13.2.5-12 (укр) А

DOI: https://doi.org/10.37129/2313-7509.2020.13.2.5-12

ПРОБЛЕМА ПІДВИЩЕННЯ МІЦНОСТІ ДИСПЕРСНО-АРМОВАНИХ МАТЕРІАЛІВ
ЯК ЗАДАЧА ПЕРКОЛЯЦІЙНОЇ ТЕОРІЇ

K. Koньков, В. Сергеєв, Г. Трушков, А. Герега

АНОТАЦІЯ

У статті досліджена відома за літературними даними оригінальна технологія підвищення міцності бетону сумішшю сталевого порошку і фібри. Операбельність технології та доступність інгредієнтів, що використовуються, роблять її привабливою при будівництві широкого класу споруд як цивільних, так і спеціального призначення. Істотна особливість технології – створення в дисперсно-армованих гетерогенних матеріалах зв'язних областей перколяційного типу, що складаються з кластерів сталевої фібри і порошку, які при критичній концентрації викликають стрибкоподібну зміну параметрів бетону, зокрема, міцності.

У статті надано докладний огляд стану вивчення, так званої, «голкової» перколяції за останні двадцять років.

Для дослідження структури і властивостей матеріалу, що створений за згаданою технологією, розроблена перколяційна комп'ютерна модель структурного фазового переходу, що зміцнює. У моделі вперше вирішена континуальна перколяційна задача кластерів, що складаються з квазіточечних і квазілінійних елементів. Задача вирішується методом Монте-Карло в кубі розміром 106 умовних одиниць довжини. У комп'ютерних експериментах отримані значення перколяційних параметрів кластерів. Аналіз результатів показав, що залежності цих характеристик від параметрів задачі (довжини фібри і умов об'єднання в кластер) мають нелінійний немонотонний характер.

В моделі також розглядається можливість підвищення міцності за рахунок механічних напружень, що зароджуються в місцях контакту бетону з фіброю і порошком. Також обговорюється механізм виникнення механічних напруг, інтенсивність яких визначається їх конфігурацією.

У статті описані труднощі моделі, пов'язані з гіпервипадкових характером величин, що виникають в досліджені.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: бетон; дисперсне армування; перколяційний перехід; механічне напруження; зміцнення.

ПОВНИЙ ТЕКСТ: PDF (англійською)

ЛІТЕРАТУРА

1. Herega, A. The Selected Models of the Mesostructure of Composites: Percolation, Clusters, and Force Fields. Heidelberg: Springer. 2018. 107 p.

2. Sokolov, I. M. Dimensionalities and other geometric critical exponents in percolation theory. Sov. Phys. Usp., 1986. Vol.29, Pp. 924-945.

3. Mandelbrot, B. B. The Fractal Geometry of Nature. San Francisco: Freeman. 1982. 479 p.

4. Feder, J. Fractals. New York: Plenum Press. 1988. 283 p.

5. Lamazhapov Kh.D., Rybakov D.A. Percolation model of avalanche-streamer breakdown. Applied Physics, 2008, Vol.6, Pp. 83-88. (In Russian).

6. Lamazhapov Kh.D., Rybakov D.A. Percolation breakdown criterion. 37-th Int. Conf. “Plasma Physics”, Zvenigorod, 2010, P. 209.

7. Ishkov A.V., Sagalakov A.M. Investigation and simulation of the structural features of composites containing conducting nonstoichiometric titanium compounds. Technical Physics Letters, 2006, Vol.32(6), Pp. 474-476.

8. Ning Xie, Xianming Shi, Decheng Feng, Boqiang Kuang, Hui Li. Percolation backbone structure analysis in electrically conductive carbon fiber reinforced cement composites. Composites Part B: Engineering, 2012, Vol.43(8), Pp. 3270-3275.

9. Xiufeng Wang, Yonglan Wang, Zhihao Jin. Electrical conductivity characterization and variation of carbon fiber reinforced cement composite. Journal of Materials Science, 2002, Vol.37(1), Pp. 223-227.

10. Lebovka N.I., Vygornitskiy N.V., Goncharuk A.I. Percolation transition and anisotropy of electrical conductivity in nanocomposite systems filled with particles of an anisotropic shape with a core-permeable shell structure. Nanostructured materials science, 2011, Vol.4, Pp.57-65. (In Russian).

11. Berhan L, Sastry A.M. Modeling percolation in high-aspect-ratio fiber systems. I. Soft-core versus hard-core models. Phys. Rev. E, 2007, Vol.75(4), 041120.

12. Berhan L, Sastry A.M. Modeling percolation in high-aspect-ratio fiber systems. II. The effect of waviness on the percolation onset. Phys. Rev. E, 2007, Vol.75(4), 041121.

13. Dashko Yu. V., Kramarov S.O. Percolatoin model of the sintering of ferroelectric ceramics. Ferroelectrics, 1995, Vol.164, Pp.329-337.

14. Dashko Yu. V., Kramarov S.O., Protsenko T.G., Derbaremdiker L.A., Popov S.V. Sintering of ferroceramics as succession of phase transition. Proc. of 8-th European meeting of ferroelectricity. Nijmegen, Netherlands, 1995, Pp. 10-36.

15. Akagawa S, Odagaki T. Geometrical percolation of hard-core ellipsoids of revolution in the continuum. Phys. Rev. E, 2007, Vol.76(5), 051402.

16. Ambrosetti G, Johner N, Grimaldi C, Danani A, Ryser P. Percolative properties of hard oblate ellipsoids of revolution with a soft shell. Phys. Rev. E, 2008, Vol.78(6), 061126.

17. Vandolovskiy A.G. et al. The technology of creating steel fiber concrete with increased tensile strength. Proceedings of the Kharkov National University of Air Force, 2018, Vol.2(56), Pp.126-131. (In Russian).

18. Kosevich A.M. Physical Mechanics of Real Crystals. – Kiev: Naukova Dumka, 1981, 328 p. (In Russian).

19. Herega A. Modeling of cluster structures in the material: force fields and descriptors. Fizicheskaya mezomekhanika, 2013, Vol.16, No.5, Pp.87-93. (In Russian).

20. Herega A., Sukhanov V., Vyrovoy V. The Model of the Long-Range Effect in Solids: Evolution of Structure Clusters of Interior Boundaries, and Their Statistical Descriptors. AIP Conference Proceedings, 2017, Vol.1909, 020069.

21. Herega A. Physical aspects of self-organization processes in composites. 1. Simulation of percolation clusters of phases and of inner boundaries. Nanomechanics Science and Technology: An International Journal, 2013, Vol.4(2), Pp. 119-132.

22. Herega A. Physical aspects of self-organization processes in composites. 2. The structure and interaction of inner boundaries. Nanomechanics Science and Technology: An International Journal, 2013, Vol.4(2), Pp. 133-143.

23. Gorban' I.I. Hyper occasional functions and their description. News of universities. Izvestiya vuzov. Radioelektronika, 2006, Vol.1, Pp.3-15. (In Russian).

24. Herega A.N., Iskanderov A.S., Yaroshenko S.N. Development of percolation models of physical systems. Izvestiya AN Ukraine SSR, Seriya fiziko-matematicheskaya, 1990, Vol.6, Pp. 51-56. (In Russian).

Templates Joomla 1.7 by Wordpress themes free