Разработки в области северного и арктического материаловедения для промышленности Республики Саха (Якутия)
https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-4-627-640
Аннотация
Представлен обзор исследований в области северного и арктического материаловедения, включая фундаментальные принципы и эмпирические подходы к созданию новых материалов для повышения целостности, безопасности и ресурса сложных технических систем, эксплуатируемых в экстремальных климатических условиях. Представлены основополагающие принципы создания материалов с заданной структурой на различных уровнях организации и масштабах, построения теоретических и численных моделей, выбора оптимальных соотношений составляющих и технологических переделов для получения заданного комплекса свойств – коррозионной стойкости, износо-, хладо- и морозостойкости, прочности и пластичности, – для обеспечения работоспособности и ресурса машин и конструкций в экстремальных условиях Арктики и Субарктики.
Ключевые слова
сталь,
композит,
полимер,
морозостойкость,
износостойкость,
разрушение,
вязко-хрупкий переход,
многоуровневое моделирование,
структурно-системный подход
При поддержке: Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук (проект № FWRS-2021-0039) и при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (№ FSRG-2023-0026) и РНФ (№ 22-13-20056).
Об авторах
В. В. Лепов
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН
Россия
Россия
ЛЕПОВ Валерий Валерьевич, доктор технический наук, главный научный сотрудник
ResearcherID: F-9875-2011
Scopus Author ID: 6508081764
РИНЦ AuthorID: 1747
г. Якутск
А. А. Охлопкова
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
Россия
Россия
ОХЛОПКОВА Айталина Алексеевна, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник
ResearcherID: A-6594-2014
Scopus Author ID: 57856
г. Якутск
Список литературы
1. Жуков В.В., Карпов А.А., Карпов И.А и др. Анализ трендов перспективных материалов для нефтегазовой отрасли. PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. 2022;7(3):136–147. https://doi.org/10.51890/2587-7399-2022-7-3-136-147
2. Lepov V., Petrov N., Pavlov N. System analysis of the modern materials and technologies in power engineering and industry for the Russian North and Arctic. AIP Conference Proceedings. 2023;2552(1):080026. https://doi.org/10.1063/5.0112831
3. Ларионов В.П., Ковальчук В.А. Хладостойкость и износ деталей машин и сварных соединений . Новосибирск: Наука, Сибирское отделение; 1976. 207 с.
4. Ларионов В.П. Сварка и проблемы вязкохрупкого перехода. Новосибирск: СО РАН; 1998. 593 с.
5. Григорьев А.В., Лепов В.В. Надежность и ресурс технических систем в экстремальных условиях эксплуатации Арктики и Субарктики: железно дорожный транспорт . Новосибирск: СО РАН; 2018. 112 с.
6. Бузник В.М. Арктическое материаловедение. Томск: Издательский дом Томского государственного университета; 2018. 44 с.
7. Qader I. N., Kök M., Dagdelen F., Y. Aydoğdu e. A review of smart materials: researches and applications. El-Cezeri . 2019;6(3):755–788. https://doi.org/10.31202/ecjse.562177
8. Lepov V.V., Petrov N.A., Prokhorov D.V., et al. Concept of integrity, reliability and safety of energy and transport systems for cold climate regions. E3S Web of Conferences. 2020;209:05009. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020905009
9. Hughes T.J.R. Multiscale phenomena: Green’s functions, the Dirichlet-to-Neumann formulation, subgrid scale models, bubbles and the origins of stabilized methods. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1995;127(1-4):387–401. https://doi.org/10.1016/0045-7825(95)00844-9
10. Лепов В.В. и др. Многоуровневое иерархическое эволюционное моделирование процессов разрушения материалов. Вычислительные технологии . 2008;13(3):315–322.
11. Панин В.Е., Егорушкин В.Е. Деформируемое твердое тело как нелинейная иерархически организованная система. Физическая мезомеханика. 2011; 14(3):7–26.
