УДК 666.982:65.012:517.8
Попов О.А., Лапина О.И.
Одесская Государственная Академия
Строительства и Архитектуры
При получении высококачественных композитов, важное значение имеют как правильный подбор и рациональное сочетание исходных материалов, так и технология их изготовления. Сложность выбора оптимальных составов таких композитов определяется
не только количеством факторов рецептуры, но и разнообразием критериев оценки качества, которое необходимо учитывать при принятии тех или иных инженерных решений.
Учитывая сложность, трудоемкость и стоимость экспериментального поиска рецептуры, отвечающей комплексу технологических и других требований к материалу с учетом конкретной сырьевой и технической базы и разнообразия проводимых работ, полезно использование методов экспериментально-статистического моделирования, при помощи которых решаются две важнейшие задачи [1]:
- минимизация расхода интеллектуальных, временных и материальных ресурсов при поиске требуемого инженерного результата в сложной рецептурно-технологической ситуации; повышение достоверности и информативности экспериментальных исследований;
- улучшение качества продукции и ее конкурентной способности, поиск путей ресурсосбережения при обеспечении заданных уровней комплекса показателей качества материалов и изделий.
Под экспериментально-статистическим моделированием (ЭС-моделирование) понимается комплекс методов и действий, который направлен на максимальное извлечение информации из результатов экспериментов[2].
ЭС-моделирование описывает влияние рецептурно-технологических факторов на Y — показатель качества (критерий оптимизации, выходной параметр и т.п.) объекта.
Одним из важнейших элементов компьютерного материаловедения являются экспериментально-статистические модели (ЭС-модели). Они позволяют конструировать материалы (рассчитывать и проектировать свойства, режимы структурообразования и деструкции и т.п.) с учетом конкретных уровней рецептурных, сырьевых, эксплуатационных и других факторов.
Построение моделей основано на результатах наблюдений за поведением изучаемого объекта в ходе эксперимента (натурного или вычислительного). При построении моделей учитывается ошибка эксперимента и происходит, с заданным риском, проверка гипотез об отличии тех или иных оценок от нуля. Это позволяет обоснованно допустить модель для принятия инженерных решений; а все принятые по модели решения находятся в некоторых доверительных интервалах, зависящих от уровня допустимого риска, точности и оптимальности проведения эксперимента[3].
В настоящее время нет особых проблем при компьютерном построении экспериметально-статистических моделей (ЭСМ). Информация собирается при реализации оптимальных k-факторных планов эксперимента, в которых могут быть учтены особенности системы и др. Большие трудности возникают при интерпретации результатов многофакторного моделирования, поскольку инженерам для принятия решений предпочтительно представление информации в наглядной графической форме. Поэтому, для принятия таких решений представляется целесообразным построение двух- и трехфакторных диаграмм, отображающих поля свойств изолиниями или изоповерхностями[1,2,3].
Примером использования ЭС-моделирования вообще и двухфакторных диаграмм в частности является принятие решений при анализе цементно-песчаных композитов предназначенных для ремонтно-реставрационных работ, получаемых из сухих смесей, модифицированных редиспергируемым порошком (РП) Vinnapas и армированных полимерной фиброй Kuralon[4].
В соответствии с технологическими требованиями на производство композиций содержащих редиспергируемый порошок Vinnapas и полимерную фибру, а также на выполнение ремонтных работ [5], были назначены границы критериев оптимизации технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств дисперсно-армированных цементно-песчаных композиций.
В рассматриваемой задаче принят следующий ряд ограничений:
- композит должен обладать максимальной ударостойкостью (Т, Дж) и иметь максимальную трещиностойкость, оцениваемую уровнем критического коэффициента интенсивности напряжений К1с, МПа*м0.5.
- время достижения нормативной пластической прочности композита за счет введения модификаторов не должно превышать 10 часов (t{50}<= 10);
- адгезия к бетону не должна быть менее 3 МПа (А >= 3);
- истираемость (износостойкость) композитов не должна быть более чем 0.25 г/см2 (AR<= 0.25);
- водопоглощение цементно-песчаных модифицированных композиций не должна превышать 6% (W<=6).
Рис.1 Диаграммы границ критериев оптимизации составов.
Поиск отвечающих этим требованиям рациональных составов осуществлен по комплексу двухфакторных диаграмм (рис.1) в системе COMPEX-99, разработанной в Одесской Государственной академии строительства и архитектуры[6].
На рис.2 показана совмещенная диаграмма, отображающая область допустимых решений (не затемнена) для изложенных выше ограничений (условий). Предел прочности на растяжение при изгибе каждого состава находящегося в области допустимых решений превышает 7 МПа.
Рис.2 Диаграмма области допустимых решений.
Как видно из рисунка, для обеспечения технологических требований в композит должно быть введено не менее 0.6 массовых частей (на 100 м.ч. цемента) полимерной фибры и не менее 2 м.ч. редиспергируемого порошка Vinnapas.
Таким образом, исходя из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что экспериментально статистическое моделирование является эффективным инструментом выбора рациональных высококачественных композитов, характеризующихся многокомпонентностью и многокритериальностью требований к ним, обеспечивая снижение временных затрат и трудоемкости экспериментального этапа исследований.
Библиографический список
- Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. Экспериментально-статистическое моделирование и оптимизация в материаловедение. – Киев: О-во “Знание” Украины, 1993. – 17 с.
- Методические рекомендации по применению ЭСМ для анализа и оптимизации материалов на основе щелочных вяжущих систем / В.А. Вознесенский. Т.В. Ляшенко, С.В. Савченко, П.В. Кривенко и др. – Киев: ОГАСА – НИИВМ им. В.Д. Глуховского, 1996. –105 с.
- Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Огарков Б.Л. Численные методы решения строительно-технологичных задач на ЭВМ. – Киев: Высшая школа, 1989. – 328 с.
- Попов О.А. Оптимизация свойств цементных композитов с полимерной фиброй для ремонтных работ. Автореф. дисс… канд. техн. наук –Одесса: ОГАСА, 2000. – 19с.
- Сухие строительные смеси: Справочное пособие / Е.К. Карапузов., Г. Лутц., Х. Герольд Н.Г. Толмачев и др. – Киев: Техника, 2000. – 226 с.
- Использование СОМРЕХ-99 при моделировании параметров кривых пластической прочности цементно-полимерных композиций с фиброй Куралон /Вознесенский В.А., Довгань П.М., Ляшенко Т.В., Хлыцов Н.В., Попов О.А. // Наук. вiсник буд-ва: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – Вип.8. – Харкiв, 1999.-С. 21-28.
