Компьютерное моделирование и анализ структуры композиционных материалов

• Автор: Фролкин, Олег Анатольевич
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 193 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Структура и свойства цементных композиционных
строительных материалов
1.1 Структура и свойства композиционных строительных материалов
1.2 Наполненные цементные композиции

1.3 Методы моделирования структуры композиционных материалов
1.4 Моделирование сопротивления ' композиционных строительных материалов действию нагрузок методом конечных элементов
1.5 Цель и задачи исследований
2.. Материалы и методы исследований
2.1. Материалы, используемые в работе
2.2. Методы исследований
2.3. Метод прямого сканирования
2.4. Планирование эксперимента и статистические методы
анализа экспериментальных данных
3. Теоретические основы компьютерного анализа и моделирования,
структуры и свойств композиционных материалов
3.1.Теория компьютерного анализа структуры композиционных строительных материалов методом прямого сканирования
3.2. Определение дифференциальной пористости, фрактальной размерности, гранулометрического состава композиционных строительных материалов
методом прямого сканирования
3.3 Моделирование структуры материала на основе принципа наиболее плотной упаковки
3.4. Моделирование свойств композиционных строительных материалов методом конечных элементов
3.5. Выводы

4. Исследование физико-механических характеристик цементных композитов
4.1 Экспериментальное исследование наполненных цементных композитов
4.2 Зависимость плотности упаковки от количества и отношения размеров смежных фракций наполнителя
4.3 Анализ поровой структуры цементных наполненных композиций
4.4 Фрактальный анализ поровой структуры композиционных
материалов
4.5 Моделирование свойств композиционных строительных материалов
методом конечных элементов
4.6 Компьютерный анализ процессов деградации композиционных
материалов
4.7 Выводы
Общие выводы
Литература
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Создание новых строительных материалов с улучшенными эксплуатационными показателями является основной задачей в области строительного материаловедения.
Несмотря на все возрастающие темпы использования в строительстве бетонов, некоторые проблемы их структурообразования и долговечности в условиях напряженно деформированного состояния, химических и агрессивных сред остаются малоизученными. В этой связи изучение закономерностей структурообразования и физико-технических свойств строительных композитов является весьма актуальной проблемой
Непрерывно возрастающие требования к физико-техническим свойствам строительных материалов вызывают необходимость в создании их новых образцов с комплексом улучшенных показателей.
Над развитием теории расчета, конструирования, технологии изготовления, оптимизацией составов и изучением свойств композиционных материалов (КМ) работают ученые и' специалисты в различных областях материаловедения. Независимо от области исследования авторы относят к композиционным любой материал с гетерогенной (состоящей из двух или более фаз) структурой. При этом в КМ выделяются матрица как непрерывная среда, а также включения произвольной формы и поверхности раздела. К КМ относятся и однородные материалы с пустотами, причем последние считаются включениями, имеющими модуль упругости, равный нулю.
Композиционные материалы класрифицируют по различным признакам; материалу (по виду и свойствам связующих, заполнителей и армирующих); технологии (по способу переработки в изделия и отверждения); структуре (волокнистые, слоистые, дисперсно-упрочненные). Разделение компонентов КМ на матрицу и заполнители производится по геометрическому признаку: непрерывный по всему объему КМ компонент называется матричным, а

куб или призму удобно разместить в первом октанте и, не нарушая общности, одну из вершин данного контейнера поместить в начало координат;
- при моделировании диаметр сфер удобно измерять в долях длины ребра куба, тогда эту длину можно принять за единицу (единичный куб), чем достигается универсальность математической модели, так как все структурные характеристики носят в этом случае относительный к размерам упаковываемых элементов характер;
- обязательным условием построения математической модели статистических КМ является розыгрыш координат пакуемых сфер с равномерным распределением по объему пакуемого контейнера. (Для этой цели должны быть использованы специальные программы генерирования псевдослучайных чисел с заданным законом распределения, Исследование физико-структурных свойств и композиций на математических моделях проводится методом статистических испытаний (метод Монте-Карло) отдельных случайных заполнений, на основе чего осуществляется

соответствующая статистическая обработка (приложение 1)).
Для розыгрыша случайной упаковки надо иметь в' запоминающем устройстве ЭВМ для каждой упакованной сферы следующие параметры, характеризующие положение сфер в структуре - координаты центра, радиус сферы и группу физических характеристик, к которой относится сфера. Отсюда следует, что данные сферы могут являться как заполнителем, так и порами в структуре КСМ. Таким образом, моделируя пористую структуру КСМ, зная состав и количественные параметры фракции, мы не можем без экспериментальной проверки синтезировать размеры и количество пор. Чтобы определить эти параметры, существует много методов.
В настоящее время, в связи с бурным развитием компьютерной техники, наиболее приемлемым методом оценки структур пор является метод прямого, сканирования.