Разработка методов моделирования и исследования структуры и упругих свойств полимерных композиционных материалов с использованием принципов клеточных автоматов
Диссертация
В настоящее время в промышленности композиционные материалы (КМ), в том числе полимерные композиционные материалы (ПКМ), успешно конкурируют с традиционными и вытесняют большинство из них. При этом технико-экономическая эффективность применения новых материалов во много зависит от эффективности методов прогнозирования их эксплуатационных свойств. В связи с этим задача разработки методов… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ, ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ И МЕТОДОВ ИХ МОДЕЛИРОВАНИЯ
- 1. 1. Свойства полимерных композиционных материалов
- 1. 2. Перколяционные эффекты в модифицированных композиционных материалах
- 1. 3. Метод клеточных автоматов и способы его применения
- 1. 4. Цель и задачи исследования
- ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ В ТРЕХМЕРНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТАХ
- 2. 1. Моделирование начального состояния композиционного материала
- 2. 2. Моделирование кластеризации частиц наполнителя
- 2. 3. Компьютерная реализация алгоритма перемешивания
- ГЛАВА 3. ШРКОЛЯЦИОННЬШ АНАЛИЗ КЛАСТЕРНОЙ СТРУКТУРЫ КОМПОЗИТОВ
- 3. 1. Формирование исследуемых структур
- 3. 2. Разработка алгоритма поиска кластеров
- 3. 3. Определение порога перколяции
- 3. 4. Определение критических индексов
- ГЛАВА 4. ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ МОДЕЛИРОВАНИЕ
- 4. 1. Экспериментальное определение вязкоупругих свойств композитов
- 4. 2. Расчёт эффективных модулей продольного растяжения (сжатия) и сдвига (7Эф
- 4. 3. Расчёт усреднённых значений <7Ср и Еср для клеток с наполнителем
- 4. 4. Модельный эксперимент по определению вязкоупругих характеристик композитов
- 4. 5. Исследование параметров кристаллических решеток
Список литературы
- Менделеева, Е. Композиционные материалы. Электронный ресурс. / Е. Менделеева // Онлайн Энциклопедия «Кругосвет». Режим доступа: http://www.krugosvet.ru/enc/, свободный.
- Keith, J. М. Electrical conductivity modeling of carbon-filled liquid-crystalline polymer / J. M Keith, J.A.- King, R.L. Barton // J. Appl. Polym. Sci. -2006. Vol. 102. — N 4. — P. 3293 — 3300.
- Калининм, Ю.Е. Электрические свойства аморфных нанокомпозитов (Co45Fe45Zrio)x (Al203)ix / Ю. Е. Калинин, А. Н. Ремизов, А. В. Ситников // Физика твердого тела. 2004. — Т. 46, вып. 11. — С. 2076 — 2082.
- Виноградов, А.П. Электродинамика композитных материалов / А. П. Виноградов. М., 2001. — 176 с.
- Большаков, В.И. Асимптотические методы расчета композитных материалов с учетом внутренней структуры / В. И. Большаков, И. В. Андрианов, В. В. Данишевский. Днепропетровск: Пороги. — 2008 г. — 247 с.
- Баланкин, А.С. Упругие свойства фракталов, эффект поперечных деформаций и динамика свободного разрушения твердых тел / А. С. Баланкин // Доклады АН СССР. 1991. — Том 319, № 5. — С. 1098−1101.
- Гладков, С.О. Физика композитов: Термодинамические й диссипативные свойства / С. О. Гладков. М.: Наука, 1999. — 330 с.
- Справочник по композиционным материалам. / Под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 1988. — 580 с.
- Промышленные полимерные композиционные материалы: Пер. с англ. под ред. П. Г. Бабаевского. М.: Химия, 1980. — 472 с.
- Перепечко И.И. Введение в физику полимеров.- М.: Химия, 1978.544 с.
- Ферри Дж. Вязкоупругие свойства полимеров: Пер. с англ. под ред. В. Е. Гуля. М.: Издатинлит, 1963.- 535 с.
- Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. -М.: Химия, 1973.-295 с.
- Бартенев Г. М., Зеленев Ю. В. Физика и механика полимеров. М.: Высшая школа, 1983.- 391 с.
- Бартенев Г. М., Френкель С .Я. Физика полимеров. Д.: Химия, 1990.- 432 с.
- Бартенев Г. М., Зеленев Ю. В. Курс физики полимеров. М.: Химия, 1976. — 288 с.
- Релаксационные явления в полимерах / Под ред. Г. М. Бартенева и Ю. В. Зеленева. Л.: Химия, 1972.- 376 с.
- Тагер A.A. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978.- 544 с.
- Каргин В.А., Слонимский Г. Л. Краткие очерки по физикохимии полимеров. М.: Химия, 1967.- 213 с.
- Волькенштейн М. В. Конфигурационная статистика полимерных цепей. М.: Изд. АН СССР, 1959.- 466 с.
- Бирштейн Т.М., Птицин О. Б. Конформация макромолекул. М.: Наука, 1964.- 391 с.
- Готлиб Ю. Я., Даринский A.A., Светлов Ю. Е. Физическая кинетика макромолекул. Л.: Химия, 1986.- 272 с.
- Дашевский В.Г. Конформационный анализ макромолекул. М.: Наука, 1987.- 288 с.
- Гибкость макромолекул // Энциклопедия полимеров. М.: СЭ, 1972. -Т.1.-С. 614−620.
- Высокоэластическое состояние // Энциклопедия полимеров. М.: СЭ, 1972.-Т. 1.-С. 559−568.
- Kuhn W. Elastic polymers at temperatures // Kolloid. Z. 1936.- Bd. 76, N3.- S. 258−271.
- Kuhn W. High elastic properties of polymers // Kolloid. Z. — 1934.-Bd. 68, N1.-S. 2−15.
- McCrum N.G. The low temperature transition in polytetrafluoroethylene // J. Polymer Sci. 1958. — V. 27. — P. 555 — 559.
- McCrum N.G. An internal friction study of polytetrafluoroethylene // J. Polymer Sci. 1959. — V. 34. — P. 355 — 369.
- Перепечко И.И., Сорокин B.E. Скорость ультразвука в полимерах при гелиевых температурах // Акустический журнал. 1972. — Т. 18, вып. 4.- С. 595−600.
- Сорокин В.Е., Перепечко И. И. Исследование механического поведения ряда полимеров в области гелиевых температур // Механика полимеров. 1974, № 1, — С. 18−23.
- Сорокин В.Е., Перепечко И. И. Вязкоупругие свойства фторсодер-жащих полимеров в области гелиевых температур // Высокомол. соед. Сер. А. -1974.- Т.16, № 7.- С. 1653−1657.
- Вязкоупругое поведение деформированного ПТФЭ / И. И. Перепечко, О. В. Старцев, М. Е. Савина // Механика полимеров. 1974, № 5.- С. 943−945.
- Молекулярная подвижность в поливинил фториде и поливинилиденфториде / И. И. Перепечко, О. В. Старцев, П. Д. Голубь '// Высокомол. соед. Сер. А. 1975.- Т.17, № 5.- С. 1014−1020.
- Перепечко И.И., Старцев О. В. Падение динамического модуля сдвига и плотности политетрафторэтилена при его ориентации // Высокомол. соед. Сер. Б. 1976.- Т.18, № 4.- С. 235−237.
- Перепечко И.И. Свойства полимеров при низких температурах. -М.: Химия, 1977.-271 с.
- Термическая обработка полимерных материалов в машиностроении. М: Машиностроение, 1968.- 268 с.
- Богатин О.Б. и др. Основы расчета полимерных узлов трения / О. Б. Богатин, В. А. Моров, И. Н. Черский. Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1983.- 368 с.
- Справочник по пластическим массам: В 2 т. / Под ред. Катаева В. М., Попова В. А., Сажина Б. И. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1975.-Т.2. — 567 с.
