книги / Методические указания по проведению научно-исследовательской работы для студентов бакалавриата по направлению 22.03.01 Материаловедение и технологии материалов

	1 1k1l1	(r ) 2 2 k2l2	(r ) i3 j3 m3 n3	(r ) i4 j4 m4 n4	(r ) .	(6.35)

— двухточечная моментная функция четвертого порядка.

Интеграл в (6.34) вычисляется аналогично вышеизложенному (6.21)

и (6.28).

Представим моментную функцию (6.35) в интервале [-1,1] равномерно сходящимся рядом по системе сферических функций n n

																					i j m n										i j m n													(				r r												)
																Ki1 j1 m1											n1		,i3					j3 m3 n3
																					2			2		2		2				4				4		4				4
																														i1 j1m1n1																i3 j3m3n3
																																																													r , r																	.			(6.36)
																																											,i4 j4m4n4																												n n
																					0									i2 j2m2n2
Подставляя (6.16) и (6.36) в (6.34), после соответствующих
преобразований получаем
													p 2												p 2														J
												i1k1l1, j1												i2k2l2, j2																		1 1 1 1 J															2 2 2 2
																																								j																	j
												n j																(n						1				i1				ni												1				) 3											ni			n n j
					V								1								i1 1																				1								1								1														1			1		2
							n j2						i2 2													(n 2 i2 j2 ni2																							2 j2) 3 ni2 n 2 n j2
															1 1									1 1				2		2 2 2
						{							S																									r									,									n																	S
																									,																, r																		n					n					n
																														2k2l						2														r r							1				2
									S 0						1 1k1l1													2
													S							1				1		2					2 2 2																																					S 1
										3												1		1																									,r
																						1	k1l1			,					2k2l2							r , r																	n 2			n n
																			1									2
		n				n				n n																				1								1
				1					1											S						S							1			1				2 2											2 2												,r													S 1					(6.37)
																																			k1l1
									r																														,							2k				2l2					r ,r										n 1 n n
																													1				1									2
	n					n																															1								1
				1					n n
								1											S S 1														S									1	1									2			2			2 2																		S 2
								r																																										,
																																					1 1k1l1															2 2k						2l2					r , r								n n
													n 1 n 1 n n																							n 2 n 2																				n n
																								r																											r
											1																																													n n														2				n n				2
S			S			1		1 1				2 2 2 2																												S 1										1													1
									k1l1			,				2k2l2								r , r					n n																											r																		r
						1	1						2
																		sin								sin dr dr d d d d

Интегрируем (6.37) последовательно по модулям векторов и по углам. В результате получаем:

21

( p)(2), j	( p)(2), j		2	J i1 1 j		J 1	1	J i2 2 j		2	J		2
i1k1l1 1		i2k2l2		1	1	1 1		2				2 2		2
														(6.38)
		1 1 1 1 1 1k1l1 2 2 2 2 2 2k2l2
Момент третьего			порядка			функционала						( p)(2) во втором

приближении вычисляется аналогично и имеет вид:

p 2

p 2

p 2

,

j

i2k2l2

,

j

2

,

j

i1k1l1

1

i3k3l3

3

J i1 1 j1 1 J 1 1 1 1 J i2 2

j2 2 J

2 2 2 2

J i3 3 j3 3

J

3 3 3 3

(6.39)

1 1 1 1 1 1k1l1 2 2 2 2 2 2k2l2 3 3 3 3 3 3k3l3

Анализ полученных формул (6.38), (6.39) и расчёт моментов более высокого порядка показал, что случайный функционал (p)(2) во втором приближении аппроксимируется формулой

p 2		J		J
			j							k l .	(6.40)
,	j	i1 1	1 1		1		1	1	1 1 1	1 1 1 1
i1k1l1	1			1 1

Изложенным выше методом были вычислены моменты различных порядков случайного функционала ( p) в третьем и последующих

приближениях. Ввиду громоздкости выкладок приведем здесь только окончательный результат, вытекающий из анализа расчёта моментов и полученных выше результата (6.32) и (6.40). Приведенный анализ показал,

что функционал ( p) можно аппроксимировать бесконечным рядом

( p)
ikl	J			j J
		j kl r J				kl ...
x j	i 1	1 1 1	i 1	1	1 2 1 2 1 1 1 1	2 2	(6.41)

J i 1 j 1 J 1 2 1 2 ...J K 1 K K 1 K 1 1 1 1 2 2 2 2 ... k k kl .

