Исследовательская работа «Принцип композитности»

Актуальность

Данная исследовательская работа может быть полезна в области материаловедения, а именно для изучения поведения строительных материалов в условиях вечной мерзлоты.

Цель

Выявить закономерности изменений прочностных свойств композитов в зависимости от пропорций их компонентов.

Задачи

1. Создать простейшие композиты в домашних условиях.

2. Исследовать устойчивость полученных образцов к видам нагрузок сжатие и излом.

3. Сопоставить результаты опытов и сделать выводы.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

•  Бытовая морозильная камера
•  Формы для заморозки
•  Весы
•  Видеокамера, закреплённая на штативе
•  Деревянный клин
•  Деревянные бруски (подставки под опытный образец)
•  Ботинок с прикреплённой гладкой пластиной и мягкой поролоновой накладкой (для исключения влияния неровности поверхности образца)

Описание

1. Были выбраны материалы для изготовления образцов.

2. Составлен план проведения опытов.

3. Подготовлено оборудование.

4. Проведены испытания технологии производства образцов и тестировочного оборудования, в ходе которых выявились проблемы: разрушение образцов при замораживании, обнаружение эффекта сильной зависимости результата от чистоты льда.

5. Была проведена модернизация оборудования и технологии производства опытных образцов: подбор форм для замораживания, размеров образцов и способов создания нагрузки, получение льда с минимальным количеством дефектов.

6. Проведена первая серия опытов, в которой использовались цилиндрические образцы, произведён замер нагрузки на сжатие.

7. Проведена вторая серия опытов, в которой использовались образцы в виде прямоугольных пластин, произведён замер нагрузки на излом клином из мягкого дерева на образец, уложенный на деревянные опоры.

8. Был проведён анализ полученных видеоматериалов, подведены итоги исследования.

9. Оформлены результаты.

Результаты работы/выводы

1. Созданы опытные образцы. В качестве матрицы будущего композита использован лёд. Он прост в получении, а также обладает хрупкостью и способностью крошиться, что позволит беспрепятственно зафиксировать любые изменения его физических свойств.

В качестве наполнителей будет использована вата. Таким образом, получится волокнисто-укреплённый композит.

2. Проанализирована зависимость прочностных свойств получаемого композита от пропорций входящих в него компонентов.

а) Результаты опытов на сжатие

• Чистый лёд: 40 кг нагрузка 400Н
•  ~ 30 % ватной «арматуры» 85 кг
•  ~ 50 %: 100 кг
•  ~ 80 %: 120 кг, доминирующее свойство сменилось со способности крошиться на способность к пластической деформации

б) Результаты опытов на излом

• Чистый лёд: 15 кг нагрузка составила 150Н
•  ~ 30 % «арматуры» 12 кг (хуже!)
•  ~ 50 %: 16 кг (не помогает?)
•  ~ 80 %: 52 кг, резкое увеличение прочности. При приближении к предельному значению нагрузки образец начал прогибаться, после чего надломился, но не развалился.

3. По результатам двух серий опытов получены образцы с существенным увеличением прочностных характеристик.

• Малая концентрация наполнителя нарушила целостность образца.
• Повышение концентрации повлекло за собой увеличение прочности.
• Когда наполнитель превысил процентное содержание матрицы, произошёл резкий скачок прочности, образец сменил доминирующие свойства, на смену хрупкости и твёрдости пришла мягкость и пластичность.

Перспективы использования результатов работы

Результаты исследования могут быть использованы для создания строительных материалов, устойчивых к условиям вечной мерзлоты.

Мнение автора

«Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» – очень интересное и увлекательное мероприятие. В процессе подготовки к представлению проекта я получил незабываемый опыт в вопросах подготовки презентации: оказалось трудно изложить материал проекта и в более интересном для слушателей формате, и кратко; я понимал, что выступающих много.

Считаю, что у нас всё получилось, так как нашу работу эксперты оценили высоко, спасибо!»