name: Исследование и оценка динамики свойcтв текстильных материалов с использованием компьютерного моделирования
keyword_list: Истирание Старение Деформация Удлинение Компьютерное моделирование
abstract: Актуальность работы.
  Увеличение ассортимента текстильных материалов и область их применения делает актуальную тему оценку прочности текстильных материалов к различным воздействия.
  Данная работа направлена на создание компьютерных средств исследования статистической динамики нестационарных процессов развития явлений износа, истирания, старения, разрушения в одномерных и плоских волокнистых материалах.
  Целью диссертационной работы является разработка компьютерных моделей для имитации статистической динамики истирания, старения и разрушения одномерных и тканых волокнистых материалов методами имитационного статистического моделирования.
  Объектом исследования являются одномерные волокнистые материалы: волокна, нити, пряжа, и двумерные материалы в виде однослойных тканых полотен, произведенных как из натуральных, так и химических волокон различного происхождения.
  
  Методы исследования
  Основным методом исследования являлся метод компьютерного имитационного статистического моделирования объектов – материалов и процессов износа, истирания, старения, разрушения этих материалов. При реализации этого метода использовались методы и средства теории вероятностей, математической статистики, теории вероятностных процессов и статистической динамики, планирования экспериментов, подобия и анализа размерностей, корреляционного и регрессионного анализа. Разработанные программные средства исследования были реализованы в вычислительной программной системе Matlab.
  
  Научная новизна заключается:
  - разработана компьютерная модель динамики истирания тканого полотна. 
  - с помощью компьютерной модели исследована динамика возникновения и распространения структурных изменений в одномерных волокнистых материалах при их старении.
  - выполнено исследование и сравнение сухого и вязкого трения элементов волокнистого материала – сухого и вязкого трения с использованием разработанных компьютерных программ имитации.
  - с помощью компьютерной модели динамики удлинения образцов тканого полотна исследована динамика нарастания деформации образцов на испытательных разрывных машинах. 
  
  Практическая значимость результатов работы заключается в:
  - создании единой методики разработки компьютерных моделей, позволяющей создать автоматизированный моделирующий комплекс для исследования процессов износа, старения, истирания и разрушения одномерных волокнистых материалов и тканых текстильных полотен;
  - получении новой информации: о динамике взаимодействия волокон и элементов волокнистого материала при его эксплуатации; о развитии процессов старения и деструкции волокнистых материалов.
  - разработке комплекса программ для прогнозирования влияния параметров волокнистого материала на показатели динамики развития процессов износа и старения, истирания и разрыва;
  - разработке методик моделирования и проведения компьютерных экспериментов с моделями для анализа влияния различных факторов на динамику процессов износа и старения, истирания и разрыва одномерных волокнистых материалов и тканых полотен; 
  
