Комп'ютерне моделювання хаотичної структури та визначення теплофізичних і пружних властивостей композитів

4.Досліджено залежність теплопровідності, коефіцієнта теплового розширення, модуля об’ємної пружності та зсуву матеріалів порошкової металургії (псевдосплавів) від параметрів композита. Описано вплив на ефективні властивості псевдосплавів агрегатизації та кластерізації мікронеоднорідностей, контактних явищ між компонентами, лінійних розмірів мікронеоднорідностей, перколяційних ефектів за допомогою сполучення ітераційного методу усереднень (ренормгрупових перетворень) і поетапного усереднення (усереднений контакт).

5.Визначено критичний індекс критерію пластичності фрактальної множини на основі фрактальної структури деформованого твердого тіла.

6.Досліджено залежність теплопровідності, модуля об’ємної пружності та зсуву від структурних параметрів полімерних композитів за допомогою моделі, отриманої на основі ренормгрупового перетворення і комірок Вороного (усередненого елемента). По запропонованій методиці був проведений розрахунок теплопровідності наповненого полімерного матеріалу і порівняний з експериментальними даними для широкого класу бінарних композиційних матеріалів (середня похибка розрахунку теплопровідності по запропонованій методиці складає 5-6%). Визначено вплив на ефективні фізичні властивості наповненого полімерного матеріалу агрегатизації мікронеоднорідностей, контактних явищ між компонентами, лінійних розмірів мікронеоднорідностей, властивостей міжфазного прошарку.

 

 

1.Новиков В. В., Жарова О. В. Линейные и нелинейные упругие свойства композиционных материалов. Ренормгрупповой подход // Физика и техника высоких давлений. – 1997. – T. 7, № 3. – С. 21 – 31.

2.Новиков В. В., Жарова О. В. Упругие свойства и коэффициент теплового расширения порошковых композитов // Порошковая металлургия. – 1998. – № 5/6. – C. 89 – 99.

3.Новиков В. В., Жарова О. В. Физические свойства полимерных композитов. Ренормгрупповой подход // ИФЖ. -1998. -Т. 71, № 4. – С. 718 – 729.

Крім того, по темі дисертаційної роботи були надруковані наступні матеріали:

1.Новиков В. В., Жарова О. В. Линейные упругие свойства полимерных материалов. Ренормгрупповой подход // Труды молодых ученых ОГПУ. -1997. – С. 143 – 147.

2.Новиков В. В., Жарова О. В. Физические свойства полимерных композитов. Ренормгрупповой подход //Материалы III Всеукраинской научной конференции. АПНУ. -1998. – С. 10 – 16.

3.Новиков В. В., Жарова О. В. Критерий пластичности твердых тел. Фрактальные представления // Математика и психология в педагогической системе “Технический университет” / Сб. ст. 1-й междунар. науч. -практич. конф. ОГПУ. -1996. – С. 80 – 81.

4.Новиков В. В., Жарова О. В., Реньга О. Р. Метод ренормгрупповых преобразований при определении упругих свойств полимерных систем // Математика и психология в педагогической системе “Технический университет” / Сб. ст. 1-й междунар. науч. -практич. конф. ОГПУ. – 1996. – С. 81 – 83.

5.Новиков В. В., Жарова О. В., Реньга О. Р. Теплопроводность микронеоднородных материалов. Ренормгрупповой подход // Моделирование в прикладных научных исследованиях. Материалы семинара. Одесса: ОГПУ. – 1996. – С. 6 – 8.

 

Дисертація присвячена питанням дослідження структури композиційних матеріалів та їх фізичних властивостей. У роботі вперше на основі фрактальної моделі хаотичного середовища був застосований поетапний (ітераційний) метод визначення теплофізичних і пружних властивостей композиційних матеріалів, що вказав на добру узгодженість з експериментальними даними як для перколяційних систем, так і для композиційних матеріалів із кінцевим розходженням значень властивостей фаз з яких вони складаються. Проведено аналіз впливу структурних параметрів композитів із хаотичною структурою на ефективні фізичні властивості. В роботі досліджено вплив фізичних властивостей міжфазного прошарку на ефективні характеристики композита. У дисертаційній роботі розроблені методи визначення теплофізичних та пружних властивостей для композиційних матеріалів, які базуються на єдиному підході до рішення цих задач і які дозволяють здійснити прогнозування комплексу фізичних властивостей композитів. Результати, які отримані в дисертаційній роботі, можуть бути використані при визначенні теплофізичних та міцностних характеристик елементів конструкцій, що складаються з композиційних матеріалів. Показано що загальні методи для обчислення ефективної провідності композиційних матеріалів можуть бути застосовувані до прогнозування температурної та механічної тривкості композита. Отримані результати призначені і використовуються для програмного оснащення автоматизованих систем проектування виробів та при виявленні нових чинників, впливаючих істотно на ефективні властивості неоднорідних середовищ.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01. 04. 07 – “ Физика твёрдого тела ”. – Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев, 1999.

Диссертация посвящена исследованию физических свойств композиционных материалов. В работе разработаны методы определения теплофизических и упругих свойств для композиционных материалов, которые позволяют осуществить прогнозирование комплекса физических свойств данного материала, основывающихся на едином подходе к решению этих задач.

В диссертационной работе впервые разработана фрактальная модель хаотической структуры композиционных материалов и исследованы её геометрические характеристики. В диссертации впервые для описания физических свойств композиционных материалов с хаотической структурой была применена фрактальная модель структуры. При её построении использовались идеи ренормгрупповых преобразований, которые ранее нашли широкое применение в физике температурных фазовых переходах. Определенны критические индексы и фрактальная размерность различных структурных моделей.

В работе впервые на основе фрактальной модели хаотической среды был применён поэтапный (итерационный) метод определения теплофизических и упругих свойств композиционных материалов, который показал на хорошее согласие с экспериментальными данными, как для перколяционных систем, так и для композиционных материалов с конечным различием значений свойств фаз их составляющих.

Разработана и реализована методика расчёта проводимости, модуля объёмной упругости и модуля сдвига композиционного материала, которая базируется на фрактальной модели и на идеях ренормгрупповых преобразований. Определен критический индекс проводимости t.

Показано, что упругие свойства среды с хаотической структурой сильно зависят от значении коэффициентов Пуассона фаз среды 1, 2 в высокоэластической области (р рс) и практически не зависит от 1, 2 в упругой области (р рс). В окрестности порога перколяции рс определенны критические индексы модуля объемной упругости = 3. 25   0. 05 при р рс и s = -0. 55 при р рс.

Рассмотрено конкретное применение методики расчета физических свойств для порошковых и полимерных композитов, полученной на основе ренормгруппового преобразования и ячейки Вороного (усредненного элемента).

Используя, предложенную модель структуры композиционного материала и итерационный метод расчета (ренормгрупповое преобразование), исследованы теплопроводность, коэффициент теплового расширения и модули объёмной упругости и сдвига материалов порошковой металлургии (псевдосплавов) и выявлена их зависимость от параметров композита. Разработанная методика расчета позволяет учесть влияние на эффективные свойства порошковых композитов агрегатизации и кластеризации микронеоднородностей, контактных явлений между компонентами, линейных размеров микронеоднородностей, перколяционных эффектов.

Используя, предложенную модель структуры композиционного материала и итерационный метод расчета (ренормгрупповое преобразование), исследованы теплопроводность, модули объёмной упругости и сдвига полимерных композитов. По предлагаемой методике был проведен расчет теплопроводности наполненного полимерного материала и сравнение его с экспериментальными данными для широкого класса бинарных композиционных материалов (средняя погрешность расчета теплопроводности по предлагаемой методике составляет 5-6%). Разработанная методика расчета позволяет учесть влияние на эффективные свойства наполненного полимерного материала агрегатизации микронеоднородностей, контактных явлений между компонентами, линейных размеров микронеоднородностей, свойств межфазного слоя.

В диссертации была сделана попытка, распространить разработанный подход исследования физических свойств композиционных материалов для прогнозирования пластических свойств композитов неоднородной среды. При помощи предложенной методики определен критический индекс критерия пластичности фрактальных множеств, который описывает скейлинговое поведение предела пластичности вблизи “геометрического фазового перехода“.

Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы при определении теплофизических и прочностных характеристик элементов конструкций, состоящих из композиционных материалов. Показано, что общие методы для вычисления эффективной проводимости композиционных материалов могут применяться для прогнозирования температурной и механической прочности композита. Полученные результаты предназначены и используются для программного оснащения автоматизированных систем проектирования изделий, в выявлении новых факторов существенно влияющих на эффективные свойства неоднородных сред.

 

The dissertation is devoted to questions of research of structure of composite materials and their physical properties. The iterative method of definition of thermo-physical and elastic properties of composite materials on the base of fractal model of chaotic environment for the first is applied in this warm. This method showed the good consent with experimental data, both for percolation systems, and for composite materials with final distinction of properties of phases of their components. The analysis of influence of structural parameters of composites with chaotic structure on to effective physical properties is carried out. The influence of physical properties of interphasic layer on to the effective characteristics of a composite was examined. The methods of definition of thermophysical and elastic properties for composite materials are developed. They allow to carry out forecast a complex of composite material's physical properties. The results, which received in the dissertation, can be used for definition of thermal, conductive and durable characteristics of elements of any consisting from composite materials. The common methods for calculation of effective conductivity of composite materials can be used for forecasting of temperature and mechanical treatment of a composite. The received results are designed and used for software of the automate systems of designing of products, in elicitation of the new factors which essentially influence on to effective property of heterogeneous condensed media.