Решении задач компьютерного моделирования физико-механических свойств полимерных композиционных материалов с учетом случайных факторов
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Изделия из полимерных композиционных материалов (ПКМ) применяются в различных отраслях промышленности: машиностроении, строительстве, радиоэлектронике и др. Работоспособность изделий зависит от многих факторов, в том числе от физико-механических свойств материалов, из которых они изготовлены.
Ежегодно разрабатываются десятки и сотни новых полимерных композиционных материалов. Важнейшие эксплуатационные характеристики этих материалов определяют, в основном, экспериментальными методами, что требует сложного оборудования и значительных временных и материальных затрат.
Одним из видов модификации полимеров или направленного изменения физико-механических свойств является структурное модифицирование, т.е. изменение физико-механических свойств полимера без изменения его химического состава и его молекулярной массы.
При физической модификации полимера вводятся различные наполнители, которые приводят к изменению их эксплуатационных характеристик. В завис
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………………………….. 4
1. Современное состояние и проблемы применения конструкций из полимерных композиционных материалов……………………………… 10
1.1. Проблемыпримененияконструкцийизполимерных композиционных материалов…………………………………………… 10
1.2. Компьютерное конструирование материалов………………………… 13
1.3. Надежность изделий……………………………………………………… 20
2. Методы расчета напряженно-деформированного состояния…………. 32
2.1. Математическая постановка…………………………………………….. 32
2.1.1. Аналитический метод расчета……………………………………. 33
2.1.2. Метод конечных элементов………………………………………. 34
2.2. Решение краевой задачи теории упругости…………………………… 35
2.3. Применение метода конечных элементов в решении двумерных задач теории упругости………………………………………………………… 37
2.4. Расчет распределения температуры……………………………………. 43
2.5. Устройства и способы определения работоспособности изделий 45
2.5.1. Тензометрдляизмеренияпродольнойипоперечной деформации образца……………………………………………… 45
2.5.2. Способ оценки механической работоспособности нагруженных и армированных изделий………………………………………… 47
2.5.3. Способ оценки нижней температурной границы механической работоспособности изделий из полимерных компаундов…….. 51
Выводы…………………………………………………………………………. 55
3. Прогнозированиеэффективныхфизико-механическихсвойств композиций на основе модели структурно неоднородной среды с учетом случайных факторов………………………………………………. 56
3.1. Реализация метода конечных элементов для задачи определения деформационно-прочностныхсвойствнаполненныхполимерных композиций……………………………………………………………….. 56
3.2. Определениетеплофизическихсвойствпористыхполимерных композиций……………………………………………………………….. 73
Выводы…………………………………………………………………………. 81
Заключение……………………………………………………………… 83
Список литературы…………………………………………………………….. 85
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д., Крыжановская Ю.В. Технические свойства полимерных материалов: справочник.- СПб.: Профессия, 2005.- 280 с.
2. Юртаев О.Н., Коврига В.В. ОАО Томский нефтехимический завод // Пласт. массы.- 2002.- № 4.- С. 3-5.
3. Макаров В.Г., Помещиков В.И., Синельникова Р.М., Никитина Н.Н., Гипикова Е.В., Дюльдина М.В., Серегин Д.Н. Свойства полипропилена, наполненного тальком // Пласт. массы.- 2000 .-№ 12 .- С.12-14.
4. Коваленко В.А., Кондратьев А.В. Применение полимерных композиционных материалов в изделиях ракетно-космической техники как резерв повышения ее массовой и функциональной эффективности // Авиационно-космическая техника и технология, 2011, №5 (82)
5. Власенко Ф.С., Раскутин А.Е. Применение полимерных композиционных материалов в строительных конструкциях // Труды ВИАМ: электрон. науч.- технич. журн. 2013. №8. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.viam-works.ru (дата обращения 16.03.15).
6. Corey E.J., Wipke W.T. Computer-Assisted Design of Complex Organic Synthesis. -Science, 1969, Vol. 166, P. 178-192.
7. E. J. Corey, X-M. Cheng The Logic of Chemical Synthesis. —New York: Wiley, 1995. — 436 p.
8. Джурс О.П., Айзенауэр Т. Распознавание образов в химии: Пер.с англ. М.: Мир, 1977. 248 с.
9. Савицкий Е.М. Перспективы развития металловедения. — М.: Наука, 1972.
— 128 с.
10. Савицкий Е.М., Грибуля В.Б., Киселева Н.Н. и др. Прогнозирование в материаловедении с использованием ЭВМ. –М.: Наука, 1990. - 342 с.
11. Н. Н. Киселёва, В. А. Дударев, В. С. Земсков. Компьютерные информационные ресурсы неорганической химии и материаловедения // Успехи химии. – 2010. - Т. 79. - № 2. – С. 162 – 188.
12. Киселева Н. Н. Компьютерное конструирование неорганических соединений. Использование баз данных и методов искусственного интеллекта. М. : Наука, 2005. – 288 с.
13. Поляков А. Е., Масютин В. В., Дударев В. А. Компьютерное конструирование неорганических соединений на основе интегрированной информационной системы // Прикладная Информатика. – 2012. – №4. – с.38- 43.
14. Кумсков М.И., Смоленский Е.А., Пономарева Л.А., Митюшев Д.Ф., Зефиров Н.С.Системы структурных дескрипторов для решения задачи "структура- свойство / ДАН, 1994, т.336, п.1, с.64-66.
15. Прохоров Е. И. «Нечеткое» прогнозирование свойств химических соединений: Использование нечеткой функции классификации на кластерах обучающего множества в задаче «структура – свойство», Saarbrucken, Germany: LAP Lambert Academic Publishing, 2012, – 80 с.
16. Прохоров Е. И. Адаптивная двухфазная схема решения задачи «структура – свойство»: Дис. … канд.физ-мат.наук. МГУ. Москва. 2014. – 137 с.
17. Аскадский А. А., Матвеев Ю. И. Химическое строение и физические свойства полимеров. – М.: Химия, 1983. – 248 с.
18. Аскадский А.А., Кондращенко В.И. Компьютерное материаловедение полимеров. Т. Атомно-молекулярный уровень. М.: Научный мир, 1999, -544 с.
19. Панин В.Е., Макаров П.В., Псахье С.Г. и др. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов / Под ред. В.Е. Панина. - Новосибирск: Наука, 1995. - Т. 1. - 298 е., Т. 2. - 320 с.
20. Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Егорушкин В.Е. Основы физической мезомеханики структурно-неоднородных
Основные вопросы статистической механики, основы теории надежности и их применение в проектировании машин и конструкций изложены в работе [72]. Отмечено, что основной трудностью при определении допускаемых напряжений (или деформаций) является несовпадение расчетных данных с фактическими. Вы- бор конкретного значения коэффициента безопасности осложняется тем, что величины механических характеристик материала, нагрузки и геометрических размеров элементов конструкции, влияющих на текущее состояние конструкции, имеют случайные разбросы. Так, при одинаковом коэффициенте безопасности вероятность безотказной работы конструкции может отличаться в зависимости от разброса механических характеристик и разброса нагрузок.
Вероятностная оценка прочности предполагает учет объективно существующих случайных разбросов величин нагрузки, механических характеристик материалов и т.д., и поэтому она более полно отражает реальные условия.
Надежность определяется как ве