресування (дифузійного зварювання). Досліджено декілька груп важливих у практичному відношенні композиційних матеріалів - конструкційних, електродних, ущільнюючих, блискавкозахисних, в яких використання армуючих металевих сіток дозволяє здійснити їх функціональне призначення за умов досягнення просторової внутрішньої структури. Результати досліджень були впроваджені при створенні виробництва металевих сітчастих армуючих елементів і композиційних матеріалів з матрицями на основі алюмінієвих сплавів, хлориду міді, цирконію, термічно розширеного графіту та полімерних зв'язуючих в елементах конструкцій авіаційної техніки, водоактивованих джерелах струму, термохімічних катодах і ущільненнях теплових мереж та двигунів внутрішнього згоряння.
В результаті виконаних досліджень розроблені наукові основи створення просторово-армованих металевими сітками композиційних матеріалів із підвищеним опором механічним та термічним навантаженням, що базуються на наступних наукових і практичних результатах:
В результаті аналізу структури об'ємних в'язаних сіток із структурою кулірного трикотажу типу "ластик" та "фанг" теоретично обґрунтовано та вирішено завдання встановлення взаємозв'язку між деформаційними властивостями та ефективними пружними характеристиками сіток. Запропоновано розрахункові залежності для визначення форми пружної лінії петлі, що дозволяють визначати макрогеометрію та конструктивно-технологічні параметри металевих сіток і отримувати сітчасті полотна на основі тонких дротів, зокрема із сталі, міді і тугоплавких металів.
З використанням методів макроскопічної механіки пористих середовищ розроблено модель процесу деформаційної консолідації просторово-армованих металевими трикотажними сітками композитів, яка ґрунтується на використанні відомих методів теорії пластичності пористих тіл, але враховує здатність податливої сітки вносити в'язкий елемент до процесу течії композиту, що ущільнюється. Вперше для листових просторово-армованих композитів розраховані параметри процесів пресування та прокатки, що забезпечують збереження вихідної структури сітки.
Досліджено вплив конструктивно-технологічних факторів на процеси отримання армованих металевими сітками листових композитів із врахуванням природи та технологічних характеристик порошкових матриць:
встановлено, що при прокатці за вертикальною схемою армованих сітками композитів з металевою матрицею деформаційна зона збільшується до 2-3 разів, а в армованих стрічках можна забезпечити конструкційну цілісність при збільшеній пористості (до 68% для алюмінієвого порошку) за рахунок зменшення деформації та напружень витягування у напрямку прокатки;
вперше в процесах спільного ущільнення прокаткою металевих порошків та армуючих сіток експериментально встановлено зв'язок рівня пружності сіток із закономірностями утворення зони ущільнення: при зростанні жорсткості сіток кут подачі порошку та кут прокатки можуть збільшуватись до двох разів;
показано, що умовою отримання армованих порошкових стрічок із наскрізним армуванням сітками, зокрема для катодних матеріалів на основі монохлориду міді, є застосування горизонтальної схеми прокатки та дотримання такого співвідношення між насипною густиною порошку, товщиною сітки і коефіцієнтом обтиснення стрічок валками, який забезпечує коефіцієнт витягування в межах 1,1-1,2;
встановлено, що для здійснення процесу прокатки армованого сітками термічно-розширеного графіту потрібно урахувати малий коефіцієнт зовнішнього тертя графіту і низькі значення насипної густини та технологічної текучості ТРГ.
Розроблено порошково-сітчасті та шарувато-волокнисті композити на основі алюмінію. Оптимізовані режими процесів виготовлення композитів із врахуванням можливої взаємодії армуючих та матричних фаз при підвищених температурах. Показано, що додаткове армування сталевими сітками композитів алюміній-волокна бору та алюміній-волокна карбіду кремнію дозволяє створити в композитах просторову структуру, що ефективно розсіює енергію при циклічних навантаженнях. Встановлено, що за рахунок відхилення тріщин на межах волокно-матриця і витрат енергії на витягування дротів з матриці та мікротертя армування невеликими об'ємними долями сталевих сіток (до 5-8%) підвищує демпфуючу здатність композитів без значних ушкоджень їх структури. Запропонована розрахунково-експериментальна методика оцінки внеску складових - сітки, матриці та волокон бору або карбіду кремнію – в процес розсіювання енергії, що дозволяє визначити взаємозв'язок між властивостями та конструктивно-технологічними факторами ущільнення шарувато-волокнистих композитів.
