автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка и исследование термочувствительных полимерных волокнистых композиционных материалов

На правах рукописи

АСПИРАНТ Сафронов Алексей Владимирович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.02.01. - «Материаловедение (машиностроение)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой свисни кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре «Технология переработки нсмоаллических материалов» «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К Э. Циолковского.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Виноградов Владимир Михайлович

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Румянцев Алексей Федорович - кандидат технических наук, доцент Солдатов Сергей Александрович

Ведущая организация - ОАО «ЦНИИСМ»

г. Хотьково, Московской области

Зашита диссертации состоится «29» декабря 2005 года в 11:30. На заседании специализированного совета Д 212.110.04 по присуждению ученой степени доктора технических наук в области металловедения и термической обработки металлов, порошковой металлургии и композиционных материалов, материаловедения (в машиностроении) в «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу: Москва, Оршанская, ул., д.З, ауд. 220А. Отзыв на автореферат в одном экземпляре (заверенный печатью организации) просим направлять по адресу: 121552, Москва, ул. Оршанская, 3, «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан «28» ноября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доцент, кандидат технических наук

Скворнова С.В.

200Н_ 2'1д 72 О

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Стремление к уменьшению габаритов и массы, удешевлению и повышению эффективности механических приводов, датчиков и различного рода деталей в таких областях техники, как микромеханика, робототехника, строительство, медицина, авиастроение и др., дало мощный импульс разработке и внедрению материалов, проявляющих высокую чувствительность к физическим полям различной природы и способных запрограммировано реагировать на внешнее воздействие. В настоящее время за рубежом (США, Японии и Европе) ведутся многочисленные исследования, в которых особое внимание уделяется поиску новых перспективных материалов, способных проявлять различные физические эффект, связанные с изменением геометрии или свойств при внешнем воздействии. К сожалению, исследования отечественных ученых сконцентрированы на уже хорошо известных биметаллах, пьезоэлектриках и материалах с памятью формы, широкое применение которых ограничивается довольно высокой стоимостью и сложностью технологий их изготовления.

Проведенный нами анализ поведения полимерных волокнистых композиционных материалов (ПВКМ) в условиях действия переменных температурных полей показал, что некоторые ПВКМ термочувствительны, недороги, а детали из них могут быть изготовлены простыми технологическими способами. Развиваемые в ПВКМ при изменении температуры термические напряжения вызывают в них значительные деформации, для предотвращения появления которых необходимо приложение больших внешних усилий.

Таким образом, некоторые ПВКМ могут быть применены в качестве чувствительных и активных материалов для датчиков температуры и, главным образом, механических активаторов. Однако, сведения о температурных деформационно-силовых характеристиках различных структур из ПВКМ и методиках их расчета довольно скупы и сводятся в основном к решению задач по снижению в деталях, изготовленных из них, термических напряжений. Самостоятельное же применение ПВКМ в качестве основного материала датчиков

| РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ » БИБЛИОТЕКА ,Л

! ¿чв

температуры и механических активаторов в современной научной литературе не рассматривается.

В связи с этим представляется весьма актуальными исследования, направленные на установления влияния состава, структуры и схемы армирования ПВКМ, на величину и направленность деформаций и генерируемых ими при изменении температуры удельных сил. Полученные данные позволят обоснованно разрабатывать термочувствительные ПВКМ с заданными характеристиками для различных условий эксплуатации, будут способствовать повышению доступности их на предприятиях России вместо аналогов из других материалов.

Цель работы. Исследование влияния состава, структуры и схемы армирования ПВКМ на величину и направленность деформаций и генерируемых ими при изменении температуры сил, и разработка на этой основе термочувствительных материалов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: • среди многообразия структур ПВКМ выбрать такие, которые при изменении температуры проявляют значительные деформации;

■ разработать математические модели, описывающие взаимосвязь величины деформации термочувствительных ПВКМ, возникающих при изменении температуры, с его составом (соотношением матрицы и наполнителя), типом и степенью анизотропии и материальными характеристиками компонентов (ТКЛР, модуль упругости, коэффициент Пуассона);

■ с помощью математических моделей определить такие материальные, структурные и пространственные характеристики термочувствительных ПВКМ, при которых они проявляют максимальные деформационно-силовые характеристики;

■ провести экспериментальную проверку адекватности разработанных математических моделей и апробировать их при создании ПВКМ для сенсоров и активаторов с требуемым уровнем деформационно-силовых характеристик.

Научная новизна заключается в следующем- разработаны анизотропные полимерные волокнистые структуры, которые при изменении температуры способны генерировать значительные перемещения и силы Среди них неуравновешенные ортотропные пластины (ТБП), материалы с цилиндрической анизотропией ТУС (ЦАТУС) и материалы, армированные кручеными волокнистыми структурами (ЛКС);

- разработаны физические и математические модели выбранных термочувствительных ПВКМ, связывающие между собой их материальные и геометрические характеристики с проявляемыми при изменении температуры деформациями и напряжениями. Эти модели позволяют расчетным путем оптимизировать состав, структуру и пространственную ориентацию наполнителя в термочувствительных ПВКМ Различия количественных значений теоретических и экспериментальных данных не превышает 10%;

- установлено, что термочувствительные ПВКМ, изготовленные на основе стеклянных, углеродных и арамидных волокон, сочетаемых с термопластичными (полиэтилентерефталат, полисульфон) и термореактивными (полиэфир, полиэпоксид, полиимид) связующими, сохраняют стабильные обратимые деформационно-силовые характеристики до температур нагрева не превышающих температуру стеклования (Тс) матричной фазы

Практическая значимость работы. Разработаны структуры ПВКМ. проявляющие при изменении температуры перемещения и силы, достаточные для изготовления 1ермочувствительных элементов, способных выполнять функции сенсоров и механических активаторов.

Разработана методика теоретической оптимизации материальных и пространственных характеристик термочувствительных ПВКМ, в основе которой лежат физические и математические модели элементов.

Предложена методика расчета деформационных и силовых характериешк термочувстви тельных ПВКМ, позволяющая сравнивать эти значения с аналогичными значениями для других материалов, чувствительных к другим полям.

Представленные результаты были получены при выполнении в 1999-2005 м научно-практических работ на темы- «Поисковые исследования по разработке научных основ создания «интеллектуальных» материалов и конструкций » (Договор №1095 от 25.11.1999г.) и «Поисковые исследования по разработке научных основ создания композиционных интеллектуальных высокопрочных конструкционных и функциональных материалов...» (Госконтракт №1439), выполняемые по Постановлению правительства РФ №440-3 от 17.04.1999г и №>876-48 от 30.12.2004г.

Термочувствительные элементы в виде колец прошли апробацию с положительным эффектом в ФГУП «ГНПП «Темп». По результатам апробации получено заключение о целесообразности использования разработанных термочувствительных ПВКМ в производстве изделий различного назначения.

Апробация работы: Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на международных конференциях «ТПКММ» (Москва, МГУ, 2003. 2005гг.); на Российской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва, 2002, 2004гт.); на Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005гг.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы, 98 рисунков и состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 84 наименований и приложения

Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору Бухарову Сергею Викторовичу и доктору технических наук, профессору Гончаренко Виктору Алексеевичу за ценные консультации при выполнении диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована ее цель, научная новизна и практическая значимость результатов исследований.

В первой главе рассмотрены различные чувствительные к физическим полям материалы/вещества и области их применения. Установлено, что исторически актуальность разработки и исследования чувствительных и активных материалов связана с появлением так называемых «интеллектуальных» систем (ИС), для которых в связи с новыми требованиями (миниатюрность, многофункциональность, легкая встраиваемость в конструкцию) не подходят стандартные сенсоры и механические приводы. В работе рассмотрены различные чувствительные и активные материалы и эффекты, проявляемые ими.

