Предполагается, что наружные концы пружины скреплены с подложками. Приложение растягивающего усилия к подложкам вызывает упругое удлинение перемычки Lg и соскальзывание некоторой части пружины с поверхности подложек в промежуток между ними. С ростом растягивающего усилия в движение приходит все большая часть пружины, пока она не доходит до конца подложек (рис. 1b, 1с, 1d), после чего в сопротивление включается и собственная упругость пружины. Дальнейшее растяжение приводит к разрыву пружины в зазоре между подложками, когда достигается ее предельное удлинение.

Рис. 2 демонстрирует влияние адгезионной прочности на кривые растяжения для 25%-го объемного наполнения технически углеродом. Увеличение адгезионной прочности от 0.1 до 2 сохраняет разрывные деформации, на высоком уровне, близкими к максимальной величине 4.5 при одновременном значительном повышении модуля упругости. При более высокой адгезионной прочности разрывные деформации начинают быстро снижаться.

Трибоупругая структурная модель объясняет влияние микроструктурных особенностей нанокомпозитов на форму релаксационных циклов. С этой точки зрения, она может оказаться полезной для разработчиков новых нанокомпозитных материалов.

Сопутствующие публикации:

• V.V. Moshev, S.E. Evlampieva Potentiality of the triboelastic approach for clarifying the filler reinforcement mechanism in elastomers // International Journal of Solids and Structures. 2005. V. 42. P. 5129-5139.
• Мошев В.В., Евлампиева С.Е. Структурное моделирование временной зависимости эластомерных композитов, наполненных наночастицами. // Механика композиционных материалов и конструкций. 2007. Т. 13. № 3. С. 400-407.
• Мошев В.В., Евлампиева С.Е. Роль трибоупругости в формировании циклического поведения эластомерных нанокомпозитов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2008. Т. 14. № 4. С. 511-517.

Введена степенная зависимость между тензорами растяжений на макроскопическом и структурном уровнях. Показано, что термодинамическая согласованность параметров макроскопического и структурного уровней в предложенной модели выполняется автоматически. Накопленная энергия и скорость диссипации энергии, вычисленная с помощью параметров макроскопического уровня, совпадает с соответствующими величинами, вычисленными с помощью параметров структурного уровня. Несжимаемость компонентов материала на структурном уровне автоматически приводит к несжимаемости материала на макроскопическом уровне. Замкнутому циклу деформирования материала на макроскопическом уровне соответствует замкнутый цикл деформирования связующего на структурном уровне нанокомпозита.

Предложенная модель использована для описания свойств эластомерных нанокомпозитов на основе одного бутадиен-стирольного связующего и разных видов наполнителей (активных и неактивных) и разных их объемных содержаний.

Сопутствующие публикации:

• Морозов И.А., Свистков А.Л. Структурно-феноменологическая модель механического поведения резины // Механика композиционных материалов и конструкций, 2008. Т.14. №4. С. 583-597.
• Morozov I.A., Svistkov A.L. Structural-phenomenological model of the mechanical behavior of rubber // Composites: Mechanics, Computations, Applications, An International Journal. 2010. V. 1. №1. P. 63-79.
• Stoekelhuber K.W., Svistkov A.L., Pelevin A.G., Heinrich G. Impact of filler surface modification on large scale mechanics of styrene butadiene/silica rubber composites // Macromolecules. 2011. V. 44. N. 11. P. 4366-4381.

Резина способна деформироваться в несколько раз, при этом существенно изменяя свою форму. Неоднородность поля деформаций в исследуемой части образца проявляется в виде вытягивания прямых линий, нанесенных на образец, в дуги.

Для центральных частей образцов различных форм проведены численные расчеты однородности полей эквивалентных напряжений и перемещений. Таким образом была выбрана оптимальная форма образца.

Эксперименты с образцами обычной и оптимальной формы подтвердили численные расчеты. Для отслеживания однородности поля деформаций на образцы наносили линии. В результате установлено, что линии нанесенные на образец с 5-ю надрезами практически не изменяют свою форму, прямые линии во внутренней области остаются прямыми.

Синие впадины «озер», белые вершины «гор» и зеленые «равнины» дают наглядное представление об изменениях микроструктуры эмали, произошедших в результате отбеливания.

Выделение вершин/равнин/впадин в структуре рельефа позволяет отдельно анализировать эти области. В частности, было показано, что отбеливание сильнее всего разъедает зубную эмаль в области впадин, т.е. ведет к прорастанию дефектов вглубь зуба.

Сопутствующие публикации:

• Морозов И.А., Свистков А.Л., Гилёва О.С., Ерофеева Е.С. Экспериментальное исследование влияния профессионального отбеливания на микроструктуру поверхности эмали зубов // Российский журнал биомеханики. 2010. Т. 14. № 1 (47). С. 56-64.
• И.А. Морозов, А.Ю. Беляев, Р.И. Изюмов, Е.С. Ерофеева, О.С. Гилева. Экспериментальное исследование микроструктуры поверхности эмали человеческих зубов // Материаловедение. 2012. №7. С. 50-55.
• I.A. Morozov, A.L. Svistkov, O.S. Gileva, E.S. Erofeeva. Experimental investigation of the influence of bleaching on enamel surface microstructure // Russian Journal of Biomechanics. 2010. V. 14, No. 1 (47). P. 55–63
• I. A. Morozov, A. Yu. Belyaev, R. I. Izyumov, E. S. Erofeeva, O. S. Gileva. Impact of Whitening on the Microstructure of Human Tooth Enamel // Inorganic Materials: Applied Research. 2013. V. 4. N. 1. P. 71–76.

Разработанный подход включает в себя:
1. Первичную обработку изображений – разделение (сегментацию) рельефа на отдельные участки, соотносимые с включениями в связующем. Подразделение сегментов на первичные включения и микрогранулы (сгустки включений — непромесы).
2. Обработка и анализ результатов: a) определение характеристик сегментов; b) оценка однородности расположения наполнителя в связующем; c) идентификация и определение структурных свойств вторичных образований – фрактальных кластеров.

Особенностью метода является то, что исходный рельеф представляет собой трехмерную поверхность, имеющую как низменности так и возвышенности. Разработанные алгоритмы анализируют локальные особенности рельефа и позволяют идентифицировать сегменты/включения, находящиеся на разной высоте друг относительно друга. Таким образом удается получить более полную информацию о микроструктуре материала.
Результатом являются структурные характеристики материала: форма, размеры, % микрогранул, однородность распределения наполнителя по площади (объему), фрактальные свойства кластеров.

Сопутствующие публикации:

• Морозов И.А. Методика анализа микроструктуры полимерных композитов при помощи атомно-силовой микроскопии // Материаловедение. 2011. № 7. С. 34-42.
• Morozov I.A., Lauke B., Heinrich G. Quantitative microstructural investigation of carbon-black-filled rubbers by AFM // Rubber chemistry and technology. 2012. V. 85. N. 2. P. 244-263.
• Morozov I.A. Identification of primary and secondary filler structures in a polymer matrix by atomic force microscopy images analysis methods // Polymer composites. 2013. V. 43. N. 3. P. 433-442.

Рис. 1. В структуре рельефа предрастянутого НК видны тяжи, идущие по бокам разрыва к центру трещины. Распределение модуля упругости в разрыве неоднородно. Наибольшие значения достигаются на «дне» трещины, где растягивающие напряжения максимальны — материал находится в кристаллическом состоянии.
Рис. 2. Поверхность 1.3х1.3 мкм критически растянутого вулканизата, наполненного техуглеродом и глиной: адгезия, жесткость. Стрелками указаны чешуйки глины, овалами – агрегаты углерода. Макроскопическая деформация резины (и присутствие техуглерода) приводит к разрушению модифицированной глины на более мелкие фрагменты. Возможные очаги развития трещин в глине показаны пунктирными линиями.

Сопутствующие публикации:

• Морозов И.А. Атомно-силовая микроскопия нанотяжей в микроразрывах поверхности недеформированного вулканизированного натурального каучука // Каучук и резина. 2013. № 2. В печати.
• S. Rooj, A. Das, I. A. Morozov, K. W. Sto»ckelhuber, R. Stocek, G. Heinrich. Influence of ‘‘expanded clay’’ on the microstructure and fatigue crack growth behavior of carbon black filled NR composites // Composites science and technology. 2013. V. 76. P. 61-68.