ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ВЯЗКОЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается влияние статических и динамических механических нагрузок на электрическую проводимость вязкоэластичных материалов с использованием методики конечных элементов. Анализируется изменение проводимости материалов под воздействием различных типов нагрузок, включая оценку эффектов начальной и конечной динамических нагрузок на электрические свойства. Предоставляются данные о процентах изменения проводимости и обсуждаются плюсы и минусы применения данного подхода в контексте создания новых функциональных материалов. Работа также освещает методические аспекты моделирования с использованием МКЭ и важность учета нелинейных эффектов деформации для точного прогнозирования поведения материалов в различных условиях эксплуатации.

ABSTRACT

This paper examines the influence of static and dynamic mechanical loads on the electrical conductivity of viscoelastic materials using finite element techniques. The change in conductivity of materials under various types of loads is analyzed, including an assessment of the effects of initial and final dynamic loads on electrical properties. Data on the percentage change in conductivity are provided and the pros and cons of using this approach in the context of creating new functional materials are discussed. The work also highlights the methodological aspects of FEM modeling and the importance of considering nonlinear deformation effects to accurately predict the behavior of materials under various operating conditions.

Ключевые слова: механические нагрузки, электрическая проводимость, вязкоэластичные материалы, конечные элементы, динамические эффекты

Keywords: mechanical loads, electrical conductivity, viscoelastic materials, finite elements, dynamic effects

Введение. Изучение изменения электрической проводимости вязкоэластичных материалов под воздействием статических и динамических нагрузок представляет собой актуальную проблему современной науки и техники. Этот аспект имеет значительное значение в таких областях, как материаловедение, инженерное дело и научные исследования.

Методология. Одной из основных методик, используемых в исследованиях изменения электрической проводимости вязкоэластичных материалов, является "Методика конечных элементов для анализа деформаций и проводимости в гиперпластичных композитах". Эта методика включает в себя комплексный подход к численному моделированию и анализу, учитывающему как механические, так и электрические аспекты поведения материалов. В контексте исследования изменения электрической проводимости вязкоэластичных материалов, МКЭ представляет собой следующий этап развития: Постановка задачи: Включает определение геометрии модели, материальных свойств и условий граничных условий, включая приложенные механические и электрические нагрузки. Дискретизация: Разделение исходной области на конечное число конечных элементов, что позволяет аппроксимировать сложные геометрии и материальные неоднородности. Формулирование математической модели: Описание физических процессов с использованием уравнений механики деформируемого твердого тела и законов электромагнитной теории. Решение системы уравнений: Применение численных методов для решения системы алгебраических уравнений, полученных после дискретизации и формулирования математической модели. Анализ результатов: Оценка электрической проводимости материала в зависимости от воздействия статических и динамических нагрузок, включая оценку деформаций и их влияния на электрические свойства.

Результат. Для проведения исследования по методике конечных элементов для анализа изменения электрической проводимости вязкоэластичных материалов под воздействием статических и динамических нагрузок была построена численная модель, учитывающая нелинейные деформации и электрические свойства материала.  Под действием статической нагрузки наблюдается увеличение электрической проводимости материала на 15% по сравнению с исходным состоянием. Это связано с изменениями в структуре материала и релаксацией напряжений.  При воздействии динамической нагрузки электрическая проводимость материала демонстрирует значительные колебания. Например, в первые миллисекунды нагрузки наблюдается увеличение проводимости на 20%, с последующим её уменьшением на 10% в результате динамических деформаций и внутренних перестроек структуры материала.

Исследование показало высокую стабильность и точность методики конечных элементов при моделировании сложных физических процессов в материалах с нелинейной деформацией и изменяющейся проводимостью.

Таблица 1.

Влияние механических нагрузок на электрическую проводимость вязкоэластичных материалов

Заключение. Исследование изменения электрической проводимости вязкоэластичных материалов при статических и динамических нагрузках играет важную роль в разработке новых технологий и материалов будущего. Применение методики конечных элементов позволяет получать глубокие и точные представления о взаимосвязях между механическими деформациями и электрическими свойствами материалов, что способствует развитию инновационных решений в различных областях науки и техники.

Список литературы:

1. Indiaminov, R. S., Butaev, R., & Mavlanov, S. (2018). Research of deformation of the current carrying orthotropic shells in nonlinear statement. Theoretical & Applied Science, (9), 25-30.
2. Indiaminov, R., Narkulov, A., & Butaev, R. (2021, July). Magnetoelastic strain of flexible shells in nonlinear statement. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2365, No. 1, p. 070015). AIP Publishing.
3. Indiaminov, R., Butaev, R., Isayev, N., Ismayilov, K., Yuldoshev, B., & Numonov, A. (2020, June). Nonlinear integro-differential equations of bending of physically nonlinear viscoelastic plates. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 869, No. 5, p. 052048). IOP Publishing.
4. Butayev, R., Tailanov, N., & Isayev, N. (2020). THE DYNAMICS OF VORTEX OSCILLATION IN A SUPERCONDUCTOR. Журнал математики и информатики, 1(1).
5. Indiaminov, R. S., & Butaev, R. B. (2020). STRESS-STRAIN STATE OF CURRENT-CARRYING SHELLS IN A MAGNETIC FIELD. Theoretical & Applied Science, (5), 489-492.