Предложена классификация чувствительных/активных элементов по типу проявляемых эффектов. С этой точки зрения были выделены три группы чувствительных/активных элементов:

- преобразующие энергию (материалы, проявляющие пьезоэффект, электро- и магнитострикцию, эффект теплового расширения, ионный обмен и т.д.),

- запасающие и высвобождающие энергию (сплавы и полимеры с «памятью» формы),

- изменяющие коэффициент проводимости энергии (оптические волока, углеродные волокна, электро- и магнитореологические жидкости и др. материалы, проводящие различные виды энергии).

В соответствии с предложенной классификацией, ПВКМ относятся к первой группе - материалам преобразующим тепловую энергию в механическую работу Сделан вывод о принципиальной возможности применения ПВКМ для создания датчиков температуры и механических активаторов, управляемых тепловыми полями, например, при использовании электропроводящих наполнителей или дополнительных нагревательных элементов.

Показано, что наиболее часто применимые для создания механических активаторов материалы, дорогостоящи, емки в технологическом плане и часто не могут быть отформованы в детали сложной формы. Однако, перечисленные недостатки могут быть устранены за счет ПВКМ, поскольку их свойства можно регулировать в широких пределах путем применения различных армирующих элементов и полимерных матриц, изменения их соотношения и схемы армирования. Поэтому из ПВКМ могут быть получены детали различной формы с высокой чувствительностью к изменению температуры.

Теоретический анализ напряженно-деформированного состояния различных структур ПВКМ показал, что причиной их термочувствительности является анизотропия термоупругих свойств. Поэтому для дальнейшего анализа были выбраны структуры ПВКМ с максимальным уровнем анизотропии: ортотропные неуравновешенные ПВКМ;

- ПВКМ с криволинейной анизотропией термоупругих свойств;

- ПВКМ, армированные кручеными волокнистыми структурами.

Эти ПВКМ могут быть изготовлены по простым технологическим схемам, не требующим дорогостоящего оборудования: намоткой, формованием гибким элементом, прессованием и др.

Во второй главе содержатся сведения об объектах и методах исследования. Показано, что выбранные термочувствительные ПВКМ, могут быть исследованы аналогичными методами, так как они подобны и проявляют родственные эффекты. Во всех случаях причиной термического деформирования ПВКМ является полимерная матрица, имеющая высокий ТКЛР (40-80 10"6 1/°С), а структура композиции и конфигурация элементов, изготовленных из нее, определяют форму преобразования этого эффекта. Для описания поведения этих элементов из ПВКМ при изменении температуры были использованы обобщенные параметры сравнения (температурные производные деформаций и напряжений <1еА1Т, Ау!йТ, <1<т/сП\ (1т/сГГ) и общая концепция их экспериментального исследования (измерение сил и перемещений при изменении температуры с последующим расчетом относительных деформаций и удельных сил).

В работе исследованы термочувствительные детали длиной 50... 170 мм, шириной 10... 100 мм и толщиной 0.35... 4.00 мм, изготовленные на основе термопластичных (полисульфон марки ПСФ-150, литьевой полиэтилентерефталат) и термореактивных связующих (олигоэфирмалеинат отверждаемый олигоэфиракрилатом марки НПС-609-21к, олигоэпоксид марки ЭД-20 отверждаемый ПЭПА, олигоимид АПИ-3), сочетаемых с органическими и неорганическими волокнистыми структурами в виде нитей, жгутов, лент и тканей на основе араматического полиамида (СВМ), базальта, углерода и стекла. Из этих материалов были изготовлены пять типов образцов: двухслойные ортотропные плоские неуравновешенные структуры; незамкнутые кольца и пружины прямоугольного сечения, армированные в окружном направлении; стержни и пластины, армированные кручеными жгутами (Рис. 1 а, б, в, г, д).

V г

а)

в)

б)

г),д)

Рис. 1. Типы термочувствительных деталей из ПВКМ:

(а) - двухслойная пластина; незамкнутое кольцо (б) и пружина прямоугольного сечения (в), армированные в окружном направлении; стержень (г) и пластина (д), армированные кручеными жгутами.

Предварительные расчеты показали, что концевые перемещения изгиба или кручения полученных деталей соизмеримы с их габаритами (до 100 мм), а генерируемые ими силы могут достигать 10 Н. Поэтому концевые линейные перемещения измерялись с точностью в 0,5 мм, угловые перемещения - 0,5°, а усилия - с точностью 0.05 Н при собственной деформации динамометра не более 0.1мм. В некоторых случаях, для увеличения точности измерения деформаций, использовалось плечо, удлиняющее образцы.

При измерении малых сил (0.01 - 0.50 Н), сопряженных с перемещениями 10-50 мм, применяли пружинный динамометр с точностью 0.01 Н. Образцы нагревали в термошкафу с обзорным окном, позволяющим поддерживать температуру с точностью ±3°С. Максимальная температура нагрева не превышала температуру стеклования Тс матрицы ПВКМ. Нагрев производили ступенчато с выдержкой до равномерного прогрева образца на каждой ступени. Контроль температуры производили термопарой в области рядом с образцом, так как нагревание образца на каждой ступени сопровождалось его свободным деформированием. Считали, что образец нагревался до температуры окружающей среды в момент, когда его деформирование прекращается, что обусловлено типом проявляемого термомеханического эффекта.

В третьей главе рассмотрены причины, вызывающие деформирование исследуемых деталей при изменении температуры. Показано, что исходным структурным элементом всех деталей является плоский однонаправленный армированный пластик, термические микронапряжения в котором не вызывают появления внеплоскостных деформаций. Термические межслойные напряжения, возникающие в плоских деталях из ПВКМ ортотропной структуры, отформованных из несимметричных пакетов-заготовок, неуравновешенны, и поэтому охлаждение (нагрев) этих деталей сопровождается внеплоскостной деформацией (изгиба, кручения и др.). Материал детали, изготовленной из однонаправленного ПбКМ, в виде разрезанного кольца, в котором волокна сориентированы в окружном направлении, обладает цилиндрической анизотропией термоупругих свойств. Нагревание и охлаждение таких деталей сопровождается

появлением несбалансированных окружных напряжений, приводящих к схождению или расхождению концов кольца. Цилиндрическая анизотропия термоупругих свойств характерна и для материала деталей, изготовленных из однонаправленного ПВКМ в виде пружин с шагом I и средним диаметром П)0, в которых разрезанные кольца преобразованы в витки спирали. При нагревании (охлаждении) под действием термических напряжений изменяется взаимное пространственное расположение концов спирали вследствие поворота их друг относительно друга на угол Др в плоскости, перпендикулярной оси симметрии спирали, и перемещение на ДХ. вдоль этой оси. , В стержнях, армированных кручеными нитями (жгутами), пучок волокон,

представляющий собой ансамбль пружинок, имеющих очень малый угол подъема винтовой линии а и большой шаг витков 1, заключен в матричную оболочку с высоким ТКЛР. В процессе изменения температуры матрица растягивает (сжимает) пружинки, в результате чего поперечные сечения стержня поворачиваются друг относительно друга вокруг оси симметрии на некий угол Др. Если эти стержни использовать в качестве элементов основы тканых наполнителей, то плоская поверхность пластин, отформованных из этих тканей, при нагревании (охлаждении) преобразуется в винтовую.

Для теоретической оценки влияния состава материала, свойств и пространственного расположения компонентов его структуры на уровень термочувствительности различных ПВКМ в условиях возможной эксплуатации, был построен их геометрический образ и обобщенная математическая модель. Геометрический образ модели представляет собой систему, состоящую из ► активного элемента, роль которого играет одна из исследуемых деталей, и элемент

сопротивления, препятствующий свободному перемещению подвижного конца активного элемента. (Рис.2) Предполагается, что активный элемент и элемент сопротивления имеют жесткости К) и Кг соответственно. Обобщенная математическая модель для линейных перемещений представлена в виде соотношений (1), где 5св - свободные перемещения конца активного элемента; 5, Я - перемещение и сила в системе активный элемент - элемент сопротивления.

Рис.2. Модель взаимодействия активного элемента из термочувствительного материала с элементом сопротивления. При измерении свободных перемещений К2=0, при измерении блокирующих сил К2»К|.

(1)

Максимум функций (1) имеет место при к^к, и выполнении условий:

^св ~ тах Для перемещений или 8СВ • К, = тах для сил (2)

Из (1) и (2) следует, что оптимизация свойств термочувствительного материала сводится к нахождению максимума 5Св как функции безразмерных материальных (М) и геометрических (Г) характеристик деталей. Путем решения соответствующих задач механики композитов для каждой из исследуемых деталей были получены зависимости 5св=Р(ДТ, М, Г). Эти зависимость для ортотропных армированных бипластин имеет следующий вид:

где Ь - длина пластины, м; Ь - общая толщина пластины, м; аА, ап - КЛТРы активного и пассивного слоев пластика соответственно, 1/°С; Т - текущая температура, °С; т - отношение модулей упругости пассивного и активного слоев; п - отношение толщины активного слоя к толщине пассивного слоя; р - отношение ширины активного слоя к ширине пассивного слоя.

иг> =

Ъ-1} ■т п-(п + 1)г -(аА -ап)-(Т-Т0)

(3)

. Ш . . » л 1 4

И- — + 4-т-п + 6-т-п +4-т-п +р-п . Р

Величина перемещений свободного конца кольца из ПВКМ с ЦАТУС может быть найдена по формуле:

~1-2т>*' +ти

-к-1

(4)

' 4к-к

где

ш - отношение внутреннего и внешнего радиусов кольца; к - квадратный корень отношения окружного модуля упругости к радиальному; 0 - величина относительной термической деформации, равная произведению КЛТР на изменение температуры; Е - модуль упругости, Па; V - коэффициент Пуассона, г и <р - радиальное и окружное направления соответственно.

Аналогичное выражение для пружин из ПВКМ с ЦАТУС имеет вид:

Bc.fr)- 1

СОШ >1 1 -

* -1

1-т

где п - число витков, Э - средний диаметр пружины, Ь - толщина прямоугольного сечения витка пружины, а - угол подъема винтовой линии (остальные обозначение аналогично выражению (4)).

Для стержня на основе крученого жгута свободная деформация выражается в виде:

„ (Т, Ь • $ш(2а.) • (Епкм - № пкм)

Рев (') = -гТтг-ГТП' япкм ' ,

(6)

где Епкм. йпкм. апкм - свойства композиционного материала, из которого изготовлен стержень, Я - радиус стержня, а - угол подъема винтовой линии спирали крученого жгута, Ь - длина стержня.

Для пластины, армированной кручеными жгутами, эта зависимость принимает вид:

-Гг^к-? • (7)

где момент, развиваемый одним стержнем:

1/2 • EGÍE - 2G)-cos2 а ■ sin2 а ^

Мк =т---1—-—Нт---:—t-anKM ¿ITR/,

(Ecos а + 2Gsin a)-(Esin а + 2Gcos а)

L, В - длина и ширина пластины, N - число стержней, 0 - слой состоящий из нитей основы, 90 - слой состоящий из нитей утка, п - отношение толщины нитей основы к толщине нитей утка.

Выражения (3-7) являются линейными функциями температуры. В каждом из выражений выделяли материальные и геометрические безразмерные характеристики, по которым проводили оптимизацию модельных образцов с целью нахождения таких безразмерных их характеристик, при которых проявляются максимальные перемещения или силы.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты теоретической оптимизации материальных и структурных параметров

термочувствительных ПВКМ различной структуры

Максимум перемещений Максимум сил

Тип детали По матер, хр- По геом. хр- По матер. По геом. хр-

кам. кам. хр-кам. кам.

Бипластина Еэд/Ео = min h9o/ho=2 Е90/Е0 = min lWho=3-5

Кольцо с ЦАТУС «г3-5 h/D= 0.05-0.15 fíC" h/D=0,1-0,2

Пружина с ЦАТУС 5Г3'5 h/D= 0.05-0.15 rS II «ь | h/D=0,1-0,2

Стержень, армир-ый спиральн. элемен-м Gitkm/ЕПКМ = шах tg а = 3.5-3.6 GnKM^EnKM = шах tga= 1.7-1.8

Пластина, армир-я GriKM/EnKM = 2RN/B = GnKM^EnKM 2RN/B =

спиральн.элемен-ми шах 0.2-0.3 = шах 0.6-0.8

Произведены теоретические расчеты напряжений, возникающих в исследуемых модельных деталях в процессе эксплуатации. Показано, что максимальные напряжения в деталях небольшой толщины (0,5 - 3,0 мм) не вызывают их разрушения при свободных термических деформациях. В случае же приложения полезной внешней нагрузки, расчет напряжений зависит от конкретной технической задачи.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований температурных зависимостей свободных перемещений и блокирующих сил модельных деталей из ПВКМ, а так же перемещений и сил для случая, когда жесткость элемента сопротивления была близка к жесткости термочувствительной детали. Результаты экспериментов должны были подтвердить следующие теоретические предпосылки:

- линейность температурных зависимостей (3-7);

- точность зависимостей (1-7), описывающих поведение модельных деталей при изменении температуры;

- справедливость теоретической оптимизации материальных и геометрических характеристик модельных деталей.

Для описания результатов экспериментов использовались не только абсолютные значения измеряемых величин (перемещения и силы), но и более объективные величины характеристических относительных деформаций материала модельных деталей и удельных сил.

Результаты экспериментов приведены на рис. 3-6.

Расчет работы, совершаемой термочувствительным ПВКМ при нагреве на ДТ, производился с помощью деформационно-силовых характеристик, представляющих собой зависимости сил от перемещений при заданном входном сигнале (ДТ). Из рис. 5 следует, что совершаемая образцом работа достигает максимума при условии, когда реализуется половина свободных деформаций и половина блокирующих сил.

0,45

Рис. 3. Температурные зависимости относительных свободных деформаций различных модельных деталей от температуры. Сверху вниз: термобипластина из угле-эфиро-пласта структуры [0,90,90] - 60x22x0,51 мм; стрежень из крученого базальто-эпокси-пласта - 135x1,13 мм, 100 об/м; пластина из бозальто-органо-эпоксипласта, армированная кручеными волокнами - 85x100x0,8 мм; кольцо из стекло-эпокси-пласта с ЦАТУС радиусом 35 мм с сечением 30x3 мм; пружина из базальто-эпокси-пласта с ЦАТУС длиной 155 мм, диаметром 8,8 мм и сечением 5x1 мм.

Рис. 4. Температурные зависимости удельных сил бИУВЬ2 в блокированной термобипластине и кольце из материала с ЦАТУС. Сверху вниз: кольцо из органо-эпокси-пласта с ЦАТУС ср. радиусом 35 мм и сечением 30x3 мм; термобипластина из угле-полисульфоно-пласта структуры [0,90,90] с размерами 67x27x0,37 мм.