12. Weinan E., Bjorn E., Zhongyi H. Heterogeneous multiscale method: a general methodology for multiscale modeling. Physical Review B. 2003;67(9):092101. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.092101
13. Fish J., Wagner G.J., Keten S. Mesoscopic and multiscale modelling in materials. Nature Materials. 2021; 20:7740786. https://doi.org/10.1038/s41563-020-00913-0
14. Лепов В.В., Бисонг С.М., Голых Р.Н. Многоуровневый подход к моделированию процессов разрушения материалов с субмикроструктурой, применимых в условиях Арктики и Субарктики. Природные ресурсы Арктики и Субарктики . 2023;28(1):156–171. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-1-156-171
15. Efendiev Ya., Hou Th.Y. Multiscale finite element methods: theory and applications. NY: Springer New York; 2009. 234 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-09496-0
16. Акимова М.П., Шарин П.П. Структура алмазосодержащего материала на основе карбида вольфрама с пропиткой расплавом эвтектики железо – углерод. Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. 2022;24(3):25–32. https://doi.org/10.15593/2224-9877/2022.3.03
17. Солнцев Ю.П., Ермаков Б.С., Слепцов О.И. Материалы для низких и криогенных температур. Санкт-Петербург: Химиздат; 2008. 767 с.
18. Lepov V., Arkhanelskaja E., Achikasova V. Kinetics of brittle fracture in metals under the influence of hydrogen. Procedia Structural Integrity. 2019;20:24–29. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.12.110
19. Sleptsov O.I., Sivtsev M.N., Sleptsov G.N., et al. Slow destruction of welded joints during welding at naturally low temperatures condition. Welding International. 2020;34(1-3):40–44. https://doi.org/10.1080/09507116.2021.1918477
20. Ivanov A.M. Low-temperature fracture of low-alloy steel after severe plastic deformation. Russian Engineering Research. 2020;40(1):33–37. https://doi.org/10.3103/S1068798X20010098
21. Okhlopkova A.A., Sleptsova S.A., Nikiforova P.G., et al. Main directions for research on the development of tribotechnical composites used in the Arctic Regions (Experience of North-Eastern Federal University in Yakutsk). Inorganic Materials: Applied Research. 2019;10(6):1441– 1447. https://doi.org/10.1134/S2075113319060157
22. Petrova N.N., Portnyagina V.V., Mukhin V.V., et al. Preparation and improved physical characteristics of propylene oxide rubber composites. Molecules. 2018;23(9):2150. https://doi.org/10.3390/molecules23092150
23. Sokolova M.D., Davydova M.L., Shadrinov N.V. The modification of rubber compounds with nanodisperse graphites. International Polymer Science and Technology . 2015; 42(3):27–30. https://doi.org/10.1177/0307174X1504200306
24. Старцев О.В., Лебедев М.П. Температура стеклования и характеристические температуры α-перехода аморфных полимеров на примере полиметилметакрилата. Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2018;60(4S):3–16. https://doi.org/10.1134/S2308112019010073
25. Бузник В.М. и др. Фторполимерные материалы. Томск: Изд-во НТЛ; 2017. 600 с.
26. Kirillina I.V., et al. Nanocomposites based on polytetrafluoroethylene and ultrahigh molecular weight polyethylene: A brief review. Bulletin of the Korean Chemical Society . 2014;35(12):3411–3420. https://doi.org/10.5012/bkcs.2014.35.12.3411
27. Kapitonov E.A., Petrova N.N., Mukhin V.V., et al. Enhanced physical and mechanical properties of nitrile-butadiene rubber composites with N-cetylpyridinium bromide-carbon black. Molecules. 2021;26(4):805. https://doi.org/10.3390/molecules26040805
28. Мухин В.В. и др. Исследование работоспособности резин на основе эпихлоргидринового каучука в углеводородной среде в условиях холодного климата. Каучук и резина . 2018; 77(5):314–319.
29. Shadrinov N.V. Effect of thermal aging on deformation properties of nitrile-butadiene rubber: atomic force microscopy data. Inorganic Materials: Applied Research. 2019;10(1):53–57. https://doi.org/10.1134/S2075113319010283
30. Охлопкова А.А. и др. Модификация полимеров ультрадисперсными соединениями. Якутск: Изд-во СО РАН; 2003. 222 с.
31. Petrova N.N., Jungkeun Lee, Portnyagina V.V., et al. Antiswelling and frost-resistant properties of a zeolite-modified rubber mechanical seal at low temperature. Bulletin of the Korean Chemical Society. 2015;36(2): 464–467. https://doi.org/10.1002/bkcs.10075
32. Danilova S.N., Yarusova S.B., Kulchin Y.N., et al. UHMWPE/CaSiO 3 Nanocomposite: mechanical and tribological properties. Polymers . 2021;13(4):570. https://doi.org/10.3390/polym13040570
33. Spiridonov A.M., Sokolova M.D., Fedoseeva V.I., et al. Adsorption complexes ‘zeolite–cationic surfactant’: properties and surface activity in a polymer composite material based on ultra-high-molecular-weight polyethylene. Materials Today Chemistry. 2021;(20):100441. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2021.100441
34. Borisova R.V., Spiridonov A.M., Okhlopkova T.A., et al. Bromination of UHMWPE surface as a method of changing adhesion to nanoparticles. Materials Today Communications. 2018;14:65–71. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2017.12.014
35. Охлопкова А.А., Виноградов А.В., Пинчук Л.С. Пластики, наполненные ультрадисперсными неорганическими соединениями. Гомель: ИММС НАНБ; 1999. 164 с.
36. Черский И.Н. Применение фторопласта-4 в уплотнительных узлах, работающих при низких температурах. Физико-технические проблемы транспорта на Севере: Сборник трудов. Якутск: ИФТПС СО АН СССР; 1971:93–107.
37. Vasilev A.P., Struchkova T.S., Nikiforov L.A., et al. Mechanical and tribological properties of PTFE composites with carbon fiber and layered silicate fillers. Molecules . 2019;24(2):224. https://doi.org/10.3390/molecules24020224
38. Nebogatikova N.A., Antonova I.V., Prinz V.Ya., et al. Fluorinated graphene dielectric films obtained from functionalized graphene suspension: preparation and properties. Physical Chemistry Chemical Physics. 2015;17(20):13257– 13266. https://doi.org/10.1039/C4CP04646C
39. Smagulova S.A., Egorova M.N., Tomskaya A.E., Kapitonov A.N. Synthesis of carbon dots with tunable luminescence. Journal of Material Science&Engineering . 2017;6(5):1000376. https://doi.org/10.4172/2169-0022.1000376
40. Alexandrov G.N., Smagulova S.A., Kapitonov A.N., et al. Thin partially reduced oxide-graphene films: structural, optical, and electrical properties. Nanotechnologies in Russia. 2014;9(7-8):363–368. https://doi.org/10.1134/S1995078014040028
41. Nikolaev D.V., Evseev Z.I., Smagulova S.A., Antonova I.V. Electrical Properties of Textiles Treated with Graphene Oxide Suspension. Materials. 2021;14(8):1999. https://doi.org/10.3390/ma14081999
Рецензия
Для цитирования:
Лепов В.В., Охлопкова А.А. Разработки в области северного и арктического материаловедения для промышленности Республики Саха (Якутия). Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2023;28(4):627-640. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-4-627-640
For citation:
Lepov V.V., Okhlopkova A.A. Materials Science of the North and the Artic for the industry of the Republic of Sakha (Yakutia). Arctic and Subarctic Natural Resources. 2023;28(4):627-640. (In Russ.) https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-4-627-640
Просмотров:
246
Послать статью по эл. почте 