|
Материалы

Применение компьютерного моделирования при конструировании строительных композитов


Отличительной чертой программ, реализующих подобные алгоритмы, должно быть отсутствие начальных параметров и присутствие задаваемых исследователем ограничивающих критериев. Для проведения эффективных исследований необходимо иметь адекватную модель структуры композитных материалов. Основную трудность в математическом описании структуры несёт статистический характер большинства практически важных композитных материалов.

Такая система не может описываться конечным числом стационарных уравнений. Можно выбрать конечную математическую модель структуры композиции, на ней исследовать и рассчитывать те или иные физико-структурные параметры и, считая их случайными для данной конечной модели, вычислить статистические оценки их путём многократного моделирования конечных моделей.

Структуру композитных материалов невозможно представить в виде чередования в пространстве систем одинаковых геометрических фигур, как иногда пытаются делать некоторые исследователи. Характер распределения структурных элементов в объёме композитных материалов обосновывает подход к их изучению с позиций теории вероятностей и математической статистики.

Была сформулирована вероятностно-геометрическая концепция моделирования структуры композитных материалов, по которой образование структур заменяется моделированием процесса случайного заполнения объёма геометрическими элементами с распределёнными размерами, формой и ориентацией.

Некоторые исследователи предлагали новую теорию «просачивания», описывающую поведение неоднородных материалов в зависимости от концентрации компонентов в них. Характеристические параметры теории «просачивания» считаются независимыми от конкретной природы фазового перехода, то есть различных материалов матрицы и заполнителя. Основным результатом теории «просачивания» является степенной характер концентрационного поведения свойства композитного материала. Преимуществом использования результатов этой теории является универсальность показателей степени, называемых критическими индексами и связи между ними.

Наиболее важным параметром теории «просачивания» является значение критической концентрации, так как именно при этой концентрации заполнителя наступает максимум зависимости свойство - концентрация, что позволяет получать материалы со свойствами, превышающими свойства компонентов.

Учёными была разработана методика определения критической концентрации, что позволило выявить зависимость критической объёмной концентрации от среднего значения гранулометрического состава заполнителя композитного материала

Соотношение компонентов в композите, его влияние на структуру и ключевые свойства и эксплутационные характеристики композита, должны решаться методом математического моделирования и оптимизации. Ю. М. Баженовым, В. А. Воробьёвым и А. В. Илюхиным были получены выражения для расчёта эффективной прочности композитных материалов, т. е. некоторой усреднённой прочности, характерной для всего материала в целом :

 

где - эффективная прочность композиционного материала; - прочность заполнителя V-объёмная концентрация заполнителя ; V- критическая объёмная концентрация заполнителя. Значение соответствует величине добавки к прочности матрицы- связующего по мере увеличения концентрации заполнителя.

Так например была создана программа «FCS», при помощи которой можно определить концентрацию заполнителя определённого гранулометрического состава заполнителя и значение желаемой прочности композита. Исходными данными для работы программы являются: прочность чистого вяжущего, диапазон разброса гранулометрического состава заполнителя и значение желаемой прочности композита.

Такой подход к компьютерному материаловедению композитных материалов позволяет наметить перспективы его развития. Это и изучение процессов формирования структуры композитных материалов, и влияние характера распределения заполнителя на свойства материалов. Возможно изучение теплопроводности, электропроводности и диэлектрических свойств композитов. В настоящее время ведутся работы по изучению процесса возникновения дефектов в композитных материалах (трещины, поры, раковины и т. п.) и оптимизации составов композитов по минимуму трещинообразования или наоборот для получения материалов с заданной пустотностью или пористостью.

1 2 3
Общее время работы: 13.475894927979 мс
Использование памяти: 661 КБ