.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Открытый доступ
Только для подписчиков
Применение принципов цифрового материаловедения для изучения и анализа структуры конструкционных композиционных материалов
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-8-10-20
Аннотация
Рассмотрены перспективные методы анализа структуры композиционных материалов на основе применения принципов цифрового материаловедения. На примере исследования композиционной реакционно-спеченной керамики показано, что численные параметры лакунарности, масштабной инвариантности, фрактальной размерности и энтропии Вороного позволяют информативно проводить сравнительную оценку однородности структурных составляющих материала. Полученные результаты можно использовать для обоснования функциональных преимуществ композитов.
Об авторах
М. А. МарковРоссия
Д. т. н.
Санкт-Петербург
А. Г. Чекуряев
Россия
Санкт-Петербург
О. A. Ремизова
Россия
С. С. Злыгостев
Россия
Санкт-Петербург
А. Н. Беляков
Россия
К. т. н.
Санкт-Петербург
А. Н. Николаев
Россия
К. т. н.
Санкт-Петербург
Д. А. Дюскина
Россия
Санкт-Петербург
А. Д. Быкова
Россия
К. т. н.
Санкт-Петербург
М. М. Сычев
Россия
Д. т. н.
Санкт-Петербург
Список литературы
1. Sychov, M. M. Digital materials science: numerical characterization of steel microstructure / M. M. Sychov, A. G. Chekuryaev, S. P. Bogdanov, P. A. Kuznetsov // Lecture Notes in Networks and Systems. ― 2022. ― Vol. 422. ― P. 159‒169. DOI: 10.1007/978-981-19-0379-3_15.
2. Chekuryaev, A. G. Digital characteristics of microstructure of diamond‒silicon carbide composites / A. G. Chekuryaev, M. M. Sychov, S. N. Perevislov, V. N. Ulanov // Ceramics. ― 2023. ― Vol. 6, № 2. ― P. 1067‒1077. DOI: 10.3390/ceramics6020063.
3. Chekuryaev, A. G. Analysis of the structure of composite systems by means of fractal characteristics using the BaTiO3‒fullerenol‒CEPVA system as an example / A. G. Chekuryaev, M. M. Sychov, S. V. Myakin // Phys. Solid State. ― 2021. ― Vol. 63. ― P. 789‒795. DOI: 10.1134/S1063783421060032.
4. Chekuryaev, A. G. Analysis of microstructure and fractal characteristics of polymer based dielectric composites with graphene-modified barium titanate filler by box-counting method / A. G. Chekuryaev, M. M. Sychov, S. V. Mjakin [et al.] // Glass Physics and Chemistry. ― 2022. ― Vol. 48, № 6. ― P. 659‒663. DOI: 10.1134/S1087659622600892.
5. Беляков, А. Н. Современные материалы и их применение при конструировании высокотемпературных изделий для специального машиностроения / А. Н. Беляков, М. А. Марков, И. Н. Кравченко [и др.] / Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 5. ― С. 69‒79.
6. Belyakov, A. N. Investigation of the reaction-sintered B4C‒SiC materials produced by hot slip casting / A. N. Belyakov, M. A. Markov, A. G. Chekuryaev [et al.] // Glass Phys. Chem. ― 2023. ― Vol. 49. ― P. 306‒313. DOI: 10.1134/S1087659623600060.
7. Sychev, M. M. Fractal characterization of microstructure of materials and correlation with their properties on the basis of digital materials science concept chapter in the book «Fractal analysis – applications and updates» / M. M. Sychev, A. G. Chekuryaev, S. V. Myakin // Intech Open Publishers. ― 2023. ― P. 1‒28. DOI: 10.5772/intechopen.1002602.
8. Цыганков, В. Н. Вычисление фрактальной размерности при обработке изображений цифровой субтракционной ангиографии / В. Н. Цыганков, А. И. Гончаров // Медицинская визуализация. ― 2014. ― № 1. ― С. 118‒123.
9. Khlyupin, A. N. Fractal analysis of the 3D microstructure of porous materials / A. N. Khlyupin, O. Y. Dinariev // Technical Physics. ― 2015. ― Vol. 60, № 6. ― P. 805‒810. DOI: 10.1134/S1063784215060109.
10. Макаренко, К. В. Фрактальный анализ микроструктур графитизированных чугунов / К. В. Макаренко, Д. А. Илюшкин // Вестник Брянского государственного технического университета. ― 2016. ― № 1. ― С. 34‒43. DOI: 10.12737/18185.
11. Kozlov, G. V. Fractal model of reinforcement of polymer/carbon nanotube nanocomposites with ultra-low nanofiller concentrations / G. V. Kozlov, I. V. Dolbin, O. I. Koifman // Report of the Academy of Sciences. ― 2019. ― Vol. 486, № 1. ― P. 39‒43. DOI:10.1134/S1028335819050021.
12. Novikov, D. V. Self-organization of phase clusters in uniformly disordered polymer composite materials / D. V. Novikov // Solid State Physics. ― 2018. ― Vol. 60, № 9. ― P. 1829‒1833. DOI:10.1134/S1063783418090251.
13. Брылкин, Ю. В. Фрактальная оценка наноструктур поверхностей основных конструкционных материалов / Ю. В. Брылкин, А. Л. Кусов // Всероссийский журнал научных публикаций. ― 2013. ― № 4 (19). ― С. 21, 22.
14. Чалых, А. Е. Методы определения фрактальной размерности полимерных дисперсных систем / А. Е. Чалых, В. К. Герасимов, О. В. Горшкова, О. В. Стоянов // Вестник технологического университета. ― 2016. ― Т. 19, № 18. ― С. 18‒24.
15. Stajcic, I. Microstructure of epoxy-based composites: fractal nature analysis / I. Stajcic, A. Stajcic, C. Serpa [et al.] // Fractal Fract. ― 2022. ― Vol. 6. ― Article 741. DOI: 10.3390/fractalfract6120741.
16. Масловская, А. Г. Расчет скейлинговых характеристик рэм-изображений доменных структур сегнетоэлектриков методом фрактальной параметризации / А. Г. Масловская, Т. К. Барабаш // Вестник Амурского государственного университета. ― 2011. ― № 55. ― С. 35‒42.
17. Bormashenko, E. Characterization of self-assembled 2D patterns with voronoi entropy / E. Bormashenko, M. Frenkel, A. Vilk [et al.] // Entropy. ― 2018. ― Vol. 20, № 12. ― Article 956. DOI: 10.3390/e20120956.
18. Senthil, V. Voronoi cell volume distribution and configurational entropy of hard-spheres / V. Senthil Kumar, V. Kumaran // The Journal of Chemical Physics. ― 2005. ― Vol. 123, № 11. ― Article 114501. DOI: 10.1063/1.2011390.
19. Weaire, D. Soap, cells and statistics ― random patterns in two dimensions / D. Weaire, N. Rivier // Contemporary Physics. ― 1984. ― Vol. 25, № 1. ― P. 59‒99. DOI: 10.1080/00107510802703116.
20. Schneider, C. A. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis / C. A. Schneider, W. S. Rasband, K. W. Eliceiri // Nature Methods. ― 2012. ― Vol. 9, № 7. ― P. 671‒675. DOI: 10.1038/nmeth.2089.
21. Schindelin, J. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis / J. Schindelin, I. Arganda-Carreras, E. Frise [et al.] // Nature Methods. ― 2012. ― Vol. 9, № 7. ― P. 676‒682. DOI: 10.1038/nmeth.2019.
22. Abramoff, M. D. Image Processing with ImageJ / M. D. Abramoff, P. J. Magalhães, S. J. Ram // Biophotonics international. ― 2004. ― Vol. 11, № 7. ― P. 36‒42.
23. Belyakov, A. N. Study of the structural, physical, and mechanical characteristics of reaction-sintered silicon carbide ceramics / A. N. Belyakov, M. A. Markov, I. N. Kravchenko [et al.] // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. ― 2023. ― Vol. 52, Suppl. 1. ― P. S74‒ S81. DOI: 10.3103/S1052618823090029.
24. Markov, M. A. Development of novel ceramic construction materials based on silicon carbide for products of complex geometry / M. A. Markov, A. V. Krasikov, I. N. Kravchenko [et al.] // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. ― 2021. ― Vol. 50, № 2. ― P. 158‒163. DOI: 10.3103/S1052618821020096.
25. Беляков, А. Н. Сравнительное исследование методов получения карбидкремниевых керамических материалов / А. Н. Беляков, М. А. Марков, Д. А. Дюскина [и др.] / Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 6. ― С. 13‒26.
26. Государственная регистрация программы для ЭВМ № 2023663731 Российская Федерация. Программный комплекс для анализа структуры материала (ПК «АнСМат») / Ремизова О. А., Злыгостев С. С., Чекуряев А. Г. ― № 2023662565 ; заявл. 16.06.2023 ; опубл. 27.06.2023 ; Бюл. № 7.
