Конструирование дисперсно наполненных полимерных композиционных материалов для узлов трения и герметизации

• Автор: Матолыгина, Наталья Юрьевна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 148 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Схема компьютерного конструирования материалов
I Л.конструирование материалов как двухэтапный процесс
1.2.'[Формулировка требований к материалу на макроуровне
1.3 Определение параметров внутренней структуры материала,
обеспечивающих заданные параметры его на макроуровне
1.4. Выводы
2. Реализация структурного подхода
2.1. Метод конечных элементов как средство реализации структурного подхода к конструированию материалов
2.2. Расчет больших деформаций методом конечных элементов
2.3. Учет граничных условий при решении задач методом
конечных элементов
2.4. Тестирование алгоритма решения задач методом конечных элементов
2.5. Расчет нагфяженно-дефюомированного состояния наполненного полимерного композитного материала на мезоуровне
2.6. Выводы
3. Кибернетический подход
3.1. Построение полиномиальной зависимости наиболее значимой характеристики ПКМ от его состава
3.2. Проверка адекватности моделей
3.3. Определение параметров внутренней структуры материала, обеспечивающих заданные макрохарактеристики
3.4. Выводы
4. Реализация схемы компьютерного конструирования
4.1. Формирование требований к макрохарактеристикам материала

4.1.1. Результаты предварительного анализа механического
поведения изделия
4.2. Определение состава материала. Испытания лабораторных
образцов
4.3. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время существует устойчивая тенденция к расширению применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) в различных областях науки и техники. Обладая ценным комплексом физикомеханических, электрофизических, теплофизических и эстетических свойств, ПКМ позволяют решать ряд актуальных задач: снижение массы и металлоемкости конструкций, повышение долговечности и коррозионностойкости и др.
Полимеры разделяют на две группы: термопласты и реактопласты. Для изделий из термопластов характерна возможность вторичной переработки в сырье для новых полимеров и композиций на их основе, что невозможно для реактопластов. Для последних особую актуальность приобретает проблема утилизации.
В состав ПКМ входят наполнители, отвердители, пластификаторы, мягчители, стабилизаторы, красители и другие компоненты. ПКМ по способам наполнения (армирования) можно разделить по меньшей мере на три группы:
1. ПКМ с упорядоченной структурой. Примером таких ПКМ являются стеклопластики, углепластики, органопластики, когда армирующие нити вводятся в виде лент (псевдолент), тканей и т.п.
2. ПКМ с неупорядоченной структурой, когда упрочнение достигается за счет введения в полимерную матрицу коротких хаотически ориентированных нитей.
3. ПКМ с дисперсными наполнителями (тальк, сажа, графит и т.д.)
Наряду с достоинствами существует ряд факторов, которые
ограничивают применение ПКМ. В автомобилестроении, например, к таковым относится недостаточный уровень некоторых физико-механических
варьируемых параметров меняется в пределах от 0 до 1, чего можно добиться заменой масштаба переменных
шах 1шг ’ (1.4)
а„ -а„
тогда
а„(ап )=0, ап(ап И (1-5)
Здесь ап ’ап определяют границы изменения соответствующего параметра. Одна итерация для определения «оптимальных» параметров по предложенной схеме («типа Зейделя») потребует расчета п(т+1) вариантов. Поскольку п > 2, т > 2 (имеет смысл сканирование расчетной области с шагом не крупнее, чем половина интервала изменения каждого из параметров), то, например, сканирование при п = 3, т = 2 потребует 3 ' = 27 вариантов, а предлагаемая схема - 9. При п = 5, т = 3 в первом случае будет 1024 варианта, во втором - 20. Таким образом, если число итераций в последнем случае к < 1024/20, то предлагаемая схема сокращает объем расчетов при поиске «оптимальных» значений макрохарактеристик материала.
Число итераций к зависит от задаваемой точности определения величин а„. С практической точки зрения нет необходимости задавать слишком высокую точность определения величин а„ - при экспериментальном определении характеристик материала в лабораторных условиях всегда существует известный разброс их значений, и его величина определяет достаточную точность итерационного процесса.
Таким образом, решение задач на макроуровне позволяет сформулировать требования к материалу, наилучшим образом для данного