Расчетно-теоретическое определение диэлектрической проницаемости полимерных композиционных материалов методом многомасштабного моделирования. Часть 1. Стеклопластик

Сформулированы этапы гомогенизации полимерного композиционного материала на основе стекловолокна и эпоксидного связующего с использованием многомасштабного моделирования. Разработана математическая модель переноса электромагнитного излучения в полимерном композиционном материале. Сформулированная математическая модель позволяет анализировать влияние стекловолокна на изменение напряженности электрического поля по мере прохождения электромагнитной волны через тело заготовки. Описана математическая модель решения обратной задачи определения гомогенных характеристик материала. Разработана расчетная модель прохождения электромагнитного излучения через представительный элемент объема нити и многослойного пакета стеклопластика. Приведены результаты моделирования напряженности электрического поля в представительном элементе объема пропитанной нити и многослойного пакета стеклопластика. Методом решения обратной задачи определены гомогенные характеристики представительного элемента объема нити и многослойного пакета стеклопластика. Показана достоверность расчетных характеристик путем сравнения с экспериментальными данными (различие не превышало 3 %).
EDN: PBDALZ, https://elibrary/pbdalz

Литература

[1] Zimin V.N., Koloskov I.M., Meshkovsky V.E. et al. Investigation of natural oscillations for self-deployable truss space antennae. Computational Engineering, 2001, vol. 30, pp. 497–504.

[2] Kotik A., Usyukin V., Vinogradov I. et al. Simulation of reflecting surface deviations of centimeter-band parabolic space radiotelescope (SRT) with the large-size mirror. Proc. SPIE, 2017, vol. 105671, doi: https://doi.org/10.1117/12.2308118

[3] Soutis C. Carbon fiber reinforced plastics in aircraft construction. Mater. Sci. Eng. A, 2005, vol. 412, no. 1–2, pp. 171–176, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.064

[4] Mallick P.K. Fiber-reinforced composites: materials, manufacturing, and design. CRC Press, 2007. 638 p.

[5] Kwak M. Microwave curing of carbon-epoxy composites: process development and material evaluation. Doctoral thesis. London, Imperial College London, 2016. 175 p.

[6] Teufl D., Zaremba S. 2.45 GHz microwave processing and its influence on glass fiber reinforced plastics. Materials, 2018, vol. 11, no. 5, art. 838, doi: https://doi.org/10.3390/ma11050838

[7] Das S., Mukhopadhyay A.K., Datta S. et al. Prospects of microwave processing: an overview. Bull. Mater. Sci., 2009, vol. 32, no. 1, pp. 1–13, doi: https://doi.org/10.1007/s12034-009-0001-4

[8] Гузева Т.А. Совершенствование технологических режимов отверждения заготовок деталей из органопластиков под действием СВЧ-излучения. Дисс. ... канд. тех. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 166 с.

[9] Резник С.В., Румянцев С.А. Математическое моделирование температурного состояния цилиндрических заготовок из полимерных композиционных материалов при СВЧ нагреве. Наука и образование. Научное издание, 2014, № 1. URL: http://engineering-science.ru/doc/658448.html

[10] Михайловский К.В., Резник С.В. Прогнозирование температурных режимов процесса отверждения связующего при получении деталей из полимерных композиционных материалов с помощью микроволнового излучения. Тепловые процессы в технике, 2014, т. 6, № 8, с. 378–384.

[11] Zong L., Zhou S., Sgriccia N. et al. Dielectric properties of an epoxy-amine system at a high microwave frequency. Polym. Eng. Sci., 2005, vol. 45, no. 12, pp. 1576–1580, doi: https://doi.org/10.1002/pen.20345

[12] Дворко И.М. Получение полимерных материалов и изделий отверждением термореактивных композиций под действием электрических полей. Пластические массы, 1998, № 8, с. 16–21.

[13] Просунцов П.В., Резник С.В., Михайловский К.В. и др. Моделирование прогрева связующего полимерных композиционных материалов с использованием СВЧ-излучения. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2018, № 12, с. 83–92, doi https://doi.org/10.18698/0536-1044-2018-12-83-92

[14] Ковтун В.А. Особенности формирования гетерогенной структуры поглотителей энергии СВЧ-излучения на основе полимерных композитов. Научни известия на НТСМ, 2016, т. 24, № 1, с. 60–64.

[15] Krupka J. Frequency domain complex permittivity measurements at microwave frequencies. Meas. Sci. Technol., 2006, vol. 17, no. 6, art. R55, doi: https://doi.org/10.1088/0957-0233/17/6/R01

[16] Li Z., Haigh A., Soutis C. et al. Dielectric constant of a three-dimensional woven glass fibre composite: analysis and measurement. Compos. Struct., 2017, vol. 180, pp. 853–861, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.08.061

[17] Емец Ю.П. Электрические характеристики трехкомпонентной диэлектрической среды. ЖЭТФ, 1998, т. 114, № 3, с. 1121–1136.