Полученное явное представление функционала в виде (6.41) имеет смысл, если ряд сходится к конечному пределу.

Таким образом, в данной работе разработан общий метод решения краевой задачи микромеханики композитов, позволяющий определять

22

эффективные свойства и поля деформирования как при малых, так и при конечных дисперсиях свойств среды.

6.4 Перечень ожидаемых научных результатов

Предполагается получить данные по математическому прогнозированию эффективных свойств квазиизотропных композитов: модуля Юнга, модуля объемного сжатия, модуля сдвига в широком диапазоне объемной концентрации армирующих включений с целью рационального выбора характеристик армирующих элементов и его объемного наполнения.

При изучении дисциплины студентам целесообразно выполнять следующие рекомендации:

1.Изучение учебной дисциплины должно вестись систематически.

2.После изучения какого-либо раздела по учебнику или конспектным материалам рекомендуется по памяти воспроизвести основные термины, определения, понятия раздела.

3.Особое внимание следует уделить выполнению отчетов по практическим занятиям и оформлению рефератов.

4.Изучение дисциплины осуществляется в течение одного семестра, график изучения дисциплины определяется рабочей программой.

5.Вся тематика вопросов, изучаемых самостоятельно, задается на лекциях преподавателем. Им же даются источники (в первую очередь вновь изданные в периодической научной литературе) для более детального понимания вопросов, озвученных на лекции.

Тематика для самостоятельной работы студентов при освоении дисциплины:

Тема 1.Организация научно-исследовательских работ в Российской Федерации (научные организации, фонды, система грантов). Законодательная база Российской Федерации в области научноисследовательских работ. Система научных степеней и званий, аттестация научных кадров.

Тема 2. Постановка цели научно-исследовательской работы. Выбор задач. Выявление новизны и формирование значимости получаемых результатов. Поиск научнотехнической информации по исследуемой тематике.

Тема 3. Организация теоретических и экспериментальных исследований. Выбор системы измерений. Выбор использования технических средств или программных продуктов для проведения исследований.

Тема 4. Методы проведения научно-исследовательских работ. Методы анализа и представления результатов научно-исследовательских работ. Методы и способы системной организации и анализа результатов научно-исследовательских работ. Использование современных информационно-коммуникационных технологий, глобальных

23

информационных ресурсов в научно-исследовательской деятельности. Применение современных прикладных программ по оценке напряженнодеформированного состояния конструкций из композиционных материалов.

Тема 5. Выбор темы индивидуальной научно-исследовательской работы. Формулирование задания на выполнение научно-исследовательской работы.

Тема 6. Проведение научных исследований согласно поставленной цели и выделенным задачам. Выбор методики проведения исследований.

Тема 7. Представление результатов теоретических и экспериментальных исследований индивидуальной научноисследовательской работы. Методы обработки экспериментальных данных и оценки результатов экспериментов

Тема 8.Требования к представлению результатов научноисследовательских работах. Формирование научно-технических отчётов по результатам научно-исследовательских работ. Оформление результатов в форме статей или тезисов доклада для участия в конференциях.

Возможные темы научных рефератов:

1.Изготовление композиционной оснастки для выкладки изделий из полимерных композитных материалов.

2.Расчет напряженно-деформированного состояния крупногабаритного вентилятора из стеклопластика.

3.Структурно-неоднородные модели и численный анализ температурных полей ледопородного массива в процессе проходки шахтных стволов.

4.Анализ научно-технической информации по трубопроводам общего и специального назначения их волокнистых композиционных материалов.

5.Уточненный прочностной анализ элементов геологических сооружений в массивах осадочных пород.

6.Проектирование модифицированных уплотнительных элементов из терморасширенного графита.

7.Проектирование новых типов уплотнительных элементов из терморасширенного графита.

