Identification of the decomposition law of the binder in composites provides the basis for a mathematical model and analysis of the thermal state of most composites in significantly nonsteady high-temperature loading. The decomposition law of the binder permits analysis of the thermal state of composites without considering the chemical kinetics. Verification of the numerical results confirms the validity of this approach to modeling the thermal state of composites for use in hypersonic aircraft.

The effective dissipative properties of the whiskerized layer in modified composites formed by growing special nanostructures (whiskers) on the fiber surface are studied. The whiskerized layer consists of two phases: (1) elastic inclusions (nanowhiskers); (2) viscoelastic binder. The interphase layer is assumed to be a transversally isotropic material with a symmetry axis along the whiskers. Numerical values are given for the loss modulus of the whiskerized interphase layer, under the following types of loading: shear along the whiskers; shear transverse to the whiskers; an omnidirectional load transverse to the whiskers; and uniaxial extension along the whiskers. The influence of the materials in the inclusions and the viscoelastic matrix on the effective properties of the whiskerized layer is investigated.

The paper investigates the effective properties of compact bone tissue under shear loading along the central axis of the Haversian canal. Compact bone tissue is considered as a structure consisting of an osteon (haversian canal, lamellae, cementing line) and interstitial tissue. To assess the effective longitudinal properties of bone tissue, a three-stage homogenization procedure based on the Reiss method and the three-phase method is used. The numerical values of the effective modulus of longitudinal shear obtained in the proposed work are in good agreement with the numerical values of the longitudinal shear obtained by other authors as a result of experimental studies.

The study investigates the process of delamination of a steel plate from the matrix during the pull-out test. Experimental results are obtained for two types of specimens—unreinforced and reinforced steel plates. The reinforced plate is coated with a thin layer of carbon nanotubes on one of its surfaces. The results of the experiment reveal that the load under which the reinforced plate delaminates from the matrix block is over 150

This article examines the critical compressive stresses required for a modified fiber composite to remain straight while the fibers within it bend. It was assumed that the modified composite consists of three phases: fiber, whiskerized interfacial layer, and matrix. An example of a composite material made up of carbon fibers, a whiskerized layer of carbon nanotubes with an epoxy matrix, and an epoxy matrix was considered. Its physical parameters affecting the critical compressive stresses were assessed, and methods for determining them were proposed. The effective properties of the inclusion and binder composite material were identified using the Voigt and Reis methods. Similarly, the effective properties of the interfacial whiskerized layer were analyzed by the three-phase method. The influence of fiber wavelength and phase shift, which define the destruction of the composite material, on the critical compressive stress value was explored. The wavelengths at which the composite material is destroyed were found. The effect of the volume content of the modified inclusion on the minimum critical compressive stress value was shown. The results for the modified composites were compared with those for the classical composites with a similar volume content of inclusions.

Modern needs when forming key technologies for the creation of high-speed mainline aircraft can be divided into following seven groups covering the basic technical aspects: ensuring an acceptable level of acoustic impact while simultaneously ensuring the required aerodynamic efficiency by creating an integrated construction arrangement of the aircraft; ensuring the target fuel efficiency of the power plant and permissible harmful emissions at supersonic airspeeds while meeting the requirements by noise level at take-off and landing modes; ensuring the target values of the weight and resource efficiency of the aircraft structure while ensuring the required rigidity and aeroelasticity; ensuring reliable stability and controllability in all flight modes; increasing the reliability and functionality of the onboard equipment and systems under kinetic heating conditions; improving the efficiency of onboard systems based on more effective electric aircraft technologies; participating in the creation of international requirements and standards for certification and the operation of new generation aircraft.

