Формализация процесса и разработка алгоритма твердофазного смешивания компонентов гетерогенного композиционного материала

Рассмотрен один из подходов к моделированию процесса смешивания полидисперсных порошков, включающих три основные фракции различных размеров, форма которых приближается к сферической. Такой подход позволяет снизить материальные издержки на стадии разработки технологических процессов смешивания благодаря уменьшению количества проводимых экспериментов. Для получения наиболее равномерного смешивания при минимальном времени технологического процесса в основу разрабатываемой модели положена целевая функция за определенное число итераций смешивания композиции получения требуемой плотности (максимально возможной) упаковки смешиваемых частиц твердой фазы.

С целью разработки модели процесса смешивания использовался один из эвристических алгоритмов – метод отжига метала. В качестве представительного элемента модели принята элементарная ячейка в виде гексогонально плотно упакованных частиц вокруг одной, введенной в состав композиционного материала (в небольшом количестве, от 5 до 15 %) в качестве модификатора. Модель формализована с условием усреднения размеров частиц в пределах каждой из фракций, а также морфологии их поверхности. Количество итераций переупаковки частиц рассчитывается по вероятности получения минимального объема пустот в составе представительного элемента и равномерности распределения модифицирующего элемента.

Сопоставление значений, полученных в ходе моделирования, с измеренными значениями результатов перемешивания на конкретном смесителе позволят сформировать шкалу соответствия результатов моделирования режимам работы технологического оборудования. Это обеспечит возможность прогнозирования целесообразных режимов смешивания еще на этапе разработки технологического процесса при колебаниях характеристик поставляемого сырья и тем самым создать методологические основы для формирования системы управления качеством изготовления гетерогенного композиционного материала. Модель может быть адаптирована для полидисперсных порошков с содержанием более трех основных фракций.

1. Энергонасыщенные гетерогенные композиционные материалы на полимерной основе. Некоторые проблемы разработки и пути их решения / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия: респ. межведомств. сб. науч. тр. / редкол.: А. Ф. Ильющенко [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2016. – Вып. 39. – С. 12–16.

2. Повышение плотности упаковки твердой фазы гетерогенного композиционного материала. Основные проблемы и пути их решения / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия: респ. межведомств. сб. науч. тр. / редкол.: А. Ф. Ильющенко [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2017. – Вып. 40. – С. 42–47.

3. Кривонос, О. К. Моделирование процесса смешивания энергонасыщенного композиционного материала на основе генетического алгоритма / О. К. Кривонос // Сборник научных статей Военной академии Республики Беларусь. – 2017. – Вып. 33. – С. 90–97.

4. Kirkpatrick, S. Optimization by Simulated Annealing / S. Kirkpatrick, C. D. Gelatt Jr., M. P. Vecchi // Science. – 1983. – Vol. 220, № 4598. – P. 671–680. https://doi.org/10.1126/science.220.4598.671

5. Ильющенко, А. Ф. Модифицирование энергонасыщенного гетерогенного композиционного материала цикличными нитраминами / А. Ф. Ильющенко, Е. Е. Петюшик, О. К. Кривонос // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.­тэхн. навук. – 2018. – Т. 63, № 1. – С. 27–33. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-1-27-33

6. Лопатин, А. С. Метод отжига [Электронный ресурс] / А. С. Лопатин. – Режим доступа: http://www.math.spbu.ru/user/gran/sb1/lopatin.pdf – Дата доступа: 09.03.2018.