Чисельне моделювання теплового поля в волокнистих композиційних матеріалах
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.1.48.2016.03Ключові слова:
чисельне моделювання, теплове поле, температура, теплоперенесення, композиційні матеріалиАнотація
Стаття присвячена проблемам теплоперенесення в багатокомпонентному тілі з анізотропними теплофізичними властивостями, такими як полімерні композиційні матеріали з волокнистим наповнювачем і інші шаруваті системи. Мета: Мета цього дослідження полягає в визначенні температурного градієнта на поверхні, що нагрівається і оцінці теплоперенесення між компонентами тіла, що моделюється. Матеріали і методи: Аналітичні методи моделювання ускладнені анізотропією структури і властивостей композиційних матеріалів. Чисельні методи моделювання мають широкий інструментарій, що дозволяє уникнути багатьох припущень, скоротити час обчислень і наочно відобразити висновки. Результати: В роботі розглянуто становлення теплового поля від кільцевого джерела тепла в площині і просторі, що дозволяє оцінити процес теплового росповсюждення в одному шарі матеріалу і в їх поєднанні. Представлені результати чисельного моделювання дозволили встановити локації максимальної і мінімальної температур тіла, що нагрівається. Теплофізична анізотропія тіла обумовлює асиметричне поширення тепла. На поверхні, що нагрівається, виявлено яскраво виражений хвилеподібний температурний профіль, крім того, встановлено, що температура в деяких секторах крайнього шару значно перевищує середню температуру поверхні. Існування описуваного температурного градієнта знайшло підтвердження в попередньому експериментальному дослідженні автора. З метою спрощення структури моделі і зниження часу обчислення наступних або подібних задач було зроблено спробу зведення анізотропного тіла до ізотропного шляхом підбору теплофізичних властивостей. Отримана ізотропна модель має високий ступінь кореляції до оригінальної, проте вона менш інформативна і повинна коректуватися спеціальними коефіцієнтами.
Завантаження
Посилання
Исследования теплопроводности углепластиков в широком диапазоне эксплуатационных температур с использованием элементов натурных конструкций / С.В. Резник, О.В. Денисов, В.А. Нелюб и др. // Все материалы. Энцикл. справ. — 2012. — № 3. — С. 2–6.
Micillo, C. Innovative manufacturing for automated drilling operations / C. Micillo, J. Huber // Advanced Fabrication Processes: Proceedings of the 47th Meeting of the AGARD Structures and Materials Panel, 26-28 September 1978, Florence, Italy. — Neuilly-sur-Seine: AGARD, 1979. — PP. 4.1–4.15.
Effect of ultrasonically-assisted drilling on carbon-fibre-reinforced plastics / F. Makhdum, V.A. Phadnis, A. Roy, V.V. Silberschmidt // Journal of Sound and Vibration. — 2014. — Vol. 333, Issue 23. — PP. 5939–5952.
On the temperatures developed in CFRP drilling using uncoated WC-Co tools Part II: Nanomechanical study of thermally aged CFRP composites / J.L. Merino-Pérez, A. Hodzic, E. Merson, S. Ayvar-Soberanis // Composite Structures. — 2015. — Vol. 123. — PP. 30–34.
On the temperatures developed in CFRP drilling using uncoated WC-Co tools Part I: Workpiece constituents, cutting speed and heat dissipation / J.L. Merino-Pérez, R. Royer, S. Ayvar-Soberanis, et al. // Composite Structures. — 2015. — Vol. 123. — PP. 161–168. DOI:10.1016/j.compstruct.2014.12.033
Thermal stability of epoxy resins containing flame retardant components: an evaluation with thermogravimetric analysis / C.S. Wu, Y.L. Liu, Y.C. Chiu, Y.S. Chiu // Polymer Degradation and Stability. — 2002. — Vol. 78, Issue 1. — PP. 41–48.
Brinksmeier, E. Drilling of composites and resulting surface integrity / E. Brinksmeier, S. Fangmann, R. Rentsch // CIRP Annals – Manufacturing Technology. — 2011. — Vol. 60, Issue 1. — PP. 57–60.
Effect of chilled air on tool wear and workpiece quality during milling of carbon fibre-reinforced plastic / M.K. Nor Khairusshima, C.H. Che Hassan, A.G. Jaharah, et al. // Wear. — 2013. — Vol. 302, Issues 1–2. — PP. 1113–1123.
Pecat, O. Tool wear analyses in low frequency vibration assisted drilling of CFRP/Ti6Al4V stack material / O. Pecat, E. Brinksmeier // Procedia CIRP. — 2014. — Vol. 14. — PP. 142–147.
Sheikh-Ahmad, J.Y. Drilling of carbon/epoxy composites by electrical discharge machining [Електронний ресурс] / J.Y. Sheikh-Ahmad, S.R. Shinde // Proceedings of the 1st International Conference on Industrial, Systems and Manufacturing Engineering (ISME’14), 11–13 November 2014, Amman, Jordan. — Режим доступу: http://dx.doi.org/10.13140/2.1.2515.4244 (Дата звернення: 25.10.2015).
Дульнев, Г.Н. Теплопроводность смесей и композиционных материалов / Г.Н. Дульнев, Ю.П. Заричняк. — Л.: Энергия, 1974. — 264 с.
Михайловский, К.В. Разработка высокотеплопроводных полимерных композиционных материалов для космических конструкций [Электронный ресурс] / К.В. Михайловский, П.В. Просунцов, С.В. Резник // Инженерный журнал: наука и инновации. — 2012. — № 9. — Режим доступа: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2012-9-375 (Дата обращения: 24.12.2015).
Сипайлов, В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности / В.А. Сипайлов; ред. Г.З. Серебренников. — М.: Машиностроение, 1978. — 167 с.
Carslaw, H.S. Introduction to the mathematical theory of the conduction of heat in solids / H.S. Carslaw. — 2nd Ed. — London: MacMillan, 1945. — 268 p.
Мелентьев, Р.Ю. Компьютерное моделирование теплового поля в элементарном объеме полимерных композиционных материалов / Р.Ю. Мелентьев // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 2. — С. 3–8.
Мелентьев, Р.Ю. Определение теплопроводности полимерных композиционных материалов / Р.Ю. Мелентьев // Научный вестник ДГМА. — 2013. — № 2(12Е). — С. 123–130.
Мелентьев, Р.Ю. Особенности механической обработки полимерных композиционных материалов / Р.Ю. Мелентьев, В.В. Натальчишин // Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування. — 2013. — № 4(449). — С. 30–34.
