Индекс Пресса Ðîññèè: 83836
Композиты и наноструктуры
ISSN 1999-7590
(Composites and Nanostructures)
Научно-технический журнал
http://www.issp.ac.ru/journal/composites/
Учредители:
ИФТТ РАН
ООО «Научно-техническое предприятие
«Вираж-Центр»
Редакция: ИФТТ РАН
Ðîññèÿ, 142432, ã. Черноголовка Московской îáë.
Òåë./Ôàêñ: +7(49652)22493
http://www.issp.ac.ru
Ведущий редактор: Нелли Анатольевна Прокопенко
Издательство:
ООО НТП «Вираж-Центр»
Ðîññèÿ, 105264, Ìîñêâà, óë. Верхняя Первомайская,
ä. 49, êîðï. 1 офис 401.
Почтовый àäðåññ: Ðîññèÿ, 105043, Ìîñêâà, à/ÿ 29
Òåë.: 7 495 780-94-73
http://www.machizdat.ru
e-mail: virste@dol.ru
Директор журнала
М.А.Мензуллов
В¸рстка
А.А.Мензуллов
Отпечатано: ООО «РПЦ ОФОРТ» г. Москва, пр-кт
Áóä¸ííîãî, 21
Заказ ¹
Тираж 100
Цена договорная
Журнал зарегистрирован Федеральной службой по
надзору в сфере связи и массовых коммуникаций.
Свидетельсво о регистрации средства массовой информации
¹ ÔÑ77-33449 от 08.10.2008.
Авторы опубликованных материалов несут полную ответственность
за достоверность привед¸нных сведений, а также за наличие
в них данных, не подлежащих открытой публикации. Материалы
рецензируются.
Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов,
публикуемых в журнале, осуществляются только с
разрешения редакции.
На первой стр. обложки: Рис. 10. Сетчатая структура
экспериментальной композитной секции фюзеляжа
самолета.
АНИЗОГРИДНАЯ КОМПОЗИТНАЯ СЕТЧАТАЯ СЕКЦИЯ
ФЮЗЕЛЯЖА ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЕТА
Èçäà¸òñÿ с 2009 ã.
Главный редактор
С.Т. Милейко
ä-ð òåõí. íàóê, ïðîô., ИФТТ ÐÀÍ, Россия
Редакционная коллегия
М.И. Алымов
чл.-корр. РАН, ИМЕТ РАН, Россия
Р. А. Андриевский
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ИПХФ ÐÀÍ, Россия
Ю.О. Бахвалов
д-р техн. наук, ГКНПЦ им. Хруничева, Россия
С.И. Бредихин
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ИФТТ ÐÀÍ, Россия
Л.Р. Вишняков
д-р техн. наук, ИПМ НАНУ, Украина
Â. Â. Викулин
проф., ФГУП ОНПП «ТЕХНОЛОГИЯ»
В.М. Кийко
канд. техн. наук, ИФТТ РАН, Россия
Ю.Р. Колобов
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ïðîô., ÁåëÃÓ, Россия
В.И. Костиков
чл.-корр. РАН, МИСИС, Россия
А.М. Куперман
ä-ð òåõí. íàóê, ИХФ РАН èì. Í.Í. Ñåì¸íîâà, Россия
С.В. Ломов
д-р техн. наук, профессор Католического Университета, Л¸вена, Бельгия
С.А. Лурье
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ВЦ ÐÀÍ, Россия
Б.Е. Победря
ä-ð ôèç.-ìàò. íàóê, ïðîô., МГУ èì. Ì.Â. Ломоносова, Россия
В.Г. Севастьянов
д-р хим. наук, ИОНХ РАН, Россия
А.В. Серебряков
ä-ð òåõí. íàóê, ïðîô., ИФТТ ÐÀÍ, Россия
A.R. Bunsell
проф., Франция
K. Chawla
проф., США
T-W. Chou
проф., США
George C. Sih
проф., США
Shanyi Du
проф., Китай
T. Ishihara
проф. Япония
A. Kelly
проф., Великобритания
A. Koyama
проф. Япония
W.M. Kriven
проф., США
L.M. Manocha
проф., Индия
V.M. Orera
проф., Испания
H. Schneider
проф., Германия
K. Schulte
проф., Германия
M. Singh
проф., США
H.D. Wagner
проф., Израиль
1
Стр.1
Composites and Nanostructures
http://www.issp.ac.ru/journal/composites/
ISSN 1999-7590
Editor-in-Chief:
Professor S.T. Mileiko,
Institute of Solid State Physics of RAS , Russia
Editorial Board:
Professor M.I. Alymov
A.A. Baikov
Institute of Metallurgy and Materials Science of RAS, Russia
Professor R. A. Andriyevskii
Institute of Problem of Chemical Physics of RAS, Russia
Dr Yu.O. Bakhvalov
