автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Математическое моделирование и прогнозированиефизико-механических свойств материалов лёгкой промышленности в условиях тепломассообмена со средой

На правах рукопису ХОЛОД ВОЛОДИМИР ПАВЛОВИЧ

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ І ПРОГНОЗУВАННЯ ФІЗИКО-НЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕРІАЛІВ ЛЕГКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ В УМОВАХ ТЕПЛОНАСООЕИІНУ З СЕРЕДОВИЩЕМ

Спеціальність 05.19.01 - матеріалознавство у текстильній та легкій промисловості.

Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

КИЇВ - 1995

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державній академії легкої промисловості України

Науковий керівник: доктор технічних наук,

професор Луцик Р. В.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук,

професор Васильченко в. Н.

доктор технічних наук, професор Малкін Е. С., іттф НАН України.

Провідна організація : ВАТ "УкрНДіШЕїГ

Захист відбудеться " _____1996 року на

засіданні спеціалізованої вченоі ради Д. 01. 17.02 при Державній академії легкої промисловості України за адресою: Киів-011, вул. Немировича-Данченко. 2.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Державної академії легкої промисловості України.

Автореферат розісланий Йґ1р-&ЛіД іццв р.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливими задачами, шо стоять перед легкою промисловістю е поліпшення якості виробів, постійне розширення та оновлення асортименту в умовах конкуренції із закордонними виробниками. Технічний прогрес весь час пропонує легкій промисловості різноманітні нові матеріали, Фізи-ко-механічні і теплообмінні властивості яких повинні відповідати як вимогам виробництва, так і задовольняти споживачів. В процесі виготовлення кінцевого виробу, матеріали витримують ряд процесів обробки, важливішими з яких є: гігротермічні операпіі в текстильній промисловості, вологісно-теплова обробка у швейній промисловості, сушіння та Формоутворюючий вологісно-тепловий вплив У взуттєвій промисловості і т. п. Окрім того, в процесі експлуатації вироби зазнають впливу атмосферних чинників, які у зв'язку із специфікою будови матеріалів легкої промисловості (полімерні, колоїдні капіл-лярно-пористі тіла) призводять до зміни їхніх СТРУКТУРНИХ і Фізико-механічних параметрів. Отже, в цілому, якість виробів визначається технологічними операціями, шо застосовуються, а також спроможністю виробів зберігати свої властивості в період експлуатації.

Таким чином, важливим питанням покрашення якості виробів є оптимізація методів гігротермічної і теплової обробки в процесі виготовлення, для чого необхідним є дослідження Фі-зико-механічних і тепломасообмінних властивостей матеріалів, а також прогнозування змін цих властивостей.

Нета роботи і об'єкт дослідження. Об’єктом дослідження є експериментальне і теоретичне визначення Фізико-механічних властивостей матеріалів легкої промисловості.

Кетою цієї роботи є математичне моделювання Фізико-меха-

нічних властивостей матеріалів з урахуванням їх взаємодії 2 навколишнім середовишем а також розробка методик прогнозування змін цих властивостей.

Для досягнення цієї мети в роботі вирішувались наступні задачі:

-на основі спадковоі механіки деформованого твердого тіла (теорії в'язкопружності) з виродженими ядрами побудовг загальної моделі релаксації напружено-деФормованого сташ матеріалів (в одновимірному випадку);

-аналітичне моделювання ідеально-в'язкопружного та в'яз-копружно-пластичного матеріалів з мінімальною кількістю визначаючих параметрів;

- проведення експериментальних досліджень релаксації напружень і повзучості матеріалів за різноманітних умов взаємодії з навколишнім середовишем;

- співставлення ("прив'язка") математичних моделей : експериментальними даними, тобто визначення модельних пара-нетрів, шо паспортизують властивості матеріалів;

-визначення і обгрунтування кількості і послідовності експериментальних досліджень (експрес-методів). необхідна для повного визначення деформаційно-релаксаційних властивостей матеріалів;

-прогнозування властивостей матеріалів в Різноманітиш режимах навантаження, деформування і тепломасообміну на основі розроблених математичних моделей.