В работе исследуются термомеханические характеристики модифицированных композитов, армированных волокнами, на поверхности которых выращены хаотично расположенные и переплетающиеся между собой специальные наноструктуры - вискерсы. Такой композит рассматривается, как трансверсально изотропный материал с осью симметрии вдоль волокна. Предполагается, что фазы композита - волокно, вискеризованный межфазный слой и матрица являются изотропными материалами. Исследуется влияние объемного содержания включений в межфазный слой, толщины межфазного слоя и объемного содержания модифицированного волокна на эффективный коэффициент теплопроводности изучаемого композита. Также исследуется эффективный коэффициент температурного расширения межфазного слоя. Оценивается степень влияния объемного содержания вискерсов и коэффициентов температурного расширения вискерсов и матрицы на эффективный коэффициент температурного расширения межфазного слоя. Рассматриваются частные примеры, где вискерсами являются УНТ. Эффективный коэффициент теплопроводности моделируется при помощи процедуры двухэтапной гомогенизации. На первом этапе определяются эффективные свойства вискеризованного межфазного слоя. На втором этапе определяются эффективные свойства всего композита с использованием модели среды с цилиндрическими включениями, обобщенной на многофазную среду. Эффективный коэффициент температурного расширения межфазного слоя исследовался при помощи формулы Левина. Для рассматриваемых композитов в работе предложена упрощенная зависимость между эффективными коэффициентами расширения и эффективными модулями упругости. В работе предложены способы изменения эффективного коэффициента теплопроводности модифицированного композита и эффективного коэффициента температурного расширения вискеризованного межфазного слоя модифицированного композита за счет характеристик микроструктурных параметров. Установлено, что модификация поверхности волокна углеродными нанотрубками позволяет увеличить эффективный коэффициент теплопроводности волокнистого композита в плоскости перпендикулярной оси волокна более чем в 7 раз, а в направлении вдоль оси волокна более чем в 1,3 раза.

В работе рассматриваются поперечные колебания шарнирно опертой в общем случае слоистой композитной полосы. Предполагается, что слои полосы выполнены из волокнистого материала с различной ориентацией волокон в различных слоях системы, а волокна имеют тонкое вязкоупругое покрытие, свойства которого отличается от свойств матрицы, обеспечивающей монолитность. Слои балки считаются трансверсально изотропными. Вязкоупругое покрытие может обеспечивать высокие диссипативные свойства материала композитной слоистой полосы. Исследуются собственные частоты и коэффициенты потерь в зависимости от толщины вязкоупругого покрытия. Для оценки диссипативных свойств используется техника комплексных модулей упругости. Эффективные свойства слоев, содержащих волокна с вязкоупругим слоем, определяются с использованием метода трех фаз с использованием самосогласованного метода Эшелби, позволяющего получить аналитические оценки модулей и эффективно использовать метод комплексных модулей упругости. Показывается, что для уточненной оценки собственных частот и коэффициентов потерь при квазистационарных колебаниях следует использовать наиболее точную модель стержней, в противном случае погрешности в оценке искомых параметров являются недопустимо большими. Одной из целей работы является оценка влияния толщины вязкоупругого покрытия на коэффициенты потерь и определение оптимальных значений покрытия, при которых коэффициенты потерь становятся значительными, но и эффективные жесткостные характеристики сохраняются высокими. В качестве примера рассматриваются стрежни, выполненные из трех различных слоистых композитных: 1) стержень выполнен из слоев с продольной укладкой модифицированных волокон, 2) стержень выполнен из плоских слоев с волокнами, уложенными в ортогональном направлении по отношению к оси стержня, 3) слоистый материал стержня выполнен из системы двух слоев с укладкой волокон ±45о.

In this paper, we propose a three-phase method for determining the effective properties of composite materials reinforced by whiskerized fibers. A modified composite consisting of two phases-a fiber and a whiskerized layer acting as a binder-is considered. For a modified composite loaded with longitudinal shear, calculations of the stress-strain state in each of the phases and calculations of effective properties are carried out. It is assumed that in the case of pure shear along the fiber, the strength of the composite is controlled by the binder; therefore, the deformed state in each of the phases of the modified composite is investigated and a comparative analysis with the deformed state in each of the phases of a similar classical composite is carried out. The calculated values of the effective longitudinal shear modulus and effective loss modulus are also subjected to comparative analysis. Two types of modified composites, whiskered by rigid carbon nanotubes (CNTs) and less rigid ZnO nanotubes, are investigated.

In this work, we studied the Mössbauer spectra of magnetite samples of various compositions. To protect magnetite from oxidation, the resulting particles are coated with protective shells, among which silanes are promising, which polymerize on the surface of magnetite nanoparticles, forming strong covalent bonds. The coating of nanoparticles protects them from aggressive environmental influences, evens out their size distribution, and also protects the environment from the possible toxic effects of the particles themselves. It was shown that the magnetite phase predominates in the sample of native particles, the coating of native particles with alkoxysilane does not lead to fundamental changes in the phase state of the sample particles, and oxidation with nitric acid leads to the complete transformation of magnetite into maghemite. It is obvious that the reason for the distortions of the relaxation nature in the Mössbauer spectra of the samples is the small sizes of the iron-containing domains, which allows us to consider the description of the spectra within the framework of the model of multilevel superparamagnetic relaxation.

