Версия 10:45, 24 мая 2012

Фотография исследуемого керамико-полимерного композита

Проект посвящен:

1. исследованию свойств модельного материала, использованного в Абердинском проекте
2. созданию DEM(MD)-модели, которая бы корректно учитывала наличие полимерного мостика между керамическими частицами. Работа над проектом ведется параллельно с Michael Szelwis: "Modeling the plastic behavior of ceramic-polymer-composites".

Свойства "Абердинского" материала

DEM-модель для гранулированных композитов

О моделируемом материале

Снимок композита, сделанный электронным микроскопом представлен справа. Композит на 60-65% состоит из примерно-сферических керамических частиц (TiO₂) и на 20-25% из полимера (PMMA), окружающего керамические частицы и являющимся связующим звеном между ними. Важно отметить, что такая связь передает моментное взаимодействие (есть изгибная, сдвиговая и крутильная жесткости) в отличие от парных силовых потенциалов взаимодействия. Из этого следует, что керамические частицы надо моделировать/представлять как трехмерные тела, обладающие шестью степенями свободы, а связь между ними должна "реагировать" на все возможные деформации (сдвиговые, изгибные, продольные, крутильные).

Существующие DEM-модели

Согласно обзору, представленному в статье "A new algorithm to model the dynamics of 3-D bonded rigid bodies with rotations"^[1], лишь немногие широко известные модели способны описать все возможные виды деформации связи:

1. Модель, предлагаемая в самой статье ^[1]
2. Bonded-Particle Model предложенная Potyondy D.O. и Cundall P.A. ^[2]

Недостатки существующих моделей

Bonded-Particle Model обладает многочисленными недостатками в первую очередь связанными с физичностью модели. Модель, предложенная в ^[1], не предлагает выражения для вычисления потенциальной энергии связи (также за кадром остается консервативность сил и моментов, представленных в статье). Таким образом модель из ^[1] не гарантирует консервативность моделируемой системы.

Предлагаемое решение

Использовать V-model предложенную Виталием Кузькиным. В качестве программного пакета в котором будет осуществляться моделирование механических свойств керамико-полимерных композитов был выбран коммерческий пакет EDEM. В ходе поездки в TUHH была запрограммирована реализация V-model для EDEM в качестве подключающейся библиотеки контактных взаимодействий.

План дальнейших работ

1. Проверить работоспособность V-model в EDEM
   • посчитать 4 жесткости для системы из двух частиц

на данном этапе работа приостановлена, т.к. найдены ошибки в EDEM не позволяющие ее продолжить

1. • провести эксперимент над стержнем по потере устойчивости (соединять связями центры частиц!)
2. Провести 4-point bending test in EDEM
   • сделать программу для задания конфигурации
   • определить параметры теста
3. Провести обзор литературы по тематике моделирования композитов (есть ли другие численные модели?)

Ссылки

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2 1,3} Wang Y. A new algorithm to model the dynamics of 3-D bonded rigid bodies with rotations // Acta Geotechnica, 4, (2009), pp. 117-127 pdf
2. ↑ Potyondy D. O. and Cundall P. A, A bonded-particle model for rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41, (2004), pp. 1329-1364 pdf

См. также

• Асонов Игорь
• Гамбургский проект