Наукова новизна роботи. У рамках лінійної теорії в'язкопружності (співвідношення Больпмана-Вольтери) визначене спеціальні Функції повзучості і релаксації напружень (виродженого типу) і на їх основі побудовані математичні моделі ідеально-в'язкопружного (що не накопичує незворотнїх деформацій під навантаженням) і в'язкопружно-пластичного матеріалів, шо накопичує обмежені за модулем пластичні деформації.

Одержані Формули у межах єдиної математичної моделі відтворюють релаксацію напружень в деформованих матеріалах та спадкове деформування (повзучість) матеріалів, шо зазнають навантаження. Кінцеві математичні моделі залежать лише від трьох спадкових параметрів , шо є перевагою в співстав-ленні з багатопараметричними конструкціями.

Встановлено, шо вплив зовнішніх Факторів (температурний та вологісний режими, ін. ) враховується змінними параметрами моделей, шо дозволяє кількісно виявити тенденпіі зміни параметрів відповідно до конкретних режимів взаємодії з середовищем. Це дає можливість прогнозувати Фізико-механічні властивості матеріалів за різноманітних умов іх експлуатації, тобто розрахувати часові залежності деформації і релаксації напружень в них на базі визначених моделей, без проведення відповідних експериментальних досліджень.

Практична цінність. Запропоновані в дисертації теоретичні методи, побудовані математичні моделі, визначені у співставленій з експериментом параметри матеріалів знаходять практичне застосування в проектно-конструкторській роботі та дослідженнях Фізико-механічних властивостей матеріалів легкої промисловості. Це дає можливість скоротити об'єм трудомістких експериментальних досліджень і прогнозувати поведінку матеріалів спираючись на аналітичні результати.

Розроблені моделі були використані для прогнозування характеристик спеціальних текстильних матеріалів для авіаційної промисловості.

Апробація роботи. Основні положення і результати дисертації апробовані при виконанні науково-дослідних робіт по дослідженню фізико-механічних властивостей матеріалів, шо використовуються в авіаційній промисловості, доповідались на

- б -

щорічних науково-технічних конференціях проФесорсько-викладацького складу КТІЛП (ДАЛПУ) і одержали позитивну оцінку.

Публікації. По питанням, розробленим в дисертації, опубліковані одна монографія (у співавторстві). 14 наукових статей, одна стаття депонована.

Структура та об'єм дісертаціі. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків та рекомендацій, списку використаної літератури, яка викладена на 130 сторінках змісту, включаючи 15 рисунків та 7 таблиць.

У вступі обгрунтована актуальність теми, сформульовані мета та задачі дослідження, викладена коротка анотація головних положень дисертації.

В першому розділі зроблений огляд і проведено аналіз основних положень і методів теорії В'ЯЗКОПРУЖНОСТІ І ТЄОРІІ тепломасообміну, розглянуті варіанти описання взаємозв'язку Фізико-механічних і тешюмасообмінних процесів. З урахуванням будови і характеристик матеріалів легкої промисловості показано необхідність аналітичного моделювання іх релакса-Шйно-деФормаційних властивостей.

В другому розділі наведені принципові схеми і методика проведення експериментальних дослідженнь механічних, структурних і теплонасообмінних властивостей матеріалів. Стисло розглянуті апаратура і методика дослідження повзучості і релаксації напружень (релаксометр), метод сорбції-десорбції для визначення кількості адсорбованої вологи і характеристи* пористої структури, термогравікалориметричний метод дослідження тепломасообмінних і термодинамічних властивостей. Наведені результати досліджень по релаксації напружень, деформуванню, тепло і масообміну для типових представників розглядуваного класу матеріалів - синтетичної та штучної тканиі 1 натуральної шкіри.

В третьому розділі розроблені теоретичні основи для по-

будови математичних моделей релаксації напружено-деФормова-ного стану: на фундаменті лінійної теорії в'язкопружності

(Інтегральні співвідношення Больдмана-Вольтери (Б. -В.) з виродженими ядрами) визначені умови, яким повинні задовольняти ядра інтегральних співвідношень в залежності від властивостей матеріалів. Для деформації 1 напружень співвідношення Б. -В.. шо визначають спадкові еФекти, мають вигляд:

' Є (і) = К(%г)й^сІТ ;

~^о

І

<3 (і) =• Е € (І) - т)£є (т)с(т.

