Анкета автора(ов)
| Фамилия, имя, отчество, учёная степень, звание, должность. Полное и сокращённое наименование организации, адрес организации. | Шакирзянов Фарид Рашитович, кандидат физико-математических наук, доцент, Казанский государственный архитектурно-строительный университет, г. Казань, Российская Федерация Email: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , ORCID: 0000-0002-6514-8335 Каюмов Рашит Абдулхакович, доктор физико-математических наук, профессор, Казанский государственный архитектурно-строительный университет, г. Казань, Российская Федерация Email: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , ORCID: 0000-0003-0711-9429 Сулейманов Альфред Мидхатович, доктор технических наук, профессор, Казанский государственный архитектурно-строительный университет, г. Казань, Российская Федерация Email: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , ORCID: 0000-0002-4036-1121 Михалдыкин Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, АО «ЮМАТЕКС», г. Москва, Российская Федерация Email: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , ORCID: 0000-0002-9457-9345 |
| Название статьи. | Моделирование деградации композитных стержней в агрессивной среде при воздействии силовых факторов |
| Аннотация. | В современном строительстве композитные стержни (в частности, стеклопластиковая арматура) всё шире применяются в несущих конструкциях, эксплуатируемых в агрессивных средах — щелочной среде бетона, хлоридных солях, кислотах. Однако одновременное воздействие механических нагрузок и агрессивной среды приводит к деградации материала, снижению его прочности и жёсткости, что затрудняет прогнозирование остаточной прочности и долговечности таких конструкций и создаёт риск их преждевременного разрушения. Это обусловлено ужесточением условий работы несущих конструкций и повышенными требованиями к их надёжности. Целью работы является разработка методики деградации композитных материалов и прогнозирования их долговечности. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: разработка методов оценки напряженно-деформированного состояния с учетом геометрической нелинейности, разработка численного метода расчёта продольного изгиба, идентификация параметров законов изменения механических характеристик путем сопоставления расчетных и опытных данных, сравнение экспериментальных результатов с данными МКЭ. Создан метод прогноза остаточной прочности композита, эксплуатируемого в агрессивной среде под нагрузкой. Проведены натурные испытания образцов из стеклопластика, доведенных до разрушения, и определена их остаточная прочность. Разработана численная методика расчета методом конечных элементов (МКЭ) для определения напряженного деформированного состояния образцов при продольном изгибе. Предложена модель диффузии агрессивной среды в композиционный материал. В качестве параметра разрушения принята дополнительная деформация, обусловленная деградацией; для неё записано дифференциальное уравнение. На основе кинетических зависимостей определены упругие свойства, распределение концентрации и пределы прочности в последовательные моменты времени. Параметры моделей найдены из решения задачи идентификации, после чего выполнено сопоставление расчётных (МКЭ) и опытных данных. Предложенные модели обеспечили достаточно хорошее согласование расчетных и экспериментальных данных. Практическая значимость результатов для строительной отрасли заключается в возможности прогнозирования остаточной прочности и долговечности композитных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, что повышает надёжность и безопасность зданий и сооружений. |
| Ключевые слова. | эксперименты, композит, модель деформирования, диффузия, деградация, численное моделирование |
| First name, Middle name, Last name, Scientific degree, Scientific rank, Current position. Full and brief name of the organization, The organization address. | Farid R. Shakirzyanov, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Kazan State University of Architecture and Engineering, Kazan, Russian Federation Email: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , ORCID: 0000-0002-6514-8335 Rashit A. Kayumov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Kazan State University of Architecture and Engineering, Kazan, Russian Federation Email: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , ORCID: 0000-0003-0711-9429 Alfred M. Suleimanov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Kazan State University of Architecture and Engineering, Kazan, Russian Federation Email: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , ORCID: 0000-0002-4036-1121 Evgeny S. Mikhaldykin, Candidate of Technical Sciences, “UMATEX” company, Moscow, Russian Federation Email: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , ORCID: 0000-0002-9457-9345 |
| Title of the article | Shakirzyanov F.R., Kayumov R.A., Suleimanov A.M., Mikhaldykin E.S. |
| Abstract. | In modern construction, composite rods (in particular, fiberglass reinforcement) are increasingly used in load-bearing structures operated in aggressive environments such as the alkaline environment of concrete, chloride salts, and acids. However, the simultaneous impact of mechanical loads and aggressive environment leads to material degradation, reducing its strength and stiffness, which complicates prediction of the residual strength and durability of such structures and creates a risk of their premature failure. It is caused by the tightening of operating conditions for load-bearing structures and increased requirements for their reliability. The aim of the work is to develop a methodology for the degradation of composite materials and prediction of their durability. To achieve this aim, the following tasks were solved: developing methods for assessing the stress-strain state taking into account geometric non-linearity, developing a numerical method for calculating longitudinal bending, identifying the parameters of the laws of change in mechanical characteristics by comparing calculated and experimental data, and comparing experimental results with FEM data. A method has been created for predicting the residual strength of a composite operated in an aggressive environment under load. Full-scale tests of fiberglass samples brought to failure were carried out, and their residual strength was determined. A numerical procedure for finite element method (FEM) calculation has been developed to determine the stress-strain state of samples under longitudinal bending. A model describing the diffusion of an aggressive medium into a composite is proposed. A model of diffusion of an aggressive medium into a composite material is proposed. An additional strain caused by degradation is adopted as the failure parameter; a differential equation is written for it. Based on kinetic relationships, the elastic properties, concentration distribution, and ultimate strengths were determined at successive time instants. The model parameters were found from solving an identification problem, after which a comparison of calculated (FEM) and experimental data was performed. The proposed models provided fairly good agreement between calculated and experimental data. The practical significance of the results for the construction industry lies in the possibility of predicting the residual strength and durability of composite structures operated in aggressive environments, which improves the reliability and safety of buildings and structures. |
| Keywords. | experiments, composite, deformation model, diffusion, degradation, numerical simulation |
| Для цитирования: | Шакирзянов Ф.Р., Каюмов Р.А., Сулейманов А.М., Михалдыкин Е.С. Моделирование деградации композитных стержней в агрессивной среде при воздействии силовых факторов // Известия КГАСУ, 2026, № 2 (76), с. 141-152, DOI: 10.48612/NewsKSUAE/76.9, EDN: HKITGY |
| For citations: | Shakirzyanov F.R., Kayumov R.A., Suleimanov A.M., Mikhaldykin E.S. Modeling the degradation of composite rods in an aggressive environment under the influence of mechanical loads // News of KSUAE, 2026, № 2 (76), p. 141-152, DOI: 10.48612/NewsKSUAE/76.9, EDN: HKITGY |