In this work, the object of study is an epoxy nanocomposite based on TiO2 nanoparticles and epoxy resin, and the subject is the preparation and physical and mechanical properties of TiO2/epoxy nanocomposites. The characteristics of the properties and methods of synthesis of the initial components for the synthesis of epoxy nanocomposites - epoxy resins and nanoparticles of titanium dioxide are given, and data on epoxy nanocomposites based on nanoparticles of titanium dioxide are presented. It was found that the addition of TiO2 to the epoxy matrix reduces the coefficient of friction and significantly increases the wear resistance of such nanocomposites.

Градиентные теории упругости содержат по определению масштабные параметры и поэтому, естественно, что они являются весьма привлекательными для моделирования масштабных эффектов в механике материалов с микро-наноструктурой, для исследования фазовых превращений с образованием межфазных слоев, меняющих микроструктуру материалов, модифицированных композитов с наноструктурами на волокнах, а также при исследовании связных проблем термомеханики и гидродинамики и др. Появление параметров масштаба в градиентных моделях связано с тем, что в качестве аргументов при вариационном описании таких моделей рассматриваются не только деформации, но и их градиенты. В результате, определяющие уравнения в градиентных моделях первого порядка определяются не только тензором упругих свойств четвертого ранга, но и в общем случае тензорами упругости пятого и шестого ранга, отличающихся по размерности от классических модулей упругости. В работе обсуждается симметрия тензоров модулей упругости шестого ранга при перестановке индексов дифференцирования в градиентной упругости, которая является следствием того, что вторые производные вектора перемещений не зависят от порядка дифференцирования. Отмечается, что имеют место случаи, когда для корректных постановок прикладных краевых задач необходимо использовать в краевых условиях тензоры модулей упругости шестого ранга, симметричные при перестановке индексов дифференцирования (симметричные по последним индексам моментные напряжения) даже если формально построенные варианты прикладных градиентных теорий лишены этого признака симметрии. Показано, что игнорирование свойства симметрии тензора модулей шестого ранга при перестановке индексов дифференцирования может приводить к существенным погрешностям по сравнению с корректными решениями, учитывающими этот признак.

A variant of the model of coupled thermohydrodynamics and heat balance is proposed. We use Sedov’s variational principle and develop (a closed energy–consistent mathematical gradient model for a four-dimensional generalized space–time continuum). In accordance with Sedov’s method for modeling dissipative processes, the principle of stationarity of a functional is generalized to the principle of stationarity of a non-integrable variational form. The physical properties of the transversely-isotropic four-dimensional continuum are determined by generalized properties tensors of the third, fourth and fifth ranks, constructed so that the internal forces and moments depend only on distortions. In general, the presented model contains gradient and scale parameters, which determine relaxation effects in both thermomechanical and thermal processes. Variants of Brinkman-type fluid models of heat transfer processes for compressible and incompressible media are obtained as a result of the analysis of the general equations of motion of the space–time continuum. In particular, the equations of thermoelasticity, thermohydrodynamics, Navier-Stokes equations for compressible and incompressible media, Darcy equations, Brinkman equations are obtained.

In the present work, we aim to estimate the effective storage and loss moduli of bristled fiber composite material (modified composites), where the surfaces of fibers are radially grown or coated with nanostructures such as nanowires, nanorods, or carbon nanotubes (fuzzy fiber). We use the Eshelby integral formula, which plays a fundamental role in the micromechanics of composite materials and especially in gradient models of micromechanics that allow one to describe the scale effects. In a two-phase composite system, the use of an integral formula in the framework of a generalized self-consistent scheme allows accurate closed-form solutions of effective properties for the interphase layer and for the composite as a whole. We employ a variant of generalized Eshelby's homogenization method to deduce effective damping properties of multilayer nanostructured fiber composites where one layer is highly heterogeneous with respect to its mechanical response strain gradients. The novelty of the work lies in the fact of treating the ZnO nanowires and CNT "fuzzy" layers by the gradient model that consequently allows us to consider the extra gradient coefficient or internal length in relation to other constitutive and geometric parameters of the composite to definition of its overall mechanical and dynamical properties and functionality.