- Бессонов, М.И. Полиимиды класс термостойких полимеров / М. И. Бессонов, М. М. Котон, В. В. Кудрявцев, JT.A. Лайус. — Д.: Наука, 1983. — 328 с.
- Брянская, И.М. Свойства наполненных полимеров на основе полиимидов / И. М. Брянская, В. И. Суриков, Вад. И. Суриков и др. // Пласт, массы, 1988, № 7, С. 62−63.
- Челидзе, T.JI. Методы теории перколяции в механике разрушения / T.JI. Челидзе // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1983. — № 6. — С. 114 — 123. i
- Dickie, R.A. Heterogeneous Polymer Polymer Composites. I. Theory of Viscoelastic Properties and Equivalent Mechanical Models / R.A. Dickie // J. Appl. Polym. Sci. — 1973. — V. 17, N 1. — P. 45 — 63.
- Hill, R. A. Self-consistent mechanics of composite materials / R. Hill // J. Mech. Phys. Solids. 1963. -V. 11, P. 213 -225.
- Hashin, Z. A. Variational approach to the theory of elastic behavior of multi-phase materials / Z. Hashin, S. Shtrikman // J. Mech. Phys. Solids. 1963. — V. 11, P. 127- 134.
- Жиков, В.В. Об оценках усредненной матрицы и усредненного тензора /В.В. Жиков // Успехи математических наук. 1991. — Т.46, № 3. — С. 49 -56.
- Кривоглаз, М. А. Об упругих модулях твердой смеси / М. А. Кривоглаз, А. С. Черевко // Физ. мех. матер. 1959. — Т. 8, № 2. — С. 161 — 165.
- Kerner, E.H. The elastic and thermoelastic propertiese of composite media / E.H. Kerner // Proc. Phys. Soc. B. 1956. — V. 69, N 3. — P. 807 — 808.
- Левин, B.M. К определению эффективных упругих модулей композитных материалов / В. М. Левин // Докл. АН СССР. 1975. — Т. 220, № 5. -С. 1042- 1045.
- Hashin, Z.A. The elastic module of heterogeneous materials / Z. A. Hashi’n // J. Appl. Mech. 1962. — V. 290, N 1. — P. 143 — 150.
- Дульнев, Г. Н. Процессы переноса в неоднородных средах. / Т. Н. Дульнев, В. В. Новиков. Л.: Энергоатомиздат. 1991. — 246 с.
- Полухин, В.А. Моделирование аморфных металлов. / В. А. Полухин, Н. А. Ватолин. М.: Наука, 1985. — 288 с.
- Яновский, Ю.Г. Некоторые аспекты компьютерного моделирования структуры и микромеханических свойств перспективных полимерных композиционных материалов. / Ю. Г. Яновский, И. Ф. Образцов // Физическая мезомеханика. 1998, № 1. — С. 135 — 142.
- Alexandrov S., Barlat F. Modelling axisymmetric flow through a converging channel with an arbitrary yield condition // Acta Mechanica, 1999. V. 133.-P. 57 — 68.
- Белко, A.B. Вероятностные методы при моделировании объектов с фрактальной структурой / А. В. Белко // Тез. ДоклЛХ Респ. науч. конф. студентов, магистрантов и аспирантов «Физика конденсированных сред». -Гродно: ГрГУ, 2001. С. 21 — 30.
- Щелокова, М.А. Фрактальный подход к решению задачи о накоплении повреждений / М. А. Щелокова, Е. В. Коротунова, Ю. В. Мастиновский // Hoei матер1али i технолош в металурги та машинобудуванш. -2005.-№ 2. -С. 80 83.
- Андреева, А.В. Основы физикохимии и технологии композитов / А. В. Андреева. М.: Радиотехника, 2001. — 191 с.
- Бортников, А.Ю. Метод измерения параметров структуры наполненных полимеров с использованием текстурного анализа: автореф. дис.канд. физ.-мат. наук: 01.04.01 / Бортников Анатолий Юрьевич. Барнаул, 2008.-21 с.
- Berdichevsky V.L. Homogenization in micro-plasticity // J. Mech. Phys. Solids. 2005. — V.53. — P.2457−2469.