(1)

де £ (і) - відносна деформація, СГ СЬ) - напруження, К (і, т) і Я (і, т) - відповідно ядра повзучості і ре-лаксаді і.

Тобто реакція систени на зовнішній вплив складається із суми миттєвої реакції і спадкової реакції за весь час впливу (інтегральна складова, "післядія"). Натеріали. шо відновлюють свої розміри після зняття прикладеного навантаження, для яких спадкова частина деформації прямує до нуля (пружна післядія), задовольняють принципу "затухаючої" пам'яті:

Сет К т) = О,

(2)

Для іншого типу матеріалів, шо не відновлюють вихідні розміри, а накопичують пластичні деформації в процесі повзучості, принцип затухаючої пам'яті не виконується. У класі вироджених ядер повзучості:

К (І, т) = ' Ір2 (гг), (3)

пластична деформація буде накопичуватись у випадку нєнульо-воі границі для Функції (ї) :

У* (і) = К (4)

тобто моделі, побудовані на ядрах, що задовольняють цим умо-

вам, відповідають в'язкопружно-пластичним матеріалам.

Показано еквівалентність співвідношень Б. -В. з виродженими ядрами еволюційній задачі Коші і визначена структура ядер інтегральних співвідношень, а саме:

- для ядра повзучості ±

К (Ч г) = У((^)-екр[- Jz (Q)de), (5)

тг

- для ядра релаксації

t

R(t,r) = *1 (r)- exp (-Ц[L (&)+Ц(&)]б(в), (б)

f

звідки випливає зв'язок між ядрами повзучості і релаксації:

t

R(t,v) = K(t,r)-exp(- [4(B)do), (7)

де L it) , ц(і) - деякі спеціальні функції ("еволюти"

повзучості і релаксації напружень). Отже, інтегральні співвідношення з ядрами типу (5),(б) еквівалентні наступній задачі Коші для еволюційного рівняння:

“ (8)

_ Z(t0) = d(t0)/E .

Завдяки такій еквівалентності досягається конкретизація структури ядер інтегральних співвідношень. При цьому виявляється, що ядра зв'язані простим співвідношенням (7) і залежать лише від еволюти ¿(і) і Функції повзучості Ц (t) . Зазначимо, шо для співвідношень В.-В. загального виду (1), за винятком обмежень, шо накладаються на ядра, відсутня будь-яка рецептура для їх конструювання. Суттєвою є також та обставина, шо завдяки довільності функцій Cpf (і) і Lj>z(v) , або зв'язаних з ними еволют ¿(6), ^(і), співвідношення Б.-В.

иожуть відтворювати широкий спектр різноманітних по характеру реакцій матеріалів на зовнішні впливи. Таким чином, теоретичною базою для побудови моделей механічних властивостей є інтегральні співвідношення Больцмана-вольтери з виродженими ядрами або еквівалентна їм еволюційна задача Коші (8).

Основним термодинамічним співвідношенням в умовах масообміну з навколишнім середовишем є перший закон термодинаміки:

SGL - dll + SA -yndrr) / (9)

де кількість теплоти, шо передається системі, визначається модифікованою Формулою Ньютона-Ріхмзна

#Q = f(*)[Tc -T(t)]dt, do

де Тс = const - температура навколишнього середовиша; питомий хімічний потенціал вологи (/У (і) ) співпадає з питомою теплотою і і випаровування Fit).

Зміна внутрішньої енергії обумовлена наступними причинами:

а) нагріванням матеріалу C£(t)c{T ; де С£ (¿) -теплоенність при сталій деформації;

б) усадкою зразка (або віртуальною деформацією) Vb'е/Є ;

в) розсіюванням (дисипацією) енергії у процесі в'язкоп-

ружноі релаксації напружень VD(t) £. d<5 , де

дисипативна функція.