Khrunichev State Research and Production Space Center, Russia
Dr S.I. Bredikhin
Institute of Solid State Physics of RAS , Russia
Professor A.R. Bunsell
Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris, France
Professor K. Chawla
University of Alabama, USA
Professor T-W. Chou
University of Delawere, USA
Professor T. Ishihara Japan
Professor Shanyi Du
Harbin Institute of Technology, China
Professor A. Kelly
University of Cambridge, UK
Dr V.M. Kiiko
Institute of Solid State Physics of RAS , Russia
Professor A. Koyama
Kyoto University, Japan
Professor Yu.R. Kolobov
Belgorod State University, Russia
Professor V.I. Kostikov
State Technological University «Moscow Institute of Steel and Alloys»,
Russia
Professor W.M. Kriven
The University of Illinois at Urbana-Champaign, USA
Dr. A.M. Kuperman
Institute of Chemical Physics of RAS , Russia
Professor S.V. Lomov
Katholieke Universiteit, Belgium
Professor S.A. Lurie
Dorodnicyn Computing Centre of RAS, Russia
Professor L.M. Manocha
Sardar Patle University, India
Professor V.M. Orera
Instituto de Cinicia de Materiales, Spain
Professor B.E. Pobyedrya
Lomonosov Moscow State University, Russia
Professor H. Schneider
Institute of Crystallography, University of Koeln, Germany
Professor K. Schulte
Technical University Hamburg − Hamburg, Germany
Professor George C. Sih
Lehigh University, Bethlehem, USA
Professor A.V. Serebryakov
Institute of Solid State Physics of RAS , Russia
Professor V.G. Sevastyanov
Institute of General and Inorganic Chemistry of RAS , Russia
Dr M. Sing
NASA Glenn Centre, USA
Professor V.V. Vikulin
FSUE ORPE «TECHNOLOGIYA» State Research Centre of the Russian
Federation, Russia
Dr Leon Vishnyakov
Frantsevich Insnitute for Problems of Materials Science, Ukrain
Professor H.D. Wagner
Weizmann Institute of Science, Israel
2
ISSP RAS:
2, Institutskaya str., Chernogolovka, Moscow district., Russia,
142432
Tel./Fax: +7(49652)22493
http://www.issp.ac.ru/journal/composites/
Editor: Nelli Prokopenko
Publishing House:
STE Virag-Centre LTD
49/1, Verchnyaya Pervomayskaya str., Moscow,
Russia, 105264.
Phone: 7 495 780 94 73
http://www.mashizdat.ru
Director of journal
M.A. Menzullov
Making-up
A.A.Menzullov
Subscriptions: please apply to one of the partners
of JSC «MK-Periodica» in your country or to JSC
«MK-Periodica» directly:
39, Gilyarovsky Street, Moscow Russia, 129110;
Tel: +7(495) 681-9137, 681-9763;
Fax +7(495) 681-3798
E-mail: info@periodicals.ru
http://www.periodicals.ru
(Inquire Komposity i nanostructury)
Photo on the cover: Fig. 10. A photograph of an
experimental lattice structure of a section of the fuselage.
ANISOGRID COMPOSITE LATTICE FUSELAGE SECTION
OF A COMMERCIAL AEROPLANE
Established by:
Solid State Physics Institute
Russian Academy of Sciences
(ISSP RAS)
and
Science Technical Enterprise
«Virag-Centre» LTD
Стр.2
Композиты и наноструктуры
COMPOSITES and NANOSTRUCTURES
СОДЕРЖАНИЕ
В.В.Васильев, А.Ф.Разин, В.А.Никитюк
АНИЗОГРИДНАЯ КОМПОЗИТНАЯ СЕТЧАТАЯ СЕКЦИЯ ФЮЗЕЛЯЖА ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЕТА............ 5
В статье рассматривается разработка геодезической сетчатой анизогридной (Anisogrid анизотропная сетка) конструкции
секции фюзеляжа пассажирского самолета. Описывается силовая схема конструкции, технология ее изготовления и
представлены результаты расчета, проектирования и весового анализа (с. 5-14; ил. 10).