Досліджено вплив температури та витривалості на взаємодію армуючих волокон та матриці в композитах цирконій-вольфрам та цирконій-молібден, у яких при підвищених температурах внаслідок процесів взаємної дифузії елементів на межі матриці і армуючих волокон утворюються інтерметаліди ZrW2 та ZrMo2 і тверді розчини. Встановлена гранична температура (1373К), нижче якої взаємодія складових в цих композитах уповільнена. Композити, в яких цирконієва фольга армована вольфрамовими та молібденовими сітками, випробувані під циклічною дією електродугового розряду в якості матеріалу для термохімічних катодів з підвищеним ресурсом роботи, що вдалося збільшити головним чином, завдяки відведенню тепла армуючими сітками з робочої зони термокатоду та зменшення руйнування матеріалу при пускових навантаженнях..
Досліджено умови використання в поверхнево-армованих композитах із полімерною матрицею мідних трикотажної сіток та в'язано-паяних сіток, покритих олов'яно-свинцевим припоєм, що сприяє ефективному розсіюванню енергії блискавки. В результаті теплової дії електричного розряду блискавки і ефекту випаровування припою такі армуючі елементи набувають можливості макропереміщень і шляхом зсуву та витягування дротів сітки з полімерної матриці підвищують опір матеріалу до руйнування.
Розроблено нові просторо-армовані металевими сітками композиційні матеріали та об'ємні сітчасті армуючі елементи:
композити з алюмінієвою матрицею, армовані сітками з нержавіючої сталі, які мають підвищену демпфуючу здатність;
армовані мідними об'ємними сітками електродні матеріали на основі монохлориду міді для біполярних електродів водоактивованих джерел струму;
ущільнюючі армовані металевими сітками стрічки та вироби (сальники, кільця, прокладки) з термічно розширеного графіту на заміну екологічно небезпечних азбестомістких ущільнень;
армовані сітками з вольфраму і молібдену композити на основі цирконієвої матриці, що випробувані в якості термохімічних катодів електродугових плазмотронів;
металеві трикотажні сітки із сталі, міді, вольфраму, молібдену із регульованою структурою, що застосовуються у якості армуючих елементів просторово-армованих композитів різного призначення.
Результати досліджень реалізовані шляхом організації спеціалізованої науково-дослідної та експериментально-виробничої бази Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України, де, зокрема, створені:
дослідно-промислова дільниця виробництва металевих сіток;
дослідно-виробнича дільниця виготовлення електродних композиційних матеріалів на основі монохлориду міді, армованих мідними сітками, для хімічних джерел струму;
дослідно-виробнича дільниця виробництва армованих сітками матеріалів на основі термічно розширеного графіту;
розроблено та створено спеціалізований прокатний стан для отримання композиційних армованих сітками електродних стрічок;
розроблено обладнання для прокатки армованого сітками терморозширеного графіту.
Нові матеріали та технології були також впроваджені на Авіаційному науково-технічному комплексі "Антонов" (елементи захисту конструкцій від блискавки); ВАТ "Завод Уралелемент", м.Верхній Уфалей, Челябінська область, РФ (електродні матеріали для хімічних джерел струму); ВАТ "Заваллівський графітовий комбінат", Кіровоградська область (виробництво ущільнюючих матеріалів та виробів на основі термічно розширеного графіту); Казенному заводі порошкової металургії, м.Бровари, Київська область (армуючі елементи та композиційні матеріали); на підприємствах енергетики (ущільнюючі графітові прокладки та сальники пароводяної арматури теплових мереж), на підприємствах автомобільного транспорту (ущільнюючі графітові прокладки двигунів внутрішнього згоряння).
Публікації автора:
Композиционные материалы: Справочник / Под ред. д.т.н. проф. Д.М.Карпиноса.– К.: НаукоНаук. думка, 1985.– 592 с.
Вишняковим Л.Р. написані в співавторстві розділи, які стосуються: волокон, що використовуються для армування (глава 4), металевих матриць і композиційних матеріалів (глава 5) та евтектичних композиційних матеріалів (глава 6).
Композиционные материалы в технике / Карпинос Д.М., Тучинский Л.И., Сапожникова А.Б., Грудина Т.В., Вишняков Л.Р., Шафит М.Я., Михеев В.И. – К.: Техніка, 1985.– 152 с.
Вишняковим Л.Р. написано главу 2 "Металлические армированные композиционные материалы", де проаналізовано та узагальнено результати досліджень з армованих волокнами композитів з металевою матрицею, включаючи просторово-армовані металевими сітками композиційні матеріали.
Вишняков Л.Р., Мороз В.П., Цыпина Л.Н. Исследование гибридного композиционного материала на основе боралюминия // Порошковая металлургия.– 1988.– № 7.– С. 81-83.
Вишняковим Л.Р. запропонована ідея армування сітками боралюмінію, сформульована методологія дослідження та проведено узагальнення експериментальних результатів.
Вишняков Л.Р., Мороз В.П., Писаренко В.А., Самелюк А.В. Особенности структуры и прочность циркония, армированного вольфрамовыми и молибденовыми волокнами // Порошковая металлургия.– 1989.– № 2.– С.76-79.