Такин чином, перший закон термодинаміки у випадку ізометричного сушіння {¿-сош) матеріалу буде мати вигляд:

= r(t)40r - ~ VD(i)£.

dt at ці

Рівняння (11) разом з еволюційною задачею Коші, (й) складає систему диФеренпійних рівнянь, шо пов'язує процеси релаксації напружень (або деформування) в матеріалі і теплома-сообмін з навколишнім сєредоїшпем. Ця система дозволяє виз-

начити будь-яку пару з трьох Функцій АТ(і) , &)(£),£.(*') при відомій третій. Однак для практичного застосування треб; визначити коефіцієнтні Функції (і) , £(6) , І)(і), як: залежать від самого процесу. Задача розв'язується за допомогою експериментальних даних: при відомих термограмі А ТІЇ), масограмі т (і) і релаксації напружень (3 (ї) , залишаєтьс! промоделювати одну з трьох коефіцієнтних Функцій. В дисерта ції наведені приклади моделювання еволюти і Функції повзу чості від температури і вмісту вологи.

Як приклад застосування розвинутого методу у трєтьом; розділі розв'язана задача про еволюцію напружень в матеріа лі, шо усаджується при сушінні в умовах ізометричності т сталої температури навколишнього середовиша. Спираючись н експериментальні результати (Ликов А. В.) лінійної залежност розмірів матеріалів від вмісту вологи, а також лінійної ( першому наближенні) залежності модуля пружності від вміст вологи, з використанням експоненційного ядра релаксації тип

■= х-ехр [-<* (ї-г)] (12

для напружень отримано наступну Формулу:

в якій введені позначення:

А — Е0 ■ (£р + Є.Ц ) /‘ В — Ец Ер ,

де зе. , оС - ефективні параметри, шо відповідають умова ізометричного сушіння; Е0- модуль пружності сухого матеріал Еи - модуль пружності зразка з вологоємністю Ц , £н - де Формація зразка, обумовлена зволоженням, £р - додаткова де Формація під навантаженням; у - апроксимашйний парамет кривої СУШІННЯ.

Формула (13) узгоджується з експериментальними даними в загальному випадку, а в окремих випадках маємо:

а) для сухого деформованого матеріалу ( = , У-О .

А = В> = £0£р) з Формули (13) випливає:

<3(і) = Е0£р[(--%- (І -ехр(-иі))], ,14,

тобто звичайний (трьохпараметричний) закон релаксації напружень (рис. 1, а).

Рис. 1.

б) при відсутності початкового навантаження зволоженого матеріалу [£р=0> А-А0-Ей£.н, В = 0 ) отримуємо:

СІМ = ЕЛн і<-^:) + Е!,£и^^ехр(-гі)+

(15)

+ в^^Т)ЄхР(-^)'

тобто розв'язок, то відтворює зростання напружень структури при сушінні і іх наступну в'язкопружну релаксацію (рис. 1,6).

в) в загальному випадку, в залежності від значень параметрів, а саме початкової деформації ( £р ), величини пруж-

них сил структури (£0 , £и ). деформації зволоження ( £н ) а також інтенсивності процесів сушіння ( у ) і в'язкопружних параметрів (а?, «і) Функція ОЇО буде мати більш-менш виразний максимум. Типова залежність, шо спостерігається експериментально і відповідає розв'язку (13), зображена на рис. їв де <30 - Еи £.р; = Е0 (£р + £и) (і - ,

В четвертому розділі на основі загальної теоретичної моделі, розвинутої в третьому розділі, знайдені спеціального виду ядра інтегральних співвідношень, шо задовольняють визначеним обмеженням і після інтегрування отримані аналітичні моделі в'язкопружного і в'язкопружно-пластичного матеріалів. Проведено якісний аналіз моделей для деформації і релаксації напружень.