Рис. 5. Зависимости силы Р от перемещения 5 (в системе активатор-элемент сопротивления) при нагреве модельных деталей из материалов с ЦАТУС на 100°С. Сверху вниз: органо-эпоксипласт, ЬЛЭ= 0,043 В=30 мм; стекло-эпоксипласт, Ь/0= 0,048 В=30; стекло-эпокси-пласт, 11/0= 0,065 В=19 мм.

Расчет удельной работы в Дж/м3 производился с помощью аналогичной зависимости в координатах напряжение-деформация.

Результаты теоретической оптимизации (Табл. 1) проверялись экспериментально (рис. 6).

0,030 0.025 -0.020

0.015

«С

0.010 0.005

0,000

0,03

ьга

0,04

0.05

о.ов

0,07

Рис. 6. Зависимость относительного прогиба колец из материала с ЦАТУС с внутренним диаметром 57 мм от относительной толщины при нагреве на 100°С.

По уравнениям (3-7) были найдены оптимальные материальные и геометрические характеристики термочувствительных ПВКМ, и по ним произведены расчеты объемных содержаний волокна и связующего для двух задач оптимизации. Установлено, что максимальные деформации проявляются при содержании матрицы 50-60 об. %, а максимальные силы при 40-50 об. %. Показано также, что в большинстве случаев для получения термочувствительных ПВКМ с оптимальными характеристиками целесообразно использовать гибридные волокнистые структуры (органо-углепластики, органо-стеклопластики), позволяющие создавать композиты с максимальной термочувствительностыо.

В пятой главе приведены результаты сравнения термочувствительных характеристик исследуемых ПВКМ между собой и с характеристиками материалов другой природы. Оценку исследуемых ПВКМ выводили путем сравнения их деформационных и силовых характеристик с соответствующими характеристиками однонаправленного монослоя в направлении 90°, изготовленного из того же материала. В результате были получены числа, характеризующие эффективность исследуемых структур.

Частные от деления относительных температурных деформаций исследуемых структур на деформации монослоя имеют следующие значения: бипластина [0,90]

- 0,8 - 0,95; стержень АКС - 0,55 - 0,65; пластина АКС - 0,45 - 0,55; элементы с ЦАТУС - 0,1-0,2; а значения частных от деления напряжений - бипластина [0,90] -0,15 - 0,25; пластина АКС - 0,3 - 0,4; стержень АКС - 0,4 - 0,5; элементы с ЦАТУС

- 0,8-0,9.

Сравнение термочувствительных ПВКМ с материалами, проявляющими другие эффекты (пьезоэффект, эффект «памяти» формы и др.), производили по относительным деформациям и напряжениям, возникающим в материалах при максимально допустимых величинах входного сигнала (температура, напряженность эл поля и пр.), а так же по величине совершаемой ими удельной работы.

В табл. 2 приведены данные, позволяющие сравнить термочувствительные ПВКМ, предложенные в работе, с материалами, проявляющими другие эффекты.

Таблица 2.

Сравнение различных активных материалов

Характеристика ПВКМ Электроактивная керамика Биметаллы Сплавы с «памятью» формы Ионообменные мембраны

Деформации, % > 1 0.1-0.3 около 1 < 8 - небр. < 2 - обрат. > 10

Удельные силы, МПа 5-50 30-40 >200 <700 10-30

Плотность, г/см'' 1,2-1,9 6,0 - 8,0 5,0-7,1 5,0 - 6,0 1,0-2,5

Удельная работа, Дж/кг >30 0.3-6.8 20-25 до 2000 10-30

Уровень потреб, мощности ватты ватты ватты ватты ватты

Основные выводы

1. Из ПВКМ созданы анизотропные структуры, которые при изменении температуры способны генерировать значительные перемещения и силы Среди них двухслойные ортотропные пластины неуравновешенной структуры, кольца и пружины из ПВКМ с цилиндрической анизотропией термоупругих свойств, стержни и пластины, армированные кручеными волокнами. Установлено, что деформирование этих структур при изменении температуры обусловлено тем, что волокнистый каркас преобразует термическое расширение матрицы в деформации изгиба и кручения.

2. Разработаны математические модели выбранных анизотропных структур, которые связывают между собой материальные и геометрические характеристики термочувствительных ПВКМ с проявляемыми ими при изменении температуры деформациями и напряжениями Показано, что эти зависимости являются линейными функциями температуры.

3 Проведена теоретическая оптимизация исследуемых ПВКМ, позволившая найти такие их материальные, структурные и пространственные характеристики, которые обеспечивают при изменении температуры максимальные перемещения и силы Показано, что возникающие в исследуемых ПВКМ термические напряжения не превышают критических значений, если толщина материала не превышает 3 мм

4 Экспериментальная проверка показала, что полученные математические модели довольно точно количественно (ошибка < 10%) описывают взаимосвязь деформаций и сил, проявляемых при изменении температуры, с материальными и пространственными характеристиками исследуемых ПВКМ.

5. В результате анализа экспериментально-теоретических данных показано, что исследуемые ПВКМ оптимальной структуры могут проявлять при изменении температуры на 100°С линейные и угловые перемещения соизмеримые с их [абариоми (100мм, 50°) и силы, значительно превосходящие их вес (>50Н) Установлено, чю максимальные деформации в исследуемых ПВКМ проявляются при содержании матричной фазы в пределах 50-60 об %, а максимальные силы -при 40-50 об.%.

6. Показано, что если структура ПВКМ проявляет значительные деформации, то уровень генерируемых ею удельных сил относительно невысок, и наоборот. При этом соотношение деформации-силы определяется жесткостью и в первую очередь абсолютной толщиной деталей. Однако совершаемая материалом удельная работа за счет преобразования тепловой энергии в механическую для рассмотренных ПВКМ не зависит от абсолютных размеров деталей и лежит в пределах 30 - 40 Дж/кг.

7. На основании анализа литературных источников, посвященных чувствительным и активным материалам, было проведено сравнение базовых свойств термочувствительных ПВКМ с другими чувствительными и активными материалами Установлено, что по уровню деформаций и удельной работы на единицу массы термочувствительные ПВКМ уступают только материалам «с памятью формы».

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1. Сафронов A.B., Виноградов В.М. Классификация интеллектуальных материалов и конструкций. В кн.: Тез. докл. XXVI Гагаринских чтений -Междунар. молод, научн. конф.: Материаловедение и технология полимерных и углерод-углеродных материалов. - М.: МАТИ, 2000. - С.165-166.

2. Сафронов A.B., Виноградов В.М. Математическое моделирование и экспериментальная проверка поведения бипластин из ПКМ при изменении температуры. В кн.: Тез. докл. XXVII Гагаринских чтений - Междунар. молод, научн. конф.: Материаловедение и технология полимерных и углерод-углеродных материалов. - М.: МАТИ, 2001. - С.75.

3. Сафронов A.B., Виноградов В.М. Влияние температуры стеклования матрицы на зависимость температура-кривизна для термобипластин из ПКМ. В кн.: Тез. докл. XXVIII Гагаринских чтений - Междунар. молод, научн. конф.: Материаловедение и технология полимерных и углерод-углеродных материалов. - М.: МАТИ, 2002. - С. 101.

4. Сафронов A.B., Виноградов В.М., Степанова М.И. Бипластины, Цилиндрическая анизотропия термоупругих свойств /методическое пособие/ Под ред. В.М. Виноградова - М.:МАТИ - 2002. - 22с.

5. Сафронов A.B., Виноградов В.М. Деформационно-силовые характеристики материала с цилиндрической анизотропией термоупругих свойств. В кн.: Тез. докл. XXIX Гагаринских чтений - Междунар. молод, научн. конф.: Материаловедение и технология полимерных и углерод-углеродных материалов. - М.: МАТИ, 2003. - С.115-116.

6. Сафронов A.B., Виноградов В.М. Термочувствительные композиционные материалы. Труды международной конференции Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов (ТПКММ).- М.: «Знание», 2004г. - С.155-163.

7. Сафронов A.B., Виноградов В.М., Дергачева В.Е. Эффект температурного деформирования ПКМ на основе жгутов и тканей с кручеными волокнами. В

кн.: Тез. докл. XXX Гагаринских чтений - Междунар. молод, научн. конф.: Материаловедение и технология полимерных и углерод-углеродных материалов. - М.: МАТИ, 2004. - С.97-98.

8. Сафронов A.B., Виноградов В.М. Термочувствительные композиционные материалы // Приборы. - 2004. - №3(45) - С. 30-34.

9. Сафронов A.B., Виноградов В.М. Применение ПВКМ, проявляющих механическую чувствительность к температурным полям, в качестве материалов активных элементов. В кн.: Тез.докл. Всероссийск. НТК: Новые материалы и технологии,- М.: МАТИ, 2002. - С.105-106.

10.Сафронов A.B., Виноградов В.М., Дергачева В.Е. Эффект температурного деформирования витых пружин из ПВКМ В кн.: Тез.докл. Всероссийск НТК: Новые материалы и технологии,- М.: МАТИ, 2004. - С. 109-110.

11.Сафронов A.B., Виноградов В.М., Дергачева В.Е. Термочувствительные элементы на основе ПВКМ, армированных кручеными волокнами. В кн.-Тез. докл. XXXI Гагаринских чтений - Междунар. молод, научн. конф : Материаловедение и технология полимерных и углерод-углеродных материалов. - М.: МАТИ, 2005. - С.57-58.

#25269

РНБ Русский фонд

2006-4 28834

Подписано в печать 18.11.2005г. Объем - 1 п.л. Тираж 100 экз. Издательско-типографский центр «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковскою, Москва, Берниковская наб., 14.

Введение.

I. Проблемы создания чувствительных и активных элементов из ПВКМ.

1.1. «Интеллектуальные» материалы и конструкции.

1.1.1. Структура «Интеллектуальных» систем.

1.1.2. Классификация «Интеллектуальных» систем.

1.1.3. Области применения сенсоров, активаторов.

1.2. Сенсоры и механические активаторы.

1.1.4. Физические и химические явления, используемые для создания сенсоров различных сигналов и механических активаторов.

1.1.4.1. Сенсоры и активаторы на основе веществ, проявляющих электрическую и оптическую проводимость.

1.1.4.2. Сенсоры и активаторы на основе веществ, проявляющих прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты.

1.1.4.3. Сенсоры и активаторы на основе материалов, обладающих эффектом «памяти» формы.

1.1.4.4. Сенсоры и активаторы, использующие эффект теплового расширения.

1.1.4.5. Сенсоры и активаторы на основе композиций, проявляющих электро- и магнитореологические эффекты

1.1.4.6. Сенсоры и активаторы, использующие эффект набухания.

1.1.4.7. Датчики и активаторы, основанные на эффекте ионного обмена.

1.1.5. Структурные и геометрические эффекты, используемые для создания сенсоров и механических активаторов.

1.1.5.1. Эффекты преобразования деформаций.

1.1.5.2. Конструктивные способы увеличения деформаций сенсоров и активаторов.

1.3 Предпосылки использования ПВКМ в качестве сенсоров и активаторов.

II. Объекты и методы исследования.

2.1. Характеристики объектов исследования.

2.2. Методы теоретических исследований термочувствительных ПВКМ.

2.2.1. Принципы моделирования сенсоров и механических активаторов.

2.2.2. Закономерности изменения формы термочувствительных элементов.

2.2.3. Выбор характеристик для сравнения эффективности различных элементов.

2.2.4. Подходы к оптимизации свойств и учету разрушающих напряжений.

2.3. Методы экспериментального исследования термочувствительных ПВКМ.

III. Анализ причин и моделирование температурного деформирования термочувствительных ПВКМ.

3.1. Обобщенная модель сенсора/активатора.

3.2. Ортотропные неуравновешенные бипластины из

ПВКМ.

3.3. ПВКМ с цилиндрической анизотропией термоупругих свойств.

3.4. ПВКМ, армированные кручеными структурами.

3.5. Оптимизация геометрических и материальных характеристик термочувствительных ПВКМ.

3.6. Характеристические деформации и напряжения.

3.7. Расчет некоторых форм активаторов, проявляющих эффекты бипластины и ЦА ТУ С.

3.8. Учет релаксации напряжений.

3.9. Учет разрушающих напряжений.

IV. Экспериментальное исследование сенсоров и активаторов, изготовленных из термочувствительных ПВКМ.

4.1. Характеристики экспериментальных образцов.

4.2. Результаты экспериментов и сравнение их с теоретическими данными.

4.2.1. Бипластины из ПВКМ.

4.2.2. Кольца с ЦАТУС.

4.2.3. Пружины с ЦАТУС.

4.2.4. Стержни АКС.

4.2.5. Пластины из тканей АКС.

V. Сравнение деформационно-силовых характеристик, генерируемых материалами различной природы.

Актуальность работы. Стремление к уменьшению габаритов и массы, удешевлению и повышению эффективности механических приводов, датчиков и различного рода деталей в таких областях техники, как микромеханика, робототехника, строительство, медицина, авиастроение и др., дало мощный импульс разработке и внедрению материалов, проявляющих высокую чувствительность к физическим полям различной природы и способных запрограммировано реагировать на внешнее воздействие. В настоящее время за рубежом (США, Японии и Европе) ведутся многочисленные исследования, в которых особое внимание уделяется поиску новых перспективных материалов, способных проявлять различные физические эффект, связанные с изменением геометрии или свойств при внешнем воздействии. К сожалению, исследования отечественных ученых сконцентрированы на уже хорошо известных биметаллах, пьезоэлектриках и материалах с памятью формы, широкое применение которых ограничивается довольно высокой стоимостью и сложностью технологий их изготовления.

Проведенный нами анализ поведения полимерных волокнистых композиционных материалов (ПВКМ) в условиях действия переменных температурных полей показал, что некоторые ПВКМ термочувствительны, недороги, а детали из них могут быть изготовлены простыми технологическими способами. Развиваемые в ПВКМ при изменении температуры термические напряжения вызывают в них значительные деформации, для предотвращения появления которых необходимо приложение больших внешних усилий.

Таким образом, некоторые ПВКМ могут быть применены в качестве чувствительных и активных материалов для датчиков температуры и, главным образом, механических активаторов. Однако, сведения о температурных деформационно-силовых характеристиках различных структур из ПВКМ и методиках их расчета довольно скупы и сводятся в основном к решению задач по снижению в деталях, изготовленных из них, термических напряжений.

Самостоятельное же применение ПВКМ в качестве основного материала датчиков температуры и механических активаторов в современной научной литературе не рассматривается.

В связи с этим представляется весьма актуальными исследования, направленные на установления влияния состава, структуры и схемы армирования ПВКМ, на величину и направленность деформаций и генерируемых ими при изменении температуры удельных сил. Полученные данные позволят обоснованно разрабатывать термочувствительные ПВКМ с заданными характеристиками для различных условий эксплуатации, будут способствовать повышению доступности их на предприятиях России вместо аналогов из других материалов.

