Оглавление
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................. 7
Глава1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ СТРУКТУРНЫХ
ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИОННЫХ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ................................................................. 14
1.1. Классификация композитных материалов и армирующих
структур .............................................................................................................. 14
1.2. Совершенствование технологии и оборудования для производства
полимерных композиционных материалов .................................................... 22
1.2.1. Физические методы интенсификации процесса пропитки
наполнителей полимерных композитных материалов в периодических
процессах ........................................................................................................ 23
1.2.1.1. Использование предварительного прогрева ....................... 24
1.2.1.2. Использование токов высокой или сверхвысокой частоты
......................................................................................................................... 26
1.2.1.3. Использование вакуумирования .......................................... 27
1.2.1.4. Использование ультразвуковых колебаний ........................ 28
1.3. Периодические способы получения композитных материалов .. 30
1.3.1. Контактное формование ........................................................... 30
1.3.2. Напыление ................................................................................. 31
1.3.3. Прессование ............................................................................... 33
1.3.4. Намотка ...................................................................................... 35
1.3.5. Вакуумное формование ............................................................ 36
1.3.6. Вакуумная инфузия .................................................................. 37
1.3.7. Формование с подачей смолы ................................................. 38
1.4. Поточные способы получения композитных материалов ....... 39
Глава2. СИНТЕЗ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ АРМИРУЮЩЕЙ
СТРУКТУРЫ ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА,
ПОЛУЧЕННОЙ НА ОСНОВЕ ТЕКСТИЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ......... 42
2.1. Концептуальные предпосылки синтеза и анализа численной
гидродинамической модели системы «капиллярно пористая армирующая
структура - матрица» ........................................................................................ 42
2.1.1. Разработка концептуальной модели процесса взаимодействия
армирующей структуры - текстильного материала с матрицей как
системы........................................................................................................... 42
2.2. Обоснование выбора средств программного обеспечения и
методов компьютерного моделирования для решения задач процесса
инфузии - импрегнирования в синтезе капиллярно-пористой структуры
полимерного композитного материала ........................................................... 46
2.3. Системный анализ явления массопереноса в процессе вакуумной
инфузии армирующей структуры и матрицы как вязкой компоненты ....... 49
2.4. Численный анализ процесса массопередачи в системе обработки
капиллярно пористой армирующей структуры волокнистого материала в
инфузионной ванне ........................................................................................... 51
2.5.
Направления развития технологии синтеза композитных
материалов из капиллярно-пористых структур методами проектно
ориентированного моделирования в интегрированных CAD-системах ..... 54
2.6. Синтез 3D-модели тканой армирующей структуры текстильного
композита
средствами
методологии
численного
объектно
ориентированного моделирования .................................................................. 56
2.7.
Разработка
программного
комплекса
твёрдотельного
моделирования волокнистых армирующих структур и расчета их
3
4
архитектуры по заданным геометрическим параметрам тканого полотна и
нитей ................................................................................................................... 64
2.8. Исследование скорости потока жидкости в модели элементарной
ячейки тканой структуры ................................................................................. 68
Глава3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ
ПРОЕКТИРОВАНИИ АРМИРУЮЩИХ СТРУКТУР ................................ 72
3.1. Анализ параметров, определяющих направленность волокон в
нетканых структурах технического назначения ............................................ 78
3.2. Метод бинаризации как основа структурного анализа
поверхностной плотности нетканой армирующей структуры композитного
материала ........................................................................................................... 84
Глава 4. РАЗРАБОТКА И КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗ
ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕДАЧИ В
ЗОНЕ ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИИ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ И
АРМИРУЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ НАПОЛНИТЕЛЯ .................................... 94
4.1. Численная модель переходных состояний процесса
массопередачи в зоне вакуумной инфузии полимерной матрицы и
армирующей структуры наполнителя ............................................................. 94
4.2. Анализ влияния внешнего динамического воздействия на
кинетику процесса пропитки в синтезе полимерного композитного
материала ......................................................................................................... 102
4.3. Идентификация численной модели переходных состояний
массопереноса в процессе инфузии матрицы в армирующей структуре
волокнистого композитного материала ........................................................ 122
4.3.1. Особенности задач идентификации ...................................... 122
5
4.3.2. Решение задачи идентификации численной модели
переходных состояний процесса массопередачи при инфузионной
обработке капиллярно пористой структуры волокнистого материала . 123
4.4. Разработка методики синтеза системы ультразвукового
устройства с армирующей структурой волокнистого композитного
материала в динамическом режиме внешнего нагружения ........................ 129
4.4.1. Физические особенности гидродинамического процесса
кавитации при вакуумной инфузии армирующей структуры ................ 129
4.4.2. Синтез устройства ультразвуковой интенсификации процесса
вакуумной инфузии армирующей структуры композита на основе
многослойных волокнистых материалов .................................................. 135
4.4.3 Эффективность и перспективность использования технологии
ультразвуковых колебаний на эксплуатационные характеристики
композитного материала ............................................................................ 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................... Ошибка! Закладка не определена.
Литература ............................................................................................... 151
Приложение 1 ........................................................................................... 179
Приложение 2 ........................................................................................... 181
Приложение 3 ........................................................................................... 182
Приложение 4 ........................................................................................... 186
