Expressions are obtained for operators of the concentration of the electric field strength and displacement on the surface of inclusions in a matrix composite depending on the shape and volume fraction of inclusions in the material. These operators relate the fields on the inclusion surface on the matrix side with the average values of the electric field strength and displacement in the composite sample.

We report experimental results of using the resonator-loss-unloading method to implement relaxation properties of a passive shutter in an Nd3+:YAG laser with the aim of producing extremely short picosecond pulses. The application of a fast relaxing passive shutter based on a technologically advanced new pyrillocyanine dye and the use of the unloading method make it possible to obtain highly reproducible, ultrashort 7-ps light pulses from this laser.

The optical breakdown in water, caused by irradiation with nanosecond and picosecond laser pulses at a wavelength of 1064 nm, has been studied. It is proven experimentally that optical breakdown centers are both individual nanobubbles of dissolved gas and clusters formed by these nanobubbles. It is found that the first stage of optical breakdown on nanobubble clusters implies induced optical coalescence (collapse) of such a cluster and formation of a macroscopic vapor bubble. The obtained experimental results for nanosecond and picosecond pulses are in good agreement with the predictions of the previously developed theoretical model.

A theoretical model to predict the values of average stresses in silicon-based mesoporous structures with adsorbed water frozen under conditions of spatial limitation (confinement) has been developed. These stresses arise near the phase transition point of water due to differences in the thermal coefficients of linear expansion of the inhomogeneity elements of the materials under study. Knowledge of the average stress values makes it possible to predict changes in the melting/freezing temperature of water and the resistance to mechanical destruction (stability) of the water-saturated structures under consideration during thermal cycling near the ice-water phase transition point (in the temperature range 233–273 K). The model is based on the generalized singular approximation of the random fields theory in a version of the self-consistency method and makes it possible to consider the influence on the values of the average stress tensor components of a water-saturated mesoporous material of the presence of a layer of silicon dioxide on the pore surfaces, the structure of the inhomogeneous medium and the volume fraction of the components. Numerical model calculations were carried out and the dependences of the values of the average stress tensor components on the volumetric content of water frozen in the porous silicon matrix were studied. Numerical simulation showed that an increase in both the characteristic size (the ratio of the thickness of the silicon dioxide layer to the radius of the pore) and the volume fraction of frozen water leads to an increase in the values of the average stress tensor components.

Methods of predicting how temperature affects the physical and mechanical properties of polymer composites used in LED lamps are considered. By differential scanning calorimetry, the specific heat and phase changes of the polymers and samples of lamp housings are determined. In filler selection, the optimal polymer composition is taken into account.

Решается задача построения модели прогнозирования значений локальных упругих характеристик антифрикционных полимерных композитов, определяемых оператором концентрации напряжений (тензором четвертого ранга). Указанный тензор связывает значения локальных (внутренних) напряжений в каждом элементе неоднородности композита со значениями средних (внешних)напряжений в материале. Построенная модель опирается на обобщенное сингулярное приближение теории случайных полей, используемое при решении стохастического дифференциального уравнения равновесия упругой среды. С помощью указанного приближения возможен анализ изменения значений компонент оператора концентрации напряжений в зависимости от состава, структуры и объемного содержания наполнителей композита. Объектом моделирования являются многокомпонентные трибокомпозиты на основе эпоксидного связующего ЭД-20, армированные волокнами бесщелочного стекла и политетрафторэтилена. Полагается, что стеклянные волокна ориентированы вдоль осей х и у прямоугольной системы координат, а волокна политетрафторэтилена - только в направлении оси х. Это соответствует армированию материала стеклотканью, в которую вплетены политетрафторэтиленовые волокна. Опираясь на разработанную модель, авторы провели численные модельные расчеты значений компонент 3333, 1313 и 2323оператора концентрации напряжений, учитывающие изменения объемных содержаний наполнителей неоднородных материалов. Данные компоненты наиболее полно характеризуют перераспределение напряжений между элементами неоднородности композита при приложении к нему сжимающих и сдвиговых нагрузок. Приведены графики изменения значений указанных компонент оператора концентрации напряжений при увеличении объемных долей как волокон политетрафторэтилена, так и волокон бесщелочного стекла. При вычислении значений локальных упругих характеристик модельных трибо-композитов использовался метод самосогласования.

A model is considered for predicting the operational elastic characteristics of polymer composites based on ED-20 epoxy resin with microcapsules (polyester shells) containing vegetable oil and magnetite nanoparticles. The model is based on the generalized singular approximation of random field theory and takes account of the qualitative and quantitative composition of the frictional materials and also the characteristic size of the microcapsules and nonuniformity of their distribution over the polymer thickness.

