ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ ЕКСПЕРИМЕНТИ ПРИ ВИВЧЕННІ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕРІАЛІВ ПІД ВПЛИВОМ ФАКТОРІВ «СУМІШІ»
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2024-9-62-70Ключові слова:
план експерименту, симплексна область, експериментально-статистична модель, ефективна в’язкість, швидкість деструкції, вапняна суспензія, целюлозне волокно.Анотація
Наводиться коротка інформація про комп’ютерне матеріалознавство та про методологію рецептурно-технологічних полів властивостей як його складової. Це передумови дослідження, представленого у цій статті. Один із основних засобів методології полів властивостей – випадкове сканування повних і локальних полів. Цей інструментарій було розроблено та використано під час вирішення багатьох завдань матеріалознавства, коли властивості визначалися дією взаємо-незалежних чинників. Мета представленого дослідження – розробити інструмент для випадкового сканування полів властивостей, що визначаються «сумішами» компонентів q, лінійно пов'язаними їх частками в діапазонах від 0 до 1; сума q часткою дорівнює 1. У цих випадках факторна область (або її підобласть) є симплексом. Використовуються спеціальні плани експериментів, щоб отримати спеціальні наведені поліноми, що описують поля у симплексних координатах. Розроблено дві процедури для генерування будь-якого числа рівномірно розподілених точок на симплексі. Їм відповідають «суміші» у обчислювальних експериментах. Процедури були випробувані при скануванні полів двох реологічних характеристик вапняної суспензії, наповненої короткими, середніми і довгими целюлозними волокнами. Експериментально-статистичні моделі, у вигляді наведених поліномів, для ефективної в’язкості при швидкості зсуву 1 с-1 та темпу руйнування структури рідини (параметрів степеневої моделі течії, K = η1 та m), отримані в попередньому дослідженні, дозволяють визначити рівні цих характеристик для кожної симульованої суміші. Виконані обчислювальні експерименти, в яких проскановані поля η1 та m у всій симплексній області та в деяких її зонах, дозволяючи оцінити узагальнюючі показники полів та різну кореляцію η1 та m у різних зонах сумішевого трикутника.
Розроблені засоби, процедури генерації випадкових точок, які симулюють склади «сумішей», роблять значний внесок у розвиток методології рецептурно-технологічних полів властивостей та в комп’ютерне матеріалознавство.
Посилання
[1] U. Landman, R. Nieminen, "Editorial", Computational Materials Science, vol. 1, no. 1, 1992.
[2] Computational Materials Science. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/journal/computational-materials-science/about/aims-and-scope Accessed on: June 19, 2024.
[3] T.V. Lyashenko, V.A. Voznesensky, Metodologiya recepturno-tehnologicheskih polej v kompyuternom stroitelnom materialovedenii. Astroprint, Odessa 2017. [Online]. Available: https://drive.google.com/file/d/1FCCYDYRe5jC10N3l6Wzwf1T4IgladhQF/view.
[4] T. Lyashenko, "Composition-process fields methodology for design of composites structure and properties", Int. Symp. Brittle matrix composites 11, Warsaw, Insitute of Fundamental Technological Research PAS, pp. 289-298, 2015.
[5] T.V. Lyashenko, V.A. Voznesensky, "Experimental-statistical modeling in computational materials science", 3rd Int. Applied Statistics in Industry Conf., Dallas, ACG Press., pp. 287-298, 1995.
[6] D.C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, 10th ed. John Wiley & Sons, 2019.
[7] H. Sheffe, "Experiments with mixtures", J. Roy. Statist. Soc., B, 20 (2), pp. 344-360, 1958.
[8] H. Sheffe, "Simplex-centroid design for experiments with mixtures", J. Roy. Statist. Soc., B, 25(2), pp. 235-263, 1963.
[9] R. Snee, "Experimental Designs for Quadratic Models in Constrained Mixture Spaces", Technometrics, 17(2), pp. 149-159, 1975.
[10] I. Vuchkov, H. Jonchev, Planirane i analiz na eksperimenta pri izsledvane na svojstvata na smesi i splavi. Sofia: Tekhnika, 1979.
[11] J.A. Cornell, Experiments with Mixtures: Designs, Models, and the Analysis of Mixture Data, 3rd ed. Wiley, 2002.
[12] T.V. Lyashenko, "Structured systems of factors and experimental-statistical models in studies of building composites", Mechanics and Mathematical Methods, no. 3 (1), pp. 47-61, 2021.
[13] T.V. Lyashenko, V.A. Voznesensky, N.R. Antoniuk, E.K. Karapuzov, "Modelirovanie i analiz reologicheskikh pokazatelej sistemy` «izvest` – voda – czellyulozny`e volokna»", Vi`snik Donbas, vol. 2002-1(32), pp. 93-98, 2002.
[14] G. Shram, A practical approach to Rheology and Rheometry. 2nd ed., Thermo Electron, 2004.
[15] H.A. Barnes, A Handbook of Elementary Rheology. University of Wales, Institute of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 2000.
[16] T. Lyashenko, S. Kryukovskaya, "Modelling the influence of composition on rheological parameters and mechanical properties of fibre reinforced polymer-cement mortars", Int. Symp. Brittle matrix composites 10, Warsaw, Woodhead Publ. Ltd. (Cambridge) – IFTR 177-186, 2012.
[17] K. Moskalova, T. Lyashenko, A. Aniskin, "Modelling the Relations of Rheological Characteristics with Composition of Plaster Mortar", Materials, 15(1):371, 2022.
[18] P.G. Komokhov, A.M. Kharitonov, "Mnogourovnevoe predstavlenie struktury` czementnogo kamnya s poziczij komp`yuternogo modelirovaniya", Komp`yuternoe materialovedenie i progressivny`e tekhnologii: mezhdunarod. seminar MOK′47, Odessa, Astroprint, 26-29, 2008
[19] P. Stroeven, H. He, L.B.N. Le, K. Li, "Modeling possibilities of concrete structure for durability purposes", Modelirovanie i optimizacziya kompozitov, Odessa, Astroprint, pp. 60-63, 2014.
[20] T.V. Lyashenko, N.R. Antoniuk, "Multiсriterial search for rational solutions when developing building composites", Bulletin of Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, vol. 79, pp. 99-108, 2020.
[21] E. Shchukin, A. Zelenev, Physical-Chemical Mechanics of Disperse Systems and Materials. CRC Press, 2016.
[22] T.V. Lyashenko, A.D. Dovgan, "Isoparametric analysis when studying composite materials", Bulletin of Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, vol. 66, pp. 72-78, 2017.
[23] T. Lyashenko, A. Dovgan, P. Dovgan, "Glass fibre reinforced decorative composite: components influence and multicriterial optimisation", Brittle Matrix Composites 12, Warsaw, Institute of Fundamental Technological Research, pp. 107-116, 2019.
[24] K. Moskalova, T. Lyashenko, A. Aniskin, M. Orešković, "Modelling the Influence of Composition on the Properties of Lightweight Plaster Mortar and Multicriteria Optimisation", Materials, 16(7):2846, 2023. https://doi.org/10.3390/ma16072846.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
