Моделирование процессов формирования структуры и свойств строительных материалов для управления их качеством

• Автор: Гарькина, Ирина Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 332 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

1.1. Основные термины и определения.

1.2. Эволюция представлений о композиционных строительных материалах

1.3. Полиструктурная теория.

1.4. Приложение полиструктурной теории к синтезу радиационнозащитных и коррозионностойких серных композиционных материалов

Выводы по главе 1.

2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

2.1. Композиционные материалы как системы.

2.2. Разработка иерархической структуры кри териев качества радиационнозащитного композита.
2.3. Когнитивные модели при управлении качеством материалов специального назначения.
2.4. Разработка иерархической структуры радиационнозащитного композита.
2.5. Иерархические структуры специальных и декоративных покрытий и их критериев качества
2.6. Способ сокращения альтернатив при выборе рецептуры. Формирование интегративных, системообразующих свойств материала.
Выводы по главе 2.
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФЛОКУЛООБРАЗОВАНИЯ И СЕДИМЕНТАЦИИ В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ
Выводы по главе 3.
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК.
4.1. Основные виды кинетических процессов
4.2. Обобщенная динамическая модель кинетических процессов.
4.3. Условия действительности корней характеристического полинома четвертого порядка.
4.4. Параметрическая идентификация кинетических процессов в гомогенных и дисперсных системах
Выводы по главе 4.
5. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ. ФУНКЦИОНАЛЫ КАЧЕСТВА.
Выводы по главе 5
6. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ ПОВЫШЕННОЙ ПЛОТНОСТИ с ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБЛАСТЕЙ РАВНЫХ ОЦЕНОК
6.1. Оптимизация структуры и свойств эпоксидных композитов повышенной плотности для защиты от радиации.
6.2. Определение весовых констант в функционале качества
6.3. Геометрические методы при анализе струкгурообразования и формирования свойств композиционных материалов
в области фазовых переходов.
Выводы по главе 6
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.
7.1.Синтез материалов на основе решения лексикографической задачи оптимизации
7.2. Некоторые способы преодоления неопределенностей целей
7.3. Определение множеств Парето.
7.4. Метод главных компонент в управлении качеством материалов для защиты от ионизирующего излучения.
7.5. Принцип Парето в управлении качеством.
Выводы по главе 7
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Развитие ядерной энергетики, чернобыльская катастрофа, необходимость решения задач по инженерной защите персонала, населения, оборудования, зданий и сооружений ряда отраслей промышленности, включая хранение высокотоксичных и радиоактивных отходов и материалов, значительно повысили актуальность создания композиционных материалов со специальными свойствами и возможностью реулирования их структуры.
Решение указанных проблем имеет особую важность как для страны в целом, так и для отдельных регионов, где в соответствии с Федеральной программой создаются производства по уничтожению запасов химического оружия. Для Пензенской области работы по решению этих задач имеют особый интерес предстоящее уничтожение ,2 российских запасов химического оружия по Федеральной программе в соответствии с Международной конвенцией наличие в г. Заречный Пензенской области объединения Старт Росатома РФ и др
Акгуальность рассматриваемых вопросов была также четко сформулирована на выездной сессии Российской академии архитектуры и строительных наук в г.Иваново г Отмечалось, что разработка состава композиционных материалов традиционно носит лишь описательный характер, и назрела необходимость фуидаментализации синтеза материалов.
Сложность проблемы обуславливает необходимость разработки фундаментальных основ и применения математического моделирования, численных методов и комплексов программ комплексных исследовании научных и технических проблем с применением современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента разработки новых математических методов и алгоритмов интерпретации натурного эксперимента на основе его математической модели.
Важной задачей является не только создание теоретической основы для получения различных материалов с заданным комплексом эксплуатационных свойств, но и разработка информационной базы для проектирования и управления технологией их производства, а также проведения глубокого анализа с использованием системного подхода и теории управления.
Актуальность


Здесь композиционные материалы в частности бетоны представляются пол и структурны ми, то есть составленными из нескольких структур, переходящих одна в другую по принципу структура в структуре. Такое разделение носит не формальный, а объективный характер и оказывается плодотворным при направленном структурообразовании, формировании свойств материала и обосновании его технологии. Предполагается, что при установлении объективных закономерностей структурообразовапня и формирования свойств композита его структуру а именно полнетруктуру достаточно рассматривать на двух характерных уровнях микроструктуры и макроструктуры. В рамках полиструктуриой теории для каждого масштабного уровня полиструктуры указываются закономерности формирования свойств композитов от структурообразующих факторов. Укажем основные закономерности формирования микроструктуры композитов. Микроструктура связующее образуется при совмещении низковязких вяжущих веществ и наполнителе тонкомолотых дисперсных фаз. Су количество наполнителя, кг 5уд удельная поверхность наполнителя, м2кг. Для портландцементов и других вяжущих веществ меньшая часть активно взаимодействует с водой и образует клеящее вещество. Р коэффициенты Р 1, а 1 Ц, В соответственно, расходы цемента и воды. Кт может наблюдаться снижение прочности связующего по сравнению с Ят. Увеличение степени наполнения материала приводит к постепенному повышению прочности, максимум которой достигается при формировании оптимальной по прочности структуры связующего. Дальнейшее введение наполнителя приводит к возникновению дефицита вяжущего вещества особенно при ВЫСОКИХ значениях Уу, что приводит к частичному смачиванию поверхности дисперсной фазы, значительному увеличению пористости материала и снижению прочности связующего. Здесь вяжущее вещество находится в виде тонких ориентированных пленок, полностью обволакивающих частицы наполнителя. При этом распределение частиц дисперсной фазы является неоднородным наблюдается самопроизвольное образование агрегатовкластеров различных размеров, существующих одновременно с неагрегированными частицами. Такое метастабильное состояние связующего при максимальном насыщении кластерами обеспечивает экстремальное упрочнение материала. Агрегирование кластерообразование обуславливает термодинамическую неоднородность структуры связующего. Установлено значительное уплотнение вяжущего вещества внутри агрегатовкластеров и разуплотнение в периферийных областях, оказывающее значительное влияние на трещинообразование материала. Роль процессов агрегирования существенно увеличивается при одновременном образовании и сращивании кластеров из структурных элементов вяжущего вещества и частиц наполнителя, что приводит к неаддитивному упрочнению структуры связующего. Оптимизация микроструктуры по параметрам деформативиости, эксплуатационной стойкости и некоторым другим физикотехническим свойствам по каждому свойству в отдельности дает близкие значения для точек экстремума, что фактически является подтверждением известного правила створа 7. Однако оптимизация структуры по подвижности смеси, как правило, даст другие значения точки экстремума. V . Результаты многочисленных исследовании показывают, что с увеличением ул наблюдается рост прочности. При увеличении дисперсности наполнителя значения гор1 смещаются в область меньшей степени наполнения материала. Поверхностные явления, протекающие на границе раздела фаз, оказывают влияние на структуру и свойства граничных слоев вяжущего вещества. Интенсивность указанных процессов регулируется введением различных поверхностных веществ, изменяющих условия смачивания поверхности наполнителя, адгезионную прочность на границе раздела фаз и т. Переносить эти представления на макроструктуру нельзя, так как на ее формирование влияют также другие факторы. Отмстим, что представления о формировании кластерной структуры связующих и основные положения теории перколяции уже плодотворно использованы при разработке методов прогнозирования влияния рецептуры на физикомеханические свойства микроструктуры и проектирования составов, обладающих заданными свойствами 8. Рис.