Пластичні деформації, шо виникають синхронно з навантаженням, обумовлені, головним чином, зміщенням СТРУКТУРНИХ елементів (шо є характерним для матеріалів із складною, неоднорідною і некомпактною структурою) і можуть бути враховані лише шляхом детального аналізу мікроструктури конкретного матеріалу і взаємодії окремих елементів структури. Враховуючи велику різноманітність і складність будови текстильних та взуттєвих матеріалів, моделювання миттєвих деформацій проводиться на основі аналізу експериментальних даних незалежно від спадкової частини деформації. В зв'язку з цією обставиною, моделювання механічних властивостей проведено у три етапи: 1) моделювання синхронної реакції матеріалів на на-

вантаження (пружні і пластичні деформації); 2) моделювання властивостей ідеально-в'язкопружного матеріалу; 3) моделювання в'язкопружно-пластичного матеріалу (шо накопичує иез-воротні деформації під навантаженням). ...

Для більшості матеріалів спостерігається лінійна залежність миттєвих деформацій ( £0 ) від навантаження ( О* ), а у

випадку нелінійності (наприклад, для зразків шкіри) ця залежність добре апроксимується наближеною Формулою

£(*) = 0-6* -

де С . оі -const, 0 < ОІ < 1.

Для ідеально- в'язкопружного матеріалу побудовані трьох-параметричні ядра повзучості і релаксації напружень:

К (£/-'. еХр [о■

■■■■-ехр[--(і-*.)(4')к ]; ■ (171

де об о , Т0 , к - додатні константи, 0 < к < 1. Оскільки пі япрз з очевидністю вироджені. то розв'язуючи еволюційну задачу Коші або інтегруючи співвідношення Б. -В., отримуємо аналітичні моделі спадкових механічних властивостей:

-для напружень (за умови £(о)- £а-- const.)

¿ю =Ee.{t-<[t-exp(-(4r)*)]} .

шо в граничних випадках (при t-О і і = оо ) дає:

<3(0)=ЕЄо ; СЕЄ0(1-40) , '

тобто величина залишкових напружень визначається параметром

oi0;

-для деформації (за умови d(0) - da =const) звідки при t->-0 і t-*-oo маємо:

£(o)=<V£; fr-) = J«.^.

Аналітичними методами показано, шо отримані "дробно-експо-ненційні" моделі якісно правильно відтворюють спадкові властивості ідеально-в'язкопружного тіла і, оскільки залежать лише від трьох параметрів, є дуже зручними в практичному застосуванні. Окрім того, вони мають важливу особливість, а саме, із співставлення Формул (18), (19) випливає:

С*0£о = £со := d(t)£(t) ,

причому наближена рівність виконується у випадку, коли величинами другого порядку малості по відношенню [(£оа~£о)/£0]'2 або [ot0/(-і - О]2 можна знехтувати.

Для матеріалів, шо накопичують незворотні деформації в процесі повзучості під навантаженням, побудовані ядра повзучості і релаксації напружень, шо задовольняють необхідний для цього випадку умован:

t

К (t,г) -/¿0¿0exp {-%-)-exp(~lLШ&) J

L V t (20)

RM = flo4*xp(-£e)'e*p{-(*+'!tyUШв] •

Після інтегрування співвідношень Б.-В. з ядрами (20), отримуємо аналітичні моделі в'язкопружно-пластичного матеріалу:

- для напружень ( £0 = const)

б Ш = £Є0 [і - (і - ехр {~ (¿0 + По)■

0 К (21)

шо в граничних випадках дає:

(о) = Е£0; о7«0 = fjf- [¿0 + ?0 Є (г°+1о) Г" J

О0+Г(о '

-для деформації (o’ - const)

(BS)

£(t) = -f-[i + £{l-ex/)(-L0Z2(£-ê r0)]j

звідки при t = о і t = oo маємо ;

£«» = 4-; =

Повна залишкова деформація після зняття навантаження визначається Формулою

е" =£»« т 'fi f* -е 4Гі) • е"4г‘

тобто складається з миттєвої пластичної деформації і в'яз-копружно-пластичної складової. Таким чином, із в'язкопружно-пластичної деформації відокремлюється в'язкопружна складова, яка в свою чергу дорівнює:

О _ п _ с — С~*° ( У — С>

&/пр — 8/пр-ггл, в-пл ELo

Показано, гао отримані моделі релаксації напружено-деформованого стану якісно правильно відтворюють експериментальні результаті? і мають великі апроксимаційні можливості, що дає змогу застосовувати їх для описання властивостей широкого класу матеріалів. .

