Генезис структури і властивостей будівельних композиційних матеріалів

Модель сформульована як універсальна, що дає можливість дослідити еволюцію абстрактних систем, що складаються з компонент, які взаємодіють за довільними законами.

7. У рамках перколяційного підходу введено уявлення про співіснування кластерних систем границь розділу і матеріалу; вирішені модифіковані перколяційні задачі, орієнтовані на опис структури гетерогенних матеріалів, показана морфологічна основа нелінійності властивостей матеріалу.

Методами теорії перколяції отримані закономірності процесів кластероутворення в умовах різної концентрації наповнювача в композиційному матеріалі, вивчені характеристики їх кластерних систем; показано, що при зміні дисперсності часток наповнювача об'ємні деформації композицій, що містять полімери, можуть змінюватися в середньому на 28%.

8. Розроблено методику комп'ютерних досліджень фрактальних об'єктів, стохастичних процесів та їх артефактів: розроблено алгоритм розрахунку силової взаємодії тіл довільної форми на малих відстанях, що дозволяє визначати силові поля, прогнозувати їх еволюцію в процесах кластероутворення; створено методику кількісного аналізу результатів взаємодії потоку і елементів конструкції. Введено поняття відносного ступеня впорядкованості зображень, доведена теорема про спосіб розрахунку цього заходу; створено методику визначення проміжної асимптоти мультифрактальних утворень.

Отримані результати дозволяють розширити діапазон параметрів, що визначають при досліджені кластерів, та забезпечити апробовану в модельних експериментах методику їх діагностики.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В СТАТТЯХ

1. Мартынов В.И. Механизм структурообразования пенобетона и пути улучшения его свойств. / В.И. Мартынов, В.Н. Выровой, А.Н. Герега, Е.Б. Мартынова, С.Ф. Гудзенко //Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2003. - № 3-5. - С. 96-99.

Внесок здобувача: участь у теоретичному обґрунтуванні методів зміни структури і властивостей пінобетону.

2. Герега А.Н. Коагуляция аэрозоля в динамических фильтрах. // Вiсник Донбаської державної академії будівництва та архітектури.- 2003. - №1. - С. 179-181.

3. Герега А.Н. Иерархическая модель кластерообразования в многоуровневой системе. // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2003. - № 12. - С. 88-91.

4. Асланов А.М. Коагуляция частиц в стохастических системах. Классификация потоков. / А.М. Асланов, А.Н. Герега, Т.Л. Лозовский // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2004. - № 15. - С. 19-23.

Внесок здобувача: розробка моделі коагуляції, участь у створенні алгоритму комп'ютерної програми, обґрунтування моделі.

5. Герега А.Н. Управление свойствами композиционных материалов. Перколяционный подход. / А.Н. Герега, В.Н. Выровой // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2005. - № 20 - С. 56-61.

Внесок здобувача: розробка перколяційній моделі структури композитів, створення алгоритму комп'ютерної програми.

6. Асланов А.М. Модель кластерообразования в хаотическом потоке. / А.М. Асланов, К.В. Ботнарь, В.Н. Выровой, А.Н. Герега, Н.И. Нетеса // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2006. - № 21 - С. 17-22.

Внесок здобувача: участь у розробці моделі коагуляції часток під дією відцентрової сили, участь у створенні алгоритму комп'ютерної програми.

7. Асланов А.М. Две модели стохастических процессов в центробежных фильтрах с обратными связями. / А.М. Асланов, А.Н. Герега, Т.Л. Лозовский // Журнал технической физики. - 2006. - Т. 76, вып. 6. - С. 134-135.

Внесок здобувача: розробка моделі кластероутворення, запровадження та апробація критерію подібності апарату, обґрунтування моделі.

8. Герега А.Н. Иерархия процессов кластерообразования. / А.Н. Герега, В.Н. Выровой // Строительные материалы. Серия «Наука». - 2006. - №8. - С.21-22.

Внесок здобувача: розробка моделі динаміки перколяційних кластерів.

9. Герега А.Н. Кластеры как структурообразующий фактор. / А.Н. Герега, В.Н. Выровой // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури - 2006. - № 23 - С. 27-33.

Внесок здобувача: участь у розробці та обґрунтуванні гіпотези.