И.В.Сергеичев, Ф.К.Антонов, А.Ю.Константинов, А.Е.Ушаков, А.А.Сафонов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ НАЛИЧИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАЧАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ ТИПА РАССЛОЕНИЙ ....................................... 15
Предложена методика оценки прочности элементов конструкций, изготовленных из композиционных материалов
(КМ) с термореактивной матрицей при наличии дефектов типа расслоений и технологических деформаций. Для
определения последних реализована математическая модель, учитывающая температурную и химическую деформацию,
выделение тепла в процессе полимеризации матрицы, изменение свойств матрицы при переходе из сверхэластичного
состояния в твердое. Проведено моделирование деформации типовой КМ заготовки с внедренным
дефектом типа расслоения. Получена количественная оценка влияния технологических деформаций и начальных
размеров дефекта на величину нагрузки, при которой начинается развитие дефекта (15-24; ил. 5).
Е.В.Голосов, М.В.Жидков, Ю.Р.Колобов
ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В СТАЛИ 12Х18Н10Т МЕТОДОМ
ТЕПЛОЙ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ÏÐÎÊÀÒÊÈ.............................................................................................................. 25
Исследована возможность формирования наноструктурированного (НС) состояния в аустенитной стали 12Х18Н10Т
методом поперечно-винтовой прокатки в сочетании с продольной прокаткой. Показано, что в определенных
температурно-скоростных условиях деформации формируется НС структура с высокой долей большеугловых границ
зерен. Демонстрируется возможность получения прутков диаметром 8 мм с улучшенными механическими свойствами
(25-34; èë. 5).
Димитриенко Þ.È., Сборщиков Ñ.Â., Соколов À.Ï., Гафаров Á.Ð. , Садовничий Ä.Í.
ЧИСЛЕНННОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК СФЕРОПЛАСТИКОВ ........................................................................................................................... 35
Представлены результаты численного конечно-элементного моделирования процессов микроразрушения полимерных
материалов, наполненных микросферами. Моделирование осуществляется на основе конечно-элементного решения
локальных задач на ячейке периодичности для сред с повреждаемостью, постановка которых обусловлена применением
метода асимптотического осреднения периодических структур. Проведен детальный анализ полей тензоров концентрации
напряжений в матрице и наполнителях. В качестве критерия прочности матрицы и микросфер использован модифицированный
критерий прочности Писаренко-Лебедева. Проведено численное исследование процесса последовательного
микроразрушения сферопластика вплоть до полного его разрушения. Проведено экспериментальное исследование
упругих и прочностных характеристик эпоксидных сферопластиков, которое показало, что результаты численного
моделирования обеспечивают достаточно высокую точность прогноза эффективных упруго-прочностных свойств композитов
(35-51; èë. 7).
Систер Â.Ã., Иванникова Å.Ì., Ломакин Ñ.Ì., Новокшонова Ë.À., Бревнов Ï.Í., Шилкина Í.Ã., Ямчук À.È.
ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЮЧЕСТИ КОМПОЗИЦИЙ ПОЛИПРОПИЛЕНА С ГИДРООКИСЬЮ
МАГНИЯ И СЛОИСТЫМ ÍÀÍÎÑÈËÈÊÀÒÎÌ............................................................................................................... 52
Изучены особенности горения композиций полипропилена, содержащих гидроокись магния и нанонаполнитель - слоистый
силикат. Основные параметры горючести композиций полипропилена определены с использованием кон-калориметра.
Обнаружен эффект синергизма в снижении горючести полипропилена, проявляемый при комплексном использовании
слоистого наносиликата и гидроокиси магния (52-59; èë. 3).
Душин Ì.È., Коган Ä.È., Хрульков À.Â., Гусев Þ.À.
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОРИСТОСТИ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ÎÁÇÎÐ) .............................................................................................................. 60
Рассмотрены причины образования пористости в изделиях из полимерных композиционных материалов, изготовленных
автоклавным и безавтоклавными методами, даны рекомендации по ее снижению (60-71; ил. 3).
© ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2013
3
¹ 3
2013
Стр.3
¹ 3
2013
Композиты и наноструктуры
COMPOSITES and NANOSTRUCTURES
CONTENS
V.V.Vasiliev, A.F.Razin, V.A.Nikityuk
ANISOGRID COMPOSITE LATTICE FUSELAGE SECTION OF A COMMERCIAL AEROPLANE ....................................... 5
The paper is concerned with the development of the geodesic composite lattice fuselage section of a commercial airplane. A
load carrying structure of the section and the manufacturing process are described along with the results of design, strength
and weight analysis (p. 5-14; fig. 10).
I.V.Sergeichev, F.K.Antonov, A.Yu.Konstantinov, A.E.Ushakov, A.A.Safanov
EVALUATION OF STRENGTH OF COMPOSITE STRUCTURES WITH TECHOLOGICAL
DISTORTIONS AND INITIAL DELAMINATIONS............................................................................................................... 15
A method of analysis of strength of structures made of composites with thermoreactive polymer matrix containing technological
distortions and initial delaminations is suggested. To calculate technological strains and distortions, a thermomechanical model
of composite has been implemented into a finite element code, which includes thermo- and chemical-strains, heat yield during
polymerization and change in the material properties at the transition from superelastic state to solid one. Deformation of a
typical composite structure with an embedded flaw defect has been modeled taking. A qualitative dependence of the crack
growth initiation load on combined effect of the distortions and the initial defect size has been obtained (p. 15-24; fig. 5).
E.V.Golosov, M.V.Zhidkov, Yu.R.Kolobov
FORMATION OF NANOSTRUCTURE IN 18-10 STAINLESS STEEL BY WARM HELICAL ROLLING ............................... 25
A possibility of the formation of nanostructure in an austenitic 18-10 stainless steel as a result of helical rolling in combination
with lengthwise rolling is studied. It is shown that under certain temperature/strain-rate conditions, nanostructure with high
angle grain boundaries is formed. Austenitic 18-10 stainless steel with nanostructure demonstrates high mechanical properties
(p. 25-34; fig. 5).
Yu.I.Dimitrienko, S.V.Sborshchikov, A.P.Sokolov, B.R.Gafarov, D.N.Sadovnichiy
COMPUTER AND EXPERIMENTAL STUDY MODELING OF FAILURE OF MICRO-SPHERE FILLED COMPOSITE ........ 35
Results of computer simulation finite-element based and analysis are presented for processes of microdamage of polymer materials
filled with microspheres. The simulation means finite-element approximate solving the local problems over a periodicity cell for
media with damage, the statement of which is based on applying the asymptotic averaging method for periodic structures.
Analysis has been conducted in detail for stress concentration tensor fields in a matrix and fillers. As a criterion of strength of the
matrix and microspheres, the modified Pisarenko-Lebedev model has been used. Computational investigation has been conducted
for the process of sequential microdamaging of the composite up to its final fracture. Experiments have been performed to observe
elastic and strength characteristics of epoxy sphere-plastics, which show that the results of computational simulation provide a
high accuracy of prediction of the effective elastic-strength properties of composites (p. 35-51; fig. 7).
V.G.Sister, E.M.Ivannikova, S.M.Lomakin, L.A.Novokshonova , P.N.Brevnov, N.G.Shilkina, A.I.Yamchuk
А STUDY OF FLAMMABILITY OF POLYPROPYLENE COMPOSITIONS WITH MAGNESIUM HYDROXIDE
AND LAYERED SILICATE ......................................................................................................................................................................52
Combustion characteristics of polypropylene compositions with magnesium hydroxide and a layered silicate nanofiller are
studied. The key burning behavior parameters of polypropylene compositions are evaluated with the use of cone calorimeter.
It is discovered the synergistic effect on polypropylene flame retardation by the complex addition of the layered silicate
nanofillers and magnesium hydroxide (p. 52-59; fig. 3).
M.I.Dushin, D.I.Kogan, A.V.Hrulkov, Y.A.Gusev
ÐOROSITY FORMATION IN POLYMER MATRIX COMPOSITES (REVIEW) ..................................................................... 60
Reasons for porosity formation in polymer matrix composites produced by autoclave and non-autoclave methods are examined.
There are also given some recommendations for porosity reduction (p. 60-71; fig. 3).
4
© ИФТТ РАН «Композиты и íàíîñòðóêòóðû». 2013
Стр.4