Краткое содержание курса лекций,

форма промежуточной аттестации по дисциплине 

Занятия лекционного  типа, ак. час

(1 лекция = 2 ак.часа)

Физика полимеров (Чертович А.В.)

Лекция 1. История науки о полимерах. Модели полимерных молекул, механизмы гибкости, идеальная полимерная цепь. Распределение расстояния между концами цепи, свободная энергия и энтропийная упругость. Сшитые полимерные сетки, резины. Упругость при одноосной деформации резин, расхождение теории и эксперимента, разрушение сеток.

Лекция 2. Взаимодействия в полимерных системах. Вириальное разложение, характерные значения вириальных коэффициентов, потенциал Леннард-Джонса. Цепь с исключенным объемом. Переход клубок-глобула. Плохой и хороший растворители, термочувствительные полимеры, эффект сонерастворимости.

Лекция 3. Концентрационные режимы полимерных систем. Теорема Флори. Динамика и вязкость в полимерных системах. Модель Рауза и модель Зимма. Концепция зацеплений, размеры трубки зацеплений и теория рептаций. Кривая ползучести. Вязкоупругость.

Лекция 4. Фазовое расслоение. Энтропия смешения, свободная энергия в теории Флори-Хаггинса. Спинодальный и бинодальный распад, фазовая диаграмма, критическая точка. Расслоение в смесях блок-сополимеров, различные фазы и способы их определения. Образование мицелл, их морфология.

8

Химическая физика композиционных материалов (Баженов С.Л.)

Лекция 1. Введение. Классификация материалов. Металлы, керамики, полимеры, композиты. Напряженное состояние. Основы теории упругости. Напряжение, деформация. Закон Гука. Коэффициент Пуассона. Нормальные и сдвиговые деформации.
Лекция 2. Теоретическая прочность. Концентрация напряжения. Теория Гриффитса. Вязкость разрушения. Хрупкость. Предел текучести и предел прочности. Твердость материалов. Свойства тонких волокон. Влияние температуры на вязкость разрушения.
Лекция 3. Волокнистые, слоистые и дисперсно упрочненные композиты. Стеклянные, борные, углеродные, графитовые и арамидные волокна. Материалы матрицы и механические свойства волокон. Совместимость матрицы и волокон. Механические свойства композиционных материалов.
Лекция 4. Композиционные материалы на полимерных матрицах: стеклопластики, бороволокниты, органоволокниты, карбоволокниты. Композиционные материалы на металлических матрицах, из керамики, силикатных стекол и углеродных материалов. Дисперсно-наполненные композиты.

8

Основы технологии переработки полимеров и полимерных композитов (Ольхов А.А.)

Лекция 1. Технология получения изделий на основе термопластичных полимеров методом экструзии. Физико-химические основы метода экструзии, экструзионное оборудование, основные технологические характеристики экструзии, полимеры, перерабатываемые методом экструзии, технологическая оснастка для экструзии.

Лекция 2. Технологические характеристики термопластичных полимеров и полимерных композитов. Методы измерения технологических характеристик. Входной контроль сырья. Реактопласты и нанесение покрытий. Современные способы получения волокон

(гель-формование, спин-коутинг) и мембран (фазовая инверсия, полив).

Лекция 3. Литье под давлением изделий на основе термопластичных полимеров методом литья под давлением. Физико-химические основы метода литья под давлением, литьевое оборудование, основные технологические характеристики литья под давлением, полимеры, перерабатываемые методом литья под давлением, технологическая оснастка для литья под давлением.

Лекция 4. Прессование изделий на основе термопластичных полимеров методом термопрессования. Физико-химические основы метода прессования, оборудование для прессования, основные технологические характеристики процесса прессования, полимеры, перерабатываемые методом термопрессования, технологическая оснастка для переработки методом прессования.

8

Методы механики сплошных сред для описания процессов деформирования и разрушения полимерных материалов (С.А. Тиман)

Лекция 1

- Основные типы структур полимерных материалов. Полимерные кристаллы, аморфные, частично-кристаллические полимерные материалы.

- Области температур стеклования и плавления полимерных материалов. Стеклообразное и резиноподобное (высокоэластическое) состояния полимерных материалов.

- Экспериментальные методы изучения механического поведения полимерных материалов. Особенности деформирования полимерных материалов при различных условиях нагружения.

- Подходы механики сплошных сред к описанию процессов деформирования полимерных материалов. Подходы Лагранжа и Эйлера. Понятие об упругих и пластических деформациях.

- Теория упругости. Поле перемещений, градиент перемещений, тензор деформаций Лагранжа. Однородные деформации. Условие совместности деформаций. Осреднение деформаций. Деформации, сохраняющие объем материала: простой сдвиг, чистый сдвиг. Всесторонние (гидростатические) деформации.

- Теория упругости. Поверхностные и объемные силы. Тензор напряжений Коши. Условия равновесия элементарного объема. Момент сил. Симметричность тензора напряжений. Осреднение тензора напряжений.

- Теория упругости. Термодинамика деформирования, работа внешних сил. Плотность упругой энергии. Связь между напряжениями деформациями. Закон Гука. Тензор жесткостей. Изменение компонент тензора жесткостей при поворотах и симметриях декартовой системы координат.

- Теория упругости. Некоторые типы симметрии анизотропных материалов: моноклинная, ортотропная, монотропная, изотропная. Уравнения равновесия изотропных тел в перемещениях. Плоские напряжения, плоские деформации.

Лекция 2

- Понятие о полимерных композитах и методах их синтеза. Волокнистые и дисперсные композиты. Типы дисперсных наполнителей. Примеры геометрических моделей структур полимерных композитов: периодическая, неупорядоченная, модель Хашина. Понятие об адгезионном взаимодействии матрицы и наполнителя.

- Понятие об эффективных (макроскопических) модулях полимерных композитов. Теория осреднения. Простейшие оценки эффективных модулей композитов: модели Максвелла и Фойгта. Метод Эшелби. Оценки Хашина-Штрикмана. Метод Мори-Танака. Анализ допущений о характере неоднородных механических полей, использованных для построения оценок.

- Понятие о численных методах расчета эффективных упругих характеристик полимерных композитов. Вариационные численные методы. Постановка краевых задач. Формулировка и программная реализация метода конечных элементов (МКЭ) для расчета неоднородных механических полей при различных условиях нагружения. Обзор возможностей коммерческих программных пакетов для моделирования упругих свойств композитных материалов.

- Примеры численного моделирования эффективных упругих характеристик полимерных композитов различной структуры.

- Методы многомасштабного моделирования. Численное моделирование эффективных упругих свойств композита с фрактальной структурой.

Лекция 3

- Вязкоупругсть. Метод ДМА определения вязкоупругих свойств полимерных материалов. Физические причины неупругого поведения полимерных материалов при малых деформациях. Простейшие модели вязкоупругого поведения полимеров: модели Максвелла и Кельвина-Фойгта. Механический отклик простейших моделей в условиях нагружения с постоянной скоростью и крипа. Понятие о динамическом модуле и тангенсе потерь.

- Понятие о спектрах релаксации. Упруго-вязкоупругая аналогия. Численный расчет эффективных динамических модулей полимерных композитов на основе упруго-вязкоупругой аналогии.

- Моделирование механического поведения полимерных материалов при конечных деформациях. Геометрически нелинейная теория упругости. Полярное разложение градиента тензора деформаций. Различные меры деформации.

- Напряжения Коши (истинные напряжения), напряжения Пиола-Кирхгофа (инженерные напряжения). Плотность упругой энергии. Понятие о сопряженных тензорах напряжений и деформаций.

- Понятие об определяющих соотношениях. Закономерности накопления пластических деформаций. Понятие о промежуточном пластически деформированном состоянии твердого тела. Мультипликативное разложение деформационного градиента.

- Структурные изменения полимерных материалов при деформациях: переориентация “полимерных фрагментов”, аморфизация и рекристаллизация. Способы описания ориентационных изменений в полимерах.

- Сдвиговый механизм накопления пластических деформаций. Скорость пластического деформирования.

- Формулировка вязкопластической модели для моделирования механического поведения полимерных материалов при больших деформациях. Литературный обзор моделей больших вязкопластических деформаций полимерных материалов.

Лекция 4

- Численная реализация модели больших вязкопластических деформаций полимеров и полимерных композитов.

- Численное моделирование одноосного деформирования образца в форме лопатки. Описание процессов образования и распространения “шейки”.

- Численное моделирование закономерностей деформирования пористого композита регулярной структуры в условиях одноосного нагружения, чистого и простого сдвигов.

- Численное моделирование процессов деформирования и адгезионного разрушения дисперсного полимерного композита неупорядоченной структуры.

- Численное моделирования закономерностей распространения магистральной трещины в образце полимера с надрезом.

8

Нелинейные эффекты в физике полимеров (Ковалева М.А.)

Роль нелинейности в физике полимеров
Типы нелинейности. Виды волн, в том числе нелинейных. Роль нелинейных волн в структурных и фазовых переходах. Нелинейные цепные модели.
Стрела времени и парадокс Ферми-Паста-Улама. Формирование нелинейных волн в нелинейных цепях. Нелинейные волны как модель структурных дефектов в материалах. Модель Френкеля-Конторовой и дислокации

Метаматериалы
Метаматериалы и композиты: в чем отличие. Механические метаматериалы. Типы, принципы действия, характер динамики. Полосы непропускания, отрицательные эффективные физические параметры. Субволновое разрешение, акустические линзы. Примеры применения метаматериалов.

6

Групповые консультации. Презентация научного доклада. Публикация статей в научных журналах. (Трайтак С.Д.)

4

Групповые консультации. Подготовка кандидатской диссертации. (Сарвадий С.Ю.)

2

Промежуточная аттестация: кандидатский минимум по специальности 1.4.7