10. Асланов А.М. О корреляции свойств потока и кластеров в модели агрегации частиц. / А.М. Асланов, К.В. Ботнарь, А.Н. Герега / Сборник трудов «Информационные системы и технологии». - Одесса, 2006. - С. 105-109.

Внесок здобувача: розробка моделі агрегації часток у хаотичному потоці, дослідження взаємозв'язку властивостей потоку і кластерів, участь у створенні алгоритму комп'ютерної програми.

11. Выровой В.Н. Моделирование процессов структурообразования гетерогенных материалов. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега // Збірник наукових праць Луганського національного університету. - 2007. - №71. - С. 140-144.

Внесок здобувача: участь у створенні та обґрунтуванні моделі.

12. Выровой В.Н. Структуры, свойства, состояния. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2007. - № 27 - С. 78-84.

Внесок здобувача: участь у створенні та обґрунтуванні моделі, в аналізі гіпотези.

13. Выровой В.Н. Кластеры детерминированные, вероятностные, случайные. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега // Вісник Донбаської національної академії будівництва та архітектури. - 2008. - № 1(69). - С. 19-23.

Внесок здобувача: участь у створенні та аналізі класифікації.

14. Острая Т.В. Анализ механизмов формирования локальных остаточных деформаций в бетоне. / Т.В. Острая, В.Г. Суханов, В.Н. Выровой, А.Н. Герега // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2008. - № 29, ч. 2. - С. 390-397.

Внесок здобувача: участь у теоретичному обґрунтуванні методів дослідження деформацій у бетоні.

15. Герега А.Н., Моделирование самоорганизации динамических дисперсных систем. I. Спонтанная организация двухфазного потока. / А.Н. Герега, Т.Л. Лозовский // Электронное моделирование. - 2008. - Т. 30, № 3. - С. 3-12.

Внесок здобувача: розробка моделі, участь у розробці алгоритму програми.

16. Герега А.Н. Компьютерное моделирование внутренних границ раздела как элементов структуры материала. / А.Н. Герега, В.Н. Выровой / Сборник трудов конференции «Моделирование-2008» ИПМЭ им. Г.Е. Пухова. - Киев, 2008. - С. 195-199.

17. Герега А.Н. Особенности моделирования сложных систем. // Вiсник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2008. - № 31. - С. 91-102.

18. Коробко О.А. Наполненные полимерные композиции как сложные динамичные открытые системы. / О.А. Коробко, Н.В. Казмирчук, А.Н. Герега, В.Н. Выровой, / Збірник праць «Ресурноекономнi матеріали, конструкції, будівлі та споруди». - Ровно, 2008. - Вып. 17. - С. 40-47.

Внесок здобувача: участь у теоретичному обґрунтуванні моделі та аналізі експериментів.

19. Выровой В.Н. О некоторых особенностях описания структуры бетона как сложноорганизованного материала. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега, Т.В. Острая, В.Г. Суханов / Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. - Воронеж, 2008. - Т.1. - С. 82-86.

Внесок здобувача: участь у створенні та теоретичному обґрунтуванні моделі.

20. Выровой В.Н. Моделирование поверхностей раздела композиционных материалов как элементов системы. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега / Бетони і розчини з використанням ефективних добавок та відходів промисловості. - Київ, 2008. - С. 54-59.

Внесок здобувача: участь у створенні та теоретичному обґрунтуванні моделі.

21. Выровой В.Н. Моделирование стохастических явлений в процессах трибоактивации. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2009. - № 46. - С. 123-125.

Внесок здобувача: участь у розробці моделі, створення алгоритму аналізу атракторів.

22. Герега А.Н. Особенности кластерной организации строительных композитов. / А.Н. Герега, В.Н. Выровой, В.Г. Суханов // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2009. - № 33. - С. 172-180.

Внесок здобувача: участь у розробці та обґрунтуванні моделі.

23. Выровой В. Н. Синтетический подход к описанию композиционных материалов. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега, В.Г. Суханов / Ресурноекономнi матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Вип. 18. - Ровно, 2009. - С. 12-17.

Внесок здобувача: участь у розробці та обґрунтуванні моделі.

24. Выровой В.Н. Активные элементы структуры строительных композитов. / В.Н. Выровой, В.С. Дорофеев, В.Г. Суханов, А.Н. Герега, А.С. Чернега // Современное промышленное и гражданское строительство. - 2009. - T. 5, № 2. - С. 61-67.

Внесок здобувача: участь у розробці та обґрунтуванні моделі.

25. Bekker M. Strange Attractors and Chaotic Behavior of a Mathematical Model for a Centrifugal Filter with Feedback. / M. Bekker, A. Herega, T. Lozovskiy // Advances in Dynamical Systems and Applications. - 2009. - Vol. 4, No. 2. - P. 179-194.

Внесок здобувача: розробка моделі, створення алгоритмів модифікації атракторів.

26. Выровой В.Н. Строительные конструкции как открытые системы. / В.Н. Выровой, В.Г. Суханов, В.С. Дорофеев, М.В. Заволока, А.Н. Герега // Theoretical Foundations of Civil Engineering. - Теоретические основы строительства. - Варшава-Днепропетровск, 2009. - №17. - С. 509-514.

Внесок здобувача: участь у розробці та обґрунтуванні моделі.

27. Асланов А.М. Особенности компьютерной реализации модели кластерообразования в циркулирующих потоках. / А.М. Асланов, А.Н. Герега // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2009. - № 35. - С. 11-17.

Внесок здобувача: розробка моделі, участь у створенні алгоритму комп'ютерної програми, обґрунтуванні та апробації математичних методик.

28. Выровой В.Н. Характерные элементы моделей структуры строительных композитов. / В.Н. Выровой, В.С. Дорофеев, А.Н. Герега, В.Г. Суханов // Науковий вісник Луганського національного аграрного університету. - 2010. - №14. - С. 188-195.

Внесок здобувача: участь у розробці моделі, аналіз параметрів.

29. Выровой В.Н. Трещины в бетоне: свойства, функции, идентификация. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега, В.С. Дорофеев, В.Г. Суханов / Современные бетоны. Перспективы развития. - Киев, 2010. - С. 15-17.

Внесок здобувача: участь у розробці моделі, аналізі параметрів, створення методики ідентифікації.

30. Выровой В.Н. Направленная организация и анализ структуры полимерсодержащих композитов. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега, О.А. Коробко // Вісник Донбаської національної академії будівництва та архітектури. - 2010. - № 1(81). - С. 250-257.

Внесок здобувача: участь у розробці моделі, плануванні експерименту, розробці та обґрунтуванні методики аналізу результатів.

31. Выровой В.Н. Синергетический подход при анализе конструкции как открытой системы. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега, В.С. Дорофеев, В.Г. Суханов, С. Фиц // Theoretical Foundations of Civil Engineering. - Теоретические основы строительства. - Варшава, 2010. - №18. - С. 409-414.

Внесок здобувача: участь у розробці та обґрунтуванні моделі.

32. Выровой В.Н. Синергетические аспекты формирования структуры композиционных материалов. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега, В.Г. Суханов /Сборник трудов «Современные строительные конструкции из металла и древесины». - Одесса: ОГАСА, 2010. - С. 51-56.

Внесок здобувача: участь у розробці та обґрунтуванні моделі.

33. Герега А.Н. Осцилляторное взаимодействие компонентов гетерогенного материала. // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2010. - № 38. - С. 132-137.

34. Герега А.Н. Модель силового поля полимасштабной сети интерьерных границ. / А.Н. Герега, В.Н. Выровой, Н.Г. Дрик, А.П. Угольников // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2010. - № 39, ч. 1. - С. 89-94.

Внесок здобувача: участь у розробці та обґрунтуванні моделі, розробка методики розрахунку параметрів.

35. Герега А.Н. Статистические дескрипторы внутренних границ материала. / А.Н. Герега, В.Н. Выровой // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2010. - № 39, ч. 1. - С. 95-100.

Внесок здобувача: участь у розробці моделі, розрахунок і аналіз параметрів.

36. Выровой В.Н. Математическая модель динамического трещинообразования. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега, В.Г. Суханов / Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии. - Казань, 2010. - Т. 2. - С. 14-17.

Внесок здобувача: участь у розробці моделі, розрахунок параметрів.

37. Выровой В.Н. Осцилляторное взаимодействие иерархически соподчинённых структур гетерогенного материала. / В.Н. Выровой, А.Н. Герега, О.А. Коробко / Моделювання та iнформацiйнi технології. - Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова. - Київ, 2010. - С. 253-260.

Внесок здобувача: участь у розробці моделі, створення та обґрунтування алгоритму розрахунку.

38. Асланов А.М. Имитационная модель синергетических процессов в динамических дисперсных системах. О-критерий. / А.М. Асланов, М.Б. Беккер, В.Н. Выровой, А.Н. Герега // Журнал технической физики. - 2010. - Т. 80, вып. 1. - С. 148-151.

Внесок здобувача: розробка моделі, створення і апробація критерію, участь у розробці алгоритмів.

39. Герега А.Н. Об одном критерии относительной степени упорядоченности изображений. // Журнал технической физики. - 2010. - Т. 80, вып. 5. - С. 149-150.

40. Герега А.Н. Особенности моделирования циркулирующего двухфазного потока. / А.Н. Герега, В.Н. Выровой // Математические машины и системы. - 2010. - № 2. - С. 108-115.

Внесок здобувача: участь у розробці моделей і аналізі результатів, розрахунок параметрів, обґрунтування критеріїв.

АНОТАЦІЯ

Герега О. М. Генезис структури і властивостей будівельних композиційних матеріалів. Комп'ютерне моделювання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. - Одеська державна академія будівництва та архітектури. - Одеса, 2011 р.

Дисертація містить роботи по створенню науково обґрунтованих методів комп'ютерного моделювання процесів самоорганізації структури для керування властивостями гетерогенних будівельних матеріалів.

У рамках перколяційного підходу введене уявлення про співіснування кластерних систем границь розділу і матеріалу. Проведено комп'ютерне моделювання кінетики морфологічних трансформацій перколяційних кластерів внутрішніх границь і запропонована математична модель осциляторної складової взаємодії різномасштабних структур. Отримані закономірності процесів кластероутворення у композиційних будівельних матеріалах і вивчені характеристики їх кластерних систем.

Встановлені закономірності хаотичних процесів механоактивації часток мінеральних в'яжучих у двофазних потоках, що циркулюють у трибоактиваторі; побудована стохастична математична модель еволюції дисперсної фази потоку як трьохрівневої динамічної системи з довільним законом взаємодії. Вивчено режими функціонування, характеристики і властивості атракторів такої системи та способи керування сценаріями розвитку потоків.

У роботі отримані і досліджені закономірності процесів кластероутворення в двофазних потоках в умовах дії відцентрової сили. Розроблено кількісні методи прогнозування структури і властивостей кластерів, запропоновано критерій переваги у двофазному потоці кластерів визначеного типу. Створено методику розрахунку силових полів фрактальних кластерів, доведена теорема про взаємодію об'єктів довільної форми на кінцевих відстанях; показана морфологічна основа нелінійності властивостей матеріалу.

Розроблено методику комп'ютерного дослідження мультифрактальных об'єктів, слідів взаємодії двофазних потоків з конструкцією трибоактиватора, параметрів перколяционных кластерів, властивостей хаотичних двофазних потоків та інші.

Ключові слова: композиційні матеріали, синергетична модель кластероутворення, механоактивация в'яжучого, двофазний потік, процеси самоорганізації, фрактальні кластери, різномасштабні структури, комп'ютерні моделі.

Герега А. Н. Генезис структуры и свойств строительных композиционных материалов. Компьютерное моделирование. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры. - Одесса, 2011 г.

Диссертация содержит работы по созданию научно обоснованных методов компьютерного моделирования процессов самоорганизации структуры для управления свойствами строительных материалов.

В диссертационной работе в рамках перколяционного подхода введено представление о сосуществовании кластерных систем границ раздела и вещества; решены модифицированные перколяционные задачи, ориентированные на описание структуры гетерогенных материалов.

Проведено компьютерное моделирование кинетики морфологических трансформаций перколяционных кластеров внутренних границ и предложена математическая модель осцилляторной составляющей взаимодействия разномасштабных структур. Получены закономерности процессов кластерообразования в композиционных строительных материалах и изучены характеристики их кластерных систем. Создана методика расчета силовых полей фрактальных кластеров, доказана теорема о взаимодействия объектов произвольной формы на конечных расстояниях; показана морфологическая основа нелинейности свойств материала.

Исследованы закономерности и предложен механизм формирования локальных остаточных деформаций в бетоне; разработана модель силового поля полимасштабной сети интерьерных границ и предложены статистические дескрипторы внутренних границ материала.

Установлены закономерности хаотических процессов механоактивации частиц минеральных вяжущих в двухфазных потоках, циркулирующих в трибоактиваторе; построена стохастическая математическая модель эволюции дисперсной фазы потока как трёхуровневой динамической системы с произвольным законом взаимодействия. Изучены режимы функционирования, характеристики и свойства аттракторов такой системы, а также способы управления сценариями развития потоков.

В работе получены и исследованы закономерности процессов кластерообразования в двухфазных потоках в условиях действия центробежной силы, изучены методы управления этими процессами. Разработаны количественные методы прогнозирования структуры и свойств кластеров, предложен критерий преобладания в двухфазном потоке кластеров определённого типа, описан способ определения границ промежуточной асимптотики кластеров, разработана методика описания взаимодействия тел неправильной формы на конечных расстояниях.

Разработана методика количественного анализа результатов взаимодействия потока и элементов конструкции активатора, предложен способ восстановления свойств потока, получен критерий сравнения относительной степени упорядоченности произвольных числовых последовательностей, в частности, изображений, представленных в формализованном виде. Предложены способы определения степени хаотичности потока, уровня его персистентности, изучен вопрос о влиянии этих факторов на структуру модельных кластеров.

Разработана методика компьютерного исследования мультифрактальных объектов, следов взаимодействия стохастических процессов с конструкцией трибоактиватора, параметров перколяционных кластеров, свойств хаотических двухфазных потоков и другие.

Показано, что универсальность процессов самоорганизации сложных систем, выявленная в естественных науках и математике, имеют место и в конкретных технических системах; что синергетические методы дают научный инструментарий, который позволяет проводить исследования в новых научных направлениях и получать результаты, недоступные традиционным методам; что методология теории сложных систем способна выполнить интегрирующую функцию, подойти к изучению разрозненных фактов и закономерностей с единых позиций, позволяет объяснить ряд эмпирических закономерностей.

Ключевые слова: композиционные материалы, синергетическая модель кластерообразования, механоактивация вяжущего, двухфазный поток, процессы самоорганизации, фрактальные кластеры, разномасштабные структуры, компьютерные модели.

Herega Alexander N. Genesis of structure and properties of the building composites. Computer simulation. - The manuscript.

Doctoral thesis by specialty 05.23.05 - building materials and products. - Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture. - Odessa, 2011.

The thesis includes work on creation scientific methods of computer simulation self-organization processes of the structure.

In the thesis was shown the coexistence of the cluster systems borders and particles, and was solved the modified percolation problems of the composite structures.

Computer simulation of the kinetic transformation of percolation clusters interior borders, and the mathematical model of the oscillatory component of the self-interaction structures were offered. In the thesis was proposed the mechanism of cluster evolution processes in composite building materials and studied the characteristics of their cluster systems; the technique of computer research multifractal objects was offered; proved the theorem about the interaction of arbitrary objects at finite distances; showing the morphological basis of the nonlinear material properties.

The mechanism of local residual strain formation in concrete, the model of the force field multiscale network of the internal borders interior boundaries and their statistical descriptors were offered.

Features of the chaotic processes of the mechanical activation of mineral binders particles in two-phase flows circulating in triboactivators; the stochastic mathematical model of the evolution of the dispersed phase flow as a three-level dynamic system with an arbitrary interaction were developed.

The models of cluster formation in the two-phase curvilinear flows and the control methods of these processes is obtained and studied. In the thesis were developed quantitative methods for predicting the structure and properties of clusters, the criterion of dominance a certain type clusters in the two-phase flow.

The method for quantitative analysis of the interaction between the flow and structural elements of the activator and the way to restore the properties of the flow were suggested; and also the methods of determining the degree of randomness of the flow and the level of its persistence studied.

Key words: composite materials, synergetic model, processes of activation, two-phase flow, self-organization, fractal clusters, multiscale structures, computer models.

Размещено на Allbest.ru