Optimal Modeling of Composite Materials with Specified Properties

Authors

  • V. I. Kucherjuk Tyumen State Institute of Culture
  • I. V. Chaptala Tyumen State University
  • N. A. Spiridonova Industrial University of Tyumen (IUT)

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2025-1-108-118

Keywords:

simulink, matlab, multifactorial optimization, composite material modeling, composite material

Abstract

The areas of application of composite materials are becoming comprehensive: from consumer goods to the space industry. At the same time, the issue of developing methods for designing composite materials for various purposes is still relevant today.The area for improving design, according to the authors, lies in the possibility of wider use of computer programs at the stage of material mathematical modeling, carried out with regard to all its features. This article proposes a variant of process modeling todesign a composite material (CM). The simulation is based on multifactor optimization.The following factors are taken into account: the purpose of the structural element, geometric dimensions, technological and operational requirements, as well as various types of restrictions and effects. Computer implementation is carried out in the MATLAB+Simulink software environment.A brief review of literature is presented with an analysis of the materials used, CM manufacturing technologies, CM components adhesion assessment, formulae for assessing strength, confirmed by experiment, are given; an assessment of the service life is introduced, based on the kinetic theory of strength. The composite modeling was carried out using stratification with the highest stratum on the micro level, and the lowest on the macro level.A formula has been compiled that runs the CM modeling. Based on the modeling block diagram, recommendations are given for working in the MATLAB environment in interactive mode and in the block version of Simulink. The use of computer mathematics systems to describe a model of a composite material will reduce the amount of experimental work both in cost and time.The modeling can fully take into account the specifics of product production and operation made from a composite material.

Author Biographies

V. I. Kucherjuk, Tyumen State Institute of Culture

PhD in Engineering, Professor

I. V. Chaptala, Tyumen State University

Lecturer

N. A. Spiridonova, Industrial University of Tyumen (IUT)

Lecturer

References

Кучерюк В. И., Шаптала И. В., Спиридонова Н. А. Оптимальное проектирование композитных коробчатых конструкций // Интеллектуальные системы в производстве. 2022. Т. 20, № 3. С. 66-75.

Шестаков А. М. Керамика на основе кремнийорганических полимеров - прекурсоров: способы получения и свойства (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. № 1.

Коберник В. И., Шиганов И. Н. Композиционные материалы с металлической матрицей: сварные соединения и покрытия: монография. М.: Изд. КноРус, 2022. 351 с.

Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. С. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие. М.: Профессия, 2023. 712 с.

Редькин В. Е., Капитонов А. М. Физико-механические свойства композиционных материалов. Упругие свойства: монография. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2019. 532 с.

Лазовский Д. Н., Бадалова Е. Н. Моделирование напряженно-деформированного состояния предварительно напряженных железобетонных элементов, усиленных композитным материалом // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. 2024. № 1 (36). С. 21-27.

Обзор критериев прочности материалов / Е. И. Орешко, В. С. Ерасов, А. В. Гриневич, П. В. Шершак // Труды ВИАМ. 2019. № 9.

Гриневич Д. В., Яковлев Н. О., Славин А. В. Критерии разрушения композиционных материалов // Труды ВИАМ. 2019. № 7.

Экспериментальное исследование по оценке адгезионной прочности "волокно - матрица" в углепластиках на основе эпоксидного связующего, модифицированного полисульфоном / А. И. Гуляев, П. Н. Медведев, С. В. Сбитнев, А. А. Петров // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 4 (57). С. 80-86.

Гуреева М. А., Овчинников В. В. Композиционные материалы и их соединения: учебник. М.: Литрес, 2024. 321 с.

Baino F. Ceramics, Glass and Glass-Ceramics: From Early Manufacturing Steps Towards Modern Frontiers// F. Baino, M. Tomalino, D. Tulyaganov (eds.). Springer, 2021. 348 p.

Сафонов В. А., Чоба М. А. Коррозия и защита металлов учебник. Вологда: Инфа-Инженерия, 2023. 184 с.

Баур Э., Освальд Т. А., Рудольф Н. Настольная книга переработчика пластмасс: Справочник по полимерным материалам. М.: Профессия, 2021. 672 с.

Солнцев Ю. П. Хладостойкие стали и сплавы: учебник для вузов. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2020. 476 c. // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS: [сайт]. URL: https://www.iprbookshop.ru/67358.html1. ISBN: 978-5-93808-299-1.

Бондаренко Г. Г., Кабанова Т. А., Рыбалко В. В. Основы материаловедения: учебник. 3-е изд., электрон. М.: Лаборатория знаний, 2020. 763 с. ISBN 978-5-00101-755-4.

Published

01.04.2025

How to Cite

Kucherjuk В. И., Chaptala И. В., & Spiridonova Н. А. (2025). Optimal Modeling of Composite Materials with Specified Properties. Intellekt. Sist. Proizv., 23(1), 108–118. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2025-1-108-118

Issue

Section

Articles