— Experiments on time-dependent stimulated Raman scattering (SRS) and optical breakdown in the field of a picosecond laser pulse were performed with water samples containing gas nanobubbles (bubstons) with different concentrations. It is found that an optical breakdown in water contacting with atmosphere for a long time leads to the occurrence of an anomalously strong low-frequency SRS line at a frequency of ≈700 cm –1 ; its intensity significantly exceeds that of the SRS line at the frequency ≈3410 cm –1 , which is due to the O–H stretching vibration of water molecules. A hypothesis about generation of a resonant plasmon during bubston breakdown in water was proposed to explain the observed effect. It is shown that the resonant plasmon was excited due to the pump wave beating and low-frequency Stokes scattering wave, shifted by the frequency of librational vibration of water molecules.

The results of the study of the nonlinear propagation of the laser beam of an ultrashort pulse 25 ps long in the self-focusing mode in degassed water are presented. The optical breakdown conditions and frequency-angular characteristics of radiation emerging from the beam focal waist were studied. It was found that the formation of a narrowly directed radiation shaped as a light filament, swept in frequency in a wide frequency range at a simultaneous appearance of laser beam self-focusing effects and plasma breakdown of water.

The original derivation of the formula for the mean free path of an electron in a conductive multiply connected domain in three-dimensional space, for which the Ostrogradsky–Gauss theorem is valid, is given, subject to scattering from the boundary of the domain according to Lambert’s law. The result can be used to predict the optical characteristics of nanocomposites with metal-coated inclusions.

Рассматриваются многокомпонентные трибокомпозиты на основе эпоксидного связующего ЭД-20, армированные волокнами бесщелочного стекла и политетрафторэтилена. Полагается, что стеклянные волокна ориентированы вдоль осей x и y прямоугольной системы координат, а волокна политетрафторэтилена – только в направлении оси x. Это соответствует армированию материала стеклотканью, в которую вплетены политетрафторэтиленовые волокна. Построена модель, позволяющая выполнять численные расчеты значений эффективных упругих характеристик (компоненты тензора эффективных модулей упругости) и параметров упругой анизотропии указанных антифрикционных композитов. Модель опирается на обобщенное сингулярное приближение теории случайных полей, используемое при решении стохастического дифференциального уравнения равновесия упругой среды. Проведены численные расчеты значений эффективных упругих характеристик и параметров упругой анизотропии в направлениях осей x, y и z прямоугольной системы координат антифрикционных полимерных композитов, учитывающие изменения величин объемных концентраций их компонентов. При вычислении значений эффективных упругих характеристик модельных трибокомпозитов использовался метод самосогласования. Исследования показали, что увеличение содержания волокон политетрафторэтилена приводит к уменьшению значений эффективных модулей упругости и усилению анизотропии (особенно в направлении осей x и y прямоугольной системы координат) модельных антифрикционных композитов. Установлено, что при фиксированных концентрациях эпоксидного связующего и волокон политетрафторэтилена перераспределение (в направлениях осей x и y) объемной доли волокон бесщелочного стекла для некоторых компонент тензора эффективных модулей упругости приводит к увеличению их значений, а для других, наоборот, к уменьшению. При этом происходит усиление анизотропии в направлении оси x и ее ослабление в направлении оси y, значения параметра анизотропии в направлении оси z изменяются незначительно.

The problem of constructing a model and carrying out numerical calculations of the values of ultimate strength indicators under uniaxial compression of polymer compositions modified with spherical microcapsules with a lubricant and magnetite nanoparticles is being solved. The model is based on the generalized singular approximation of the random fields theory in the version of the self-consistency method and makes it possible to take into account the composition, volume fractions of the components of antifriction coatings, and the characteristic size of microcapsules (the ratio of the shell thickness to the radius of the liquid core). For compositions based on epoxy binder ED-20 (PEPA hardener) with microcapsules (polyester shells filled with vegetable oil and magnetite nanoparticles), model calculations of their ultimate strength parameters under uniaxial compression were carried out. The calculations took into account the change in the characteristic size and the uneven distribution of microcapsules over the thickness of antifriction coatings, which occurs as a result of exposure to a constant magnetic field. Numerical modeling has shown that an increase in the volume fraction of microcapsules leads to a decrease in the values of ultimate strength parameters of polymer compositions, while for the percentages of microcapsules used in practice, this decrease is not significant.

Epoxy composites with hollow glass microspheres are considered. A method is proposed for predicting their local elastic characteristics and limiting strength characteristics in uniaxial compression. The method takes account of the composition of the material, the content of the components in the syntactic foam, and the characteristic size of the microspheres (the ratio of the shell thickness to the cavity radius). The variation in these parameters is taken into account in model calculations.

