Smart composite in construction Smart composite in construction Умные композиты в строительстве 2782-1919 104472 10.52957/2782-1919-2025-6-3-8-18 Строительные материалы и изделия Construction materials and products Строительные материалы и изделия The efficiency of using digital models for predicting the thermal conductivity of wood-mineral composites Эффективность использования цифровых моделей для прогнозирования теплопроводности древесно-минерального композита Бубнов Антон Евгеньевич Bubnov Anton Evgen'evich tosha1144@gmail.com Сапунова Анастасия Александровна Sapunova Anastasiya Aleksandrovna krilovaaa@yandex.ru https://orcid.org/0000-0002-0953-0898 Титунин Андрей Александрович Titunin Andrey Aleksandrovich a_titunin@ksu.edu.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Дубровина Юлия Юрьевна Dubrovina Yulia Yur'evna Костромская государтвенная сельскохозяйственная академия Kostroma State Agricultural Academy Костромской государственный университет Кострома Россия Kostroma state University Kostroma Russian Federation Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова Nekrasov Kostroma State University 24 09 2025 24 09 2025 6 3 8 18 25 04 2025 24 07 2025 https://chemintech.ru/en/nauka/article/104472/view

Рассматривается проблема выбора рационального состава древесно-минеральных композитов (ДМК) с использованием программного комплекса Comsol Multiphysics. Экспериментальная часть описывает процесс изготовления таких композитов в лабораторных условиях с включением магнезита и древесных опилок, а также представляет сравнительную оценку традиционного инструментального метода определения их теплопроводности с данными, получаемыми при использовании современных цифровых моделей. Доказана высокая эффективность применения цифрового моделирования состава и структуры строительного композита при исследовании теплопроводящих свойств ДМК. Подтверждена гипотеза о значимости влияния соотношения компонентов в смеси на коэффициент теплопроводности ДМК. Цифровая модель структуры композита позволит в будущем существенно сократить трудозатраты и время на проведение исследований такого рода.

This paper addresses the problem of selecting the optimal composition of wood-mineral composites (WMC) using the COMSOL Multiphysics software complex. The experimental part describes the laboratory process of manufacturing such composites with the inclusion of magnesite and wood sawdust, and provides a comparative assessment of the traditional instrumental method for determining their thermal conductivity versus a method based on modern digital models. The high efficiency of using digital modeling of the composition and structure of a building composite for investigating the thermal conductive properties of WMC is proven. The paper confirms the hypothesis on the significant impact of the component ratio in the mixture on the thermal conductivity coefficient of WMC. The digital model of the composite's structure will significantly reduce labor costs and time for conducting such research in the future.

 древесно-минеральный композит древесные опилки магнезит теплопроводность программный комплекс Comsol Мultiphysics цифровые модели wood-mineral composite wood sawdust magnesite thermal conductivity COMSOL Multiphysics software package digital models