8.Расчет эффективных механических свойств многослойных панелей с сотовым заполнителем из композиционных материалов.

9.Исследование влияния повреждений на механические свойства многослойных панелей из композиционных материалов.

10.Проектирование и разработка макета воздухозаборника авиационного двигателя ПД-14.

11.Разработка герметичных камер сгорания из C/SiC композитов, получаемых с использованием паро-жидкофазного метода.

12.Разработка комбинированных методов силицирования крупногабаритных изделий из углерод-углеродных композиционных

материалов, базирующихся на жидкофазных методах силицирования и применении процесса капиллярной конденсации паров кремния.

24

13.Исследование методов сохранения формы углерод-углеродных деталей на режимах термохимической обработки.

14.Разработка комплекта круглотканых многослойных каркасов для теплозащиты отсека летательного аппарата.

15.Разработка технологии изготовления каркаса оболочки радиопрозрачного обтекателя.

16.Разработка высокопроизводительной технологии и оснастки для изготовления изделий изуглерод-углерод композиционного материала

17.Разработка и выбор технологии изготовления нагревателей электровакуумных печей из углерод-углеродного композиционного материала и графита для литейного производства.

18.Анализ конструкторско-технологической схемы изготовления трубчатых элементов из углепластика на основе высокомодульных углеродных волокон для ферменных конструкций космического аппарата.

19.Сравнительная оценка разрабатываемых прототипов новых конструкций усиленных параболических рефлекторов из композиционных материалов.

20.Разработка элементов соединений углепластиковых труб применительно к силовой раме жидкостного ракетного двигателя».

21."Проектирование перекрывающей створки реверсивного устройства авиационного двигателя.

22.Проектирование створки капота мотогондолы перспективного авиационного двигателя.

23.Проектирование перегородки из композиционного материала для воздухозаборника двигательной установки ПД-14.

24.Исследование физико-механических и теплофизических характеристик углепластиков с полимерными эпоксидными матрицами.

25.Антикоррозионная защита конструктивных элементов компрессорной техники.

26.Лабораторно-экспериментальная обработка опытных образцов эластомеров дорожно-транспортного назначения.

27.Разработка прогрессивной технологии изготовления углепластиковых деталей.

6.5 Подбор литературных источников

С современным состоянием развития и результатами научных исследований по направлению «Материаловедение и технологии материалов» можно ознакомиться по публикациям в рецензируемых научных изданиях (ISSN):

AUDITORIUM (2312-4180)

Авиационные материалы и технологии (2071-9040)

Биотехносфера (2073-4824)

Бутлеровские сообщения (2074-0212)

25

Вектор науки Тольяттинского государственного университета (20735073)

Вестник Брянского государственного технического университета

(1999-8775)

Вестник Иркутского государственного технического университета

(1814-3520)

Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова (1995-2732)

Вестник МГТУ «Станкин» (2072-3172)

Вестник Московского авиационного института (0869-6101)

Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение» (0236-3941)

Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (2223-9731)

Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета «Машиностроение, материаловедение» (2224-9877)

Вестник РГАТА им. П.А. Соловьева (2073-8072)

Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки» (1991-4592)

Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия

«Металлургия» (1990-8482, 2411-0906)

Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез»

(0202-3822)

Вопросы материаловедения (1994-6716)

Вопросы ядерной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы (2414-1038)

Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии (1999-494Х)

Заготовительные производства в машиностроении (кузнечнопрессовое, литейное и другие производства) (1684-1107)

Известия Волгоградского государственного технического университета (1990-5297)

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники (1609-3577)

Известия высших учебных заведений. Нефть и газ (0445-0108)

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки (2072-3059)

Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) (1998-9849)

Известия Юго-Западного университета. Серия Техника и технологии

(2223-1528)

Инженерный журнал: наука и инновации (2308-6033)

26

Конструкции из композиционных материалов – межотраслевой научно-технический журнал (2073-2589)

Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением (0234-8241)

Литейное производство (0024-449Х)

Литейщик России (1684-1085)

Машиностроение и инженерное образование (1815-1051)

Металлообработка (1684-6702)

Механика композиционных материалов и конструкций (1029-6670)

НАНОИНДУСТРИЯ (1993-8578)

Наука и образование (2073-8129)

Наукоемкие технологии в машиностроении (2223-4608)

Научно-технические ведомости СПбГПУ (1994-2354)

Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства (2223-7097)

Нефтегазовое дело (2073-0128)

Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) (1994-6309)

Огнеупоры и техническая керамика (0368-7290)

Перспективные материалы (1028-978Х)

Письма о материалах (2218-5046)

Ползуновский вестник (2072-8921)

Проблемы машиностроения и автоматизации (0234-6206)

Проблемы черной металлургии и материаловедения (1997-9258)

Производство проката (1684-257Х)

Расплавы (0235-0106)

Ремонт, восстановление, модернизация (1684-2561)

Российский вестник дентальной имплантологии (2220-4180)

Российский журнал биомеханики (2409-6601)

Сварка и Диагностика (2071-5234)

Справочник. Инженерный журнал (0203-347Х)

Технология легких сплавов (0321-4664)

Технология машиностроения (1562-322Х)

Титан (2075-2903)

Труды ВИАМ (2307-6046)

Тяжелое машиностроение (1024-7106)

Университетский научный журнал (2222-5064)

Упрочняющие технологии и покрытия (1813-1336)

Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета (2076-4359)

ФОТОНИКА (1993-7296)

27

Фундаментальные проблемы современного материаловедения (18111416)

Экология и промышленность России (1816-0395)

Кроме того, для подбора литературных источников следует использовать научные статьи, монографии и учебные пособия из библиографического списка [1-54].

6.6 Требования к оформлению и способам представления результатов

Результаты должны быть оформлены в форме отчета по научноисследовательской работе в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32–2001 «Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления».

Страницы не обводятся в рамках, поля не отделяются чертой. Размеры полей не менее: левого – 30 мм, правого – 10 мм, верхнего – 20 мм и нижнего – 20 мм. Нумерация страниц отчета - сквозная: от титульного листа до последнего листа приложений. Номер страницы на титульном листе не проставляют. Номер страницы ставят в центре нижней части листа, точка после номера не ставится. Страницы, занятые таблицами и иллюстрациями, включают в сквозную нумерацию.

Объем отчета по практике должен быть не менее 20 страниц (без учета приложений) машинописного текста (шрифт 14пт, Times New Roman, через 1 интервал). Отчет должен быть отпечатан на формате А4 и подшит в папку. Описания должны быть сжатыми. Объем приложений не регламентируется.

Титульный лист является первым листом отчета, не нумеруются, но входят в общее количество страниц. Титульный лист отчета оформляется по установленной единой форме, приводимой в приложении. За титульным листом в отчете о научно-исследовательской работе помещается содержание, основная часть, заключение, список литературы, приложения. Основная часть включает 2-3 главы и разбивку на параграфы.

Разделы отчета нумеруют арабскими цифрами в пределах всего отчета. Наименования разделов должны быть краткими и отражать содержание раздела. Переносы слов в заголовке не допускаются.

Цифровой материал необходимо оформлять в виде таблиц. Каждая таблица должна иметь номер и тематическое название. Таблицу следует помещать после первого упоминания о ней в тексте.

Приложения оформляют как продолжение отчета. В приложении помещают материалы, не вошедшие в основной текст отчета.

Основные результаты исследования целесообразно представить в форме статьи для периодического научного издания. В приложении, в качестве примера, приведена научная статья Козловой А.В., Никулина С.М.

28

и Кустова О.Ю. «Экспериментальное определение акустических характеристик высокопористого ячеистого углеродного материала» [7].

6.7 Сроки выполнения

Сроки выполнения исследований соответствуют периоду обучения в бакалавриате по направлению 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов». Основную часть исследования планируется провести во время научно-исследовательской работы в 8 семестре обучения. Результаты исследований рекомендуются к использованию при написании выпускной квалификационной работы.

