Учет влажностного состояния полимерных материалов при разработке моделей машинного обучения

Приведены результаты исследования зависимости упругопрочностных свойств ненаполненных эпоксидных полимеров от влагосодержания на примере 18 различных составов. Проанализированы возможные эффекты, связанные с изменением содержания свободной влаги в структуре полимерной матрицы, в том числе изменение характера поведения под нагрузкой с хрупкого на вязкотекучий с кратным увеличением относительной деформации при разрыве, а также квазиохрупчивание, проявляющееся в устранении или уменьшении на кривой деформирования участка вынужденных высокоэластических деформаций. Помимо формы, соответствующей близкой к линейной зависимости изменения предела прочности, и модуля упругости при растяжении от влагосодержания с максимальным уровнем в области W~0%, выявлены другие формы взаимосвязи рассматриваемых показателей: с локальным максимумом значений в области оптимального влагосодержания, отличным от W~0%; c участками плато в окрестностях обоих предельных влажностных состояний. Продемонстрирована схожесть эффектов, возникающих в областях влагосодержания W~0% для образцов эпоксидных полимеров, как в контрольном состоянии, так и после длительного климатического старения. Сформулирована гипотеза, касающаяся существования общего для эпоксидных полимеров паттерна изменения характера зависимости механической прочности от влагосодержания в процессе натурного климатического старения. На основе совместного анализа кривых зависимости упругопрочностных показателей от влагосодержания выполнен отбор наиболее представительных составов эпоксидных полимеров для проведения натурных исследований с целью формирования обучающих наборов данных для модели машинного обучения, прогнозирующей изменение упругопрочностных свойств полимерных материалов под действием факторов окружающей среды.

Д.Р. НИЗИН^1,2, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Т.А. НИЗИНА^1,2, д-р техн. наук, профессор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
В.П. СЕЛЯЕВ^1,2, д-р техн. наук, профессор, академик РААСН (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
И.П. СПИРИН^1,2, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (430005, Республика Мордовия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68)
² Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный проезд, 21)

1. Климатические испытания строительных материалов / Под общ. ред. проф. О.В. Старцева, проф. В.Т. Ерофеева, проф. В.П. Селяева. М.: АСВ, 2017. 558 с.
2. Низина Т.А., Селяев В.П., Низин Д.Р. Климатическая стойкость эпоксидных полимеров в умеренно континентальном климате: Монография. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2020. 188 с.
3. Каблов Е.Н., Старцев В.О., Лаптев А.Б. Старение полимерных композиционных материалов. М.: НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ, 2023. 536 с.
4. Каблов Е.Н., Старцев О.В., Кротов А.С., Кириллов В.Н. Климатическое старение композиционных материалов авиационного назначения. I. Механизмы старения // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 11. С. 19–27. EDN: MWLDUB
5. Каблов Е.Н., Старцев В.О. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных композиционных материалов по данным отечественных и зарубежных источников (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 2. С. 47–58. EDN: UOPPLH. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2018-0-2-47-58
6. Низина Т.А., Селяев В.П. Материальная база вуза как инновационный ресурс развития национального исследовательского университета. Долговеч-ность строительных материалов, изделий и конструкций: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Саранск, 2014. С. 115–121. EDN: TLXKDD
7. Lettieri M., Frigione M. Natural and artificial weathering effects on cold-cured epoxy resins // Journal of Applied Polymer Science. 2011. Vol. 119. Iss. 3, pp. 1635–1645. EDN: OCERWP. https://doi.org/10.1002/app.32835
8. Collins T.A. Moisture management and artificial ageing of fibre reinforced epoxy resins // Composite Structures 5. Elsevier applied science. 1989, pp. 213–239. https://doi.org/10.1007/978-94-009-1125-3_9
9. Startseva L.T., Panin S.V., Startsev O.V., Krotov A.S. Moisture diffusion in glass-fiberreinforced plastics after their climatic ageing // Doklady Physical Chemistry. 2014. Vol. 456. No. 1, pp. 77–81. https://doi.org/10.1134/S0012501614050054
10. Liao K., Tan Y.-M. Influence of moisture-induced stress on in situ fiber strength degradation of unidirectional polymer composite // Composites Part B: Engineering. 2001. Vol. 32. No. 4, pp. 365–370. EDN: ANGLSV. https://doi.org/10.1016/S1359-8368(01)00011-7
11. Старцев В.О., Плотников В.И., Антипов Ю.В. Обратимые эффекты влияния влаги при определении механических свойств ПКМ при климатических воздействиях // Труды ВИАМ. 2018. №  5. С. 110–118. EDN: XOGMXJ. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-5-110-118
12. Maxwell A.S., Broughton W.R., Dean G., Sims G.D. Review of accelerated ageing methods and lifetime prediction techniques for polymeric materials // NPL Report DEPC MPR 016. 2005.
13. Старцев В.О., Панин С.В., Старцев О.В. Сорбция и диффузия влаги в полимерных композитных материалах с ударными повреждениями // Механика композитных материалов. 2015. № 6. С. 1081–1094. EDN: VDTDJT
14. Низин Д.Р., Низина Т.А., Селяев В.П., Климентьева Д.А., Канаева Н.С. Изменение влагосодержания образцов эпоксидных полимеров в условиях натурного климатического старения. Климат-2021: Современные подходы к оценке воздействия внешних факторов на материалы и сложные технические системы: Материалы VI Всероссийской научно-технической конференции. М., 2021. С. 41–52. EDN: PWFFUZ
15. Низина Т.А., Низин Д.Р., Канаева Н.С., Климентьева Д.А., Порватова А.А. Влияние влажностного состояния на кинетику накопления повреждений в структуре образцов эпоксидных полимеров под действием растягивающих напряжений // Эксперт: теория и практика. 2022. № 1. С. 37–45. EDN: YNWSZW. https://doi.org/10.51608/26867818_2022_1_37
16. Каблов Е.Н., Старцев О.В., Кротов А.С., Кириллов В.Н. Климатическое старение композиционных материалов авиационного назначения. III. Значимые факторы старения // Деформация и разрушение материалов. М., 2011. № 1. С. 34–40. EDN: NTCCMB
17. Низин Д.Р., Низина Т.А., Селяев В.П., Спирин И.П. Моделирование влияния влагосодержания на эксплуатационные свойства эпоксидных полимеров с учетом натурного климатического старения. Полимерные композиционные материалы и производственные технологии нового поколения: VII Всероссийская научно-техническая конференция. М., 2023. С. 171–194. EDN: KSAZMW
18. Каблов Е.Н., Старцев О.В., Кротов А.С., Кириллов В.Н. Климатическое старение композиционных материалов авиационного назначения. II. Релаксация исходной структурной неравновесности и градиент свойств по толщине // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 12. С. 40–46. EDN: NCJYQZ
19. Низин Д.Р., Низина Т.А., Селяев В.П., Спирин И.П. Анализ влияния климатических факторов на изменение физико-механических характеристик полимерных материалов с учетом их влагосодержания. Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТМТ-2023: Сборник научных трудов Восьмой международной научно-практической конференции. М.: ООО»Мегаполис», 2023. С. 275–279. EDN: WNABWL