Введение к работе
Актуальность. Создание новых строительных материалов с улучшенными свойствами является основной задачей строительного материаловедения. Для ее решения необходимо уметь управлять процессом структурообразования. Экспериментальный подход к решению этой проблемы не всегда эффективен, потому что связан с большими затратами материалов, трудоемок и не всегда нагляден. Применяемые методы планирования, позволяют производить экспериментальную работу более целенаправленно, но ле решают многих проблем в исследовании, вероятностно-регрессивная форма результатов не всегда описывает физическую сущность явлений. При аналитических методах исследования композитных строительных материалов возникают существенные затруднения, связанные с математическим описанием структуры, имеющей стохастический характер.
Таким образом учитывая многообразие существующігх композиционных материалов (КМ) и условий їй эксплуатации, а также длительность проведения натуральных экспериментов, возникла необходимость создания метода компьютерного синтеза, позволяющего быстро и качественно моделировать поведение строительных материалов различных составов, оценивать их деградацию под действием эксплуатационных сред, обладать повышенной точностью и наглядностью.
В настоящие время в связи с развитием компьютерных технологий и периферийных устройств, появилась возможность широкого применения численных методов в моделировании и анализе структуры КМ. Поэтому проблема применения компьютерных методов для моделирования и прогнозирования свойств является актуальной.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка методов компьютерного моделирования, анализа структуры и свойств КМ позволяющих проводить их оптимизацию, прогнозирование изменения плотности, прочности, деформативности, химической стойкости в зависимости от вида и соотношения компонентов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать на основе методов компьютерного анализа и Монте-Карло
автоматизированный способ подбора составов многокомпонентных КМ
максимальной плотности;
-
На основе имитационного моделирования и метода конечных элементов разработать модели для прогнозіфования стойкости КСМ к действию нагрузок и агрессивных сред;
-
Экспериментально, используя полиномиальные модели, изучить зависимость структурных параметров и свойств иемен гных композитов от вида и количества добавок, технологии изготовления. Провести оценку свойств КСМ с применением разработанных моделей;
4. Разработать методику оценки изменения структуры КСМ на основе
метода прямого сканирования и вейвлет анализа:
5. Разработать автоматизіфованньїй метод оценки фрактатьной
размерности структуры КСМ.
Научная новизна. В результате решения поставленных задач были получены новые результаты:
1. Разработан метод компьютерного моделирования для определения
максимальной плотности строительных композиционных материалов,
состоящих из наполнителей различных фракций;
2. Методом прямого сканирования получены значения
дифференциальной пористости, ірануломегрического состава КМ;
-
Получены автоматизированным способом, при помощи моделирования напряженно-деформированного состояния структуры КМ, прочностные характеристики;
-
Определена путем прямого сканирования фрактальная размерность поровой структуры КМ.
Практическое значение работы. Полученные результаты дают возможность более целенаправленно проводить исследования в области структурообразования, что существенно сокращает материальные затраты и снижает трудоемкость исследований. А также проводить автоматизированным способом контроль качества материалов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научно-технических региональных, федеральных конференциях. МГУ им Н.П. Огарева (г.Саранск 1995-1997), Пензенской ГАСА (г.Пенза 1998), Воронежской ГАСА (г. Воронеж 1999).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 научных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения. 4 глав, общих
выводов, списка литературы, 4 приложений. Содержит страниц
машинописного текста, включая рисунков и таблиц.
Похожие диссертации на Компьютерное моделирование и анализ структуры композиционных материалов
