Нашли ошибку на сайте?Сообщите нам:
НОВОСТИ
19.09.23
12.07.23
19.06.23
22.05.23
|
| |
|
Архив выпусков
Выпуск 1 (69), 2023
Гидродинамическое моделирование каландрового формования (прессования) листового и рулонного композитов
Кумицкий Б. М., Аралов Е. С., Саврасова Н. А., Дорняк О. Р.
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 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 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 Дорняк О. Р., д-р техн. наук, доц. кафедры электротехники, теплотехники и гидравлики, Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова, Россия, г. Воронеж, тел.: (473)253-73-08, e-mail: ordornyak@mail.ru
| | | | | Постановка задачи. Исследуется проблема производства необходимых для строительной отрасли листового и рулонного композитов в условиях вальцево-каландровой переработки и прессования полимерных материалов и армирующей ленты. Решение указанной проблемы проводится в рамках гидродинамической модели стационарного, изотермического течения вязкой, несжимаемой среды в плоском симметричном слое между двумя одинаковыми цилиндрами (каландрами), вращающимися в противоположных направлениях с равными скоростями. Целью такой постановки является анализ напряженно-деформированного состояния среды в условиях каландрования, а также получение на стадии проектирования технологического процесса формования результатов расчета комплекса энергосиловых параметров, позволяющих управлять процессом каландрования.
Результаты и выводы. Используя приближенные уравнения Рейнольдса в части деформируемой среды, находящейся в непосредственном соприкосновении с цилиндрами, в предположении, что ее реологические свойства соответствуют ньютоновской жидкости, получены аналитические выражения для силовых и кинематических параметров прессования, зависящих от толщины формуемого слоя и скорости вращения вальцов. Исходя из условия равновесия получено выражение для величины силы тяги, обеспечивающей процесс формовки.
Показано, что величина коэффициента трения качения убывает с уменьшением толщины слоя, удельной распорной силы, а также угловой скорости вращения.
| | | | Ключевые слова: листовой композит, изотермическое каландрование, вальцевание, вязкость, трение качения. |
DOI: 10.36622/VSTU.2023.69.1.005 | | | Библиографический список 1. Абраменко, Н. В. Математическая модель изготовления плит из коры и термопласта методом плоского прессования / Н. В. Абраменко, Б. Д. Руденко // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. — 2015. — Т. 3, № 8—3 (19—3). — С. 156—159. — DOI 10.12737/15613.
2. Аракелян, А. Г. Получение и применение текстолита / А. Г. Аракелян // Тенденции развития науки и образования. — 2018. — № 38—4. — С. 32—33. — DOI 10.18411/lj-05-2018-84.
3. Водяков, В. Н. Математическая модель нестационарного процесса компрессионного формования пластин из гранулята термопластичных композитов / В. Н. Водяков, А. М. Кузьмин, В. В. Кузнецов // Вестник Мордовского университета. — 2017. — Т. 27, № 4. — С. 530—545. — DOI 10.15507/0236-2910.027.201704.530-545.
4. Гарнова, А. В. Технологические особенности производства текстолита на основе фенолформальдегидных смол / А. В. Гарнова, С. С. Машкова, Н. В. Костромина // Успехи в химии и химической технологии. — 2019. — Т. 33, № 6 (216). — С. 18—20.
5. Дмитриев, О. С. Метод исследования параметров течения связующего при отверждении композитов / О. С. Дмитриев, С. В. Мищенко, А. О. Дмитриев // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 2005. — Т. 11, № 1. — С. 53—61.
6. Ившин, С. С. Анализ процесса твердофазного компрессионного прессования высоконаполненных полимерных систем методом конечных элементов / С. С. Ившин, И. А. Абдуллин, Ю. И. Федоров [и др.] // Вестник Технологического университета. — 2016. — Т. 19, № 20. — С. 54—56.
7. Калабина, Д. А. Реологическая активация фторангидритовых композиций эфирами поликарбоксилата / Д. А. Калабина, Г. И. Яковлев, Р. Дрохитка [и др.] // Строительные материалы. — 2020. — № 1—2. — С. 38—47. — DOI 10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-38-47.
8. Козлов, Г. В. Дисперсно-наполненные полимерные нанокомпозиты / Г. В. Козлов, Г. Е. Заиков, О. В. Стоянов, А. М. Кочнев. — Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2012. — 125 с.
9. Косачев, С. Л. Моделирование структурных технологических напряжений в волокнистых композиционных материалах / С. Л. Косачев // Инженерный журнал: наука и инновации. — 2014. — № 1 (25). — С. 20.
10. 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. — DOI 10.12737/article_5b240619cb5cc7.41270405.
11. 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. — DOI 10.25987/VSTU.2020.57.1.004.