Цель работы. Исследование влияния состава, структуры и схемы армирования ПВКМ на величину и направленность деформаций и генерируемых ими при изменении температуры сил и разработка на этой основе термочувствительных материалов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: среди многообразия структур ПВКМ выбрать такие, которые при изменении температуры проявляют значительные деформации; разработать математические модели, описывающие взаимосвязь величины деформации термочувствительных ПВКМ, возникающих при изменении температуры, с его составом (соотношением матрицы и наполнителя), типом и степенью анизотропии и материальными характеристиками компонентов (ТКЛР, модуль упругости, коэффициент Пуассона); с помощью математических моделей определить такие материальные, структурные и пространственные характеристики термочувствительных ПВКМ, при которых они проявляют максимальные деформационно-силовые характеристики; провести экспериментальную проверку адекватности разработанных математических моделей и апробировать их при создании ПВКМ для сенсоров и активаторов с требуемым уровнем деформационно-силовых характеристик.

Научная новизна заключается в следующем:

- разработаны анизотропные полимерные волокнистые структуры, которые при изменении температуры способны генерировать значительные перемещения и силы. Среди них неуравновешенные ортотропные пластины (ТБП), материалы с цилиндрической анизотропией ТУС (ЦАТУС) и материалы, армированные кручеными волокнистыми структурами (АКС);

- разработаны физические и математические модели выбранных термочувствительных ПВКМ, связывающие между собой их материальные и геометрические характеристики с проявляемыми при изменении температуры деформациями и напряжениями. Эти модели позволяют расчетным путем оптимизировать состав, структуру и пространственную ориентацию наполнителя в термочувствительных ПВКМ. Различия количественных значений теоретических и экспериментальных данных не превышает 10%;

- установлено, что термочувствительные ПВКМ, изготовленные на основе стеклянных, углеродных и арамидных волокон, сочетаемых с термопластичными (полиэтилентерефталат, полисульфон) и термореактивными (полиэфир, полиэпоксид, полиимид) связующими, сохраняют стабильные обратимые деформационно-силовые характеристики до температур нагрева, не превышающих температуру стеклования (Тс) матричной фазы.

Практическая значимость работы. Разработаны структуры ПВКМ, проявляющие при изменении температуры перемещения и силы, достаточные для изготовления термочувствительных элементов, способных выполнять функции сенсоров и механических активаторов.

Разработана методика теоретической оптимизации материальных и пространственных характеристик термочувствительных ПВКМ, в основе которой лежат физические и математические модели элементов.

Предложена методика расчета деформационных и силовых характеристик термочувствительных ПВКМ, позволяющая сравнивать эти значения с аналогичными значениями для других материалов, чувствительных к другим полям.

Представленные результаты были получены при выполнении в 1999-2005 гг. научно-практических работ на темы: «Поисковые исследования по разработке научных основ создания «интеллектуальных» материалов и конструкций.» (Договор №1095 от 25.11.1999г.) и «Поисковые исследования по разработке научных основ создания композиционных интеллектуальных высокопрочных конструкционных и функциональных материалов.» (Госконтракт №1439), выполняемых по Постановлению правительства РФ №440-3 от 17.04.1999г. и №876-48 от 30.12.2004г.

Термочувствительные элементы в виде колец прошли апробацию с положительным эффектом в ФГУП «ГНПП «Темп». По результатам апробации получено заключение о целесообразности использования разработанных термочувствительных ПВКМ в производстве изделий различного назначения.

Апробация работы: Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на международных конференциях «ТПКММ» (Москва, МГУ, 2003, 2005гг.); на Российской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва, 2002, 2004гг.); на Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005гг.).

I. Проблемы создания чувствительных и активных элементов из ПВКМ.

Одной из важных проблем современной техники является поиск или синтез новых материалов способных преобразовывать один вид энергии в другой или изменять характеристики в процессе эксплуатации. Такие «интеллектуальные» материалы (ИМ) [1, 2, 3, 4, 5, 6] необходимы для решения многих современных задач: миниатюризации механизмов, повышения долговечности, прочности и снижения веса изделий, создания структур с принципиально новыми механическими характеристиками, а так же упрощения и удешевления технологий производства изделий путем замены их отдельных громоздких узлов на небольшие элементы, выполняющие аналогичные функции. [7, 8, 9, 10]

Чувствительные и активные элементы известны в технике уже давно. Так, всевозможные термометры, барометры и т.д. содержат в своей структуре самые простейшие чувствительные элементы: столбик с ртутью, спиртом и др. Примером простейшего механического активатора может служить разогретое до высокой температуры металлическое кольцо, которое после нагревания надевается на место соединения двух труб и, охлаждаясь, стягивает их, делая это соединение прочным. Вторым поколением чувствительных и активных элементов можно условно считать электрические элементы, представляющие собой целые конструкции: переменные емкости, индуктивности и сопротивления. На их основе был сделаны многочисленные датчики перемещений, сил, температуры, давления, роторные электромоторы, индукционные пушки и т.д. К третьему поколению чувствительных и активных элементов можно отнести материалы и материальные структуры, преобразующие один вид энергии в другой, и решающие многие задачи на материальном уровне. К ним относятся пьезоэлектрические, ионообменные, электро- и магнитострикционные материалы, материалы с «памятью» формы и т.д. [2, 3, 6, 7]

На основе чувствительных и активных элементов третьего поколения создаются «интеллектуальные» системы, для которых характерна биологическая схема функционирования: сенсор - процессор - активатор. Эти системы выигрывают в весе, простоте и эффективности благодаря новым материалам, применяемым в них.

Однако, чувствительные и активные элементы на основе уже известных пьезоэлектрических материалов, материалов с «памятью» формы и др. не решают всех стоящих перед ними задач. В частности, пьезоэлектрические материалы генерируют малые перемещения [11], а материалы с «памятью» требуют постоянного механического вмешательства для многократного «воспоминания» формы [12]. Кроме того, для широкого применения эти материалы весьма дороги. В связи с этим, настоящая работа посвящена разработке чувствительных и активных материалов на основе ПВКМ, которые могли бы быть использованы в качестве самостоятельных элементов (сенсоров и активаторов), а так же в качестве элементов «Интеллектуальных» конструкций.

Основные выводы

1. Из ПВКМ созданы анизотропные структуры, которые при изменении температуры способны генерировать значительные перемещения и силы. Среди них двухслойные ортотропные пластины неуравновешенной структуры, кольца и пружины из ПВКМ с цилиндрической анизотропией термоупругих свойств, стержни и пластины, армированные кручеными волокнами. Установлено, что деформирование этих структур при изменении температуры обусловлено тем, что волокнистый каркас преобразует термическое расширение матрицы в деформации изгиба и кручения.

2. Разработаны математические модели выбранных анизотропных структур, которые связывают между собой материальные и геометрические характеристики термочувствительных ПВКМ с проявляемыми ими при изменении температуры деформациями и напряжениями. Показано, что эти зависимости являются линейными функциями температуры.

3. Проведена теоретическая оптимизация исследуемых ПВКМ, позволившая найти такие их материальные, структурные и пространственные характеристики, которые обеспечивают при изменении температуры максимальные перемещения и силы. Показано, что возникающие в исследуемых ПВКМ термические напряжения не превышают критических значений, если толщина материала не превышает 3 мм.

4. Экспериментальная проверка показала, что полученные математические модели довольно точно количественно (ошибка < 10%) описывают взаимосвязь деформаций и сил, проявляемых при изменении температуры, с материальными и пространственными характеристиками исследуемых ПВКМ.

5. В результате анализа экспериментально-теоретических данных показано, что исследуемые ПВКМ оптимальной структуры могут проявлять при изменении температуры на 100°С линейные и угловые перемещения соизмеримые с их габаритами (100мм, 50°) и силы, значительно превосходящие их вес (>50Н). Установлено, что максимальные деформации в исследуемых ПВКМ проявляются при содержании матричной фазы в пределах 50-60 об.%, а максимальные силы -при 40-50 об.%.

