Объектом исследования является микроструктура стекло-базальтовых пластиковых композитных труб и взаимосвязь между их фрактальной размерностью и физико-механическими свойствами. Метод. Исследование включает проведение физических экспериментов по измерению и анализу свойств стеклопластиковых и стекло-базальтопластиковых композитных труб. Эксперименты включают испытания на прочность, модуль упругости, разрушение, изгиб и другие механические характеристики. Результаты. В статье рассматривается возможность моделирования микроструктуры стекло-базальтовых пластиковых композитных труб с помощью 3D-фрактального анализа. Массовый состав труб: 70% ровинга и 30% связующего вещества. Оценка фрактальной размерности микроструктуры проводилась в масштабе 300 мкм с акцентом на границах между структурными элементами (волокнистой матрицей и эпоксидным компонентом труб). Была установлена однозначная зависимость между фрактальной размерностью стекло-базальтовых волокон в трёхмерном пространстве, межфазными границами в двумерном пространстве и прочностью на разрыв, прочностью на сжатие и модулем Юнга. С увеличением фрактальной размерности стекло-базальтовых волокон с 2,055 до 2,245 и межфазных границ с 1,228 до 1,415 наблюдалось улучшение физико-механических свойств труб. Увеличение длины и фрактальной размерности границ раздела указывает на более высокие затраты энергии при разрушении трубы, что приводит к улучшению прочностных характеристик. Рассчитанные математические модели позволяют с удовлетворительной практической точностью прогнозировать физико-механические свойства стекло-базальтовых композитных труб на основе фрактального анализа микроструктуры.
The object of research is the microstructure of glass-basalt plastic composite pipes and the relationship between its fractal dimensionality and the physical-mechanical properties. Method. The study involves conducting physical experiments to measure and analyze the properties of glass-fiber-reinforced and glass-basalt-fiber-reinforced composite pipes. The experiments include testing for strength, modulus of elasticity, fracture, bending, and other mechanical characteristics. Results. The paper explores the potential for modeling the microstructure of glass-basalt plastic composite pipes using 3D fractal analysis. The material composition of the pipes by mass was 70% roving and 30% binder. An evaluation of the fractal dimensionality of the microstructure was carried out at a scale representation of 300 μm, focusing on the boundary interfaces between the structural elements (fiber matrix and epoxy component of the pipes). A one-to-one correspondence was established between the fractal dimensionality of glass-basalt fibers in 3D space, the interfacial boundaries in 2D space, and the tensile strength, compressive strength, and Young’s modulus. An increase in the physical-mechanical properties of the pipes was observed with the rise in the fractal dimensionality of the glass-basalt fibers from 2.055 to 2.245 and the interfacial boundaries from 1.228 to 1.415. The increase in the length and fractal dimensionality of the interfacial boundaries indicates higher energy expenditure during pipe fracture, thus leading to improved strength properties. The calculated mathematical models allow for the prediction of the physical-mechanical properties of glass-basalt plastic composite pipes with satisfactory practical accuracy based on the fractal analysis of the microstructure.
Предпросмотр статьи
