Прогнозування властивостей полімерних композитів методом комп'ютерного моделювання

Abstract

Кваліфікаційна робота присвячена прогнозуванню властивостей полімерних композитів методом комп’ютерного моделювання. Задача прогнозування властивостей полімерних композитів може бути вирішена шляхом комп'ютерного моделювання методом кінцевих елементів. Було проведено експериментальне визначення фізико-механічних властивостей полімерних композитів залежно від концентрації волокнистого та дисперсного наповнювача. Для моделювання міцності та несучої здатності матеріалу з аналізом накопичення пошкоджень була побудована скінчено-елементна модель в ANSYS. Верифікацію розробленої комп'ютерної моделі для прогнозування механічних властивостей композиційних матеріалів проводили шляхом порівняння результатів, отриманих під час лабораторних та модельних експериментів. Знайдено, що побудована скінчено-елементна модель добре прогнозує міцність полімерних композитів армованих дисперсними наповнювачами. Це пов'язано з гладкістю їх поверхонь і відсутністю в моделі розсічення наповнювача. Натомість прогнозування міцності полімерних композитів армованих волокнистими наповнювачами потребує додаткового аналізу. Матриця і волокнистий наповнювач, очевидно, мають концентратори напружень і обидва схильні до труднощів створення надійної структурної моделі.

The qualification work is devoted to the prediction of the properties of polymer composites by computer modeling. The task of predicting the properties of polymer composites can be solved by computer modeling using the finite element method. An experimental determination of the physical and mechanical properties of polymer composites was carried out depending on the concentration of fibrous and dispersed filler. A finite element model was built in ANSYS to simulate the strength and bearing capacity of the material with damage accumulation analysis. Verification of the developed computer model for predicting the mechanical properties of composite materials was carried out by comparing the results obtained during laboratory and model experiments. It was found that the constructed finite element model predicts the strength of polymer composites reinforced with dispersed fillers well. This is due to the smoothness of their surfaces and the absence of filler dissection in the model. Instead, predicting the strength of polymer composites reinforced with fibrous fillers requires additional analysis. The matrix and fibrous filler obviously have stress concentrators, and both are subject to difficulties in creating a reliable structural model.