Система компьютерного моделирования для исследования и управления качеством высокотемпературных керамических материалов

• Автор: Корниенко, Иван Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ КЕРАМИКИ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
1Л Описание процесса получения высокотемпературной керамики
1Л Л Описание процесса производства высокотемпературной керамики как объекта исследования
1Л.2 Характеристика процесса синтеза высокотемпературной керамики..
1.2 Обзор математических моделей синтеза высокотемпературных керамических материалов
1.2.1 Спекание как вязкое течение. Теория Я. И. Френкеля
1.2.2 Диффузионная теория спекания и её связь с теорией вязкого..
1.2.3 Обзор моделей других авторов
1.3 Выводы к первой главе
ГЛАВА 2 ОПИСАНИЕ И РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.1 Структура программного комплекса
2.1.1 Формализованное описание процесса синтеза высокотемпературной керамики как объекта исследования
2.1.2 Постановка задачи исследования и управления
2.1.3 Функциональная структура комплекса
2.2. Структура информационного обеспечений
2.3 Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.1 Математическая модель процесса синтеза высокотемпературной керамики. Библиотека коэффициентов модели
3.2 Алгоритм решения модели
3.3 Методы синтеза и анализа эмпирических моделей для оценки качества химических материалов
3.4 Постановка задачи и алгоритм структурно-параметрического синтеза эмпирических моделей для оценки качества высокотемпературной керамики
3.4 Выводы к третьей главе

ГЛАВА 4 ТЕСТИРОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4Л Структура пользовательских интерфейсов системы компьютерного моделирования для исследования и управления качеством высокотемпературной керамики
4.2 Характеристика программного и аппаратного обеспечения
4.3 Проверка работоспособности разработанной системы компьютерного моделирования
4.4 Выводы к четвёртой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Условные обозначения
<№/& Мгновенная скорость уплотнения
к Постоянная Больцмана, Дж/К
К Газовая постоянная, Дж/(моль*К)
5 толщина поверхностного слоя зерна, м
<т удельная поверхностная энергия, Дж/м
х„ и„ А ¥„ /=1,2 Векторы входных параметров, управляющих воздействий, возмущающих воздействий и выходных параметров /-й стадии процесса синтеза высокотемпературных керамических материалов
Ро плотность компактного (беспористого) материала, кг/м
А давление инертного газа вокруг материала, Па
П„ Г„ р, пористость (%), средний размер зерна (м) и плотность (кг/м3) материала на /-й стадии процесса
То начальная температура, °С
и начальный средний размер зерна, м
По Пористость материала до спекания, %
Ао начальный средний радиус поры, м;
./= 1...И температура в концеу-го этапа твердофазного спекания, °С
п количество этапов с различной скоростью изменения температуры на стадии твердофазного спекания
1, длительность /-го этапа твердофазного спекания, с
Т 1 е температура изотермической выдержки на стадии жидкофазного спекания, °С
Те длительность изотермической выдержки на стадии жидкофазного спекания, с
1 примеси в прессовке, %
в градиент температуры материала при нагреве, °С/м
та перепады напряжения в электрической сети, В;
Ра примеси в инертном газе, %
П; остаточная пористость на /-й стадии процесса синтеза, %
и средний размер зерна на /-й стадии процесса, м
У объёмная усадка на /-й стадии процесса, %;
щ скорость объёмной усадки на /-й стадии процесса, %/с
Р’ъо коэффициент зернограничной диффузии, м2/с на )-ом этапе твердофазного спекания
А коэффициент поверхностной самодиффузии, м7с
Е. энергия активации процесса поверхностной самодиффузии, Дж/моль
т, скорость нагрева на )-м этапе твердофазного спекания, °С/с
Ао, ДгО предэкспоненциальные множители для коэффициентов диффузии, м2/с
Еь энергии активации процессов зернограничной диффузии, Дж/моль
Ро капиллярное давление, Па
Г объемная вязкость материала, Па-с
л сдвиговая вязкости материала, Па-с
Коэффициент Р можно определить через скорость изменения радиуса полости

Приравнивая работу сил внутреннего трения во всем объёме тела Уо, выражаемую как
к0 1 к

1 Г йос
2 Ухк 1 <**
тензор скорости деформации (в данной задаче сводящийся к радиальной компоненте Угг=сИ//с1г=-2/]/г3) , работе сил поверхностного натяжения (т. е. уменьшению свободной энергии поверхности полости)

2П | <4 жгЫг = -£-= - ±(41ЯОЧ = _ 8тао

где а— коэффициент поверхностного натяжения, Френкель получает: