Details

Работа посвящена исследованию физико-механических и энергопоглощающих свойств композитных материалов с структурой, модифицированной пустотами различной геометрии для использования в качестве защитных слоев несущих конструкций специальных сооружений. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Анализ путей и способов повышения податливых свойств композитных материалов, применяемых в конструкциях специальных сооружений. 2. Проектирование методом конечных элементов верифицированной модели цементно-песчаной матрицы бетона способной к дальнейшей модификации пустотами различной геометрии. 3. Проведение натурного эксперимента по определению физико-механических и податливых характеристик модифицированной цементно-песчаной матрицы. 4. Проведение расчетов по определению состояния несущих конструкций специальных сооружений с учетом защитных плит из композитного материала, модифицированного пустотами различной геометрии при динамическом воздействии. Математическое моделирование цементно-песчаной матрицы с модифицированной структурой проводилось методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS. Экспериментальные исследования по испытанию модифицированной цементно-песчаной матрицы бетона проводились в сертифицированных лабораториях в соответствии с апробированными методиками с использованием сертифицированного оборудования. В ходе испытаний определялись такие физико-механические характеристики как прочность на сжатие и относительные деформации. По результатам экспериментальных данных предложена модель зависимости напряжений, возникающих на поверхности плиты покрытия специального сооружения от параметров модифицирования структуры цементно-песчаной матрицы композитного материала защитной конструкции при динамическом воздействии. На примере расчета на динамическое воздействие покрытия специального сооружения в программном комплексе ANSYS, была продемонстрирована апробация защитного слоя из композитного материала с цементно-песчаной матрицей, модифицированной ауксетическими пустотами. В результате работы было доказано, что модифицирование композитного материала ауксетическими пустотами с целью увеличения его податливых свойств, является перспективным и может применятся при проектировании и строительстве новых объектов, а также при реконструкции и модернизации уже существующих объектов. Для достижения данных результатов в работе были использованы Microsoft Office, ANSYS, AutoCAD, eLibrary.Ru, Web of Science, Consensus.app, в том числе облачные сервисы, базы данных и прочие сквозные цифровые технологии.

The thesis is devoted to the study of the physical-mechanical and energy-absorbing properties of composite materials with a structure modified by voids of various geometries for use as protective layers in load-bearing structures of special-purpose constructions. Research objectives: 1. Analysis of methods to enhance the deformability of composite materials used in special-purpose structures. 2. Finite element modeling of a verified cement-sand concrete matrix capable of further modification with voids of different geometries. 3. Experimental determination of the physical-mechanical and deformability characteristics of the modified cement-sand matrix. 4. Computational assessment of the behavior of load-bearing structures in special-purpose constructions with protective panels made of void-modified composite materials under dynamic loading. Finite element modeling of the modified cement-sand matrix was performed using ANSYS software. Experimental studies of the modified cement-sand matrix were conducted in certified laboratories following standardized methodologies and using certified equipment. The tests evaluated key physical-mechanical properties, including compressive strength and relative deformations. Based on experimental data, a model was proposed to describe the relationship between stress distribution on the surface of a protective panel and the structural modification parameters of the cement-sand matrix under dynamic loading. A case study of a dynamic load analysis on a special-purpose structure’s protective layer, performed in ANSYS, demonstrated the effectiveness of a composite material with an auxetic void-modified cement-sand matrix. The study confirmed that modifying composite materials with auxetic voids to enhance deformability is a promising approach. This method can be applied in the design and construction of new facilities, as well as in the reconstruction and modernization of existing structures. This abstract summarizes a research work in the field of construction materials science. To achieve these results, the work utilized Microsoft Office, ANSYS, AutoCAD, eLibrary.Ru, Web of Science, Consensus.app, including cloud services, databases, and other cross-cutting digital technologies.