12. Кумицкий, Б. М. Реологическая модель процесса формования листового гипсокартона / Б. М. Кумицкий, Е. С. Аралов, С. Г. Тульская // Научный журнал строительства и архитектуры. — 2022. — № 3 (67). — С. 61—70. — DOI 10.36622/VSTU.2022.67.3.006.
13. Мирсаев, Р. Н. Фосфогипсовые отходы химической промышленности в производстве стеновых изделий / Р. Н. Мирсаев, В. В. Бабков, С. С. Юнусова [и др.]. — М.: Химия, 2004. — 176 с.
14. Нуллер, Б. М. О моделировании процесса механической прокатки древесных материалов / Б. М. Нуллер, В. В. Сергеевичев // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. — 2002. — № 168. — С. 100—104.
15. Обливин, А. Н. Теоретические основы формования композиционных материалов на древесных наполнителях / А. Н. Обливин, М. В. Лопатников // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. — 2014. — Т. 18, № 2. — С. 103—107.
16. Прокофьев, И. С. Математическая модель прессования композиционных материалов с заданными теплофизическими свойствами // Науч. тр. МГУЛ. — 1997. — Вып. 293. — С. 14—23.
17. Прокофьев, Н. С. Расчет режимов объемного прессования плит из термопластичных композиций / Н. С. Прокофьев, Д. Н. Прокофьев // Лесной вестник (1997—2002). — 1999. — № 1. — С. 143—152.
18. Руденко, Б. Д. Статистическое исследование режима плоского прессования плит ДПКТ / Б. Д. Руденко, С. М. Плотников // Актуальные проблемы лесного комплекса. — 2011. — № 29. — С. 132—135.
19. Руденко, Б. Д. Математическая модель прессования плит на основе измельченной соломы и термопласта / Б. Д. Руденко, С. М. Плотников // Вестник КрасГАУ. — 2012. — № 5(68). — С. 71—76.
20. Руденко, Б. Д. Моделирование процесса плоского прессования плит из коры и термопластов / Б. Д. Руденко, С. М. Плотников, В. Т. Изотов // Актуальные проблемы лесного комплекса. — 2012. — № 32. — С. 120—122.
21. Саврасова, Н. А. Математическое моделирование процесса плоского прессования слоистых пластиков / Н. А. Саврасова, А. Д. Агапов, Б. М. Кумицкий // Современные проблемы теории машин. — 2018. — № 6. — С. 50—55.
22. Сергеевичев, В. В. Математическая модель процесса прокатки древесных материалов в валковых прессах / В. В. Сергеевичев // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. — 2005. — № 173. — С. 131—135.
23. Слезкин, Н. А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости / Н. А. Слезкин. — М.: Гостехиздат, 1955. — 519 с.
24. Тулузаков, Д. В. Методика определения коэффициентов реологической модели ДСТП на этапе прессования / Д. В. Тулузаков, Б. Л. Спирин // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. — 2015. — Т. 19, № 1. — С. 31—40.
25. Шаповалов, В. М. Валковые течения неньютоновских жидкостей / В. М. Шаповалов. — М.: Физматлит, 2011. — 172 с.
26. Bouvet, C. Mechanics of Aeronautical Composite Materials / C. Bouvet. — New York: John Weley & Sons, Inc., 2017. — 309 p.
27. Chesnokov, V. M. Mathematical Modeling of Bingam Media flow / V. M. Chesnokov, A. V. Gnoevoy, D. M. Klimov // Processing of the 3rd International Conference «Mechanics of Time Depedent Materials». — Germany, Erlangen, 2000. — P. 69—70.
28. Kumitsky, B. M. Rheological modeling of the stress-strain state in flat compaction of composite materials / B. M. Kumitsky, N. A. Savrasova, A. V. Nikolaichik, E. S. Aralov // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2020. — № 4 (48). — P. 21—30. | | | | | Ссылка для цитирования Кумицкий, Б. М. Гидродинамическое моделирование каландрового формования (прессования) листового и рулонного композитов / Б. М. Кумицкий, Е. С. Аралов, Н. А. Саврасова, О. Р. Дорняк // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2023. - № 1 (69). - С. 68-79. - DOI: 10.36622/VSTU.2023.69.1.005. | | | | | | | | | English version | | | Hydrodynamic Modeling of Calender Forming (Pressing) of Sheet and Roll Composites | Kumitsky M., Aralov E. S., Savrasova N. A., Dornyak O. R. | | | | | Kumitsky M., 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 Aralov E. 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 Savrasova N. A., 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 Dornyak O. R., D. Sc. in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Electrical Engineering, Heat Engineering and Hydraulics, Voronezh State Forestry Engineering University named after G. F. Morozov, Russia, Voronezh, tel.: (473)253-73-08, e-mail: ordornyak@mail.ru
|
| | | Statement of the problem. The problem of production of sheet and roll composites necessary for the construction industry in the conditions of roll-calender processing and pressing of polymer materials and reinforcing tape is investigated. The solution of this problem is carried out within the framework of a hydrodynamic model of a stationary, isothermal flow of a viscous, incompressible medium in a flat symmetrical layer between two ideal cylinders (calenders) rotating in opposite directions with equal speeds. The purpose of such a statement is to analyze the stress-strain obtained under calendering conditions, as well as to obtain at the design stage of the molding process the results of calculating a complex of energy-power parameters that allow controlling the calendering process.