The use of zinc phosphate tungstate additive to improve the tribotechnical characteristics of "ЦИАТИМ-201" and "ЛЗ-ЦНИИ" greases is considered. It is established that the introduction of the 2Zn(PO3)2•4WO3 additive into the dispersion medium of these lubricants improves the tribotechnical properties, reducing the operating parameters. Keywords: friction, semisolid lubricant, wear resistance, antifriction additive, zinc phosphorus tungstate, structure transformation, lubricating film. alekc_sap@mail.ru

Обсуждаются принципы выбора материалов, технологии нанесения и модифицирования металлических поверхностей трения при вакуумной ионно-плазменной обработке алмазоподобных покрытий физическими методами. На основе квантово-химических расчетов и с использованием современного инструментария – рентгеновской фотоэлектронной и оже-электронной спектроскопии (РФЭС и ОЭС) – проведена оценка энергии межатомных взаимодействий на границах зерен железа, разделенных атомами различных химических элементов. С помощью методов квантовой химии показано, что при моделировании прочностных свойств нанопокрытий, нанесенных на поверхность металла и состоящих из атомов элементов Ti, Al, N, влиянием глубоколежащих слоев железа на прочность покрытия можно пренебречь. Этот эффект обусловлен сильным экранирующим действием электронной подсистемы железа на внешние воздействия. Использование в работе методов квантовой химии позволило исследовать эффекты, возникающие на наноуровне и мало доступные для исследования с помощью приборной техники. В частности, установлено, что при нанесении на поверхность железа вначале углеродного нанопокрытия, а затем нанослоев из других элементов в системе слоев может происходить расслоение, приводящее к ослаблению общей прочности покрытия. Это расслоение обусловлено перераспределением электронной плотности между слоями из разных элементов. Возникающее при этом ослабление прочности может не проявляться при измерении прочности стандартными методами. В связи с этим при разработке новых типов нанопокрытий на металлах наряду со стандартными методами необходимо использовать и теоретические (в первую очередь квантово-химические) методы оценки прочности нанопокрытий. Рассматриваемый в работе подход может быть использован также при разработке критериев выбора химических элементов для модифицирования поверхностей трения, способствующих повышению износостойкости тяжелонагруженных трибосистем.

Решается задача построения модели и проведения численных расчетов значений объемной плотности энергии деформации в многокомпонентных полимерных фрикционных композитах с учетом состава, формы, ориентации и объемного содержания наполнителей, а также вида приложенного к материалу внешнего механического воздействия. Рассмотрены композиты на основе эпоксифенольного связующего, армированные хаотически ориентированными в пространстве материала короткими волокнами бесщелочного стекла и дисперсными добавками каучука, глинозема, графита и барита. Моделирование опирается на обобщенное сингулярное приближение теории случайных полей и понятие оператора концентрации напряжений (тензора четвертого ранга), связывающего локальные (внутренние) значения тензора напряжений со средними (внешними) по материалу напряжениями. Исследованы зависимости значений объемной плотности энергии деформации в элементах неоднородности полимерных фрикционных композитов от вариаций объемных концентраций наполнителей – волокон бесщелочного стекла, дисперсных включений каучука и минерального порошка, состоящего из глинозема, графита и барита в равных объемных долях. Рассмотрены два случая внешнего сжимающего воздействия – осевое и объемное. В результате проведенных численных модельных расчетов установлено, что увеличение объемных долей как волокон бесщелочного стекла, так и минерального порошка приводит к уменьшению и сближению значений объемной плотности энергии деформации в компонентах всех типов рассматриваемых полимерных фрикционных композитов. Моделирование показало также, что увеличение объемной доли включений каучука приводит к росту и расхождению значений объемной плотности энергии деформации в элементах неоднородности всех типов исследуемых полимерных фрикционных композитов.

The preparation and application of polymeric double metaphosphate [NaMn(PO3)3]∞ as an antifriction, antiwear, and antiscuffing additive introduced as a thin ceramic into TsIATIM-201 and LZ-TsNII greases are considered. Physicochemical and tribotechnical studies of the developed lubricating compositions showed a significant improvement in their properties compared to base greases. The structure of the compound and the mechanism of the lubricating action of [NaMn(PO3)3]∞ have been established. High-polymer phosphate chains of the anions of the compound form layers of secondary structures on the metal of the tribocontact, providing interlayer slip and stable long-term operation of the created lubricating compositions. The use of the additive in typical greases such as TsIATIM-201-201 and LZ-TsNII increases the critical load by 6.5 and 6.2%, respectively. This indicates the good quality of the created greases, the preservation of lubricity in the friction zone, satisfactory wearing-in of the surfaces of the friction unit, and, as established, the absence of local overheating.

The influence of added naphthalene derivatives on the formation of boundary lubricant films during frictional processes in synthetic dioctyl sebacate oil is considered. The activity of the additive is determined by the presence of acidic groups in their molecules and the ability to form complexes with metals.