Вишняковим Л.Р. запропонована ідея армування цирконія вольфрамовими і молібденовими волокнами, зроблено аналіз взаємозв'язку міцності та структури композитів, узагальнено результати досліджень.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження мікроструктури композитів на основі монохлориду міді та вивчено її зв'язок з властивостями матеріалів, прийнято участь в аналізі і узагальненні експериментальних результатів.
Вишняков Л.Р., Мороз В.П., Малько П.И.. Некоторые теплофизические свойства композиционных материалов на основе циркония // Порошковая металлургия.– 1992.– № 6.– С.93-97.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання з визначення теплофізичних властивостей композитів на основі цирконію, проаналізовано та узагальнені результати досліджень.
Вишняков Л.Р., Феодосьева Л.И., Якименко С.Н. Влияние структуры на деформацию металлотрикотажа для армирования композиционных материалов // Порошковая металлургия.– 1992.– № 3.– С.20-26.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження, взаємозв'язку між структурою і деформаційними характеристиками сіток, проведені розрахунки, аналіз та узагальнення результатів досліджень.
Вишняков Л.Р., Александров С.Е., Феодосьева Л.И. Исследование совместного течения порошковой матрицы и армирующей сетки в условиях плоской деформации // Прикладная механика и техническая физика.– 1993.– № 1.– С. 144-150.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження, проведені експерименти та прийнято участь в аналізі та узагальненні результатів.
Бакаринова В.И., Арефьев Б.А., Вишняков Л.Р., Гурьев А.В., Сямиуллин З.С., Белов А.А., Биба Н.В. Влияние режимов обработки на свойства и структуру композиционного материала, армированного стальными сетками трикотажного плетения // Физика и химия обработки материалов.– 1994.– № 1.– С. 95-103
Вишняковым Л.Р. сформульовано завдання дослідження технології отримання порошкових композитів алюміній-сталева сітка способом спікання, визначено вплив структурної стабільності на характеристики матеріалів, узагальнені експериментальні результати.
Вишняков Л.Р. Деформационные свойства металлотрикотажных сеток и оптимизация процесса уплотнения армированных ими порошковых металлокомпозитов // Сб. науч. тр. Исследование в области композиционных материалов.– К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 1995.– С. 119-128.
Alexandrov S.E., Vishnyakov L.R. Free deposition of a strip from powder material reinforced with a metal knitted net // Journal for Technology of plasticity.– 1993.– Vol.18, №1-2.– Novi Sad.– Р. 17-26.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження поведінки армуючої сітки в процесі ущільнення порошкової матриці, проведено аналіз експериментальних даних та взята участь в узагальненні результатів.
Vishnyakov L.R., Moroz V.P. Influence of boron (steel) aluminum hybrid composite structure on the energy dissipation therein // Composite science and technology.– 1995.– № 53.– Р. 445-447.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження взаємозв'язку між схемою армування сітками боралюмінію та властивостями композитів, узагальнені експериментальні результати.
Vishnyakov L.R., Vodopianov V.I. Fabrication and energy dissipation of hybrid composites with boron fibers and steel fibers in aluminum // Theoretical and applied fracture mechanics.– 1994.– №20.– Р.29-33.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження впливу металевих сіток на механізм дисипації енергії та розроблена розрахунково-експериментальна методика визначення коефіцієнту поглинання енергії.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження впливу конструктивно-технологічних факторів на процес прокатки армованих сітками композитів, взята участь в аналізі та узагальненні експериментальних результатів.
Вишняков Л.Р., Ониськова Н.П., Ромашко И.М., Грибков А.Н., Романова В.С., Трубкина Е.М. Технологическое освоение композиционного материала системы Al-SiC // Технология легких сплавов.– 1996.– № 3.– С. 64-69.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження технологічної пластичності і методів формоутворення армованих волокнами композиційних матеріалів для раціонального використання в елементах конструкцій.
Вишняков Л.Р., Чижаньков Е.Ю., Мороз В.П., Юга А.И., Костенко А.Д. Триботехнические свойства термически расширенного графита, армированного металлотрикотажными сетками // Порошковая металлургия.– 1997.– № 7/8.– С. 33-36.
Вишняковим Л.Р. сформульоване завдання дослідження триботехнічних властивостей композитів на основі термічно розширеного графіту, проаналізовані і узагальнені експериментальні результати.
Вишняковим Л.Р. запропоновано ідею створення блискавкозахисних покриттів з використанням металевих трикотажних сіток, сформульовано формулу винаходу.
Вишняков Л.Р. Ущільнюючі армовані композити на основі термічно розширеного графіту // Вопросы атомной науки и техники.- 1999.- № 4 (76).– С. 93-99.