Results and conclusions. Using the approximate Reynolds equations in the part of the deformable medium in direct contact with the cylinders, assuming that its rheological properties correspond to a Newtonian fluid, analytical expressions are obtained for the force and kinematic parameters of pressing, depending on the thickness of the formed layer and the speed of rotation of the rollers. Based on the equilibrium condition, an expression is obtained for the magnitude of the thrust force that ensures the molding process.
It is shown that the value of the rolling friction coefficient decreases with a decrease in the thickness of the layer, the specific spacer force, as well as the angular velocity of rotation.
| | | | Keywords: sheet composite, isothermal calendering, rolling, viscosity, rolling friction. |
DOI: 10.36622/VSTU.2023.69.1.005
References 1. Abramenko, N. V. Matematicheskaya model' izgotovleniya plit iz kory i termoplasta metodom ploskogo pressovaniya / N. V. Abramenko, B. D. Rudenko // Aktual'nye napravleniya nauchnykh issledovanii XXI veka: teoriya i praktika. — 2015. — T. 3, № 8—3 (19—3). — S. 156—159. — DOI 10.12737/15613.
2. Arakelyan, A. G. Poluchenie i primenenie tekstolita / A. G. Arakelyan // Tendentsii razvitiya nauki i obrazovaniya. — 2018. — № 38—4. — S. 32—33. — DOI 10.18411/lj-05-2018-84.
3. Vodyakov, V. N. Matematicheskaya model' nestatsionarnogo protsessa kompressionnogo formovaniya plastin iz granulyata termoplastichnykh kompozitov / V. N. Vodyakov, A. M. Kuz'min, V. V. Kuznetsov // Vestnik Mordovskogo universiteta. — 2017. — T. 27, № 4. — S. 530—545. — DOI 10.15507/0236-2910.027.201704.530-545.
4. Garnova, A. V. Tekhnologicheskie osobennosti proizvodstva tekstolita na osnove fenolformal'degidnykh smol / A. V. Garnova, S. S. Mashkova, N. V. Kostromina // Uspekhi v khimii i khimicheskoi tekhnologii. — 2019. — T. 33, № 6 (216). — S. 18—20.
5. Dmitriev, O. S. Metod issledovaniya parametrov techeniya svyazuyushchego pri otverzhdenii kompozitov / O. S. Dmitriev, S. V. Mishchenko, A. O. Dmitriev // Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. — 2005. — T. 11, № 1. — S. 53—61.
6. Ivshin, S. S. Analiz protsessa tverdofaznogo kompressionnogo pressovaniya vysokonapolnennykh polimernykh sistem metodom konechnykh elementov / S. S. Ivshin, I. A. Abdullin, Yu. I. Fedorov [i dr.] // Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta. — 2016. — T. 19, № 20. — S. 54—56.
7. Kalabina, D. A. Reologicheskaya aktivatsiya ftorangidritovykh kompozitsii efirami polikarboksilata / D. A. Kalabina, G. I. Yakovlev, R. Drokhitka [i dr.] // Stroitel'nye materialy. — 2020. — № 1—2. — S. 38—47. — DOI 10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-38-47.
8. Kozlov, G. V. Dispersno-napolnennye polimernye nanokompozity / G. V. Kozlov, G. E. Zaikov, O. V. Stoyanov, A. M. Kochnev. — Kazan': Kazanskii natsional'nyi issledovatel'skii tekhnologicheskii universitet, 2012. — 125 s.
9. Kosachev, S. L. Modelirovanie strukturnykh tekhnologicheskikh napryazhenii v voloknistykh kompozitsionnykh materialakh / S. L. Kosachev // Inzhenernyi zhurnal: nauka i innovatsii. — 2014. — № 1 (25). — S. 20.
10. Kumitskii, B. M. Matematicheskoe modelirovanie protsessa skleivaniya drevesnogo shpona v usloviyakh ploskogo pressovaniya fanery / B. M. Kumitskii, N. A. Savrasova, E. V. Kantieva // Lesotekhnicheskii zhurnal. — 2018. — T. 8, № 2 (30). — S. 204—212. — DOI 10.12737/article_5b240619cb5cc7.41270405.
11. Kumitskii, B. M. Matematicheskoe modelirovanie kholodnogo pressovaniya listovogo kompozita / B. M. Kumitskii, N. A. Savrasova, V. N. Mel'kumov, E. S. Aralov // Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. — 2020. — № 1 (57). — S. 42—50. — DOI 10.25987/VSTU.2020.57.1.004.
12. Kumitskii, B. M. Reologicheskaya model' protsessa formovaniya listovogo gipsokartona / B. M. Kumitskii, E. S. Aralov, S. G. Tul'skaya // Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. — 2022. — № 3 (67). — S. 61—70. — DOI 10.36622/VSTU.2022.67.3.006.
13. Mirsaev, R. N. Fosfogipsovye otkhody khimicheskoi promyshlennosti v proizvodstve stenovykh izdelii / R. N. Mirsaev, V. V. Babkov, S. S. Yunusova [i dr.]. — M.: Khimiya, 2004. — 176 s.
14. Nuller, B. M. O modelirovanii protsessa mekhanicheskoi prokatki drevesnykh materialov / B. M. Nuller, V. V. Sergeevichev // Izvestiya Sankt-Peterburgskoi lesotekhnicheskoi akademii. — 2002. — № 168. — S. 100—104.
15. Oblivin, A. N. Teoreticheskie osnovy formovaniya kompozitsionnykh materialov na drevesnykh napolnitelyakh / A. N. Oblivin, M. V. Lopatnikov // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa — Lesnoi vestnik. — 2014. — T. 18, № 2. — S. 103—107.
16. Prokof'ev, I. S. Matematicheskaya model' pressovaniya kompozitsionnykh materialov s zadannymi teplofizicheskimi svoistvami // Nauch. tr. MGUL. — 1997. — Vyp. 293. — S. 14—23.
17. Prokof'ev, N. S. Raschet rezhimov ob'emnogo pressovaniya plit iz termoplastichnykh kompozitsii / N. S. Prokof'ev, D. N. Prokof'ev // Lesnoi vestnik (1997—2002). — 1999. — № 1. — S. 143—152.
18. Rudenko, B. D. Statisticheskoe issledovanie rezhima ploskogo pressovaniya plit DPKT / B. D. Rudenko, S. M. Plotnikov // Aktual'nye problemy lesnogo kompleksa. — 2011. — № 29. — S. 132—135.
19. Rudenko, B. D. Matematicheskaya model' pressovaniya plit na osnove izmel'chennoi solomy i termoplasta / B. D. Rudenko, S. M. Plotnikov // Vestnik KrasGAU. — 2012. — № 5(68). — S. 71—76.
20. Rudenko, B. D. Modelirovanie protsessa ploskogo pressovaniya plit iz kory i termoplastov / B. D. Rudenko, S. M. Plotnikov, V. T. Izotov // Aktual'nye problemy lesnogo kompleksa. — 2012. — № 32. — S. 120—122.
21. Savrasova, N. A. Matematicheskoe modelirovanie protsessa ploskogo pressovaniya sloistykh plastikov / N. A. Savrasova, A. D. Agapov, B. M. Kumitskii // Sovremennye problemy teorii mashin. — 2018. — № 6. — S. 50—55.
22. Sergeevichev, V. V. Matematicheskaya model' protsessa prokatki drevesnykh materialov v valkovykh pressakh / V. V. Sergeevichev // Izvestiya Sankt-Peterburgskoi lesotekhnicheskoi akademii. — 2005. — № 173. — S. 131—135.
23. Slezkin, N. A. Dinamika vyazkoi neszhimaemoi zhidkosti / N. A. Slezkin. — M.: Gostekhizdat, 1955. — 519 s.
24. Tuluzakov, D. V. Metodika opredeleniya koeffitsientov reologicheskoi modeli DSTP na etape pressovaniya / D. V. Tuluzakov, B. L. Spirin // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa — Lesnoi vestnik. — 2015. — T. 19, № 1. — S. 31—40.
25. Shapovalov, V. M. Valkovye techeniya nen'yutonovskikh zhidkostei / V. M. Shapovalov. — M.: Fizmatlit, 2011. — 172 s.
26. Bouvet, C. Mechanics of Aeronautical Composite Materials / C. Bouvet. — New York: John Weley & Sons, Inc., 2017. — 309 p.
27. Chesnokov, V. M. Mathematical Modeling of Bingam Media flow / V. M. Chesnokov, A. V. Gnoevoy, D. M. Klimov // Processing of the 3rd International Conference «Mechanics of Time Depedent Materials». — Germany, Erlangen, 2000. — P. 69—70.
28. Kumitsky, B. M. Rheological modeling of the stress-strain state in flat compaction of composite materials / B. M. Kumitsky, N. A. Savrasova, A. V. Nikolaichik, E. S. Aralov // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2020. — № 4 (48). — P. 21—30.
|
|
|
|
|
