532.51 Многомасштабное моделирование процессов фильтрации жидкого связующего в композитных конструкциях, изготавливаемых методом RTM

Димитриенко Ю. И. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Богданов И. О. (МГТУ им. Н.Э.Баумана)

МНОГОМАСШТАБНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ФИЛЬТРАЦИЯ, МЕТОД RTM, КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, МЕТОД АСИМПТОТИЧЕСКОГО ОСРЕДНЕНИЯ


doi: 10.18698/2309-3684-2017-2-327


Предложена математическая модель многомасштабного процесса фильтрации слабосжимаемых жидкостей и газов в периодических пористых средах применительно к процессу производства композиционных материалов на основе метода RTM. Применение метода асимптотического осреднения позволило сформулировать так называемые локальные задачи фильтрации для отдельной поры и глобальную задачу неустановившейся фильтрации слабосжимаемых жидкостей. Рассмотрены две модели слабосжимаемой жидкости: классическая, основанная на уравнении состояния Маскета, требующем задания начальных постоянных давления и плотности жидкости, и обобщенная модель, основанная на том же уравнении, но требующая задания только начальной плотности жидкости, использующая вместо начального постоянного давления неизвестное гидростатическое давление в жидкости. Представлены результаты моделирования процесса пропитки образца
материала наполнителя связующим с использованием двух указанных моделей слабосжимаемой жидкости.


[1] Джоган О.М., Костенко О.П. Методы изготовления деталей из композиционных материалов пропиткой в оснастке. В 2 ч. Ч. 1. Методы пропитки под давлением. Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. Харьков, ХАИ, 2011, № 4 (68), с. 111–125.
[2] Джоган О.М., Костенко О.П. Методы изготовления деталей из композиционных материалов пропиткой в оснастке. В 2 ч. Ч. 2. Методы вакуумной пропитки. Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. Харьков, ХАИ, 2012, № 1 (69), с. 80–92.
[3] Джоган О.М., Костенко О.П. Практическая классификация методов изготовления деталей из полимерных композиционных материалов пропиткой в оснастке. Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. Харьков, ХАИ, 2013, № 1 (73), с. 21–32.
[4] Chen X., Zhang Y., Shilin Yan S. Two-dimensional simulations of resin flow in dual-scale fibrous porous medium under constant pressure. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2013, vol. 32 (22), pp. 1757–1766.
[5] Yang B., Tang Q., Wang S., Jin T., Bi F. Three-dimensional numerical simulation of the filling stage in resin infusion process. Journal of Composite Materials, 2016, vol. 50 (29), pp. 4171–4186.
[6] Маскет М. Течение однородных жидкостей в пористой среде. Москва Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2004, 628 с.
[7] Ho C.K., Webb S.W., eds. Gas transport in porous media. Springer, 2006, 440 p.
[8] Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. Москва, Недра, 1984, 211 с.
[9] Jenny P., Lee S.H., Tchelepi H.A. Adaptive multiscale finite-volume method for multiphase flow and transport in porous media. Multiscale Modeling and Simulation, 2004, 3 (1), pp. 50–64.
[10] Nield D.A., Bejan A. Convection in porous media. New York, Springer-Verlag, 2006. DOI 10.1007/978-1-4614-5541-7
[11] Бардзокас Д.И., Зобнин А.И. Математическое моделирование физических процессов в композиционных материалах периодической структуры. Москва, Едиториал УРСС, 2003, 376 с.
[12] Бахвалов Н.С., Панасенко Г.П. Осреднение процессов в периодических средах. Математические задачи механики композиционных материалов. Москва, Наука, 1984, 352 с.
[13] Беляев А.Ю. Усреднение в задачах теории фильтрации. Москва, Наука, 2004, 200 с.
[14] Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. Москва, Изд-во Моск. ун-та, 1984, 336 с.
[15] Санчес-Паленсия Э. Неоднородные среды и теория колебаний. Москва, Мир, 1984, 472 с.
[16] Димитриенко Ю.И., Кашкаров А.И., Макашов А.А. Конечно-элементный расчет эффективных упругопластических характеристик композитов на основе метода асимптотического осреднения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2007, No 1, с. 26–46.
[17] Dimitrienko Yu.I., Dimitrienko I.D. Effect of thermomechanical erosion on heterogeneous combustion of composite materials in high-speed flows. Combustion and Flame, 2000, vol. 122, no. 3, pp. 211–226.
[18] Dimitrienko Yu.I. Thermal stresses in ablative composite thin-walled structures under intensive heat flows. International Journal of Engineering Science, 1997, vol. 35, no. 1, pp. 15–31.
[19] Димитриенко Ю.И., Яковлев Д.О. Асимптотическая теория термоупругости многослойных композитных пластин. Механика композиционных материалов и конструкций, 2014, т. 20, No 2, с. 260–282 с.
[20] Dimitrienko Yu.I. A structural thermomechanical model of textile composite materials at high temperatures. Composite science and technologies, 1999, vol. 59, pp. 1041–1053.
[21] Димитриенко Ю.И., Иванов М.Ю. Моделирование нелинейных динамических процессов переноса в пористых средах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2008, No 1, с. 39–56.
[22] Dimitrienko Yu.I., Dimitrienko I.D. Simulation of local transfer in periodic porous media. European Journal of Mechanics/B-Fluids, 2013, no. 1, pp. 174–179.
[23] Димитриенко Ю.И., Захарова Ю.В., Богданов И.О. Математическое и численное моделирование процесса фильтрации связующего в тканевом композите при RTM методе изготовления. Университетский научный журнал, 2016, No 19, с. 33–43.
[24] Димитриенко Ю.И., Левина А.И., Боженик П. Конечно-элементное моделирование локальных процессов переноса в пористых средах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2008, No 3, с. 90–103.
[25] Димитриенко Ю.И., Шпакова Ю.В., Богданов И.О., Сборщиков С.В. Моделирование процесса многоуровневой фильтрации жидкого связующего в тканевом композите при RTM-методе изготовления. Инженерный журнал: Наука и инновации, 2015, вып. 12. DOI 10.18698/2308-6033-2015-12-1454
[25] Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. Москва, Едиториал УРСС, 2003, 784 с.
[27] Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. Москва, Мир, 1979, 392 с.
[28] Zienkiewicz O.C, Taylor R.L., Zhu J.Z. The finite element method. Its Basis and fundamentals. Butterworth-Heinemann, 2013, 756 p.
[29] Амосов А.А, Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров. Москва, Высшая школа, 1994, 544 с.


Димитриенко Ю.И., Богданов И.О. Многомасштабное моделирование процес- сов фильтрации жидкого связующего в композитных конструкциях, изготавливае- мых методом RTM. Математическое моделирование и численные методы, 2017, No 2, с. 3–27.



Скачать статью

Колличество скачиваний: 330