Розглянуті методи Фактор-часових аналогій, шо враховують температурно-часові зміни деФормованості, вплив вологісного стану матеріалів, умови навантаження і інші специфічні чинники. Якщо вважати визначальні параметри моделей такими, шо залежать від температури і вологовмісту матеріалів, і промо-делювати ці залежності за даними експериментів, то температурні 1 вологісні впливи на деформаційно-релаксаційні характеристики можуть бути враховані на модельній основі. Але в цьому випадку для визначення залежностей d (і) і Є (t) треба застосовувати чисельні методи.

У п’ятому розділі . проведено класифікацію матеріалів по

характеру релаксаціі напружено-деформованого стану і досліджено відповідність математичних моделей для типових представників матеріалів легкої промисловості: синтетичної (Фені -лоновоі) тканини, натуральної (вовняної) тканини і натуральної шкіри. На прикладі зразків Фенілонової тканини за результатами експериментів на деформування за умови сталого навантаження при трьох рівнях зволоження (повітряно-сухого, гігроскопічно зволоженого і максимально зволоженого) проведено прив'язку ноделей 1 розраховані визначальні параметри в кожному випадку, далі, за допомогою аналітичних (модельних) Формул розраховані залежності £(і) в повному циклі навантаження (абсолютна похибка розрахованих і експериментальних значень деформації не перевищує 2 ї З % ) і <3 (Ь) за сталої деформації. Співставлення з експериментом визначає похибку значень б (і) в межах 5 - 10%, тобто релаксація напружень відтворюється теоретично за результатами експериментів на деформування (див. таблиці 1 і 2).

Таким чином, в межах лінійної тєоріі в'язкопружності, визначальні параметри паспортизують механічні властивості матеріалів 1 дають можливість теоретично розрахувати відповідні залежності при заданому рівні зволоження. Зразки матеріалів з відмінним вологовмістом при цьому характеризуються відмінними наборами параметрів, шо дозволяє простежити 1 зв'язати зміну конкретного параметра з вологоємністю.

Для зразків вовняної тканини, шо не виявляють в'язкоп-ластичних деформацій, застосована модель в'язкопружного матеріалу. Прив'язуючись до експериментальної залежності £(і) розраховані визначальні параметри для чотирьох рівнів зволоження (при сталій температурі) і чотирьох рівнів температури (при сталому зволоженні), показано, шо аналітичні моделі з точністю 2-Ю % відтворюють залежності деформацій і релаксації напружень.

- 17 -

Для зразків натуральної шкіри, шо виявляють значні мит-во-пластичні деформації (до 20 % ) а також в'язкопластичні Формації, застосована модель в'язкопружно-пластичного ма-ріалу. Аналогічно попередньому, проведено прив'язку моделі розраховані визначальні параметри при чотирьох рівнях зво-ження матеріалів і чотирьох рівнях температури. Наступний зрахунок залежностей d(i) і £ U) за модельними Формулами з сить великою (5 -10%) точністю відтворює експериментальні зультати і в цьому випадку (таб. 3).

Отже, застосування розроблених моделей механічних власностей для матеріалів з відмінними релаксаційними характе-стиками і співставлення з експериментальними даними де-нструє високий ступінь адекватності аналітичного методу і є можливість значно скоротити кількість трудомістких екс-риментальних досліджень.

Таблиця 1.

‘■10* С 0 0,2 0,4 ■1 0,8 1,2 3,6 ¿о

•%* /о Є р 4,5 4,ї 4.7 4.7 4,85 4,23 4.95 4.96 5,0 5,02 5.1 5.1 1,36 0,97 U&

г е р 5.1 5.1 5,55 5,63 5.85 5.85 6,0 6,02 6,05 6,07 6,1 6,1 2,92 2,20 0,41

'м/3 є р 6,1 6.1 6, ¿/5 6,46 6,65 6,6 6,8 6,7-9 6,S5 6,В5 6,3 G,9 3,17. 1,41 ІП

■tofc 0 0,1 0,4 0, 8 1.2 3,6 Д mg*

£п/с > 1,2 2,31 1,35 2,12 Ь& 2,0 і, 78 Ь&З 1,7 £ 1,84 і, 75 1,77 0,023

£г/3 а £ ї N 4.2 4.2 3,8 3,83 3,7 3,£7 3,6 3,56 3,55 3,51 3.5 3.5 0,022

Е”/з гп 0 CL 5.05 5.05 4,7 4,2 4',55- 4,45 4,52 4,38 4,35 4,33 4,25 4,27 0,01^

- 18 -

(е) - експериментальні дані; (р) - розраховані значення.

Таблиця 2.

¿•/0? с 0 0,5 1,0 2,0 3,0 6,0 3,0

п/с [НПа] е р 6,5 б ,5 6,1 5,7 6,1 5,5 59 54 5,85 5,33 5,8 5,32 5,Г5 5,31

^м/з [МПеЦ е р $8 5,8 4,8 4,3 4,6 4,1 9,45 4,04 4,35 4,03 4,25 % 02 4,2 4,оі 4 %

Таблиця З,

і, °С 22°С 22 50 80 100

V, % і 4,0 26,0 3ї,0 130,0 14,2 13,4 12,1 12,4

¿0 0,395 0,716 0,939 0,42? 0,361 0,533 0,620 0,585

ь 0,693 0^8 0,481 0,731 0,355 0,7^0 1,216 1,465

5,83 3,35 2,0* 1,43 2,36 1,80 1,71 1, 66

^ та* 0,06 0,08 0,0? 0,09 0,05 0,05 0,05 0,06

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ. ^

1. На основі лінійної теорії в'язкопружності ( співві ношення Больпмана-Вольтери з виродженими ядрами) запропон ваний підхід до моделювання Фізико-механічних властивост

натеріалів, а сане релаксації напружень і деформації. Визначено теоретичні обмеження на ядра інтегральних співвідношень (в залежності від властивостей матеріалів) і шляхи для їх конструювання.

2. Розв'язана задача про еволюцію напружень в попередньо деформованому і зволоженому матеріалі в процесі ізометричного сушіння. Показано відповідність аналітичної моделі до експериментальних залежностей в загальному і окремих випадках.

3. Отримано систему рівнянь для деформації (або для релаксації напружень) і теплонасообніну, шо пов'язує відповідні процеси при іх одночасному протіканні.

4. Запропоновані спеціального виду ядра інтегральних співвідношень і побудовані математичні моделі релаксації напружень і повзучості для основних типів натеріалів - іде-ально-в’язкопружного і в'язкопружно-пластичного.

5. Співставленням з експериментальними данини для типових натеріалів - синтетичної (Фенілонової) і вовняної тканин, а також натуральної шкіри, показано високу відповідність математичних моделей.

6. Розглянуто можливість прогнозування неханічних властивостей матеріалів спираючись на визначальні параметри моделей та іх залежність від вологовмісту і температури.

По темі дисертації опубліковано 16 робіт, основні з яких наведені нижче:

1. Взаимосвязь деформационно-релаксационных и тепломассообменных процессов. Луцбк Р. В., Нентковский Ю. Л., Холод В. П. Монография, Киев. - Биша школа, 1992, 183 с.

2. Луцык Р. В., Нентковский Ю. Л., Холод В. П. Релаксация напряжений в полимерных материалах при их тепло- и массооб-мене со средой. Известия ВУЗОВ, ТЛП, N4, 1986, с.57-60.

- 20 -

3. Луцык Р. В., Моторный В. В.. Холод В. П. Применение методов энергограмм и термограмм сушки для определения коэффи-

циентов внешнего тепло и массообмена текстильных материалов, известия вузов, ТТП, N5, 1986, с.80-83.

4. Луцык Р. В., Хомяк Н. Е., Холод В. П. Влияние влаги на

релаксационные процессы, происходящие в обувных материалам при Формовании. Сообщение 1. Ползучесть материалов. Известия ВУЗОВ, ТЛП, N2, 1987, С. 59-63.

5. Луцык Р. В., Хомяк Н. Е., Холод В. П. Влияние влаги на

релаксационные процессы, происходящие в обувных материалах при Формовании. Сообщение 2. Релаксация напряжений. Известия ВУЗОВ, ТЛП, N3, 1987, с. 38-41.