Заключение

Данные рекомендации предназначены для вырабатывания навыков у студентов и магистров направления 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов» выбора актуальной темы научно– исследовательской работы в области прогнозирования упругих и прочностных свойств квазиизотропных композитов, освоения методов решения краевых задач микромеханики композитов, проведения теоретических и экспериментальных исследований, повышения уровня знаний в области структурной механики композитов. При этом для того, чтобы разобраться в поставленной задаче требуется глубоко изучить постановку проблемы, предложенный подход к решению задачи, провести подробный анализ литературы и изложенных выше материалов. В конечном итоге авторы надеются, что по данным методическим указаниям Вы получите новые научные результаты и опубликуете Вашу работу в форме научного доклада или статьи в одном из реферируемых журналов.

Библиографический список

Основная литература

1.Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты = ReinforcingFibersandFibrousPolymericComposites / К. Е. Перепелкин.—

Санкт-Петербург : Науч. основы и технологии, 2009 .— 479 с.

2.Буслаев В.С. Вариационное исчисление. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. – 148 с.

3.Вильдеман В.Э, Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов. — М.: Наука, 1997. — 288 с.

4.Волков С.Д., Ставров В.П. Статистическая механика композитных материалов. – Минск.: БГУ, 1978. — 205 с.

5.Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике /

Ю.А. Михайлин .— Санкт-Петербург : Науч. основы и технологии, 2013 .— 715 с.

29

6.Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление : производственник для вузов / Л.Э. Эльсгольц .— 5-е изд .— Москва :

УРСС, 2002 .— 319 с.

7.Козлова А.В., Никулин С.М., Кустов О.Ю. Экспериментальное определение акустических характеристик высокопористого ячеистого углеродного материала // Master’s Journal. – 2016. – №2. – С. 99 – 103.

8.Конструкционные материалы : полный курс : учебное пособие / М.Ф. Эшби, Д. Р. Х. Джонс .— Долгопрудный : Интеллект, 2010 .— 671 с.

9.Конструкционные пластики – микроструктура, характеристики, применения : учебно-справочное руководство : пер. с англ. /

Н.Миллс.— Долгопрудный : Интеллект, 2011 .— 509 с.

10.Краткая энциклопедия по структуре материалов : пер. с англ. / Х.И. Ааронсон [и др.] ; Под ред. Д. В. Мартина.— Москва : Техносфера, 2011 .— 607 с.

11.Линейные уравнения в частных производных : производственное пособие / С.Г. Михлин .— М. : Высш. шк., 1977 .— 431 с.

12.Материаловедение : учебник для втузов / Г. М. Волков, В.М. Зуев .— 2-е изд., перераб .— Москва : Академия, 2012 .— 446 с.

13.Механика и технология композиционных материалов: учебносправочное руководство / С. Л. Баженов. — Долгопрудный :

Интеллект, 2014 .— 326 с.

14.Механическое поведение конструкционных материалов : пер. с нем. : учебное пособие / И. Реслер, Х. Хардерс, М. Бекер .— Долгопрудный

: Интеллект, 2011 .— 502 с.

15.Остаточные напряжения в слоистых композитах : монография / Ю.П. Трыков [и др.] ; Волгоградский государственный технический университет .— Москва : Металлургиздат, 2010 .— 237 с.

16.Пантелеев А.В. Вариационное исчисление в примерах и задачах. - М.:

Изд-во МАИ, 2000. - 227 с 17.Паньков А.А. Статистическая механика пьезокомпозитов. Пермь.:

ПермГТУ, 2009. — 480 с.

18.Перспективные композиционные и керамические материалы : учебное пособие / В. Б. Кульметьева, С. Е. Порозова, А. А. Сметкин ; Пермский национальный исследовательский политехнический университет .— Пермь : Изд-во ПНИПУ, 2013 .— 275 с.

19.Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. — М:МГУ, 1984. — 336 с.

20.Полимерные композиционные материалы : учебное пособие / А.Н. Бобрышев, В. Т. Ерофеев, В. Н. Козомазов ; Ассоциация строительных вузов .— Москва : Изд-во АСВ, 2013 .— 474 с.

21.Полимерные композиционные материалы. Прочность и технология / С. Л. Баженов [и др.] .— Долгопрудный : Интеллект, 2010 .— 347 с.

30