Введение к работе
Актуальность темы. Исследование процесса компрессионного от-іерждения изделий из композиционных материалов имеет большое прикладное іначение для ряда отраслей машиностроения, химического производства, энер-етики и ракетостроения. В ходе изготовления изделия методом химического формования, например ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) из жид-сотекучего высоконаполненного композитного материала (ВКМ) путем его от-іерждения в пресс-форме, в нем протекают сложные физико-химические, фильтрационные и тештофизические процессы, связанные с образованием химических и физических связей. В процессе отверждения в композиционном материале развиваются технологические напряжения, вызываемые температур-іьши и полнмеризационными деформациями, которые могут превысить на-іранньш композиционным материалом предел прочности, что приводит к воз-шкновеншо дефектов в изделиях уже на стадии изготовления. Поэтому матема-ическое моделирование напряженно-деформіфованного состояния (НДС) от-іерждаемого ВКМ с определением оптимальных режимов термообработки, при вторых развивающиеся в ВКМ напряжения не приводят к нарушению сплош-юсти изделия является актуальной. Основные сложности математического мо-(елирования процесса компрессионного отверждения несжимаемого или почти іесжимаемого ВКМ в оболочечной пресс-форме с центральным профильным елом обусловлены:
-
Построением математической модели адекватно описывающей физико-имические и термомеханическне процессы, протекающие при компрессионном тверждении ВКМ в нестационарных, неоднородных температурных и конвер-ионных полях в условиях фазового перехода.
-
Наличием границ сопряжения отверждаемого ВКМ с термоподатливыми болочкой и центральным профильным телом.
3. Решением плохо обусловленной системы алгебраических уравнений
олыпой размерности.
4. Построением устойчивого алгоритма численного решения задачи оптими-
эщга режима термообработки.
Основы теории математического моделирования процессов отверждения їложеньї в работах Ениколопяна Н.С., Арутюняна Н.Х., Образцова И.Ф., Малина А.Я., Куличихина С.Г., Болотина В.В., Москвитина В.В., Томашевского і.Ф., Турусова Р.А., Метлова В.В. и др., где были решены задачи: определения акрокинетики реакции отверждения и реокинетических зависимостей для раз-ичных композиционных материалов, исследованы зависимости вязкоупругих зойств отверждаемого материала от температуры и степени отверждения, ис-
следованы особенности процесса отверждения композитного материала в уело виях распространения фронта реакции отверждения и в условиях объемной отверждения, предложена теория консолидации, учитывающая многокомпо нентный состав отверждаемых материалов. Путем численного эксперимент: исследованы задачи о затвердевании полого шара и длинного полого цилиндра Исследованию задач оптимизации процессов термообработки отверждаемыз композитных материалов посвящены работы Вигака В. М, Турусова Р.А., То машевского В.Т., Афанасьев Ю.А., Бахарева С. П. И др., в которых в одномер ной постановке решены задачи оптимизации по быстродействию режима тер мообработки отверждаемого полого цилиндра с ограничениями на максимальне допустимые напряжения. Пель диссертации:
-
Разработка метода расчета напряженно-деформированного состояния от верждающегося несжимаемого или почти несжимаемого ВКМ, в замкнутої области, ограниченной термоподатливой оболочкой и термоподатливым цен тральным профильным телом.
-
Исследование влияния начального поддавливания ВКМ, физико механических свойств отверждаемого ВКМ и оболочки на возникающие в от верждаемом ВКМ технологические напряжения.
-
Разработка метода расчета оптимального по быстродействию температур но-временного режима отверждения ВКМ с учетом ограничений на диапазо; температур термообработки ВКМ, скорость изменения нагрева и охлаждени ВКМ и уровень возникающих в процессе отверждения ВКМ напряжений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
На основе двумерных математических моделей, с использованием метод смешанных конечных элементов1, разработан метод расчета напряжение деформированного состояния отверждающегося высоконаполненного компози ционного материала в термоподатливой пресс-форме. Учитывается влияни термоподатливого центрального профильного тела и термоподатливой оболочк на НДС отверждаемого ВКМ. Метод расчета основан на использовании дивег гентно-устойчивой конечно элементной аппроксимации смешанного типа [3].
Исследовано влияние начального поддавливания, основных физике механических параметров ВКМ, оболочки и слоя компенсатора НДС на эволк цию технологических напряжений в отверждаемом ВКМ.
Разработан устойчивый метод расчета оптимального режима термообработк компрессионного отверждения ВКМ в двумерной области, основанный на мете
Булгаков В.К., Чехонин К.А. Основы теории метода смешанных конечных элементов для зад: гидродинамики. Хабаровск, 1999.
: локальных вариаций2. Получен оптимальный режим термообработки ВКМ, [овлетворяющий заданным ограничениям на НДС ВКМ, диапазон и скорость іменения температуры обработки.
Практическая значимость. Разработанные методики расчета и ком-іекс программных средств могут быть использованы для исследования процесів отверждения при изготовлении изделий из высоконаполненных полимерных ітериалов, например, в ракетостроении. Результаты численных расчетов могут »ггь использованы НИИ и конструкторскими бюро, занимающимися разработ-)й и совершенствованием технологических режимов отверждения композици-шых материалов.
Достоверность полученных результатов следует из их согласия с местными численными решениями.
Реализация результатов работы. Разработанный программный ком-текс внедрен и используется в Научно-исследовательском институте Компью-:рных технологий при Хабаровском государственном техническом университе-:, на кафедре «Программное обеспечение вычислительной техники и автомати-грованных систем» ХГТУ.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научно-рактической конференции Решетневские чтения в г. Красноярске 1997г., на еждународном симпозиуме «The actual problems of the scientific and technologi-н progress of the Far Eastern Region» - Khabarovsk, 1997, на научных семинарах Математическое моделтгоование задач механики сплошной среды и теплопере-оса» в НИИ Компьютерных технологий г. Хабаровск, «Дифференциальные равнения» ХГТУ, г. Хабаровск.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 7 печатных работ
3 научно-технических отчета в рамках гранта государственной федеральной елевой программы «Интеграция» №К0560 + К0928. Из них 1 самостоятельно 5], остальные в соавторстве.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит з введения, 4 глав, заключения и списка цитированной литературы общим бъемом 136 страниц (из них 112 страниц текстовой информации и 24 страницы рисунками и графиками).