ВЫЧИСЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА В ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В электропроводящих композитах, помещенных в электрическое поле, происходит выделение тепла и формируются неоднородные температурные поля. Это, в свою очередь, индуцирует деформации и напряжении в таких композитах. В работе решается последовательность несвязанных краевых задач: электропроводности в поле постоянного электрического тока, теплопроводности, термоупругости. Показано, что при протекании электрического тока в медно-графитовом и наполненном порошком меди полимерном композите возникают перемещения, деформации и напряжения даже в том случае, когда компоненты композита не обладают пьезоэффектом.

Об авторах

П. А. Люкшин

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Email: petrljuk@ispms.tsc.ru
Россия, г. Томск

Б. А. Люкшин

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники; Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: lba2008@yandex.ru
Россия, г. Томск; Россия, г. Томск; Россия, г. Томск

С. В. Панин

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН; Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: svp@ispms.tsc.ru
Россия, г. Томск; Россия, г. Томск

С. А. Бочкарева

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Автор, ответственный за переписку.
Email: bochkarevas@ispms.ru
Россия, г. Томск; Россия, г. Томск

Список литературы

  1. Skelhorn D. Particulate fillers in elastomers. In: Rothon RN (ed) Particulate-filled polymer composites. 2nd ed. Shrewsbury, UK: Rapra Tec. Lim., 2003. 324 p.
  2. Hohenberger W. Fillers and reinforcements/coupling agents // Plastics Additives Handbook. 5th ed. Ed. by H. Zweifel, R. D. Maier, M. Schiller. Munich: Carl Fanser Verlag, 2001. P. 919–966.
  3. Masenelli-Varlot K., Chazeau L., Gauthier C., Bogner A., Cavaillé J.Y. The relationship between the electrical and mechanical properties of polymer–nanotube nanocomposites and their microstructure // Compos. Sci. Technol. 2009. V. 69. P. 1533–1539. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2009.01.035
  4. Hassan H.H., Nasr G.M. and El-Waily M.A. Electrical and mechanical properties of aluminum-loaded NBR composites // J. Elastomers Plastics. 2013. V. 45. P. 121–141. https://doi.org/10.1177/0095244312462160
  5. Grazioli D., Zadin V., Brandell D., Simone A. Electrochemical-mechanical modeling of solid polymer electrolytes: Stress development and non-uniform electric current density in trench geometry microbatteries // Electrochimica Acta. 2019. V. 296. P. 1142–1162. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.07.146
  6. Talin A.A., Ruzmetov D., Kolmakov A., McKelvey K., Ware N., Gabaly F. El, Dunn B., White H.S. Fabrication, testing, and simulation of all-solid-state three-dimensional Li-Ion batteries // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. V. 8. P. 32385–32391. https://doi.org/10.1021/acsami.6b12244
  7. Wang X.-S., Tang H.-P., Li X.-D., Hua X. Investigations on the mechanical properties of conducting polymer coating-substrate structures and their influencing factors. Review // Int. J. Mol. Sci. 2009. V. 10. P. 5257–5284. https://doi.org/10.3390/ijms10125257
  8. Namsheer K., Rout C.S. Conducting polymers: a comprehensive review on recent advances in synthesis, properties and applications // RSC Adv. 2021. V. 11. P. 5659–5697. https://doi.org/10.1039/d0ra07800j
  9. Kim N., Lienemann S., Petsagkourakis I., Mengistie D.A., Kee S., Ederth T., Gueskine V., Leclère P., Lazzaroni R., Crispin X., Tybrandt K. Elastic conducting polymer composites in thermoelectric modules // Nat. Commun. 2020. V. 11 (1). № 1424. P. 1–10. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15135-w
  10. Melling D., Jager E.W.H. Conducting polymers as EAPs: characterization methods and metrics // Electromechanically Active Polymers. Polymers and Polymeric. Composites: A Reference Series. Springer, 2016. P. 319–351. https://doi.org/10.1007/978-3-319-31530-0_14
  11. Mohd Radzuan N.A., Sulong A.B., Sahari J. A review of high-temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) system // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42 (14). № 6. P. 9262–9273. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.03.045
  12. Plesse C., Vidal F., Randriamahazaka H., Teyssié D., Chevrot C. Synthesis and characterization of conducting interpenetrating polymer networks for new actuators // Polymer. 2005. V. 46. P. 7771–7778. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.03.103
  13. Fu P., Liu H., Chu X. An efficient multiscale computational formulation for geometric nonlinear analysis of heterogeneous piezoelectric composite // Compos. Struct. 2017. 167. P. 191–206. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.02.005
  14. Yaghmaie R., Ghosh S. Computational modeling of finite deformation piezoelectric material behavior coupling transient electrical and mechanical fields // J. Computat. Phys. 2018. V. 373. P. 148–170. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2018.06.070
  15. Koh S.J.A., Zhou T., Li J., Zhao X., Hong W., Zhu J., Suo Z. Mechanisms of large actuation strain in dielectric elastomers // J. Polym. Sci. Part B. Polym. Phys. 2011. V. 49. P. 504–515.
  16. Mota A., Zimmerman J.A. A variational, finite-deformation constitutive model for piezoelectric materials // Int. J. Numer. Methods Eng. 2011. V. 85 (6). P. 752–767.
  17. Атабеков Г.И., Купалян С.Д., Тимофеев А.Б. и др. Теоретические основы электротехники: Учебник для студентов втузов. В 3-х частях. М.: Энергия, 1979. Ч. 2, 3. 432 с.
  18. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Л.: Энергия, 1975. Т. 2. 407 с.
  19. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Справочная книга. Л.: Энергия, 1974. 246 с.
  20. Segerlind L. Applied Finite Element Analysis. N.Y.: John Willey & Sons, 1976. = Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.
  21. Neto E.A.S., Peri’c D., Owen D.R.J. Computational methods for plasticity theory and applications. John Wiley & Sons Ltd., 2008. 816 p.
  22. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals, 7th Ed. Butterworth-Heinemann, 2013. 752 p.
  23. Гришаева Н.Ю., Люкшин П.А., Люкшин Б.А., Панин С.В., Бочкарева С.А., Реутов Ю.А., Матолыгина Н.Ю. Модификация теплофизических характеристик полимеров введением микронаполнителей // Мех. композиц. матер. констр. 2016. Т. 22. № 3. С. 342–361.
  24. Bochkareva S.A., Grishaeva N.Yu., Lyukshin B.A., Lyukshin P.A., Matolygina N.Yu., Panin S.V., Reutov Yu.A. A unified approach to determining the effective physicomechanical characteristics of filled polymer composites based on variational principles // Mech. Compos. Mater. 2019. V. 54. № 6. P. 775–788. https://doi.org/10.1007/s11029-019-9782-8

Дополнительные файлы


© П.А. Люкшин, Б.А. Люкшин, С.В. Панин, С.А. Бочкарева, 2023