|
Материалы

Применение компьютерного моделирования при конструировании строительных композитов


 

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ

 

Применение строительных материалов в различных областях определяется свойствами этих материалов. Для успешного использования строительных материалов, для получения наибольшего технике - экономического эффекта необходимо знать их строение на разных уровнях: внутреннее строение, микроструктура и макроструктура.

Технические материалы являются продуктом переработки природного сырья (руды, нефти и др.), большинство из них в твердом состоянии построены из многочисленных кристаллов: например, металлы и их сплавы, цемент, абразивы, керамика и др. Часть материалов производят путем быстрого охлаждения расплавов, при котором образуется аморфное вещество.

Многие материалы состоят из кристаллических и аморфных образований, например: фарфор, полимеры и др.

Материалы каждой группы: металлы, керамика, полимеры, отличаются друг от друга уровнем показателей приоритетных свойств. К этим свойствам можно отнести: плотность, прочность, деформируемость, химическая стойкость, истираемость, характер разрушения, устойчивость к воздействию высоких (свыше 1000С ) температур и др.

Технические материалы, представляющие собой системы, состоящие из двух и более компонентов трёх основных групп: металлов, керамики и полимеров называют композиционными или композитами.

С момента начала их широкого использования делаются попытки получения аналитических зависимостей, связывающих свойства компонентов композиционных материалов и их концентрацию в смеси со свойствами готового композита. Получение таких зависимостей позволило бы рассчитывать концентрационно-гранулометрические характеристики смесей для изготовления материалов в зависимости от требований, которым должен соответствовать готовый материал.

Одной из многих актуальных проблем современного материаловедения является создание материалов с заданными свойствами, соответствующими условиям эксплуатации изделий и конструкций в различных технических объектах.

Выбор типа каждого компонента при конструировании композита определяется термодинамическими параметрами его состояния, совместимостью с другими компонентами, природой химической связи на атомно-молекулярном уровне. Соотношение компонентов в композите, его влияние на структуру и ключевые свойства и эксплуатационные характеристики композита должны решаться методом математического моделирования и оптимизации.

При моделировании объекта нужно учитывать только те его свойства и характеристики, которые представляют непосредственный интерес для решаемой задачи. От физической модели переходят к её математическому описанию, то есть математической модели. Для исследования разных математических моделей применяются разные численные методы.

В области строительных наук популярным стал термин «компьютерное материаловедение».Для того, чтобы сформулировать наше понимание компьютерного материаловедения, рассмотрим соображения, которые являются результатом многолетних работ в области применения средств вычислительной техники при исследовании свойств строительных материалов.

Появление универсальных оболочек и всё более мощных алгоритмических языков программирования позволяет использовать компьютер как средство, позволяющее автоматизировать процесс поиска оптимальных составов композитных материалов с целью получения последних с заранее заданными свойствами. Трудоёмкость использования компьютера в таких исследованиях заключается в создании программного обеспечения, поскольку программы должны обеспечивать получение конечного результата, используя не алгоритмы, реализующие вычисления по заранее заданным аналитическим выражениям, а только лишь ограничивающие критерии, которые должны направить вычисления в требуемое направление.

Такой подход к использованию компьютера можно обозначить термином компьютерное материаловедение в общем и применительно к строительным материалам в частности. Использование такого подхода позволяет в полной мере реализовать случайные элементы, непременно присутствующие в процессе формирования композиционных материалов, так как по мере выполнения алгоритмов, результаты, полученные в предыдущих этапах, оказывают влияние на ход выполнения алгоритма в последующих.

1 2 3
Общее время работы: 9.3319416046143 мс
Использование памяти: 659 КБ