ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
99
В углепластике полимерная матрица обладает низкими теплопро-
водностью и термостойкостью. В основном она выполняет функции
перераспределения напряжений между волокнами углеродный карка-
са, который обеспечивает необходимые прочность и жесткость.
Главные преимущества углепластика — малая плотность, высокие
прочностные и жесткостные свойства, низкие значения КЛТР.
Проблема проектирования композитных конструкций осложнена
тем, что действительные физико-механические свойства ПКМ можно
определить лишь после изготовления конкретной детали. Кроме того,
коэффициенты разброса свойств ПКМ значительно выше, чем для
металлов и их сплавов, и при многоэтапной оптимизации параметров
конструкции этот фактор может отражаться на достоверности дан-
ных. В связи с этим для оценки свойств ПКМ целесообразно исполь-
зовать статистические и вероятностные методы, начиная с входного
контроля компонентов и заканчивая проектированием и испытанием
изделия [5, 6].
Цель
работы заключается в создании алгоритма расчета тепло-
проводности ПКМ с армирующими волокнистыми наполнителями,
имеющими высокую теплопроводность.
Постановка и результаты вычислительных экспериментов.
Существует два подхода к определению теплопроводности ПКМ,
которые условно можно назвать экспериментальным и расчетным.
При экспериментальном подходе проводят тепловые испытания об-
разцов ПКМ, в результате которых регистрируют значения темпера-
тур и тепловых потоков [2]. Полученные данные в дальнейшем
служат для определения теплопроводности ПКМ с использованием
методов решения обратных задач. Экспериментальные методы поз-
воляют надежно определять теплопроводность слоистых ПКМ по-
перек оси волокон, однако для определения этого показателя в
направлении, совпадающем с осью волокон, или в плоскости арми-
рования методы практически не разработаны. Кроме того, методы
не позволяют использовать данные о теплопроводности материалов
с одной схемой армирования для расчета теплопроводности матери-
ала с другой схемой армирования, что существенно увеличивает
объем экспериментов.
Расчетные методы определения теплопроводности базируются на
данных о структуре ПКМ, свойствах его компонент и математиче-
ских моделях процессов переноса теплоты в элементарной ячейке
материала [7, 8]. Важным преимуществом таких методов определе-
ния теплопроводности является возможность исследовать влияние
свойств компонентов и характеристик структуры ПКМ на свойства
материала, прогнозировать свойства ПКМ на основе новых компо-
нентов, оптимизировать структуру ПКМ для конкретных условий
1 3,4,5,6,7,8,9