ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    
 


Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 








Нашли ошибку на сайте?

Сообщите нам:   







 

Архив выпусков

Выпуск 4 (60), 2020


Реологическое моделирование напряженно-деформированного состояния при плоском прессовании композиционных материалов


Кумицкий Б. М., Саврасова Н. А., Николайчик А. В., Аралов Е. С.


Кумицкий Б. М., канд. физ.-мат. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: +7-999-401-60-87, e-mail. boris-kum@mail.ru

Саврасова Н. А., канд. физ.-мат. наук, доц. кафедры физики и химии, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», Россия, г. Воронеж, тел.: +7-951-872-94-25, e-mail: savrasova-nataly@mail.ru

Николайчик А. В., канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: +7(473) 271-53-21, e-mail. teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Аралов Е. С., аспирант кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: +7-960-125-29-96, e-mail: vgtu.aralov@yandex.ru

 
 
Постановка задачи. Исследуется деформационное поведение композиционного материала в процессе его плоского прессования. Для решения этой проблемы предложена реологическая модель, в основе которой лежат явления, протекающие в вязкой (ньютоновской) несжимаемой жидкости, занимающей объем между двумя сближающимися с малой скоростью абсолютно жесткими параллельными плоскостями конечных размеров прямоугольной формы. В рамках механики сплошной среды в условиях плоского деформированного состояния решается задача в двух измерениях о медленном течении в отсутствии объемных сил и инерционных эффектов. При этом решение уравнения движения с условиями неразрывности сводится к известному уравнению Лапласа. Кроме того, на основе модели линейной вязкоупругости и одноосного напряженного состояния предпринята попытка описания релаксационных явлений, протекающих в затвердевающем композите по окончании процесса активного прессования. 
Результаты и выводы. Получены аналитические зависимости силовых параметров напряженно-деформированного состояния прессуемого композита; получены соотношения для кинематических характеристик процесса прессования; получено выражение для релаксации напряжений в процессе технологической выдержки материала под давлением после окончания активного прессования. Результаты исследования позволяют экспериментально определять численные значения динамического коэффициента вязкости и времени релаксации напряжения, которые являются важными характеристиками при управлении процессами прессования. 
 
Ключевые слова: релаксация, реологическая модель, вязкость, ньютоновская жидкость, прессование.


DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.008

 

Библиографический список

1. Александров, С. Е. Сжатие вязкопластического слоя между шероховатыми параллельными плитами / С. Е. Александров, И. Д. Баранова, Г. Мишурис // Изв. РАН. МТТ. – 2008. – № 6. – С. 33-39.
2. Анциферов, В. Н. Механика процессов прессования порошковых и композиционных материалов / В. Н. Анциферов, В. Е. Перельман. – М.: Грааль, 2001.  631 с.
3. Аристов, С. Н. Течения вязкой жидкости между подвижными параллельными плоскостями / С. Н. Аристов, Д. В. Князев // Известия Российской Академии наук. Механика жидкости и газа. – 2012. – № 4. – С. 55-61.
4. Бахтеев, О. А. Математическое моделирование процесса прессования порошка диоксида урана при изготовлении таблеток ядерного топлива / О. А. Бахтеев, А. В. Лысиков, Е. Н. Михеев и др. // Вестник национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». – 2014. – т. 3, № 6. – с. 618-622.
5. Бураго, Н. Г. Математическая модель для расчета прессования и спекания порошковых материалов / Н. Г. Бураго, И. С. Никитин // Южный федеральный университет; Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. — Издательство Южного федерального университета Ростов-на-Дону; Таганрог, 2017. – С. 21-27.
6. Дорняк, О. Р. Математическое моделирование процесса прессования древесины в различных направлениях механической анизотропии // Известия вузов. Северо–Кавказский регион. Технические науки. Спец. выпуск "Композиционные материалы".– 2005. – С. 85-92.
7. Егер, Дж. К. Упругость, прочность и текучесть / Дж. К. Егер ; пер. а англ. Ю. Н. Востропятова; под ред. О. В. Лужина. – Москва: МАШГИЗ, 1961. – 172 с.: ил. – Библиогр.: 170 с.
8. Козлов, Г. В. Дисперсно-наполненные полимерные нанокомпозиты: монография / Г. В. Козлов, Г. Е. Заиков, О. В. Стоянов, А. М. Кочнев, Казан. нац. исслед. технол. ун-т .— Казань: КНИТУ, 2012 .— 125 с.: ил. — Библиогр.: с. 111-124.
9. Кумицкий, Б. М. Математическое моделирование процесса склеивания древесного шпона в условиях плоского прессования фанеры / Б. М. Кумицкий, Н. А. Саврасова, Е. В. Кантиева // Лесотехнический журнал. – 2018. – Т. 8. – № 2 (30). – С. 204–212. – Библиогр.: с. 209-211.
10. Кумицкий, Б. М. Математическое моделирование холодного прессования листового композита / Б. М. Кумицкий, Н. А. Саврасова, В. Н. Мелькумов, Е. С. Аралов // Научный журнал строительства и архитектуры. – 2020. – № 1 (57). – С. 42-50.
11. Лукьянов, Н. А. Реологическая модель и уравнение течения упруго-вязко-пластичной массы / Н. А. Лукьянов, М. А. Степанов, А. А. Королев // Вестник МГСУ. – 2013. – № 5. – С. 43-48.
12. Магомедов, Г. О. Реологическая модель деформационного поведения сахарного теста в условиях одноосного сжатия / Г. О. Магомедов, А. А. Журавлев, Т. А. Шевякова, И. В. Плотникова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2014; – № 4 – С.110-114.
13. Плотников, Н. П. Совершенствование технологии производства древесноплитных материалов. / Н. П. Плотников, Г. П. Плотникова // Новосибирск: НП «СибАК», 2013. – 112 с.
14. Саврасова, Н. А. Математическое моделирование плоского прессования слоистых пластиков. / Н. А. Саврасова, А. Д. Агапов, Б. М. Кумицкий // Современные проблемы теории машин.  Новокузнецк. изд-во НИЦМС.  2018.  с. 50-55.
15. Ханефт, А. В. Основы механики сплошных сред в примерах и задачах. Ч. 1. Гидродинамика : учебное пособие / А. В. Ханефт ; М-во образования и науки РФ, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования Кемеровский гос. ун-т, Каф. теоретической физики. - Кемерово : ГОУ ВПО Кемеровский гос. ун-т, 2010. – 97 с.
16. Чубинский, А. Н. Моделирование процессов склеивания древесных материалов / А. Н. Чубинский, В.В. Сергеевичев. – Санкт-Петербург – 2007. – 176 с.
17. Adams, M. J. An analysis of the plane-strain compression of viscoplastic materials / M. J. Adams, B. J. Briscoe, G. M. Corfield // Trans. ASME. J. Appl. Mech. – 1997. – V. 64. – P. 420–424.
18. Bunoiu, R. Asymtotic behavior of a Bingham fluid in thin layers / R. Bunoiu, S. Kesavan // J. Math. Anal. – Appl. – 2004 – 293 (2), 405-418.
19. Prandtl, L. Anwendungsbeispiele zu einem Henckyschen Salz uber das plastische Gleichgewicht // Zangew. Math. Mech. – 1923. – Bd 3. – P. 401-406.
20. Sherwood, J. D. Squeeze flow of a power-law viscoplastic solid / J. D. Sherwood, D. Durban // J. Non-Newton. Fluid Mech. – 1996. – Vol. 62, No. 1. – pp. 35-54.
21. Wilson, S. D. R. Squeezing flow of a Bingham material, J. Non-Newtonian Fluid Mech. – 1993. – № 47. – pp. 211-219.
22. Zhu, H. Non-Newtonian fluids with stress. / H. Zhu, Y. D. Kim, D. D. Kee // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. – 2005. – V. 129, № 3. – P. 177-181.