Вишняков Л.Р., Коханая И.Н., Казуров В.Н., Катерева Т.П. Композиционные полимерные материалы с элементами молниезащиты // Технологические системы.– 1999.– № 2.– С. 36-37.
Вишняковим Л.Р. сформульоване завдання підвищення блискавкозахисту полімерних композитів за рахунок використання металевотрикотажних сіток, проаналізовано результати випробувань матеріалів.
Вишняков Л.Р. Слоисто-волокнистые композиционные материалы с алюминиевой матрицей // Технологические системы.– 2000.– № 1 (3).– С. 29-32.
Пат. 7784 Україна, МКИ C1 F16J15/12. Спосіб виготовлення ущільнюювальної прокладки: Л.Р.Вишняков, Э.П.Косигін, Ю.А.Чернявський, Л.А.Лукачевський, В.І.Трефілов; ІПМ
Вишняковим Л.Р. запропонована ідея отримання ущільнюючих матеріалів за рахунок армування термічно розширеного графіту металевими сітками та просічними фольгами, сформульовано формулу винаходу.
Пат. 7785 України, МКИ C1 F16J15/00. Спосіб виготовлення ущільнюючих виробів з графіту: Л.Р.Вишняков, В.О.Коханий, Э.П.Косигін, В.П.Мороз, Є.Ю.Чижаньков, Ю.О.Чернявський, Л.А.Лукачевський, І.М.Кохана, Н.Й.Дуброва; ІПМ НАНУ.– № 94051527; Заявл. 04.08.93; Опубл. 26.12.95.– Бюл. № 4.– 8 с.
Вишняковим Л.Р. запропонована ідея одержання ущільнюючих виробів з графіту способом пресування армованих сітками пористих стрічок– напівфабрикатів, сформульовано формулу винаходу.
Вишняков Л.Р. Армированные композиты слоисто-волокнистой структуры на алюминиевой основе // Технологические системы.– 2003.– № 4.– С. 53-57.
Вишняковим Л.Р. запропоновано ідею використання в поверхнево-армованих полімерних композитах в'язано-паяних сіток для підвищення опору до ударів блискавки, сформульовано формулу винаходу.
Vishnyakov L.R. An influence of Al-B-steel hybrid composite structure and fabrication procedure on energy dissipation therein // Proc. Int. Sympos. Composites Fracture Mechanics and Technology.– Chernogolovka: 1992.– Р.284-289.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження, проаналізовано експериментальні результати визначення умов розсіювання енергії при термоциклюванні композитів.
Vishnyakov L.R., Alexandrov S.E. Mathematical model of join compacting of metal powder matrix and reinforcing knitted net // Proc. Int. Sympos. Composites Fracture Mechanics and Technology.– Chernogolovka, 1992.– Р.274-278.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання створення математичної моделі ущільнення композитів, розроблена методологія виготовлення зразків, зроблено аналіз розрахунків, прийнято участь в узагальненні результатів.
Вишняков Л.Р. Получение и свойства порошковых металлокомпозитов алюминий-стальная трикотажная сетка // Сб. науч. тр. Исследование в области композиционных материалов.– К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 1995.– С. 90-98.
Vishnyakov L.R., Moroz V.P., Belov A.A. Investigation off damping ability of Al-B-Steel composite materials // Proc. Mosсow International Composites Conference 1990.– London: Elsevier Applied Science.– 1991.– Р.1142-1147.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання досліджень демпфуючої здатності шарувато-волокнистих композитів на основі боралюмінію та узагальнені результати досліджень.
Вишняков Л.Р Оценка вклада структурных составляющих в рассеивание энергии в гибридном композите алюминий-бор-сталь // Сб. науч. тр. Исследование в области композиционных материалов.– К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 1995.– С. 103-112.
Лаварентьев В.И., Вишняков Л.Р., Мороз В.П., Свириденко Н.В. Накопление повреждений в композиции алюминий-бор-сталь при термоциклировании // Сб. науч. тр. Исследование в области композиционных материалов.– К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 1995.– С. 112-119.
Вишняковим Л.Р. сформульовано завдання дослідження структури та властивостей композитів при термоциклюванні, проаналізовано взаємозв'язок між коефіцієнтом внутрішнього тертя та мікроструктурою композитів.
Vishnyakov L.R. The influence of reinforcement by steel nets on the properties of B-Al // Proc. Mosсow International Composites Conference 1990.– London: Elsevier Applied Science.– 1991.– Р.1148-1155.
Вишняков Л.Р., Чижаньков Е.Ю., Мороз В.П., Косыгин Э.П. Разработка новых уплотнительных материалов на основе армированного термически расширенного графита // Сб. науч. тр. Исследование в области композиционных материалов.– К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 1995.– С. 128-139.
Вишняковим Л.Р. запропонована ідея армування сітками термічно розширеного графіту, сформульована методологія експериментів та досліджень, узагальнені результати.
