Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии
Моделирование теплообмена инструмента с полимерными частицами при их вдавливании в углеродную ткань
Опубликована: 2021-02-05
  • В. Л. Федяев Институт механики и машиностроения – обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН (г. Казань)
  • В. И. Халиулин КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)
  • Э. Р. Галимов КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)
  • А. В. Беляев КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)
  • А. Э. Минимуллин КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)
  • А. О. Куск КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)
  • Л. В. Сироткина Казанский государственный энергетический университет (г. Казань)

Аннотация

Рассматривается теплообмен находящихся на углеродной армирующей ткани полимерных частиц с катком, вдавливающим материал частиц в ткань. В предположении, что скорость движения ткани с частицами относительно катка мала, без учета теплообмена вдавливаемых частиц, ткани с окружающей средой, включая ленту транспортера, на которой находится ткань, представлена математическая модель кондуктивного теплопереноса в контактирующих катке, полимерной частице и армирующей ткани. Данная модель включает уравнения сохранения тепла, записанные относительно средних температур катка, частиц, ткани, а также граничные и начальные условия. С целью упрощения задачи, принимая во внимание то обстоятельство, что между полимерными частицами и тканью имеет место идеальный тепловой контакт, в направлении распространения тепла средние толщины вдавливаемой частицы ткани малы, будем считать, что слой материала частиц и ткани яв- ляется термически тонким, температура в нем изменяется по толщине незначительно.
В результате исходная система из трех уравнений сводится к одному уравнению относительно температуры катка. Это уравнение дополняется соответствующими граничными и начальными условиями. При условии, что вблизи поверхности катка температура по радиусу его меняется по линейному закону, оценивается удельный тепловой поток на поверхности катка. Затем данное выражение подставляется в уравнение теплового баланса термически тонкого слоя, состоящего из материала частиц и армирующей ткани, которое после определенных преобразований интегрируется.
Полученная формула для средней по толщине температуры вдавливаемой полимерной частицы показывает, что с течением времени контакта катка с частицей температура её изменяется в основном по экспоненциальному закону. Однако по мере трансформации частицы, её сплющивания аргумент экспоненциальной функции уменьшается, вследствие чего тепловое влияние катка на температуру материала частицы увеличивается. При этом данное уменьшение напрямую зависит от скорости движения частицы относительно катка и степени сжатия её инструментом.
Поскольку названные параметры являются технологическими параметрами, полученная авторами формула позволит обоснованно выбирать режимы вдавливания полимерных частиц в армирующую ткань в соответствии с существующими требованиями.

Биографии авторов

В. Л. Федяев, Институт механики и машиностроения – обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН (г. Казань)

доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией «Моделирование технологических процессов», Институт механики и машиностроения – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук», г. Казань. Область научных интересов – математическое моделирование технологических процессов. E-mail: V.L.Fedyaev@yandex.ru.

В. И. Халиулин, КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Производство летательных аппаратов», Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ-КАИ), Институт авиации, наземного транспорта и энергетики (ИАНТЭ), г. Казань. Область научных интересов – САПР, изготовление конструкций из композиционных материалов. E-mail: pla.kai@mail.ru.

Э. Р. Галимов, КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение, сварка и производственная безопасность», Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ- КАИ), ИАНТЭ, г. Казань. Область научных интересов – полимерные материалы, разработка энергосберегающих и экологически чистых технологий для нанесения полимерных порошковых покрытий специального назначения. E-mail: kstu-material@mail.ru.

А. В. Беляев, КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)

кандидат технических наук, доцент кафедры «Материаловедение, сварка и производственная безопасность», Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ-КАИ), ИАНТЭ, г. Казань. Область научных интересов – материалы, сварка, прогнозирование свойств. E-mail: beljaev.a.v@gmail.com.

А. Э. Минимуллин, КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)

магистрант кафедры «Материаловедение, сварка и производственная безопасность», Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ-КАИ), ИАНТЭ, г. Казань. Область научных интересов – материаловедение и технологии новых материалов. E-mail: kstu-material@mail.ru.

А. О. Куск, КНИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ (г. Казань)

магистрант кафедры «Материаловедение, сварка и производственная безопасность», Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ-КАИ), ИАНТЭ, г. Казань. Область научных интересов – материаловедение и технологии новых материалов. E-mail: kstu-material@mail.ru.

Л. В. Сироткина, Казанский государственный энергетический университет (г. Казань)

кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия», Казанский государственный энергетический университет, г. Казань. Область научных интересов – физическая химия, методика преподавания. E-mail: liliya_belyaeva@mail.ru.