27. Иудин, Д. И. Фракталы: от простого к сложному / Д. И. Иудин, Е. В. Копосов. ― Нижний Новгород : ННГАСУ, 2012. ― 200 с.
28. Чумак, О. В. Энтропии и фракталы в анализе данных / О. В. Чумак. ― Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2011. ― 164 с.
29. Иванова, В. С. Синергетика и фракталы. Универсальности механического поведения материалов / В. С. Иванова, П. P. Кузеев, М. М. Закирничная. ― Уфа : Изд-во УГНТУ, 1998. ― 363 с.
30. Божокин, С. В. Фракталы и мультифракталы : уч. пособие / С. В. Божокин, Д. А. Паршин. ― Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. ― 128 с.
31. Дресвянников, А. Ф. Фракталы и их прикладной аспект : методические указания / А. Ф. Дресвянников, М. Е. Колпаков. ― Казань : Казанский гос. технол. ун-т., 2006. ― 28 с.
32. Meisel, L. V. Box-counting multifractal analysis / L. V. Meisel, M. Johnson, P. J. Cote // Physical Review A. ― 1992. ― Vol. 45, № 10. ― P. 6989‒6996. DOI: 10.1103/PhysRevA.45.6989.
33. Feder, J. Fractals / J. Feder. ― New York : Plenum Press, 1988. ― 283 p.
34. Kaye, B. H. A random walk through fractal dimensions / B. H. Kaye. 2nd ed. ― New York : VCH, 1994. ― 419 p.
35. Gefen, Y. Geometric implementation of hypercubic lattices with noninteger dimensionality by use of low lacunarity fractal lattices / Y. Gefen, Y. Meir, A. Aharony // Physical Review Letters. ― 1983. ― Vol. 50. ― P. 145‒148. DOI: 10.1103/PhysRevLett.50.145.
36. Plotnick, R. E. Lacunarity indices as measures of landscape texture / R. E. Plotnick, R. H. Gardner, R. V. O'Neill // Landscape Ecol. ― 1993. ― Vol. 8. ― P. 201‒211. DOI: 10.1007/BF00125351.
37. Dong, P. Lacunarity for Spatial Heterogeneity Measurement in GIS / P. Dong // Geographic Information Sciences. ― 2000. ― Vol. 6, № 1. ― P. 20‒25. DOI: 10.1080/10824000009480530.
38. Medvedev, N. N. The algorithm for three-dimensional voronoi polyhedral / N. N. Medvedev // Journal of Computational Physics. ― 1986. ― Vol. 67, № 1. ― P. 223‒229. DOI: 10.1016/0021-9991(86)90123-3.
39. Anikeenko, A. V. Implementation of the Voronoi ‒ Delaunay method for analysis of intermolecular voids / A. V. Anikeenko, M. G. Alinchenko, V. P. Voloshin [et al.] // Lecture Notes in Computer Science. ― 2004. ― P. 3045. DOI: 10.1007/978-3-540-24767-8_23.
40. Shannon, C. E. A mathematical theory of communication / C. E. Shannon // The Bell System Technical Journal. ― 1948. ― Vol. 27, № 3. ― P. 379‒423.
41. Беляков, А. Н. Исследование структуры и физико-механических характеристик реакционно-спеченных материалов B4C‒SiC / А. Н. Беляков, М. А. Марков, С. Н. Перевислов [и др.] / Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 2. ― С. 29‒33.
42. Markov, M. A. High-temperature bending tests of reaction-sintered silicon carbide-based ceramic materials / M. A. Markov, S. N. Vikhman, A. N. Belyakov [et al.] // Russian Journal of Applied Chemistry. ― 2023. ― Vol. 96, № 1. ― P. 16‒20. DOI: 10.1134/S1070427223010032.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Марков М.А., Чекуряев А.Г., Ремизова О.A., Злыгостев С.С., Беляков А.Н., Николаев А.Н., Дюскина Д.А., Быкова А.Д., Сычев М.М. Применение принципов цифрового материаловедения для изучения и анализа структуры конструкционных композиционных материалов. Новые огнеупоры. 2024;(8):10-20. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-8-10-20
For citation: Markov M.A., Chekuryaev A.G., Remizova O.A., Zlygostev S.S., Belyakov A.N., Nikolaev A.N., Dyuskina D.A., Bykova A.D., Sychev M.M. Applying the principles of digital materials science to study and analysis the structure of structural composite materials. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2024;(8):10-20. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-8-10-20
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.