Отчет по второму этапу: "Разработка методов прогнозирования вязкоупруго-пластических свойств полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения на основе математического моделирования их эксплуатационных процессов" Государственного задания № FSEZ-2020-0005: "Разработка методов математического моделирования и качественного анализа вязкоупруго-пластических свойств полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения с целью проектирования из них новых конкурентоспособных изделий с улучшенными эксплуатационными и функциональными характеристиками"

В отчете представлены результаты исследований, выполненных по второму этапу: "Разработка методов прогнозирования вязкоупруго-пластических свойств полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения на основе математического моделирования их эксплуатационных процессов" Государственного задания № FSEZ-2020-0005: "Разработка методов математического моделирования и качественного анализа вязкоупруго-пластических свойств полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения с целью проектирования из них новых конкурентоспособных изделий с улучшенными эксплуатационными и функциональными характеристиками" Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Научное исследование по разработке новых методов математического моделирования и качественного анализа вязкоупруго-пластических свойств полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения с целью проектирования из них новых конкурентоспособных изделий с улучшенными эксплуатационными и функциональными характеристиками направлено на решение научной проблемы, важной для развития отраслей национальной экономики, регионов России и страны в целом, так как их современное дальнейшее развитие невозможно без расширяющегося использования текстильных материалов. В период действия международных экономических санкций особо остро стоит вопрос по созданию конкурентоспособной импортозамещающей полимерной текстильной продукции двойного, технического и медицинского назначения, обладающей требуемыми функциональными и эксплуатационными свойствами. Для получения рекомендаций по проектированию такой продукции используются методы математического моделирования, компьютерного прогнозирования, системного анализа и оптимизации структуры и функционально-эксплуатационных свойств полимерных текстильных материалов. В проекте разрабатываются также научные основы и методология математического моделирования и качественного анализа вязкоупруго-пластических свойств полимерных текстильных материалов заданного двойного, технического и медицинского назначения, что продиктовано развитием и возрастающими потребностями различных отраслей экономики, в частности: медицины, авиастроения, судостроения, автомобилестроения, оборонной, текстильной, легкой и пищевой промышленности. В проекте получены новые методы исследования и качественного анализа функционально-эксплуатационных свойств полимерных текстильных материалов заданного двойного, технического и медицинского назначения на основе разработки новых математических моделей вязкоупруго-пластических свойств полимеров, учитывающих конформационно-энергетические структурные межмолекулярные переходы релаксирующих наночастиц. Высокая научная значимость полученных в проекте результатов обусловлена сложностью проведения исследований и прогнозирования функционально-эксплуатационных свойств полимерных текстильных материалов ввиду большой неоднородности микроструктуры исследуемых объектов. Лишь учет конформационно-энергетических эндохронных переходов релаксирующих частиц полимерных текстильных материалов в разрабатываемых математических моделях в совокупности с разрабатываемыми интегральными критериями оптимизации их функционально-эксплуатационных свойств способствовал выходу на достижимость заявленных результатов. Уровень полученных фундаментальных теоретических результатов превосходит уровень, достигнутый зарубежной наукой, так как при выполнении проекта применялись оригинальные методы прогнозирования функционально-эксплуатационных процессов полимерных текстильных материалов на основе инновационного математического моделирования вязкоупругости, впервые разработанные и успешно апробированные исключительно исполнителями данного проекта. Разрабатываемая в проекте научная теория и методология не имеют аналогов в мировой науке, так как они основаны на учете эндохронных деформационных и релаксационных воздействий наночастиц полимерных текстильных материалов в соответствующих математических моделях. Кроме этого, в мировой науке до настоящего времени не проводилось математическое моделирование функционально-эксплуатационных свойств полимерных текстильных материалов в сочетании с применением критериев их оптимизации и достоверности прогнозирования. Основные результаты, полученные в этом направлении к настоящему времени, принадлежат заявителям настоящего проекта. Полученные результаты выполнения проекта направлены на создание новых полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения, превосходящих зарубежные аналоги по функционально-эксплуатационным характеристикам. Результаты проекта значительно сокращают временные и технико-экономические издержки по проектированию новых полимерных текстильных изделий. Снижение указанных издержек достигается за счет инновационного перехода при оценке функционально-эксплуатационных свойств материалов к методам цифровой экономики, когда проведение экспериментальных исследований опытной партии продукции заменяется компьютерным моделированием и дальнейшим исследованием свойств виртуальных цифровых образцов указанных материалов, обладающих требуемой функциональностью. Такой переход от исследования свойств реальных образцов материалов к исследованию свойств их виртуальных образцов стал возможным благодаря установлению изоморфизма между количественными параметрами математических моделей функциональных свойств исследуемых материалов и их качественными эксплуатационными характеристиками (например - в случае спецодежды - количественному параметру, характеризующему пластичность, соответствует качественная характеристика комфортности и т.д.). Указанные исследования являются незаменимыми, когда нельзя создать адекватные условия для проведения экспериментальных исследований (например, при исследовании эксплуатационных свойств обшивки космических ракет и т.д.). В результатах проекта заинтересованы различные отрасли промышленности: медицинская (разработка защитной одежды врачей и медицинского персонала, в том числе от коронавирусной инфекции, разработка хирургических текстильных имплантатов, разработка гипоаллергенных шовных саморассасывающихся материалов, разработка материалов для защиты органов дыхания и др.), авиастроения (разработка куполов парашютов, парашютных строп, спецодежды пилотов и др.), судостроения (разработка полимерных канатов, парусов, спецодежды, линей, шнуров и др.), автомобилестроения (разработка материалов для обшивки салонов и сидений автомобилей, спецодежды водителей и персонала, использующего автомобили, в зависимости от его функциональности и др.), оборонной (разработка обмундирования и защитно-маскировочной одежды для личного состава, разработка текстильной арматуры для ракет, летательных аппаратов и противоракетных управляемых снарядов, разработка бронежилетов, разработка огнезащитных костюмов и др.), строительства (разработка геотекстильных материалов, разработка оплеток вантовых креплений мостов, разработка изоляционных материалов, разработка утеплителей, теплоизоляции и др.), текстильной (разработка одежды, в том числе специального назначения, разработка тканей, шнуров, нетканых материалов и др.), легкой (разработка полимерных текстильных материалов для обуви, швейных материалов, искусственных кож и др.) и пищевой промышленности (разработка спецодежды, разработка текстильных пищевых форм для выпечки, разработка фильтрующих материалов, разработка упаковки и др.) Цель проекта состоит в разработке научных основ и методологии математического моделирования и качественного анализа вязкоупруго-пластических свойств полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения для проектирования из них новых конкурентоспособных изделий с улучшенными эксплуатационными и функциональными характеристиками. На втором этапе выполнения проекта были решены следующие задачи: - разработаны новые методы прогнозирования вязкоупруго-пластических процессов полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения; - разработаны компьютерные алгоритмы и программное обеспечение по прогнозированию вязкоупруго-пластических характеристик полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения; - разработаны новые методы повышения точности прогнозирования вязкоупруго-пластических процессов полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения, основанные на учете временных длительностей этих процессов; - разработаны компьютерные алгоритмы и программное обеспечение по прогнозированию вязкоупруго-пластических характеристик полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения с повышенной точностью на основе учета временных длительностей этих процессов. Исследования выполнялись на основе: математического моделирования функционально-эксплуатационных свойств полимерных текстильных материалов двойного, технического и медицинского назначения.