- Boutin C. Microstructural effects in elastic composites // Int. J. Solids Structures. 1996. — V.33. — P. 1023−1051.
- Батаев, A.A. Композиционные материалы: Строение, получение, применение /A.A. Батаева. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. 213с.
- Победря, Б.Е. Механика композиционных материалов. / Б. Е. Победря. М.: Издво МГУ, 1984. — 336 с.
- Тарасевич, Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы / Ю. Ю. Тарасевич. Москва: Издательская группа URSS, 2002. — 112с.
- Тарасевич, Ю. Ю. Решение задач теории перколяции с помощью пакета MATLAB. / Ю. Ю. Тарасевич, Е. Н. Манжосова // ExponentaPro. 2004. -№ 2 (6).-С. 10−25.
- Тарасевич, Ю. Ю. Элементы дискретной математики для программистов. — Электронное учебное пособие / Ю. Ю. Тарасевич. — Астрахань: Астраханский государственный педагогический университет, 2002. -230 с.
- Тарасевич, Ю. Ю. Элементы дискретной математики для программистов. Электронный ресурс.: [интерактив, учеб.]. Электрон, дан. и прогр. / Ю. Ю. Тарасевич. — Астрахань: АГПУ, 2002. — загл. с экрана.
- Смирнов, В.М. Фрактальные кластеры /В.М. Смирнов // Успехи физических наук. 1986. — Т. 149, вып. 2. — С. 177−219.
- Снарский, A.A. Процессы переноса в макроскопических неупорядоченных средах: От теории среднего поля до перколяции / A.A.
- Снарский, И.В. Безсуднов, В.А. Севркжов. М.: Издательство ЛКИ, 2007. -304с.
- Дыр да, В. И. Механика разрушения композитных материалов в контексте фрактального анализа. / В. И. Дыр да, М. А. Щелокова // Геотехническая механика. Днепропетровск: Авантаж, 2004. — Вып. 79. — С. 3−22.
- Смирнов, В.М. Фрактальные кластеры / В. М. Смирнов // Успехи физических наук. 1986. — Т. 149, вып. 2. — С. 177 — 219.
- Фрактальная структура кластеров ультрадисперсного алмаза / М. В. Байдакова и др.// Физика твердого тела. 1998. — Т. 40, № 4. — С. 776 — 780.
- Севостьянова, И.Н., Кульков С. Н. Фрактальные характеристики поверхностей деформации композиционного материала и их связь со структурой / И. Н. Севостьянова, С. Н. Кульков // Письма в ЖТФ. 1999. — Т. 25, № 2. — С. 34 — 38.
- Севостьянова, И.Н. Фрактальные характеристики поверхности пластически деформированного композита карбид вольфрама— железомарганцевая сталь / И. Н. Севостьянова, С. Н. Кульков // Журнал технической физики. — 2003. Т. 73, вып. 2. — С. 81 — 86.
- Новиков, В.У. Анализ структуры и свойств наполненных полимеров в рамках концепции фракталов (Обзор). / В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Пластические массы. 2004. — № 4. — С. 27 — 37.
- Щелокова, М.А. Приложение фрактальной геометрии к описанию механизма разрушения / М. А. Щелокова // Проблеми обчислювально! мехашкиi мщноси конструкцш. — Дншропетровськ: Дшпропетровський нащональний ушверситет, 2004. Вип. 8. — С. 137 — 144.
- Щелокова, М.А. Фрактальный подход к решению задачи о накоплении повреждений / М. А. Щелокова, Е. В. Коротунова, Ю. В. Мастиновский // Hobi матер1али i технологи в металургп та машинобудуванш. — 2005.-№ 2.-С. 80- 83.
- Гольдман, А. Я. Прогнозирование деформационно-прочностных свойств полимерных и композиционных материалов. / А. Я. Гольдман. JL: Химия. Ленингр. отд-ние, 1988. — 272 с.