6. Нентковский Ю. Л., Луцык Р. В., Холод В. П. Моделирова-

ние взаимосвязи тепломассообменных и деформационных процессов, протекающих при сушке коллоидных капиллярнопористых материалов. В кн.: Разработка прогрессивных способов сутш различных материалов и изделий на основе достижений теорш тепло- и массообмена (тезисы докладов). Вып. 1.- К.: УкрНИИН-ТИ, 1987, с. 8-9.

7. Нентковский (0. Л., Луцык Р. В., Холод В. П. Моделирова-

ние взаимосвязи тепломассообменных и деформационных процессов, протекающих при сушке материалов лёгкой промышленности. ИЗВ. ВУЗОВ, ТЛП, Н5, 1988, с. 57-60.

8. Лупык Р. В., Холод В. П., Сурнин Е. Г., Нигляченко А. Ф. , Кондратов Э. н. Моделирование деформационных свойств тканевш основ для декоративно-отделочных материалов. В сб. : Вопрось авиационной науки и техники. Авиационные материалы. Вып. 1, Н. , 1989 (ВИАН), с. 34-42.

9. Сурнин Е. Г., Луцык Р. В., Холод В. П., Владимирова Г. А.

Влияние эксплуатационных Факторов на пористую структуру, влагообменные и деформационные свойства зашитного материал? на Фенилоновой основе. В сб.: Вопросы авиационной науки I

техники. Авиационные материалы. Вып. 1, 1989 (ВИАМ), с.88-94.

10. Ментковский Ю. Л. , Луцык Р. В., Холод В.П. К теории вязкоупругости дисперсных систем в условиях тепломассообмена. ИФЖ, т. 58, N4, 1990, с. 655-660.

11. Холод В. П. Роль співвідношень Больцмана-Вольтери з виродженими ядрами в теорії ПОВЗУЧОСТІ (в'язкоПРУЖНОСТІ). 7с., Деп. в ГНТБ України 06. 10. 93, N1939 - УК 93.

12. Холод В.П. Моделювання релаксації напружено-деФормо-ваного стану в'язкопружно-шіастичних матеріалів. Ювілейна наукова конференція професорсько- викладацького складу, присвячена 65-річчю заснування академії. Наукові праці. 18-21 квітня 1995 року, Київ, ДАЛПУ, 1995, с. 50,

АННОТАЦИЯ

Холод В. П. Математическое моделирование и прогнозирование Физико-механических свойств материалов лёгкой промышленности в условиях тепломассообмена со средой.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.01 - материаловедение в текстильной и лёгкой промышленности. Государственная академия лёгкой промышленности Украины, Киев, 1995 г.

Работа посвяшена теоретическому моделированию и практическому определению Физико-механических свойств материалов лёгкой промышленности. Проведены изучение и анализ теоретических и экспериментальных данных по деформационно-релаксационным и тепломассообменным свойствам материалов. Разработаны математические модели механических свойств, позволяющие описывать и прогнозировать поведение материалов лёгкой промышленности в различных условиях тепло- и массообмена со средой.

Ключевые слова:

материалы легкой промышленности, вязкоупругость, пластич-

ность, деформация, релаксация напряжений, тепло и массооб-нен, математические модели, прогнозирование свойств.

SUMMARY

Kholod V. P. Mathematical modeling and prediction physics- mechanical properties of light industry materials in conditions of heat and mass interchange with environment.

Thesis of academic degree for a Candidate of Technical Science on a speciality 05.19.01 - material Keeping in

textile and light industry. The Light Industry State Academ? of the UKraine, year 1995.

The worK dedicated to theoretical modeling and practical definition the physics-mechanical properties of light industry materials. Theoretical and experimental data or deformational and heat-mass interchange properties were studied and analysed. Mathematical models of Physics-mechanical properties were worKed out, permitting tc describe and predict the behaviour of light industn materials in different conditions of heat and masi interchange with environment.

Key words:

materials of light industry, viscoelasticity. creep, deformation, stress relaxation, heat and mass interchange, mathematical models, properties prediction.