  Во введении обоснована актуальность темы, обозначены цели и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая значимость работы.
  В первой главе проведен анализ существующих работ по исследованию износа, истирания, старения, разрушения одномерных и тканых волокнистых материалов. Дано обоснование возможностей и преимуществ методов компьютерного моделирования для изучения такого рода процессов. Определено, что использование компьютерных методов дает возможность и преимущества в изучении влияния различных факторов на протекание процессов износа, истирания, старения, разрушения одномерных и тканых волокнистых материалов в условиях нормальной эксплуатации. Установлены общие закономерности изменения механических свойств волокнистых материалов во времени, носящие, в основном, экспоненциальный характер.
  Во второй главе рассматриваются процессы истирания и трения материала. Предложена математическая модель динамики потери массы m волокнистым материалом при его истирании, которая приводится к дифференциальному уравнению Бернулли. Построена модель трения волокон в волокнистом материале на основе обобщенного закона Амонтона – Кулона с учетом статистического разброса коэффициентов трения, сцепления и нормального давления. Установлено, что статистический разброс при усреднении по массе точек контакта в материале приводит к закономерностям трения, характерным для вязких материалов.
  В третьей главе описаны методы и результаты исследования износа и старения одномерных волокнистых материалов методами компьютерной имитации.
  Предложена вероятностная схема возникновения и распространения дефектов по длине волокон или нитей под действием внешних факторов. Построены алгоритмы, воспроизводящие распространение эффектов деструкции, приводящие к постепенной потере волокнами эксплуатационных свойств. Разработана компьютерная модель имитирующая процесса износа и истирания.
  ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
  1. Предложен комплексный подход к исследованию процессов старения свойств текстильных материалов, проявляющихся в износе, истирании и разрушении этих материалов в процессе эксплуатации, основанный на применении методов компьютерного статистического моделирования и методе статистической имитации динамики процесса.
  2. Разработаны алгоритмы моделирования, основанные на воспроизведении физических представлений о процессах старения, установлена адекватность модели, построенной на основе этих алгоритмов, с имеющимися данными натурных экспериментов.
  3. Предложен ряд упрощенных математических моделей истирания тканых полотен, позволяющих исследовать отдельные аспекты описанных процессов. Получена модель динамики изменения деформации волокнистого материала на разных участках полотна с учетом статистического разброса и структурной неоднородности этих материалов. Компьютерные модели позволили впервые выявить роль неоднородности материала и случайных вариаций в свойствах нитей, образующих материал, на скорость истирания.
  4. Исследована динамика старения одномерных волокнистых материалов (нитей, пряжи, волокон) вследствие воздействия на них внешних факторов свето-погоды, излучений, химических воздействий и других, приводящее к возникновению локальных центров повреждения, которые в дальнейшем усиливаются и распространяются по длине материала этих нитей.
  5. Установлена принципиально важная роль случайного разброса свойств волокон в волокнистых материалах на эффекты трения, которое приводит к нивелированию законов сухого трения в волокнистой массе и приближает эти законы к законам вязкого трения.
  6. Разработана модель деформации тканых полотен под действием нагрузки и показано, что механизм деформации принципиально отличается от механизмов деформации сплошных сред. Выявлена важная роль статистического разброса в свойствах нитей и волокон на возникновение и развитие областей разрушения.
  7. Все разработанные модели включают в себя большое число факторов, которые практически невозможно учесть в натурных и эмпирических исследованиях. Модели дают преимущество в исследовании этих процессов, поскольку позволяют наблюдать все процессы старения в динамике, что весьма затруднительно делать в натурных экспериментах.
  8. Исследована робастность моделей к ряду неопределенных факторов и установлена в ряде случаев незначимость этих факторов на характер процессов.
  9. Примененный метод компьютерной статистической имитации позволил впервые детально моделировать процесс износа, старения, истирания волокнистых материалов на уровне, недостижимом другими способами исследования и получать детальную информацию о динамике процесса с учетом статистического разброса характеристик волокнистого материала.
  10. Сравнение результатов компьютерного моделирования с результатами некоторых натурных исследований процессов истирания и старения волокнистых материалов подтвердил адекватность этих моделей и является основанием для применения этих моделей для прогнозирования влияния различных факторов на процесс старения.
chairman_dissertation_council.name: Сергей
chairman_dissertation_council.surname: Юхин
chairman_dissertation_council.patronymic: Семёнович
chairman_dissertation_council.position: Заведующий кафедрой проектирования и художественного оформления текстильных изделий
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: Б3371-2014
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6603260899
chairman_dissertation_council.rinc_id: 488023
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Валерий
organization_supervisor.surname: Белгородский
organization_supervisor.patronymic: Савельевич
organization_supervisor.position: ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 64.29.81
rubrics.name: Свойства, измерения, испытания и контроль качества текстильных материалов и изделий
rubrics.code: 64.01.81
rubrics.name: Измерения, испытания, контроль и управление качеством
rubrics.code: 64.01.77
rubrics.name: Методы исследования и моделирования. Математические и кибернетические методы
oecds.code: 02.05.QJ
oecds.name: MATERIALS SCIENCE, TEXTILES
speciality_codes.name: Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности
speciality_codes.code: 05.19.01
supervisors.fio: Севостьянов П.А.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Койтова Ж.Ю.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Шарапова М.В.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГБОУ ВО "РГУ ИМ. А.Н. КОСЫГИНА"
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А.Н. КОСЫГИНА (ТЕХНОЛОГИИ. ДИЗАЙН. ИСКУССТВО)"
protection_organization.ogrn: 1027739119561
protection_organization.supervisor_name: ВАЛЕРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: БЕЛГОРОДСКИЙ
protection_organization.supervisor_patronymic: САВЕЛЬЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ФГБОУ ВО "РГУ ИМ. А.Н. КОСЫГИНА"
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А.Н. КОСЫГИНА (ТЕХНОЛОГИИ. ДИЗАЙН. ИСКУССТВО)"
author_organization.ogrn: 1027739119561
author_organization.supervisor_name: ВАЛЕРИЙ
author_organization.supervisor_surname: БЕЛГОРОДСКИЙ
author_organization.supervisor_patronymic: САВЕЛЬЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения