Введение к работе
Актуальность темы. Большое многообразие полиамидных тканей, применяемых для изготовления куполов парашютов, предопределило развитие методик комплексной оценки их деформационных свойств с целью получения средства технологического отбора образцов материалов, наилучшим образом удовлетворяющих задачам парашютостроения. При эксплуатации парашютов их купола подвергаются значительным нагрузкам, действующим непродолжительное время. Обеспечение надежности парашютов определяет величину максимальной эксплуатационной нагрузки, которая должна быть значительно меньше разрывного усилия. Парашюты, применяемые для различных целей, должны выполнять и соответствующие задачи, что диктует, в свою очередь различные требования к деформационным характеристикам куполов, к их упругим, вязкоупругим и пластическим свойствам. Исследование и прогнозирование деформационных свойств изучаемых в работе материалов возможно на основе математического моделирования деформационных и релаксационных процессов.
Оценка деформационных свойств полиамидных тканей, применяемых для изготовления парашютных куполов, помимо математического моделирования вязкоупругости, проводимого на основе данных краткосрочного эксперимента в режимах релаксации напряжений и ползучести, являющихся основополагающими процессами в теории вязкоупругости полимерных материалов, предполагает применение специально разработанных компьютерных программ. При математическом моделировании вязкоупругости полиамидных тканей возникают определенные сложности, так как макроструктура тканей существенно отличается от хорошо изученных в настоящее время нитей и волокон, представляющих собой одноосно-ориентированные объекты. Указанная сложность исследования вызвана тем, что механическое поведение тканей зависит не только от деформационных свойств образующих их нитей, но и от структуры переплетения нитей в тканях и других геометрических факторов. Известные и широко применяемые в настоящее время методы прогнозирования деформационных процессов синтетических волокон и нитей не всегда применимы для исследования аналогичных свойств полимерных материалов более сложной макроструктуры - технических тканей.
Внедрение разрабатываемых методов прогнозирования деформационных свойств полиамидных тканей на практике становится возможным благодаря применению численных методов расчета деформационных и релаксационных процессов и разработке на этой основе соответствующего программного обеспечения. Решение задач по компьютерному прогнозированию релаксационных и деформационных процессов полиамидных тканей неразрывно связано со сравнительным анализом деформационных свойств полиамидных тканей, с исследованиями взаимосвязи свойств со структурой, с целенаправленным технологическим регулированием свойств, а также с прогнозированием кратковременных и длительных механических воздействий.
Определенное значение при прогнозировании деформационных свойств материалов для изготовления парашютных куполов имеет изучение и учет влияния различных внешних факторов, среди которых: температурные воздействия, влажность, погодные условия, уровни и длительности механических воздействий. Изучение деформационных свойств парашютных куполов, проявляющихся в условиях эксплуатации, гораздо сложнее, чем измерение только лишь разрывных характеристик, по которым нельзя получить полноценную оценку свойств материала. Особую ценность имеет решение задачи прогнозирования деформационных и релаксационных процессов для парашютных куполов, когда помимо прогнозирования вышеназванных процессов, приходится учитывать и условия эксплуатации.
Математическое моделирование деформационных свойств полиамидных тканей является основой для улучшения качества изготавливаемых из них куполов парашютов и способствует, как увеличению надежности парашютов, так и повышению их функциональности.
Работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы "Научные и научно-
педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы в соответствии с тематикой государственных контрактов:
- 16.740.11.0082 "Разработка и исследование новых видов авиационных материалов на
основе конструкционных композитов с повышенной удельной прочностью и жесткостью";
16.740.11.0143 "Научные основы моделирования деформационных свойств полимерных композиционных материалов в условиях переменной температуры";
16.740.11.0265 "Разработка термопластичных гибридных композиционных авиационных материалов с повышенной удельной прочностью и жесткостью";
- 16.740.11.0300 "Математическое моделирование и компьютерное прогнозирование
вязкоупругости композиционных материалов повышенной деформационной жесткости";
- 16.740.11.0382 "Разработка научных основ и новых методов прогнозирования
деформационных свойств наномодифицированных полимерных материалов на основе учета
конфомационно-энергетических релаксационных и деформационных переходов".
Цель работы состоит в разработке комплекса методов математического моделирования и компьютерного прогнозирования релаксационных и деформационных свойств полиамидных тканей для изготовления куполов парашютов.
Основными задачами исследования являются:
определение релаксационных и деформационных характеристик полиамидных тканей, применяемых для изготовления куполов парашютов, на основе математического моделирования и компьютерного прогнозирования релаксации и ползучести;
выявление упругих, вязкоупругих и пластических свойств полиамидных тканей, применяемых для изготовления куполов парашютов;
разработка компьютерных методов прогнозирования деформационных и релаксационных процессов полиамидных тканей, применяемых для изготовления куполов парашютов;
- сравнительный анализ релаксационных и деформационных свойств полиамидных
тканей, применяемых для изготовления куполов парашютов, выявление влияния
геометрических характеристик, линейной и поверхностной плотности, вида переплетения
нитей в тканях, компонентного состава и других факторов на деформационные свойства
указанных тканей;
разработка комплекса программ, позволяющего проводить комплексное исследование деформационных свойств и прогнозирование вязкоупругости полиамидных тканей, применяемых для изготовления куполов парашютов, а также являться средством их целенаправленного отбора по деформационным и эксплуатационным характеристикам.
Методы исследования деформационных свойств полиамидных тканей, используемых для изготовления куполов парашютов, основаны на применении научных положений механики ориентированных полимеров, к классу которых относятся указанные ткани. Широко используются математические методы, методы вычислительной математики и программирование.
Научная новизна.
1. Для анализа и прогнозирования деформационных свойств полиамидных тканей,
используемых в куполах парашютов, впервые применены методы исследования, основанные
на математическом моделировании вязкоупругости указанных тканей с использованием
функции НАЛ (нормированный арктангенс логарифма приведенного времени) и имеющей
наименьшее число физически обоснованных параметров.
2. Для определения упругих, вязкоупругих и пластических характеристик
полиамидных тканей, используемых в куполах парашютов, впервые применены методы
исследования, основанные на численном прогнозировании процесса их растяжения,
полученного на основе математической модели с функцией НАЛ.
3. Новизна алгоритмов, компьютерных методов и программ для ЭВМ по
прогнозированию деформационных свойств полиамидных тканей, применяемых для
изготовления куполов парашютов, состоит в том, что они разработаны на основе
математической модели вязкоупругости с функцией НАЛ.
Практическая значимость работы состоит в том, что на основе математического моделирования и программ для ЭВМ по прогнозированию деформационных и релаксационных процессов, по выявлению упругих, вязкоупругих и пластических свойств, по определению деформационных характеристик полиамидных тканей, применяемых для изготовления парашютных куполов, осуществляется целенаправленный отбор указанных тканей и даются рекомендации по их применению.
Материалы диссертации используются в учебном процессе, при курсовом и дипломном проектировании, в научных исследованиях СПГУТД.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: V Международная конференция "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений", 2010, Тамбов; Всероссийская научная конференция молодых ученых "Инновации молодежной науки", 2011, С.-Петербург; Четвертая международная конференция "Деформация и разрушение материалов и наноматериалов DFMN-2011", 2011, Москва.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 37 печатных работ, среди которых 6 статей в рецензируемых журналах из "Перечня ВАК РФ...", 27 свидетельств об официальной регистрации программ в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Разработанные методы анализа деформационных свойств полиамидных тканей,
применяемых для изготовления куполов парашютов, на основе математического
моделирования вязкоупругости указанных тканей.
2. Разработанные методы определения упругих, вязкоупругих и пластических
характеристик полиамидных тканей, применяемых для изготовления парашютных куполов,
на основе анализа их деформационных свойств.
3. Разработанные алгоритмы и компьютерные методы прогнозирования
деформационных свойств полиамидных тканей, применяемых для изготовления куполов
парашютов, на основе созданных программ для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы (185 наименований) и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 149 страницах машинописного текста, иллюстрировано 24 рисунками и содержит 6 таблиц.
Похожие диссертации на Математическое моделирование и компьютерное прогнозирование деформационных свойств полиамидных тканей для парашютных куполов