- Мэттьюз, Ф. Композиционные материалы. Механика и технология. / Ф. Мэттьюз. М.: Техносфера, 2004. — 173 с.
- Новиков, В.У. Фрактальный анализ упругих констант полимеров. / В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Материаловедение. 2000. — № 1. — С. 2 — 12.
- Сороков, C.B. Кластерний пщхщ до розрахунку ф1зичних характеристик композитних матер1ал1в. / C.B. Сороков. — Льв1в: 1нститут ф1зики конденсованих систем. 2003. — 254 с.
- Алексеев, Д.В. / Д.В. Алексеев, Г. А. Казунина // Материалы Всероссийского семинара &bdquo-Моделирование неравновесных систем". — Красноярск: Институт вычислительного моделирования СО РАН, 2004. С. 4 -14.
- Hashin Z. Thermoelastic properties of particulate composites with imperfect interface // J. Mech. Phys. Solids. 1991. — V.39. — P.745- 762.
- Победря, Б.Е. Математическое моделирование многокомпонентных деформируемых сред / Б. Е. Победря, И. Л. Гузей // Математическое моделирование систем и процессов. 1998. — № 6. — С. 75 — 81.
- Кошур, В.Д. Компьютерное моделирование интеллектуальных композиционных материалов. / В. Д. Кошур // Труды международной конференции RDAMM-2001. -2001. Т.6, 4.2 С. 218 — 225.
- Прогнозирование теплофизических свойств полимерных композиционных материалов с учетом модельных представлений / В. М. Барановский и др.// Пластические массы, 2004. № 3. — С. 13−18.
- Modelling of mechanical properties of nanoparticle-filled polyethylene Моделирование механических свойств полиэтилена, наполненного наночастицами. / В. Lehmann [и др.]// Int. J. Polym. Mater. 2008. — Vol. 57. — N 1. -P. 81 — 100.
- Валуев, A.A. Метод молекулярной динамики: Теория и приложения / A.A. Валуев, Г. Э. Норман, В. Ю. Подлипчук // Математическое моделирование: Физико-химические свойства вещества. М.: Наука, 1989. — С. 5−40.
- Белащенко, Д. К. Компьютерное моделирование некристаллических веществ методом молекулярной динамики / Д. К. Белащенко // Соросовский образовательный журнал. 2001. — Т. 7, № 8. — С. 44 — 50.
- Алексеев, Д.В. / Д.В. Алексеев, Г. А. Казунина // Материалы Всероссийского семинара &bdquo-Моделирование неравновесных систем". — Красноярск: Институт вычислительного моделирования СО РАН, 2004. С. 4 -14.
- Беркович, С.Я. Клеточные автоматы как модель реальности: поиск новых представлений физических и информационных процессов. / С. Я. Беркович. М.: Изд-во МГУ, 1993. — 112 с.
- Гулдт, X. Компьютерное моделирование в физике / X. Гулдт Я., Тобочник. Ч. 2. — М.: Мир, 1990. — 400 с.
- Тоффоли, Т. Машины клеточных автоматов / Т. Тоффоли, Н. Марголус. М.: «Мир», 1991. — 280 с.
- Моделирование произвольной деформации поликристаллов методом клеточных автоматов / Я. Е. Бейгельзимер и др. // Журнал технической физики. 1998. — Т.68, № 11.-С.130−132.
- Динамическая функция отклика в методе подвижных клеточных автоматов, построенная на основе калибровочной модели однородно-демпфируемого материала с дефектами / М. А. Чертов и др. // Физическая мезомеханика. 2005. — Т.8, № 4. — С. 59 — 67.
- Особенности разрушения гетерогенных материалов при динамическом нагружении. Моделирование методом подвижных клеточных автоматов. / Ж. Лиин и др. // Физическая мезомеханика. 2002. — Т.5, № 4. — С. 41−46.
- Компьютерное моделирование поведения контакта материалов при трении методом подвижных клеточных автоматов / X. Клосс и др. // Физическая мезомеханика. — 2003. Т.6, № 6. — С. 23 — 29.