6. Показано, что если структура ПВКМ проявляет значительные деформации, то уровень генерируемых ею удельных сил относительно невысок, и наоборот. При этом соотношение деформации-силы определяется жесткостью и в первую очередь абсолютной толщиной деталей. Однако совершаемая материалом удельная работа за счет преобразования тепловой энергии в механическую для рассмотренных ПВКМ не зависит от абсолютных размеров деталей и лежит в пределах 30-40 Дж/кг.

7. По данным, приведенным в литературных источниках, посвященных чувствительным и активным материалам, было проведено сравнение базовых свойств термочувствительных ПВКМ с другими чувствительными и активными материалами. Установлено, что по уровню деформаций и удельной работы на единицу массы термочувствительные ПВКМ уступают только материалам «с памятью формы».

1. Голубкова Т. А., Короткова В. И., Золкина Т. Г., Гладышева JI. В. Концепция и основные принципы конструирования «интеллектуальных» материалов (обзор) // Технология. Сер. «Конструкции из КМ» М.: ВИМИ, 1995.-С. 3 -20.

2. Yoon К. J., Lee Y. J. Active Vibration Suppression of Smart Composite Structure Using Piezoelectric Actuator and Sensor Moscow: Moscow State Aviation Technology University, 1996.-C. 45 - 59.

3. Семенов В. И. «Принципы разработки «интеллектуальных» армированных пластиков» В кн. «Армированные пластики» Справочное пособие / Под ред. Г. С. Головкина и В. И. Семенова М.: МАИ, 1997.-С. 112 124.

4. Вайнштейн Э. Ф. Олигомеры как «интеллектуальные материалы» // Технология. Сер. «Конструкции из КМ» М.: ВИМИ, 1995.-С. 21 -29.

5. Вайнштейн Э. Ф. Модель для описания поведения систем ограниченного размера // Технология. Сер. «Конструкции из КМ» М.: ВИМИ, 1995.-С. 30 -42.

6. Chong К. P., Liu S. С., Li J. С. Intelligent structures Taiwan: National Central University, 1990.-C. 16-37.

7. Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов/ Г.А. Молодцов, В.Е. Биткин, В.Ф. Симонов, Ф.Ф. Урмансов. -М.: Машиностроение, 2000. -352 с.

8. Шалин Р. Е., Машинская Г. П., Железина Г. Ф., Морозов Г. А., Айвазов А. Б. Адаптирующиеся («интеллектуальные») материалы и проблемы их создания // Технология. Сер. «Конструкции из КМ» М.: ВИМИ, 1995.-С. 43 - 48.

9. Spillman W.B., Sirkis J.S. Smart materials and structures: what are they? // Smart materials and structures. 1996. -№ 5. - C. 247-254.

10. Rogers C.A. The dawn of a new materials age // Science of Machine Journal.-1994.-Vol.46, №9, C.977-983.

11. Moskalik A. J., Brei D. Force-deflection behavior of piezoelectric C-block actuator arrays // Smart materials and structures. 1999. -№ 5. - C. 531-543.

12. Мовчан А.А., Мозафари Али Поведение активатора, содержащего стержень из сплава с памятью формы и упругий элемент смещения // Механика композиционных материалов и конструкций.-1997-, том 3, №2.-С.87-100.

13. Сергеевич Н.В., Шилько С.В., Юдин М.Д. Автолокализация дефектов в адаптивных композитах: вероятностная модель процесса// Механика композиционных материалов и конструкций.-2000.-том.6, №4.-С.504-509.

14. Matsuzaki Yuji Smart structures research in Japan // Smart materials and structures. 1997. -№ 6. - C. R1-R10.

15. Kitagawa Y., Midorikawa M. Seismic isolation and passive response-control building in Japan // Smart materials and structures. 1998. -№ 7. - C. 581-587.

16. Hyer M.W., Jilani A. Predicting the deformation characteristics of rectangular unsymmetrically laminated piezoelectric materials // Smart materials and structures. 1998. -№ 6. - C. 784-71.

17. Motogi Shinya Зависимость жесткости от температуры слоистых стеклопластиков, которые включают проволоку из сплава с памятью формы// Nihon kikai gakkai ronbunshu. С = Trans. Jup. Soc. Mech. Eng. C. 1997. -№615.-C. 3772-3777.

18. Tanaka Motohiro, Motogi Shinya Правило смесей для жесткости слоистых пластин и стеклопластиков с включенной в них проволокой с памятью формы // Kagaku to kogyo = Sci. and Ind. (Osaca) 1998. - №3 - C. 105 - 111.

19. Ефимов Д.А., Лурье C.A., Моисеев A.A. Деформация цилиндрических элементов конструкций из активных композитов, содержащих сплавы спамятью формы// Механика композиционных материалов и конструкций. -1999.-том 5, №3 с.49-64.

20. Paine J.S., Rogers С.A., Smith R.A. Adaptive composite materials with shape memory alloy actuators for cylinders and pressure vessels// J. of Intelligent material systems and structures. 1995. -Vol.6. - c.210-220.

21. Термобиметаллы: Композиции, обработка, свойства/ Т35 Ю. А. Башнин, Ф. Б. Улановский, И. В. Перепелица, А. Н. Мосалов. М.: Машиностроение, 1986., с.6-24.

22. Сатаров Д.К. Волоконная оптика. Л., «Машиностроение».-1973, с.2-35, 280с.

23. Optical fiber sensors for spacecraft applications // Smart materials and structures.1999. -№ 6. -C. 816-825.

24. Виноградов В. М. Исследование напряженного состояния деталей из полимерных материалов и разработка методов технологического обеспечения в них оптимальных остаточных напряжений. Диссертация доктора технических наук М.: МАТИ - 1980г. 393с.

25. Абдрахманов С.А., Ибрагимов Р.Ш., Доталиева Ж.Ж. Экспериментальное исследование реактивных усилий гибких балок из материалов с памятью формы. // Механика композиционных материалов и конструкций, том 8, №1 -М„ 2002г., с. 103-110.

26. Ilyin А.А., Kollerov M.Yu., Gusev D.E., Davydov E.A., Gazzani R. Productionand application features of implants from nitinol with shape memory effects//th

27. Proceedings of The 9 World Conference on Titanium. Titan 99, Saint-Petersburg,2000, v.2, p.1223-1229.

28. Ильин A.A. Сплавы с эффектом запоминания формы (Обзор)// Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка. М.: ВИНИТИ, 1991, т.25, с.3-59.

29. Ильин А.А., Коллеров М.Ю., Гусев Д.Е., Попов А.А. Возможности управления свойствами эффекта запоминания формы сплавов на основе никелида титана для использования в медицине// Технология легких сплавов, 2002, №3, с.23-29.

30. Ильин А.А., Коллеров М.Ю., Шинаев А.А., Головин И.С. Исследование механизмов формоизменения при деформации и нагреве титановых сплавов с эффектом запоминания формы/ Металловедение и термическая обработка металлов, 1998, №4, с. 12-16.

31. Колеров М.Ю., Гуртовский С.И., Амочкин И.А. Влияние термической обработки на характеристики эффекта запоминания формы сплава ТН1// Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. Вып. 6(78). М.:ИЦ «МАТИ»-РГТУ. 2003. с. 68-73.

32. Хачин В.Н., Пушин В.Г., Кондратьев В.В. Никелид титана: структура и свойства. М.: Наука, 1992, 160с.

33. Timoshenko S.P. Analysis of bi-metal thermostats // Optical society of America. -1925. -Vol.ll.-C. 233-255.

34. Hyer M.W., Hamamoto A. Non-linear temperature-curvature relationships for unsymmetric grafite-epoxy laminates // International Journal of Solids and Structures. -1987. Vol.23. - №7. - C.919-935.

35. Shahinpoor M., Bar-Cohen Y., Simpson J.O., Smith J. Ionic polymer-metal composites (IPMCs) as biomimetic sensors, actuators and artificial muscles a review // Smart materials and structures. - 1998. -№ 7. - C. R15-R30.

36. Сафронов А.В., Виноградов В.М. Термочувствительные композиционные материалы // Приборы. 2004. - №3(45) - С. 30-34.

37. Finot М., Suresh S. Small and large deformation of thick and thin-film multilayers: effects of layer geometry, plasticity and compositional gradients // Journal of the Mechanics and Physics of solids. 1996. - Vol.44. -№5. - C.683-721.

38. Пластики конструкционного назначения (реактопласты)/ Под. ред. Е. Б. Трастянской. М.: Химия 1974г. 304с.

39. Kioua Н., Mirza S. Piezoelectric induced bending and twisting of laminated composite shallow shells// Smart materials and structures. 2000. -№ 9. - C. 476484.

40. Hyer M.W., Jilani A.B. Deformation characteristics of circular RAINBOW actuators// Smart materials and structures. 2002. -№ 11. - c.175-195.

41. Болотин В. В., Болотина К. С. Термоупругая задача для кругового цилиндра из армированного слоистого материала// Механика полимеров. 1967. - №1.-С.136-141.

42. Болотин В. В., Болотина К. С. Расчет остаточных напряжений и деформаций в намоточных изделиях из армированных пластиков// Механика полимеров. 1969. - №1. - С.134-139.

43. Благонадежин В. JL, Мишенков Г. В., Николаев В. П. Результаты экспериментального исследования остаточных напряжений в намоточных изделиях из стеклопластика // Механика полимеров. 1970. - №6.-С.1116-1118.

44. Сафронов А.В., Виноградов В.М., Степанова М.И. Бипластины, Цилиндрическая анизотропия термоупругих свойств /методическое пособие/ Под ред. В.М. Виноградова М.:МАТИ - 2002. - 22с.

45. Филоненко-Бородич М.М. Курс сопротивления материалов, М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961г. -с. 656.

46. Якупов Р. Г. Термоупругие напряжения в соединениях и элементах конструкций: Учеб. Пособие. М.: МАИ 1998г.

47. Виноградов В. М., Головкин Г. С., Горохович А. И., Гречишкин В. А., Первушин Ю. С. Технология производства препрегов для ПКМ: Учебное пособие. Уфа: УГАТУ, 1995.- С.92.

48. Виноградов В.М., Станкой Г.Г., Сафронов А.В. Реология полимеров и полуфабрикатов полимерных материалов /учебное пособие/ М.: «МАТИ» -2004г. 84с.

49. Виноградов В.М., Хван Ч.С., Савина С.О. Деформационные свойства волокнистых структур и препрегов на их основе.// Конструкции из композиционных материалов. 2000. - №1. - С.68-75.

50. Kruusing A. Analysis and optimization of loaded cantilever beam microactuators // Smart materials and structures. 2000. -№ 2. - C. 186-196.

51. Gehring G.A., Cooke M.D., Gregory I.S. Cantilever unified theory and optimization for sensors and actuators // Smart materials and structures. 2000. -№9.-C. 918-931.

52. Chu W.H., Mehregany M., Mullen R.L. Analysis of tip deflection and force of a bimetallic cantilever microactuator // Journal of Micromech. and Microeng. -1993.-№3.-C. 4-7.

53. Тимошенко С. П. Сопротивление материалов. Том 2. М.: Наука, 1965, 480 е., с.358-362.

54. Whitney J.M., Daniel I.M., Pipes B.R. Experimental mechanics of fiber reinforced composite materials Brookfield: The Society for Experimental Mechanics, 1984.-C. 11-157.

55. Agarwan B.D. Analysis and performance of fiber composites The Society of Plastics Engineers, 1980. - C. 58-159.

56. Справочник по пластическим массам под. ред. М.И. Гарабара, т.2 М.: Химия. 1969г.

57. Композиционные материалы: Справочник/ В. В. Васильев, В. Д. Протасов, В. В. Болотин и др.; Под ообщ. Ред. В. В, Васильева, Ю. М. Тарнопольского. -М.: Машиностроение, 1990. 512 с.

58. Hyer M.W. Calculations of the Room-Temperature Shape of Unsymmetric Laminates// J. Composite Materials 1981.- Vol.15. (July)-C.296-310.

59. Hyer M.W. Some observations on the cured shape of thin unsymmetric laminates// J. Composite Materials 1981.- Vol.l5.(March)-C.175-194.

60. Сафронов А.В., Виноградов В.М. Применение ПВКМ, проявляющих механическую чувствительность к температурным полям, в качестве материалов активных элементов. В кн.: Тез.докл. Всероссийск. НТК: Новые материалы и технологии.- М.: МАТИ, 2002. С.105-106.

61. Сафронов А.В., Виноградов В.М. Эффект температурного деформирования витых пружин из ПВКМ. В кн.: Тез.докл. Всероссийск. НТК: Новые материалы и технологии.- М.: МАТИ, 2004. С.89-90.

62. Федосьев В. И. Сопротивление материалов 8-е изд., стереотип. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. -560с.

63. Тарнопольский Ю.М., Портнов Г.Г. Механика полимеров, 1966, №2, с.278-284.

64. Тарнопольский Ю.М., Розе А.В., Портнов Г.Г Механика полимеров, 1969, №1, с. 140-146.

65. Thermal expansion coefficient of unidirectional composites // J. Composite materials. 1978. -Vol.12. - C. 153-168.

66. Кан К. H. Вопросы теории теплового расширения полимеров. Изд-во Ленингр. Ун-та. 1975., с. 18-20.

67. Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров. Голландия, 1972, Пер. с англ. Под ред. А. Я. Малкина. М., «Химия», 1976г., с.57-67.

68. Гуль В. Е., Кулезнев В. Н. Структура и механические свойства полимеров: Учеб. Для хим.-технолог. Вузов. М.:«Лабиринт», 1994 - С.367.

69. Термопласты конструкционного назначения/ Под. ред. Е. Б. Трастянской. М.: Химия 1975г. 240с.

70. Шленский О. Ф. Тепловые свойства стеклопластиков. М., «Химия», 1973., с.34-53.

71. Кан К.Н., Николаевич А.Ф., Шанников В.М. Механическая прочность эпоксидной изоляции. Ленинградское отделение «Энергия» 1973г., с. 15-58.

72. Симамура С., Синдо А., Коцука К. Углеродные волокна: Пер. с япон./ Под ред. С. Симамуры. М.: Мир, 1978 - с. 177- 202.

73. Barret Ron, Gross Steven, Super-active shape-memory alloy composites // Smart materials and structures. 1996. -№ 3. - C. 255-260.

74. Agrawal B.N., Treanor K.E. Shape control of a beam using piezoelectric actuators // Smart materials and structures. 1999. -№ 6. - C. 729-740.

75. Vincent J.V. Smart by name, smart by nature// Smart materials and structures. -2000. №9.-C. 255-259.акадеш к Российской•Сл -/ . / ■ г ' v«инжене зной академии, к.т.н

76. Эффективность использования разработанных прижимных колец обусловлена тем, что за счет термочувствительности материала конструкций удается обеспечить безотказное освобождение удерживаемых ими элементов после выполнения изделием своих функций.

77. Применение разработанных прижимных колец позволяет упростить технологический процесс механики крепления соединяемых элементов и повысить надежность работы специзделия.

78. Заместитель генерального директора по НИР и ОКР, к.т.н.1. Начальник НТО №1, к.т.н.