Оптимальное моделирование композитных материалов с заданными свойствами

Аннотация

Сферы применения композиционных материалов становятся всеобъемлющими: от товаров народного потребления до космической индустрии. В то же время вопрос разработки способов проектирования композиционных материалов различного назначения является актуальным и в настоящее время. Область совершенствования проектирования, по мнению авторов, лежит в возможности более широкого применения компьютерных программ на этапе математического моделирования материала, проведенного с учетом всех его особенностей. В данной статье предложен вариант моделирования процесса создания композитного материала (КМ). Моделирование основано на многофакторной оптимизации. Учтены следующие факторы: назначение элемента конструкции, геометрические размеры, технологические и эксплуатационные требования, а также различные виды ограничений и воздействий. Компьютерная реализация выполняется в программной среде «MATLAB+Simulink». Представлен краткий обзор литературы с анализом применяемых материалов, технологий изготовления КМ, оценки адгезии компонентов КМ, приведены формулы оценки прочности, подтверждаемые экспериментом; вводится оценка срока эксплуатации, основанная на кинетической теории прочности. Моделирование композита осуществлено с помощью стратифицирования, при котором высшей стратой является микроуровень, а низшей - макроуровень. Составлена формула, управляющая моделированием КМ. По структурной схеме моделирования даны рекомендации по работе в среде MATLAB в диалоговом режиме и в блочном варианте Simulink. Использование систем компьютерной математики для описания модели композиционного материала позволит уменьшить объем экспериментальных работ как по стоимости, так и по времени. В моделировании может быть полностью учтена специфика производства и эксплуатации изделия из композиционного материала.