К вопросу определения коэффициента теплового расширения материалов
Д.В. Пьянзин, Н.А. Панькин, А.Н. Чалдышкин, Н.И. Чистяков
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.284
Оригинальная статья
Аннотация: Проведено экспериментальное исследование и компьютерное моделирование в программном комплексе ANSYS термического воздействия на металлический материал. Обнаружено уменьшение значений коэффициента теплового расширения при увеличении скорости нагрева образца. Показано, что данное поведение обусловлено наличием градиента температур между его центральной и поверхностью частями. Выявлено хорошее согласие результатов компьютерного моделирования с соответствующими экспериментальными данными. Значения коэффициента теплового расширения близки к истинным, которые были определены при малых скоростях нагрева/охлаждения или при длительной выдержке образца при конечной и начальной температурах. Результаты моделирования в ANSYS могут быть использованы при интерпретации и прогнозировании тепловых свойств металлических материалов.
Ключевые слова: коэффициент теплового расширения, моделирование, скорость нагрева, градиент температуры, эксперимент
- Пьянзин Денис Васильевич – к.т.н., доцент, доцент кафедры радиотехники, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
- Панькин Николай Александрович – к.ф.-м.н., доцент, доцент кафедры физики твердого тела, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
- Чалдышкин Александр Николаевич – преподаватель кафедры радиотехники, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
- Чистяков Николай Иванович – ведущий инженер кафедры физики твердого тела, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
Ссылка на статью:
Пьянзин, Д.В. К вопросу определения коэффициента теплового расширения материалов / Д.В. Пьянзин, Н.А. Панькин, А.Н. Чалдышкин, Н.И. Чистяков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 284-292. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.284.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Сдобняков, Н.Ю. О коэффициенте линейного расширения бинарных наночастиц на основе золота и меди / Н.Ю. Сдобняков, В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, Ю.Н. Цепягина // VIII Международная научная конференция «Химическая термодинамика и кинетика», Тверь, 28 мая – 1 июня 2018: сборник научных трудов. – Тверь: Тверской государственный университет, 2018. – С. 339-440.
2. Chung, D.D.L. Carbon composites. Composites with carbon fibers, nanofibers and nanotubes / D.D.L. Chung. – Kidlington, Oxford, Cambridge: Butterworth-Heinemann, 2017. – 706 p. DOI: 10.1016/C2014-0-02567-1.
3. Bao, Y. Evaluating thermal expansion coefficient of SiC coatings by relative method / Y. Bao, D. Jiang, J. Gong // Key Engineering Materials. – 2017. – V. 726. – P. 110-114. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.726.110.
4. Botean, A.-I. Thermal expansion coefficient determination of polylactic acid using digital image correlation / A.- I. Botean // E3S Web of Conferences. EENVIRO 2017 Workshop - Advances in Heat and Transfer in Built Environment. – 2018. – V. 32. – Art. № 01007. – 63 p. DOI: 10.1051/e3sconf/20183201007.
5. Kablov, E.N. AlSiC– based metal matrix composites for power electronic devices / E.N. Kablov, D.V. Grashchenkov, B.V. Shchetanov, et al. // Composites: Mechanics, Computations, Applications. – 2013. – V. 4. – № 1. – P. 65-74. DOI: 10.1615/CompMechComputApplIntJ.v4.i1.40.
6. Singh, H. Development of Cu reinforced SiC particulate composites / H. Singh, L. Kumar, S.N.Alam // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 4th National Conference on Processing and Characterization of Materials 5–6 December 2014, Rourkela, India. – 2015. –V. 75. – Art. № 012007. – 13 p. DOI: 10.1088/1757-899X/75/1/012007.
7. Аматуни, А.Н. Методы и приборы для определения температурных коэффициентов линейного расширения материалов / А.Н. Аматуни. – М.: Изд-во стандартов, 1972. – 140 с.
8. Материалы углеродные. Метод определения температурного коэффициента линейного расширения: ГОСТ Р 54253-2010. – Введ. впервые 01.07.2012.
9. Пластмассы. Термомеханический анализ (ТМА). Часть 2. Определение коэффициента линейного теплового расширения и температуры стеклования: ГОСТ 32618.2-2014. – Введ. впервые 01.03.2015.
10. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Методы определения характеристик долговечности: ГОСТ 32486-2013. – Введ. впервые 01.01.2015.
11. Стекло и изделия из него. Метод определения температурного коэффициента линейного расширения: ГОСТ 10978-2014. – Взамен ГОСТ 10978-83; введ. 01.04.2016.
12. Extreme thermal expansion modeling in ANSYS MECHANICAL (workbench). – Режим доступа: www.url: https://www.simutechgroup.com/tips-and-tricks/fea-articles/139-extremethermal-expansion-modeling-in-ANSYS-mechanical. – 15.10.2020.
13. Зиновьев, В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. Справочник / В.Е. Зиновьев. – М.: Металлургия, 1989. – 384 с.