Долматов С.Н. Анализ потенциальной емкости рынка и объемов потребления стеновых строительных материалов, ориентированных на индивидуальных застройщиков, применительно к технологии древесно-минеральных композитов // Вестник Поволжского гос. технол. ун-та. Сер.: Материалы. Конструкции. Технологии. 2025. № 1 (33). С. 29-46. https://doi.org/10.25686/2542-114X.2025.1.29. Dolmatov, S.N. (2025), “Analysis of the potential market capacity and consumption volumes of wall construction materials for individual developers in relation to the technology of wood-mineral composites”, Bulletin of the Volga State University of Technology. Ser.: Materials. Constructions. Technologies, vol. 1, no. 33, pp. 29-46. Available at: https://doi.org/10.25686/2542-114X.2025.1.29 (Accessed: 12.04.2025) (in Russian). Сапунова А.А., Титунин А.А. Влияние древесного наполнителя и магнезита на прочность композиционного материала // Умные композиты в строительстве. 2024. Т. 5. вып. 1. С. 19-30. URL: https://comincon.ru/ru/nauka/issue/5049/view (дата обращения 12.04.2025). Sapunova, A.A. and Titunin, A.A. (2024), “Influence of the share of wood filler and magnesite on the strength of composite”, Smart Composite in Construction, vol. 5, no. 1, pp. 19-30. Available at: https://comincon.ru/ru/nauka/issue/5049/view (Accessed: 02.04.2025) (in Russian). Федосов С.В., Федосеев В.Н., Зайцев И.С., Зайцева И.А. Особенности использования отечественного и зарубежного инструментария имитационного моделирования строительных конструкций зданий и сооружений // Умные композиты в строительстве. 2023. Т. 4. вып. 2. С. 18-31. URL: https://comincon.ru/ru/nauka/issue/5046/view (дата обращения 02.04.2025). Fedosov, S.V., Fedoseev, V.N., Zaitsev, I.S. and Zaitseva, I.A. (2023), “Features of using domestic and foreign tools for simulation modeling of building structures”, Smart Composite in Construction, vol. 4, no. 2, pp. 18-31. Available at: https://comincon.ru/ru/nauka/issue/5046/view (Accessed: 02.04.2025) (in Russian). Бирюлин Г.В. Теплофизические расчеты в конечно-элементном пакете COMSOL/FEMLAB. СПбГУИТМО, 2006. 89 с. Biryulin, G.V. (2006), Teplofizicheskie raschety v konechno-elementnom pakete COMSOL/FEMLAB [Thermophysical calculations in the finite element package COMSOL/FEMLAB]. Saint Petersburg: SPbGUITMO (in Russian). Курушин А.А. Решение мультифизических СВЧ задач с помощью САПР COMSOL-M. «One-Book», 2016. 376 с. Kurushin, A.A. (2016), Reshenie multifizicheskikh SVCh zadach s pomoshch'yu SAPR COMSOL-M [Solving multiphysics microwave problems using the CAD system COMSOL-M]. Moscow: One-Book (in Russian). Halil T.S., Yasemin S. Mineral-bonded wood composites: An alternative building materials. 2021. URL: https://www.intechopen.com/online-first/78047. DOI: 10.5772/intechopen.98988 (дата обращения 12.04.2025). Halil, T.S. and Yasemin, S. (2021), Mineral-bonded wood composites: An alternative building materials. Available at: https://www.intechopen.com/online-first/78047 (Accessed: 02.04.2025). DOI: 10.5772/intechopen.98988. Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесноцементной композиции. СПб.: Стройиздат, 1990. 415 с. Nanazashvili, I.Kh. (1990), Stroitel'nye materialy iz drevesno-tsementnoi kompozitsii [Construction materials from wood-cement composition]. Leningrad: Stroyizdat (in Russian). Шитовa И.Ю., Самошина Е.Н., Кислицына С.Н., Болтышев С.А. Современные композиционные строительные материалы: учеб. пособие. Пенза: ПГУАС, 2015. 136 с. Shitova, I.Yu., Soshina, E.N., Kislitsyna, S.N. and Boltyshev, S.A. (2015), Sovremennye kompozitsionnye stroitel'nye materialy [Modern composite construction materials]. Penza: PGUAS (in Russian). Пугачев О.В., Хан З.Т. Моделирование теплопроводности композита с шаровыми включениями // Научный вестник МГТУ. Москва, 2017. С. 83-93. Pugachev, O.V. and Khan, Z.T. (2017), “Modeling the thermal conductivity of a composite with spherical inclusion”, Scientific Bulletin of Moscow State Technical University. Moscow, pp. 83-93 (in Russian). Venkateswaran P., Malav R. Utilization of Comsol Multiphysics Java API for the integration of composite material module with a Customized user interface // Comsol Conference 2014 Bangalore. Venkateswaran, P. and Malav, R. (2014), “Utilization of Comsol Multiphysics Java API for the integration of composite material module with a Customized user interface”, Comsol Conference 2014 Bangalore. Долматов С.Н., Никончук А.В. Исследование показателей теплопроводности древесно-цементных композитов // Хвойные бореальной зоны. 2019. Т. 37. № 5. С. 341-346. Dolmatov, S.N. and Nikonchuk, A.V. (2019), “Issledovanie pokazatelei teploprovodnosti drevesno-tsementnykh kompozitov” [Research on thermal conductivity indicators of wood-cement composites], Khvoinye boreal'noj zony [Conifers of the Boreal Zone], vol. 37, no. 5, pp. 341-346 (in Russian).