- Алексеев, Д.В. Моделирование кинетики накопления повреждений вероятностным клеточным автоматом / Д. В. Алексеев, Г. А. Казунина // Физика твердого тела. 2006. — Т. 48, вып. 2. — С. 255 — 261.
- Метод подвижных клеточных автоматов как инструмент физической мезомеханики материалов. / С. Г. Псахье и др. // Физическая мезрмеханика. 1998. — № 1. — С. 95 — 108.
- О возможности компьютерного конструирования материалов с высокопористой и каркасной структурой на основе метода подвижных клеточных автоматов / С. Г. Псахье и др. // Письма в ЖТФ. 1998. — Т.24. — № 4.-С. 71 -76.
- Метод подвижных клеточных автоматов как инструмент для моделирования в рамках физической мезомеханики / С. Г. Псахье и др. // Известия вузов. Физика. 1995. — Т. 38. — № 11. — С. 58 — 69.
- Прусаков, Г. М. Математические модели и методы в расчетах на ЭВМ. / Г. М. Прусаков. М.: Физматлит, 1993. — 144с.
- Берлин, A.A. Принципы создания композиционных полимерных материалов / A.A. Берлин. М.: Химия. 1990. — 240 с.
- Моделирование структурообразующих процессов в наполненных полимерах / A.B. Горяга и др. // Материаловедение. 1999. — № 5. — С. 8 — 12.
- Рогачев, Е.А. Анализ кластерной структуры модельных двухкомпонентных композитов / Е. А. Рогачев, Вал.И. Суриков, В. А. Федорук.// Омский научный вестник. Серия приборы, машины и технологии. 2009 г. — № 2 (80).-С. 61−65.
- Олемской, А.И. Использование концепции фрактала в физике конденсированной среды / А. И. Олемской, А. Я. Флат // Успехи физических наук. 1993. — Т. 163, № 12. — С. 43 — 52.
- Концепция фрактала в материаловедении. Сообщение 2. Методология мультифрактальной параметризации структур. / И. Ж. Бунин и др. // Материаловедение. 2000. — № 1. — С. 16−25.
- Смирнов, Б.М. Физика фрактальных кластеров / Б. М. Смирнов. -М.: Наука. 1991.-136 с.
- Рогачев, Е.А. Прогнозирование упругих свойств полимерных композиционных материалов / Е. А. Рогачев, М. А. Зверев, В. И. Суриков // Омский научный вестник. Серия приборы, машины и технологии. — 2010 г. — № 3(80). -С. 61 -65.
- Суриков, Вал.И. Повышение эксплуатационных свойств композитов на основе политетрафторэтилена путем структурной многоуровневой модификации: дис.. докт. техн. наук. / Вал.И. Суриков. -Омск, 2001. 363 с.
- Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. -М.: Химия, 1973.-295 с.
- Упругие характеристики модельных двухкомпонентных систем /В.А. Федорук и др. // Динамика систем, механизмов и машин: матер. VII Междунар. науч.-техн. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. — Кн. 2. — С. 462 465.
- Эфрос А.Л. Физика и геометрия беспорядка. М.: Наука, 1982. — 176с.
- Рогачев, Е.А. Модель оценки эффективных упругих характеристик двухкомпонентных композитов. / Е. А. Рогачев, В. И. Суриков // Омское время — взгляд в будущее: матер, регион, молодеж. науч.-техн. конф. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. Кн. 2. — С. 76 — 78.
- Миркин, Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов / Л. И. Миркин. М.: Физматгиз, 1961.- 863 с.
- Шур, A.M. Высокомолекулярные соединения / A.M. Шур. М.: ВШ, 1981, — 656 с.
- Машков, Ю.К. Трибофизика и свойства наполненного фторопласта /Ю.К. Машков. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997. — 192 с.
- Хейкер, Д.М. Рентгеновская дифрактометрия / Д. М. Хейкер, Л. С. Зевин. М.: Физматгиз, 1963.- 380 с.
- Гинье, А. Рентгенография кристаллов / А. Гинье. М.: Физматгиз, 1961.- 640 с.