 
 

Ссылка для цитирования

Кумицкий, Б. М. Реологическое моделирование напряженно-деформированного состояния при плоском прессовании композиционных материалов  / Б. М. Кумицкий, Н. А. Саврасова, А. В. Николайчик, Е. С. Аралов // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2020. - № 4 (60). - С. 78-86. - DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.008.

 
 
 
 

English version 

 

Rheological Modeling of the Stress-Strain State in Flat Compaction of Composite Materials

Kumitsky B. М., Savrasova N. А., Nikolaichik А. V., Aralov Е. S.
 
 

Kumitsky B. М., PhD in Physics and Mathematics, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: +7-999-401-60-87, e-mail. boris-kum@mail.ru

Savrasova N. А., PhD in Physics and Mathematics, Assoc. Prof. of the Dept. of Physics and Chemistry, Military Training and Scientific Center of the Air Force «Air Force Academy named after prof. N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin», Russia, Voronezh, tel.:+7-951-872-94-25, e-mail: savrasova-nataly@mail.ru

Nikolaichik А. V., PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: +7(473) 271-53-21, e-mail. teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Aralov Е. S., PhD student of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.:+7-960-125-29-96, e-mail: vgtu.aralov@yandex.ru


 
Statement of the problem. The article investigates the deformation behavior of a composite material in the process of its flat pressing. To solve this problem, a rheological model is proposed which is based on the phenomena occurring in a viscous (Newtonian) incompressible fluid that occupies the volume between two absolutely rigid parallel planes of finite dimensions of rectangular shape approaching at a low speed. Within the framework of mechanics of a continuous medium under conditions of a plane deformed state, the problem is addressed in two dimensions about a slow flow in the absence of volume forces and inertial effects. In this case, the solution of the equation of motion with continuity conditions is reduced to the well-known Laplace equation. In addition, based on the model of linear viscoelasticity and uniaxial stress, an attempt has been made to describe the relaxation phenomena occurring in the solidifying composite at the end of the active pressing process. 
Results and conclusions. Analytical dependences of the power parameters of the stress-strain of the compressed composite are obtained; relations for the kinematic characteristics of the pressing process are identified; an expression is designed for the relaxation of stresses during the technological holding of the material under pressure following the end of active pressing. The results of the study make it possible to experimentally determine the numerical values of the dynamic coefficient of viscosity and stress relaxation time which are important characteristics in controlling the pressing processes.
 
Keywords: relaxation, rheological model, viscosity, Newtonian fluid, compression. 


DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.008

References

1. Aleksandrov, S. E. compression of the viscoplastic layer between rough parallel plates / S.E. Aleksandrov, I. D. Baranova, G. Mishuris // Izv. RAS. MTT. 2008. no. 6. P. 33-39. 
2. Antsiferov, V. N. Mechanics of pressing processes of powder and composite materials / V. N. Antsiferov, V. E. Perelman. - M. : Graal, 2001.  631 p. 
3. Aristov, S. N. Flows of a viscous liquid between mobile parallel planes / S. N. Aristov, D. V. Knyazev // Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Mechanics of liquid and gas, 2012, no. 4, p. 55-61. 
4. Bakhteev, O. A. Mathematical modeling of the process of pressing uranium dioxide powder in the manufacture of nuclear fuel tablets / O. A. Bakhteev, A.V. Lysikov, E. N. Mikheev and others // Bulletin of the national research nuclear University "MEPhI". - 2014. – vol. 3, no. 6. – p. 618-622. 
5. Burago, N. G. Mathematical model for calculating pressing and sintering of powder materials / N. G. Burago, I. S. Nikitin // southern Federal University; Keldysh Institute of applied mathematics, Russian Academy of Sciences — southern Federal University press, Rostov-on-don; Taganrog, 2017. – p. 21-27. 
6. Dornyak, O. R. Mathematical modeling of wood Pressing process in various directions of mechanical anisotropy // Izvestiya vuzov. North Caucasus region. Technical science. 2005. Special issue "Composite materials", p. 85-92. 
7. Jaeger, J. K. Elasticity, strength and fluidity / J. K. Jaeger ; per. a Engl. Yu. N. Vostropyatova ; ed. O. V. Luzhin. - Moscow : MASHGIZ, 1961. - 172 p.: ill. - Bibliogr.:  170 p. 
8. Kozlov, G. V. Dispersed-filled polymer nanocomposites: monograph / G. V. Kozlov, G. E. Zaikov, O. V. Stoyanov, a.m. Kochnev, Kazan national research Institute. technol. UN-t .— Kazan : KNITU, 2012 .— 125 p.: ill. — Bibliogr.: p. 111-124. 
9. Kumitsky, B. M. Mathematical modeling of the process of gluing wood veneer in the conditions of flat pressing of plywood / B. M. Kumitsky, N. A. Savrasova, E. V. Kantieva // Forest engineering journal. – 2018. – Vol. 8. – № 2 (30). – p. 204-212. – Bibliogr.: p. 209-211. 
10. Kumitsky, B. M. Mathematical modeling of cold pressing of sheet composite / B. M. Kumitsky, N. A. Savrasova, V. N. Melkumov, E. S. Aralov // Scientific journal of construction and architecture. - 2020. - № 1 (57). - p. 42-50. 
11. Lukyanov, N. A. Rheological model and equation of elastic-visco-plastic mass flow / N. A. Lukyanov, M. A. Stepanov, A. A. Korolev // Vestnik MGSU ,2013, no. 5, p. 43-48. 
12. Magomedov, G. O. rheological model of deformation behavior of sugar dough under uniaxial compression / G. O. Magomedov, A. A. Zhuravlev, T. A. Shevyakova, I. V. Plotnikova // Bulletin of the Voronezh state University of engineering technologies. 2014; (4) :110-114. 
13. Plotnikov, N. P. Improving the technology of production of wood-plate materials. / N. P. Plotnikov, G. P. Plotnikova // Novosibirsk: NP "Sibak", 2013. 112 p. 
14. Savrasova, N. A. Mathematical modeling of flat pressing of layered plastics / N. A. Savrasova, A.D. Agapov, B. M. Kumitsky // Modern problems of theory of machines.  Novokuznetsk. vol NICS.  2018.  p. 50 55. 
15. Haneft, A.V. Fundamentals of continuum mechanics in examples and problems. part 1. Hydrodynamics : textbook / A.V. Haneft ; Ministry of education and science of the Russian Federation, State educational institution of higher education. education Kemerovo state. UN-t, Department of theoretical physics. - Kemerovo : state educational institution of higher education Kemerovo state. UN-t, 2010. - 97 p. 
16. Chubinsky, A. N. Modeling of gluing processes of wood materials / A. N. Chubinsky, V. V. Sergeevichev. - Saint Petersburg - 2007. - 176 p. 
17. Adams, M. J. An analysis of the plane-strain compression of viscoplastic materials / M. J. Adams, B. J. Briscoe, G. M. Corfield // Trans. ASME. J. Appl. Mech. 1997. V. 64. P. 420–424. 
18. Bunoiu, R. Asymtotic behavior of a Bingham fluid in thin layers / R. Bunoiu, S. Kesavan // J. Math. Anal. Appl., 293 (2) (2004), 405-418. 
19. Prandtl, L. Anwendungsbeispiele zu einem Henckyschen Salz uber das plastische Gleichgewicht // Zangew. Math. Mech. 1923. Bd 3. P. 401–406. 
20. Sherwood, J. D. Squeeze flow of a power-law viscoplastic solid / J. D. Sherwood, D. Durban // J. Non-Newton. Fluid Mech., Vol. 62, No. 1, pp. 35-54, 1996. 
21. Wilson, S. D. R. Squeezing flow of a Bingham material, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 47 (1993) 211-219. 
22. Zhu, H. Non-Newtonian fluids with stress. / H. Zhu, Y. D. Kim, D. D. Kee // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 2005. V. 129 № 3. P. 177-181.



 
Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS