WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

БАУРОВА НАТАЛЬЯ ИВАНОВНА

РАЗРАБОТКА ОСНОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА МАШИН И МОНИТОРИНГА ИЗМЕНЕНИЯ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальности: 05.02.08 – «Технология машиностроения»

05.02.11 – «Методы контроля и диагностика в машиностроении»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2010

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном

государственном техническом университете (МАДИ)

Научный консультант:  Доктор технических наук, профессор,

Зорин Владимир Александрович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,

  Косарина Екатерина Ивановна

  Доктор технических наук, профессор,

  Густов Юрий Иванович

  Доктор технических наук, профессор,

Пузряков Анатолий Филиппович

Ведущая организация:  ЗАО «НИИ Интроскопии МНПО СПЕКТР»

Защита состоится «02» ноября 2010 г. в 14 на заседании диссертационного совета Д 212.126.03 в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект д.64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ

Автореферат разослан “___”____________2010 г.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета института.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

Фатюхин Д.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Состояние проблемы и актуальность работы. Проблема обеспечения надежности машин является очень актуальной, поскольку старение парка машин, в том числе и грузоподъемных, несмотря на позитивные перемены последнего десятилетия, по-прежнему опережает темпы необходимого технического перевооружения. Количество техники, находящейся в эксплуатации 10 и более лет в целом по России составляет более 90%.

Проблема обеспечения безопасности машин (особенно грузоподъемных) с каждым годом обостряется, из-за увеличения их сложности и интенсивности эксплуатации. Снижение работоспособности элементов машин является следствием различных динамических процессов, их описание связано с целым рядом сложностей, основной из которых служит неоднозначность связи между состоянием системы и количественным значением параметров.

В настоящее время полимерные материалы (ПМ) широко применяются при ремонте машин для восстановления изношенных или поврежденных деталей и сопряжений. Между тем области применения ПМ существенно шире. С их помощью возможно создание информационных систем, которые позволят в процессе производства и эксплуатации накапливать и передавать информацию о техническом состоянии (ТС) машин в дискретном или непрерывном режиме.

Разработка комплексной системы мониторинга позволит в режиме реального времени фиксировать информацию о ТС машины на всех этапах ее жизненного цикла. Перспективные средства мониторинга изменения ТС машин основаны на результатах диагностирования с использованием наноструктурированных интеллектуальных материалов. Такой встроенный контроль позволит обеспечить снижение аварийности, повышение безопасности эксплуатации, сокращение простоев в ремонте, снижение затрат на ремонт и повышение эффективности использования техники. Создание такой системы требует специального технологического обеспечения производства и ремонта машин, разработки (или подбора) новых интеллектуальных материалов и технологических процессов.

Таким образом, проблема разработки технологического обеспечения систем мониторинга ТС машин на различных этапах жизненного цикла является актуальной для производителей и потребителей машин. Настоящее исследование посвящено решению данной крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение.

Цель исследований. Разработка технологического обеспечения применения наноструктурированных материалов при производстве, мониторинге изменения технического состояния и ремонте машин, с целью повышения их надежности и безопасности.

Область исследований. Технологическое обеспечение системы мониторинга изменения технического состояния машин с использованием наноструктурированных интеллектуальных материалов.

Объектом исследования являлись конструктивные элементы машин, в том числе металлоконструкции грузоподъемных машин.

Предметом исследования являлись наноструктурированные интеллектуальные материалы на базе углеродных волокон.

Основные задачи исследования, в соответствии с целью, состояли в следующем:

    1. Разработать математические модели процессов изменения состояния элементов металлоконструкций машин.
    2. Исследовать сенсорные свойства наноструктурированных углеродных волокон.
    3. Разработать методологию применения наноструктурированных материалов при производстве, мониторинге изменения технического состояния  и ремонте машин.
    4. Исследовать эксплуатационные свойства наноструктурированных чувствительных элементов на базе углеродных волокон.
    5. Разработать систему мониторинга машин с применением наноструктурированных материалов на базе углеродных волокон.
    6. Сформировать систему технологического обеспечения производства, мониторинга изменения технического состояния и ремонта машин с использованием наноструктурированных чувствительных элементов на базе углеродных волокон.

Методологическая основа исследований математический аппарат теории катастроф, основные законы и методы теории вероятности, теории надежности, теории информации, аналитические и численные методы оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов машин, методы математической статистики, методы планирования эксперимента, технологии машиностроения и материаловедения.

Контроль достоверности полученных результатов осуществлялся сопоставлением теоретических положений с экспериментальными данными, полученными при проведении испытаний большого количества опытных образцов и реальных конструкций.

Научная новизна работы:

Разработаны принципы формирования во времени и расчетные методы определения работоспособности механических систем, описанных синергетическими моделями, с учетом вариаций параметров свойств материалов используемых для диагностирования конструкций (МДК), что позволило оптимизировать выбор варианта из множества МДК.

На основе теории катастроф описаны явления, протекающие в процессе эксплуатации системы «углеродное волокно – ПМ – элемент металлоконструкции машины», установлены границы работоспособности в областях хрупкого и усталостного разрушения, позволившие оценить долговечность системы при воздействии внутренних и внешних факторов.

Разработаны математические модели процессов изменения технического состояния элементов металлоконструкций машин, определены условия ее равновесия и установлены связи между определяющими ее обратимыми и необратимыми внешними и внутренними изменениями.

Разработана методология структурно-имитационного моделирования элементов металлоконструкций машин, включающая:

-разработку критериев локального разрушения, алгоритмов перераспределения напряжений и механизмов разрушения;

-моделирование на ЭВМ различных ситуаций, связанных с накоплением повреждений при изменении внешних нагружающих факторов.

Разработано технологическое обеспечение производства, мониторинга изменения ТС и ремонта металлоконструкций машин с использованием наноструктурированных углеродных волокон, позволяющее обеспечить высокий уровень надежности и безопасности машин.

На защиту выносятся:

-аналитические и прогностические модели и алгоритмы, позволяющие оценить суммарную совокупность повреждений механических систем;

-научно-методические основы использования углеродных волокон (УВ) в качестве сенсоров при мониторинге НДС металлоконструкций машин;

-классификация наноструктурных дефектов УВ, влияющих на точность мониторинга изменения технического состояния металлоконструкций машин;

-установленные в результате лабораторных и эксплуатационных испытаний закономерности, позволившие выявить и оценить влияние технологических, эксплуатационных и климатических факторов на точность мониторинга изменения технического состояния машин;

-результаты математического моделирования НДС металлоконструкций машин и разработка оптимальной схемы установки УВ на диагностируемую конструкцию;

-методология применения наноструктурированых материалов при производстве, мониторинге изменения технического состояния и ремонте машин;

-метод диагностирования НДС металлоконструкций машин в дискретном и непрерывном режиме;

-технологическое обеспечение производства, мониторинга изменения технического состояния и ремонта машин с применением наноструктурированных материалов.

Практическая значимость работы. Диссертационная работа выполнена в рамках аналитических ведомственных целевых программ «Развитие научного потенциала высшей школы» 2006-2008 годы (проект №7865) и 2009-2010 годы (проект №1249).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены:

-ООО «В.К.Шенстрой» при диагностировании башенного крана POTAIN MD265B1J12 2006 г.в. и POTAIN MD265B1 2001 г.в., и быстромонтируемого крана (крана-манипулятора) POTAIN НD32А, 1997 г.в.;

-21НИИИ МО РФ г. Бронницы при диагностировании крано-манипуляционной установки ИНМАН, крана-стрелы ремонтной мастерской на базе а/м УРАЛ-532362 и транспортного оборудования РЭМ-КЛ;

-Первом Экспериментальном Проектно-Производственном Объединении МО РФ (1ЭППО) г. Бронницы при испытаниях жесткой сцепки (сцепка-буксир) для грузовых автомобилей на базе КАМАЗ;

-ООО «ЭнергоСнаб» при диагностировании и ремонте автокрана КС-35715 «ИВАНОВЕЦ» (на шасси МАЗ-5337А2) и а/м МАЗ-437043-329.

-4-й автобусный парк ГУП «Мосгортранс»;

-ГУП Мосгортранс Трамвайный ремонтный завод «ТРЗ» при диагностировании хребтовых балок трамвайных вагонов «Татра-3», а также при ремонте трамвайных токоприемников.

-в учебном процессе Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) при подготовке специалистов по специальностям 190601 (150200) «Автомобили и автомобильное хозяйство», 190205 (170900) «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и 150205 (120600) «Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, симпозиумах:

-Международные выставки автомобилей двойного назначения в 21 НИИИ АТ МО РФ, г. Бронницы, в 2002-2003 годах;

-Международная научно-техническая конференция «Надежность и ремонт машин», г. Орел, 2004 год;

-Научно-технический семинар «Клеи, герметики, компаунды. Современные разработки и технологии» и Научно-технический семинар «Современные полимерные материалы и покрытия» в Российском Доме Знаний, г. Москва, 2007 год;

-11-я Всероссийская конференция «Подъемно-транспортная техника, внутризаводской транспорт, склады», г. Москва, 2008 год;

-Международная научно-техническая конференция «Интерстроймех–2008», г. Владимир, 2008 год и «Интерстроймех-2009», г. Бишкек, 2009 год.

-13-я Московская международная межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, МАДИ, 2009 год.

-11-я Молодежная международная научно-техническая конференция «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 год.

-Научно-методические и научно-исследовательские конференции МАДИ в 2003–2010 годах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 72 научных работы, из них 27 работ опубликовано в изданиях, входящих в перечень ВАК для докторских диссертаций, в том числе 1 монография и 2 патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, направлений дальнейших исследований, списка использованной литературы из 295 наименований. Основной текст изложен на 313 страницах и включает 99 рисунков, 53 таблицы и 3 приложения на 32 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В 1 главе обосновывается важное хозяйственное значение рассматриваемой научной проблемы. Большой вклад в развитие технической диагностики внесли фундаментальные работы И.В. Алексеева, Ф.Н. Авдонькина, Е.Ю. Барзиловича, И.А. Биргера, Б.А. Бондаровича, Д.П. Волкова, А.А. Ицковича, В.В. Клюева, Н.А. Махутова, В.П. Мешалкина, В.Е. Ютта и др.

При диагностировании ТС конструкций машин широко применяются неразрушающие методы контроля. Из публикаций, посвященных неразрушающим методам контроля, основанных на различных физических эффектах следует отметить работы Н.С. Акунилова, С.В. Вонсовского, Н.С. Власова, В.Г. Горбаша, В.М. Горицкого, Э.С. Горкунова, И.Н. Гуляева, А.А. Дубраву, Л.В. Киренского, С.М. Колокольникова, В.В. Клюева, В.Г. Кулеева, В.Н. Макарова, М.Н. Михеева, В.В. Мурашова, А.С. Смирнова, А.Ю. Фадеева, Т.А. Яценко и многие др.

Работы Е.Ю. Барзиловича, И.А. Биргера, В.В. Болотина, И.А. Буяновского, В.В. Гриб, Ю.И. Густова, Р.В. Жукова, В.А. Зорина, В.П. Когаева, В.А. Михлина, В.П. Мешалкина, А.С. Проникова, С.В. Серенсен, Л.А. Шаповалова, Р.М. Шнейдоровича, Н.Н. Яценко и др. посвящены созданию и развитию методов формализации процессов диагностирования.

В последнее десятилетие получили широкую известность интеллектуальные материалы и конструкции, обладающие способностью самостоятельно диагностировать свое состояние. Большой вклад в развитие интеллектуальных материалов и конструкций внесли русские ученые И.М. Буланов, С.П. Губин, А.И. Гусев, Ю.И. Петров, А.А. Ремпель, А.С. Розенберг, Г.Б. Сергеев, И.П. Суздалев, Ю.Д. Третьяков и многие др.

На начальной стадии получения таких интеллектуальных конструкций требуется выбрать тип сенсора, который обладает высокой чувствительностью к механическому состоянию диагностируемой конструкции. К таким элементам относятся: оптико-волоконные, пьезоэлектрические и токопроводящие материалы. В работах И.М. Буланова и его учеников показано, что одним из наиболее простых сенсоров является углеродное волокно.

Проведенный анализ показал, что, несмотря на большое количество исследований в области разработки и совершенствования методов диагностирования, остается много нерешенных проблем. Не исследованы возможности проведения мониторинга металлических конструкций с использованием УВ в качестве токочувствительных тензодатчиков. Не исследовано влияние структурных дефектов УВ на точность диагностирования, не изучено влияние свойств УВ и технологии их изготовления и нанесения, нет оценки оптимального шага крепления УВ на диагностируемой конструкции, не проведена сравнительная оценка точности диагностирования с использованием УВ по сравнению с другими методами. Все это свидетельствует о необходимости разработки технологического обеспечения производства и ремонта и методологии диагностирования (мониторинга технического состояния) металлоконструкций машин при помощи наноструктурированных углеродных волокон.

В результате проведенного в работе анализа сформулированы направления исследований и комплекс теоретических и экспериментальных задач.

Во 2 главе проведен теоретический анализ процесса изменения состояния механической системы. При построении моделей использован итерационный подход, который позволил разделить исследуемые объекты по степени сложности, в зависимости от используемых выходных параметров (рис.1). Для простых систем построены синергетические модели процесса разрушения, разработан алгоритм оценки работоспособности механической системы методами теории катастроф и методом имитационного моделирования, проведена их структурная и параметрическая идентификация. Для сложных систем в качестве выходного параметра использована энтропия, сделана оценка их квазиравновесного состояния методами теории информации.

Для изучения процессов деформации и разрушения материалов использована синергетическая модель, которая учитывает диссипативные свойства. Принято допущение, что при разрушении одного структурного элемента каждый соседний получает дополнительную энергию , равную , величина которой для МДК оценивается через коэффициент диссипации w.

Рассмотрено два различных механизма передачи . Зная количество структурных элементов, расстояние между ними r и интервал времени , находим величину энергии образования первого , второго и всех последующих элементов модели

(1)

где - количество разрушенных за интервал времени соседних структурных элементов, находящихся на расстоянии 1,2…n; N - число разрывов структурных элементов за ; - доля энергии, передающаяся соседнему структурному элементу.

С целью выявления областей работоспособности МДК в настоящей работе использована теория катастроф. В качестве выходного параметра, в одной из физических моделей, использован коэффициент концентрации напряжений k (рис.2), что позволило определить положение «критических» точек, в которых система начинает необратимо терять работоспособность.

Рис. 2. Схема изменения коэффициента концентрации напряжений от времени

В качестве критических точек использованы точки изменение скорости процессов деградации при i=1, 2… n. Представим МДК как некую систему, описанную упрощенной моделью вида

(2)

где U – потенциал функции; k – параметр или набор параметров (в данном случае коэффициент концентрации напряжений); точка х характеризует состояние объекта.

При условии, что многообразие катастроф М определяется уравнением , принимаем допущение о том, что величина зависит от значений потенциала U, некоторой величины u, зависящей от диссипативных свойств МДК. Определяем функцию R для моделей складки (3) и сборки (4)

(3)

(4)

Срыв в бифуркацию произойдет в момент времени (см. рис. 2), при котором значения коэффициента концентрации напряжений достигнут своего предельно допустимого значения.

Исследование процессов перераспределения напряжений в МДК, в настоящей работе выполнено с использованием метода имитационного моделирования (ИМ). При таком подходе структура модели процесса разрушения МДК формируется на основе анализа причинно-следственных связей технологических и эксплуатационных факторов, а выходные параметры определяются статистическими методами. Алгоритм показан на рис. 3.

Результаты активного и пассивного экспериментов (блоки 1-3) являются исходными значениями для построения ИМ (блоки 4-8). Компонентами при ИМ являются две группы параметров: параметры состояния ПС (характеризующие исходные свойства МДК) и параметры эксплуатационных свойств ПЭС (характеризующие условия эксплуатации МДК).

Между ПС и ПЭС могут иметь место следующие соотношения:

; ; ; ;   (5)

где - вектор входных факторов, включающий условия, при которых были изготовлены (или отремонтированы) ЭДК; - вектор выходных параметров, элементами которого являются ПС ЭДК; - вектор условий эксплуатации ЭДК; - вектор выходных параметров, элементами которого являются ПЭС.

При построении ИМ в настоящей работе использован функционально-статистический подход, который позволил связать свойства МДК с условиями эксплуатации и физико-технологический подход, который позволил исследовать структуры материалов, используемых для диагностирования.

Процессу построения моделей предшествуют этапы структурной и параметрической идентификации. Алгоритмы определения областей работоспособного состояния систем на примере различных моделей показаны на рис. 4 и 5.

Участок частотно-релаксационного спектра зависимости тангенса угла диэлектрических потерь tgδ (или в общем виде y(х)) от частоты электромагнитного поля w (или х) (фрагмент рис.5), опишем параболической гиперболой вида

. (6)

При условии, что а>0 и введя обозначение , определяем первую и вторую производные и находим координаты точки А срыва в бифуркацию: и координаты точки В предшествующей области срыва в бифуркацию .

Общая структурная схема основных этапов описания состояния МДК показана на рис. 6. Первый этап (структурная идентификация) состоит в выборе математической модели. Далее, с помощью регрессионного анализа учитывают влияние наиболее существенных факторов. Все параметры, влияние которых нельзя учесть с помощью регрессионного анализа, определяются путем имитационного моделирования. Полученные модели анализируются с помощью математического аппарата теории катастроф, для исследуемой механической системы определяются области ее работоспособного состояния и оцениваются риски возникновения отказов.

Для информационных моделей в настоящей работе в качестве единого выходного параметра использована энтропия, что позволило избежать излишней детализации модели, и оценить ее техническое состояние в заданный момент времени. В этом случае, одна траектория движения системы рассматривается как один информационный сигнал, который сопровождается изменением энтропии .

Рис. 4. Алгоритм моделирования релаксационных свойств МДК

Рис. 5. Алгоритм моделирования функциональных (электрофизических) свойств МДК

Рис. 6. Структурная схема основных этапов описания состояния системы

Для построения информационной модели используем понятие «текущее равновесие», для которого имеет место баланс потоков энтропии в результате внешних и внутренних процессов , происходящих в системе. Алгоритм определения энтропии состоит из следующих последовательных шагов. На первом этапе вся информация о процессе представляется в виде конечного числа сигналов вида . Далее определяем упорядоченное множество , которому принадлежат данные сигналы. Для каждого блока сигналов в фазовом пространстве строится замкнутая траектория цикла . Для одномерной системы на плоскости откладывается последовательность сигналов . Кривая, проходящая через все эти точки определяет функцию . На следующем этапе для найденной траектории цикла определяем значение производных .

Разработаны алгоритмы расчетов механических систем с различной степенью детализации.

В 3 главе приведены результаты наноструктурных исследований углеродных волокон, используемых в качестве сенсорных элементов при диагностировании. Изучено влияние количества и формы нанодефектов на тензочувствительные свойства УВ, проведена оценка кинетики процесса разрушения, исследовано влияние различных типов наноструктурированных наполнителей на свойства ПМ.

Проведенные в настоящей работе структурные исследования с использованием сканирующего микроскопа НТ-НДТ Nanoeducator и сканирующего зондового микроскопа СЗМ НТ-МДМ Solvev показали, что используемые марки УВ (УКН-2-2500, УКН-П, ЛУ, углеродные ленты Кулон и Элур) обладают большим количеством наноструктурных дефектов (рис. 7).

Рис. 7. Основные элементы структуры УВ

В результате структурных исследований установлено, что между собой мононити УВ связаны остатками не удаленного в процессе графитизации кокса (рис.8).

В работе высказано предположение, что процесс образования нанодефектов происходит поэтапно. Первоначально, имеет место образование микрофибрилл, далее по мере увеличения температуры, макромолекула постепенно из скрученной превращается в линейную и увеличивается диаметр микрофибрилл, между которыми возникают поры (рис. 9).

Рис. 8. Структура элементарного графитизированного УВ при различной технологии получения: а –температура < 2000С; б – температура ≈ 2500 С

Рис. 9. Структурная схема механизма превращения высокопрочного УВ

в высокомодульное

По мере повышения температуры и увеличения времени выдержки, число ковалентных связей, которыми соединяются соседние микрофибриллы постепенно увеличивается.

Проведенные исследования показали, что структура графитизированного УВ является анизотропной и представляет сконденсированные между собой кристаллиты и аморфные участки, состоящие из атомов углерода.

Исследование сканов поверхности элементарных нитей УВ (рис. 10) показало, что поверхность имеет характерный микропрофиль и высота неровностей изменяется от 10 до 50 нм. В структуре УВ присутствуют такие виды дефектов, как жаростойкие включения, размером ≈200 нм, поры, размером до 100 нм и трещины, протяженность которых может достигать 500 нм.

Рис.10. Сканы поверхностей нитей углеродных лент Элур (а, б) и Кулон (в, г)

Проведенные микроструктурные исследования показали, что в процессе высокотемпературной вытяжки диаметр УВ изменяется, он зависит от используемой фильеры и может иметь различную форму (рис. 11).

По результатам проведенных исследований определена марка УВ, с минимальным количеством нанодефектов, которое может быть использовано в качестве сенсора при диагностировании металлоконструкций машин.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рис.11. Внешний вид элементарных УВ марок: а – Элур; б, в – Кулон (разные партии); г – ЛУ; д – УКН-П; е – УКН-2-500

В 4 главе приведены результаты экспериментальных исследований свойств материалов, используемых при диагностировании механических систем. Исследованы электрофизические свойства углеродных волокон и лент. Изучено влияние коррозионной стойкости материалов диагностируемых конструкций в зависимости от свойств сенсорных покрытий. Определены (теоретически и экспериментально) значения остаточных напряжений в зависимости от технологических факторов. Исследовано влияния ветровой нагрузки и кинетики релаксационных процессов на точность диагностирования. Рассмотрено влияние различных технологических факторов.

Коррозионную стойкость оценивали через массовый показатель коррозии, равный , где – потери массы металлического образца; S – площадь образца; t – продолжительность воздействия коррозионной среды. В результате проведенных исследований установлено, что используемые МДК не являются причиной коррозионных повреждений, а наоборот, защищают поверхность металла от воздействия воды. Установлено влияние эффективности коррозионной защиты от величины адгезионной прочности ПМ. По результатам исследования величины электрической прочности, равной , (где - напряжение пробоя; h - толщина слоя ПМ) определены значения минимальной (при которой не происходит электрического пробоя) толщины слоя ПМ, равные 0,1–0,15 мм.

Методика расчета остаточных напряжений в произвольном слое МДК рассчитана по условиям равновесия, при котором сумма всех действующих сил и моментов равна нулю

;    (7)

;   (8)

где - усадка; G – модуль сдвига ПМ; Е – модуль упругости элемента диагностируемой конструкции (ЭДК); F и M – соответственно силы и моменты, действующие на ПМ и ЭДК; - радиус кривизны пограничного слоя ПМ; - деформация пограничного слоя ПМ.

Решая систему уравнений (7) и (8) с двумя неизвестными и находим их значения

(9)

  (10)

где h1 и h2 – толщина ЭДК и слоя ПМ соответственно.

С учетом усадочных деформаций уравнение (10) имеет вид

  (11)

где и - коэффициенты линейного термического расширения ПМ и ЭДК соответственно; - перепад температур в процессе эксплуатации данного соединения.

Теоретическую величину максимального прогиба Hmax находим из уравнения

  (12)

где b – ширина слоя ПМ.

Экспериментальное значение остаточных напряжений определяли по уравнению (13), предварительно измерив величину Hmax

  (13)

где δ – толщина ЭДК; μ – коэффициент Пуассона ЭДК; h – толщина слоя ПМ.

Сравнение экспериментальных и теоретических значений остаточных напряжений (при комнатной температуре) показало, что предлагаемая методика расчета может быть использована, поскольку погрешность не превышает 11%. Установлено, что увеличение температуры приводит к существенному увеличению (в несколько раз) величины остаточных напряжений, тогда как значение адгезионной прочности практически не изменяется.

Изучено влияние ветровой нагрузки на электрофизические свойства системы ПМ–УВ–ПМ, т.к. она относится к числу наиболее существенных факторов, влияющих на работоспособность крановых конструкций. Установлено, что качество пропитки при диагностировании имеет определяющее значение. Наиболее опасными являются дефекты, при которых имеются полностью непропитанные участки УВ. В процессе проведения натурных испытаний установлено, что влияние ветровой нагрузки на реальные конструкции существенно выше, чем при проведении лабораторных испытаний и большее влияние оказывает боковой ветер.

Определены электрофизические свойства УВ и системы ПМ-УВ-ПМ и показано, что они практически линейно зависят от длины УВ, которая в свою очередь определяется протяженностью диагностируемого участка и используемой схемы расположения УВ. При увеличении длины волокна нелинейность возрастает и также увеличивается разброс данных. Установлено, что более тензочувствительными являются высокомодульные (графитизированные) УВ, поскольку величины электрического сопротивления этих материалов изменяются в широком диапазоне при изменении внешних нагрузок.

Установлено, что при использовании постоянного тока имеет место линейная зависимость напряжения от сопротивления, что позволяет использовать любые источники постоянного тока, тогда как при использовании переменного тока имеет место нелинейность, что требует проведения дополнительных тарировочных испытаний и снижает точность диагностирования.

В работе исследовано влияние нескольких технологических факторов: точность дозировки компонентов ПМ; продолжительность перемешивания, качество очистки поверхностей элементов диагностируемых конструкций перед нанесением ПМ и технология пропитки УВ (рис. 12).

В результате проведенных исследований установлено, что если УВ наносить на ЭДК в процессе их изготовления (где возможно использовать качественную подготовку поверхностей), количество возникающих погрешностей резко уменьшается. При нанесении УВ в процессе эксплуатации конструкции, проанализированы возможные типовые ошибки и разработаны технологические рекомендации по их устранению.

а) б)

Рис.12. Распределение ПМ (светлый фон) среди мононитей углеродного волокна УКН-2-500 (темный фон) при различной технологии крепления УВ

а) на этапе ремонта б) на этапе производства

5 глава посвящена вопросам исследования процессов изменения состояния механических систем методами имитационного и численного моделирования.

В работе проведен анализ НДС с использованием метода конечных элементов (МКЭ). На этом этапе работы были решены две независимые задачи: анализ НДС некоторых типовых элементов деталей крановых конструкций при различных схемах приложения нагрузки и определение оптимального шага крепления углеродного волокна.

Для определения оптимального шага крепления УВ на диагностируемую конструкцию был использован ЭДК длиной 1500 мм, диаметром 1000 мм, который с одной стороны закреплялся заделкой, а с другой к нему прикладывалась нагрузка в виде сосредоточенной силы, и варьировался шаг разбивки в окружном направлении. Некоторые примеры расчета НДС при различном шаге крепления УВ показаны на рис. 13.

В качестве критерия оптимального шага принята погрешность отклонения напряжений при минимальном шаге 20 мм равная 5%. Установлено, что при увеличении шага крепления УВ с 20 до 90 мм, величина погрешности находится в установленных пределах, и только при шаге в 100 мм она превышает 5%. В настоящей работе использованы разные схемы крепления УВ, в том числе и с переменным шагом (рис. 14).

Для имитационного моделирования использовались ранее полученные уравнения (9) и (10) и разработано программное обеспечение (фрагмент интерфейса программы показан на рис. 15). Непосредственно процесс имитационного моделирования состоял в том, что из случайного значения нагрузок и геометрических параметров модели, были сформированы массивы чисел и далее, последовательно увеличивая количество прогонов от 10 до 1000, определялись средние, максимальные и минимальные значения остаточных напряжений, дисперсия и критерий Пирсона. Полученные данные показали, что при увеличении прогонов более 50 расчетные значения , и находятся в узком диапазоне и далее увеличивать количество прогонов не целесообразно.

Для оценки точности и достоверности диагностирования разработанного в настоящей работе способа с использованием УВ применялся традиционный тензометрический метод. Значения, полученные с помощью тензометрических датчиков сопротивления, принимались в качестве эталонных и сравнивались с аналогичными расчетными и экспериментальными показаниями. Испытания проводили по двум методикам.

Рис. 13. Результаты расчета напряжений при шаге разбивки 20 (а),  40 (б), 70 (в) и 100 мм (г)

Рис. 14. Картина распределения напряжений при спиральном креплении УВ с переменным шагом

Рис. 15. Фрагмент интерфейса программы для имитационного моделирования:

Сравнение различных способов крепления УВ (прямолинейное и спиральное) показало, что при прямолинейном креплении измеряемые значения напряжений оказываются ниже, чем полученные тензометрическим способом, а при спиральном креплении, значения напряжений, наоборот, выше. При использовании трех методов оценки НДС (МКЭ, тензометрирование и диагностирование с помощью УВ) получены близкие по значениям результаты. Если за наиболее точную оценку принять результаты тензометрирования по 1 методике, то погрешность диагностирования с помощью УВ равна 8,1% (минимальная) и 12,5% (максимальная). Установлено, что способ диагностирования с помощью УВ является нечувствительным к малым нагрузкам и не позволяет оценивать НДС при величинах напряжений менее 10% от разрушающих. При увеличении нагрузки от нуля до некоторой величины, соответствующей около 10% от разрушающего напряжения (для различных образцов это значение изменялось от 7,5 до 12%) не происходило изменение исходного (т.е. нулевого, измеренного без приложения нагрузки) значения электрического сопротивления.

6 глава посвящена вопросам разработки системы мониторинга изменения технического состояния машин, разработки технологического обеспечения производства и диагностирования машин с использованием УВ. Приведена оценка технической эффективности предлагаемого метода диагностирования.

Последовательность операций технологического процесса диагностирования с использованием УВ приведена на рис. 16. Разработаны рекомендации по оценке влияния технологической наследственности не только непосредственно на этапе сборки, но и в процессе монтажа изделия и его последующей эксплуатации и предложены способы защиты МДК от повреждений в процессе транспортировки и монтажа. Показано, что использование в производственных условиях данного метода диагностирования, является инструментом, позволяющим контролировать НДС наиболее ответственных деталей в ходе всего технологического процесса.

На примере нескольких конструкций (рис. 17) сделан анализ характера возникающих дефектов, методов их возможного диагностирования, определены участки, для нанесения УВ и проведены испытания, продолжительностью от 1 до 3 лет. Полученные результаты диагностирования являются основным средством мониторинга изменения технического состояния машин с использованием наноструктурированных материалов. 

Для оценки точности диагностирования проведены специальные тарировочные испытания жесткого буксировочного устройства (рис. 17, б), внешний вид и схема которых показана на рис. 18-19.

Испытания проводились совместно с 21НИИИ МО РФ г. Бронницы и с Первым Экспериментальным Проектно-Производственным Объединением МО РФ (1ЭППО). УВ располагалось на диагностируемой конструкции по двум схемам (спиральной и прямолинейной) (см. рис. 17, б). Замеры проводились при каждой нагрузке последовательно одним прибором.

Установлено, что жесткое буксировочное устройство выдерживает нагрузку в 15 т без потери работоспособности и определена величина его относительной прочности при данной нагрузке, которая составила 78%.

Предлагаемый в настоящей работе метод диагностирования может быть использован при мониторинге изменения технического состояния машин в дискретном или в непрерывном режимах, в зависимости от степени автоматизации.

       

Рис. 16. Маршрутная схема диагностирования с применением УВ

а) б)

Рис. 17. а) Быстромонтируемый кран POTAIN HD32А; б) жесткое буксировочное устройство автомобилей

Рис. 18. Внешний вид техники непосредственно в процессе проведения испытаний

Алгоритм мониторинга с использованием дискретного метода может быть реализован двумя способами: проведение измерений значений электрического сопротивления регулярно, через выбранные заранее промежутки времени; измерение значение электрического сопротивления только по мере необходимости.

Рис. 19. Схема испытаний: МТП-А2 – мастерская технической помощи на базе автомобиля УРАЛ 4320; Д – динамометр с максимальной нагрузкой 50 т; КЭТ-Т – колесно-эксплутационный тягач; ДО – диагностируемый объект

В настоящей работе реализован комбинированный вариант, при котором первоначально диагностирование проводилось через определенные промежутки времени и, после достижения значений электрического сопротивления 30% от разрушающих, частота диагностирования изменялась.

При использовании аналого-цифрового преобразователя данный метод становится непрерывным. Особенностью непрерывного метода диагностирования является использование специальных каналов связи, которые обеспечивают передачу сигнала от диагностируемого объекта на приемник, который преобразует сигнал и далее передает его непосредственно получателю.

Для организации практического использования предлагаемого метода диагностирования в настоящей работе были решены следующие задачи: проведено обоснование допустимых областей изменения выбранных для контроля параметров; проведен выбор наиболее уязвимых мест крановых конструкций, где требуется проводить мониторинг изменения технического состояния. Разработано технологическое обеспечение, включающее организационно-техническую систему, информационное и технологическое единство работ, содержащее технологию нанесения системы ПМ-УВ-ПМ, перечень возможных типовых ошибок и методы их предотвращения, рабочие карты диагностирования и др.

Оценка эффективности разработанного метода диагностирования выполнялась по критериям точности и трудоемкости на основании данных предприятий, эксплуатирующих крановые конструкции. В работе условно принято, что УЗ метод контроля является наиболее точным и выполнена оценка по критериям точности, стоимости и трудоемкости (рис. 20).

Рис. 20. Сравнительная оценка различных методов диагностирования

В результате проведенных исследований, разработана общая методология управления работоспособностью машин, структурная схема которой показана на рис. 21. Предлагаемая система диагностирования является простой и удобной и может быть использована как самостоятельно, так и в дополнение к уже существующим системам диагностирования.

Приведены ограничения по использованию данного метода, связанные с особенностями геометрии конструкции. Показано, что с помощью данного метода нельзя оценить качество изготовленной конструкции, точность сборки и монтажа изделия, однако, можно судить о НДС элементов конструкций. В результате проведенных сравнительных испытаний и расчетов установлено, что предлагаемый метод диагностирования является достаточно точным и может быть использован для диагностирования нагруженных металлических конструкций.

Разработаны рекомендации по применению нового метода диагностирования при ремонте и производстве машин и решен комплекс вопросов, связанный с обеспечением требуемого уровня эффективности и надежности на осуществление мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту.

Рис. 21. Структурная схема управления работоспособностью по результатам мониторинга изменения технического состояния машин

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана методика определения суммарной совокупности повреждений в механических системах, описанных синергетическими моделями, отличающаяся учетом диссипативных процессов, характеризующих кинетику процесса разрушения металлоконструкций с различной степенью детализации.

2. На основе теории катастроф описаны явления, протекающие в процессе эксплуатации нагруженных элементов машин, отличающиеся тем, что в качестве единого выходного параметра использован коэффициент концентрации напряжений, характеризующий долговечность системы при воздействии внутренних и внешних факторов, что позволило определить точку бифуркации, области работоспособности и установить границы хрупкого и усталостного разрушения материалов для диагностирования конструкций (МДК). Показано, что при описании процессов деградации МДК с использованием теории катастроф, модели «складки» и «сборки» позволяют определить области работоспособного состояния механических систем.

3. Разработаны математические модели, описывающие процессы изменения состояний сложных механических систем, отличающиеся тем, что в качестве единого выходного параметра, характеризующего свойства системы, использовано значение энтропии, что позволило оценить область работоспособного состояния системы. Разработан метод структурно-имитационного моделирования элементов металлоконструкций машин, включающий разработку критериев локального разрушения, алгоритмов перераспределения напряжений и механизмов разрушения; имитацию на ЭВМ различных ситуаций, связанных с накоплением повреждений при изменении внешних факторов. Разработаны методики оценки показателей состояния элементов механических систем для простых и сложных моделей, и для простых систем приведены примеры расчета технического состояния при учете одного и нескольких параметров.

4. Разработаны методы структурной и параметрической идентификации механических систем, отличающиеся универсальностью, поскольку для различных типов систем, не зависимо от степени их детализации, предложены единые алгоритмы оценки кинетики изменения состояний механической системы, характеризующиеся тем, что учитывается нелинейность изменения свойств и диссипативные характеристики МДК, позволяющие оценить область работоспособного состояния системы.

5. Изучена структура углеродного волокна (УВ) на микро- и наноуровне и показано, что она существенно зависит от технологии их карбонизации, графитизации и типа используемого материала. Установлено, что наиболее бездефектные УВ могут быть получены на основе полиакрилонитрила. Определены типы и размеры наноструктурных дефектов. Установлено, что поверхность УВ имеет характерный микропрофиль, высота неровностей для различных марок УВ изменяется от 10 до 50 нм, в структуре УВ присутствуют такие виды дефектов, как жаростойкие включения, размером ≈200 нм, поры, размером до 100 нм и трещины, протяженность которых может достигать 500 нм. На основании полученных результатов выбраны марки УВ с минимальным количеством наноструктурных дефектов.

6. Проведена оценка сенсорных свойств наноструктурированных УВ и лент, которая показала, что в качестве тензочувствительных датчиков могут быть использованы только графитизированные УВ и ленты, поскольку величины электрического сопротивления этих материалов изменяются в большом диапазоне при изменении внешних нагрузок. Разработана структура сенсорного элемента для диагностирования металлоконструкций, представляющая собой трехслойный пакет: ПМ-УВ-ПМ. Выбран ПМ, выполняющий одновременно три функции: крепления, пропитывающего состава и изоляции УВ от воздействия внешних факторов. Установлено, что в качестве материала, предназначенного для крепления и изоляции УВ, целесообразно использовать композицию, на основе эпоксидиановой смолы и аминного отвердителя. По критериям оптимальности, за которые были приняты показатели адгезионной прочности и напряжение пробоя, установлено, что оптимальное значение толщины слоя ПМ составляет 0,1–0,15 мм.

7. Разработана методология применения наноструктурированых материалов при производстве, мониторинге изменения технического состояния и ремонте машин, отличающаяся тем, что в качестве сенсора напряженно-деформированного состояния (НДС) металлоконструкции используется УВ, которое наносится на элементы металлоконструкции сразу после завершения всех операции механообработки, до этапа сборки. Для данного элемента конструкции определяется исходное значение электрического сопротивления, по изменению которого на последующих этапах сборки, монтажа и эксплуатации оценивается изменение его НДС. Разработанная методология итерационного проектирования технологического процесса диагностирования (ТПД), позволяет последовательно уточнять и соответственно усложнять ТПД, что в итоге повышает качество диагностирования и соответственно эффективность эксплуатации сложных механических систем. Особенностью данной методологии является подразделение решаемой задачи получения оптимального технологического решения (ТР) при разработке ТПД на уровни разной степени точности на различных операциях технологического процесса производства, что позволяет использовать итерационный режим и последовательно приближаться к определению оптимального ТР.

8. Изучение кинетики процессов разрушения МДК показало, что при действии статических нагрузок, точность диагностирования зависит от деформационных свойств используемого ПМ. Экспериментально установлено, что удлинение ПМ в отвержденном состоянии должно быть выше, чем у УВ, но не более чем на 10…20%. При значениях относительного удлинения ПМ ниже или равного удлинению УВ, имеет место растрескивание ПМ в процессе нагружения диагностируемого элемента конструкции. Если относительное удлинение ПМ выше более чем на 20%, чем у УВ, то система ПМ-УВ-ПМ начинает терять тензочувствительную способность, поскольку возникающие в материале напряжения частично релаксируются в ПМ и частично в нем накапливаются. По результатам экспериментальных исследований уточнен состав ПМ, отвечающий выбранным критериям.

9. Исследованы эксплуатационные свойства наноструктурированных чувствительных элементов на базе УВ. Проведена оценка коррозионной стойкости системы ПМ-УВ-ПМ, по стандартным методикам, оценивающим изменение свойств материалов в результате воздействия различных коррозионных условий, которая показала, что используемые для диагностирования материалы не являются причиной коррозионных повреждений, а наоборот, защищают поверхность элемента диагностируемой конструкции от воздействия воды. Защитное действие системы ПМ-УВ-ПМ обусловлено специфическим влиянием адгезии ПМ, благодаря которой обеспечивается пассивация поверхности металла, торможение анодных реакций и замедление формирования продуктов коррозии.

10. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитать величину остаточных напряжений в ПМ в зависимости от технологических факторов, отличающаяся тем, что при ее выводе использовались допущения о том, что слой ПМ является изотропным, деформация по толщине изменяется линейно. Это позволило провести вывод величины остаточных напряжений с учетом усадки ПМ в процессе нанесения УВ на диагностируемую конструкцию и учесть при расчете остаточных напряжений свойства МДК и геометрические параметры диагностируемых конструкций. Сравнение экспериментальных и теоретических значений остаточных напряжений показало, что погрешность предлагаемой методики расчета не превышает 11%. Установлено, что повышение температуры отверждения ПМ приводит к существенному увеличению (в несколько раз) величины остаточных напряжений, тогда как величина адгезионной прочности практически не изменяется.

11. Определены типы и предельное количество дефектов, при котором система ПМ-УВ-ПМ при воздействии ветровой нагрузки теряет свои сенсорные свойства, что связанно с некачественной пропиткой ПМ по толщине УВ или по его длине. Экспериментально установлено, что наиболее опасными являются дефекты с некачественной пропиткой по длине УВ.

12. Проведено имитационное моделирование возможных значений остаточных и максимальных напряжений в системе ПМ-УВ-ПМ путем варьирования значений нагрузок и геометрических параметров модели, отличающееся тем, что предварительно были определены возможные границы изменения всех значений параметров, входящих в используемую модель, что позволило сформировать массивы чисел, отражающие диапазон возможных значений напряжений. Разработано программное обеспечение, которое позволило ускорить проведение расчетов.

13. Проведен анализ НДС методом конечных элементов (МКЭ), который позволил расчетным путем определить оптимальную схему размещения УВ на диагностируемой конструкции и провести анализ НДС типовых деталей машин при различной схеме приложения нагрузки. В качестве критерия оптимального шага принята погрешность отклонения расчетных напряжений равная 5%.

14. Разработан технологический процесс (ТП) крепления УВ на элементы металлоконструкций. Операция по изготовлению специальных технологических петель, выделена в самостоятельную часть ТП, проведен анализ возможных погрешностей, связанных с неточностью снятия показаний значений электрического сопротивления с УВ, показано, что при увеличении длины петли с 50 мм до 150 мм погрешность измерений составляет менее 1%. Показано, что точность оценки НДС в первую очередь зависит от соблюдения таких технологических операций, как точность дозировки компонентов ПМ, качества очистки поверхности диагностируемого элемента конструкции, технологии пропитки петли и обеспечение оптимальных толщин слоев ПМ в системе ПМ-УВ-ПМ.

15. Сформирована система мониторинга технического состояния машин с использованием наноструктурированных чувствительных элементов на базе углеродных волокон. Точность и достоверность диагностирования разработанного в настоящей работе способа оценивалась путем сравнения значений, полученных с помощью стандартных тензометрических датчиков сопротивления с аналогичными расчетными и экспериментальными показаниями. В работе использованы несколько методик, отличающихся схемой крепления УВ и расположением тензодатчика на исследуемом образце. Сравнение метода диагностирования с использованием УВ и тензодатчиков показало, что метод с УВ является достаточно точным, поскольку минимальная величина погрешности составила 8,1%, а максимальная 12,5%. Недостатком данного метода является нечувствительность к малым нагрузкам, равным менее 10% от разрушающих. В результате проведенных исследований также установлено, что используемые в настоящей работе три методики оценки НДС (расчетная МКЭ, тензометрирование и диагностирование с помощью УВ) позволяют получать близкие по точности результаты.

16. Разработано технологическое обеспечение производства, мониторинга изменения технического состояния и ремонта машин с использованием УВ, включающее методику проведения измерения и технологию оценки исходного значения НДС диагностируемого элемента (при производстве и ремонте). По результатам проведенных испытаний составлен перечень возможных нарушений технологического процесса, сделан анализ связанных с ними погрешностей диагностирования и разработаны рекомендации по их устранению. Определены ограничения, связанные с нанесением УВ в зависимости от погодных условий.

17. Разработаны рекомендации по применению предлагаемой системы мониторинга при производстве и ремонте машин. Разработаны рекомендации по оценке влияния технологической наследственности не только непосредственно на этапах производства и сборки, но и в процессе монтажа изделия и его последующей эксплуатации и предложены способы защиты МДК от повреждения в процессе транспортировки и монтажа. Показано, что наиболее точный анализ НДС конструкции будет получен в том случае, если УВ наносить на элементы конструкции, подлежащие в дальнейшем мониторингу, в процессе их производства, непосредственно до сборочных операций, что позволяет отслеживать их качество на этапах сборки, транспортировки, монтажа и дальнейшей эксплуатации.

18. Проведена оценка технико-экономической эффективности предлагаемого метода диагностирования. Показано, что предлагаемый метод диагностирования является менее трудоемким, чем методы ультразвукового контроля и более точным, чем органолептические методы. Комплексная оценка технико-экономического эффекта показала, что предлагаемый метод диагностирования является наиболее экономичным, менее трудоемким, более устойчивым к воздействию окружающей среды, точным и универсальным.

Направления дальнейших исследований

Результаты проведенных исследований открывают перспективы проведения работ в следующих направлениях:

-Направленное регулирование свойств ПМ с целью повышения их износостойкости, что позволит увеличить продолжительность срока службы МДК. Получен патент на изобретение №274312 от 27.11.09.

-Создание новых методов диагностирования путем использования жидкокристаллических ПМ, которые под действием электрического тока изменяют свой цвет. Изучение кинетики поведения жидкокристаллических ПМ под воздействием постоянного тока, исследование процессов деградации свойств жидкокристаллических ПМ при воздействии эксплуатационных факторов. Исследование влияния различных технологий нанесения жидкокристаллических ПМ (напыление и расплав) на УВ на их структуру в жидкокристаллическом состоянии. На данных способ диагностирования получено решение о выдачи патента на изобретение №2009120944/28(028948) от 28.01.10.

-Создание новых методов диагностирования путем использования лакокрасочных покрытий, в состав которых вводятся нанокапсулированные красители, капсулы которых разрушаются при нагрузках, превышающих допустимые для материала пределы. Изучение кинетики процесса разрушения капсул и оценка влияния на их прочность таких факторов, как температура, структура материала и др. Разработка технологии введения микро- и нанокапсулированных красителей в ПМ, исследование структуры получаемых материалов и определение оптимального размера капсул. Разработка технологии пропитки УВ ПМ, содержащими нанокапсулированные красители.

-Разработка технологий введения нанокапсулированных красителей непосредственно в материал диагностируемой конструкции, что позволит в режиме реального времени (по изменению цвета) точно диагностировать местоположение наноповреждений. Изучение особенностей процесса коагуляции наноматериалов при их диспергировании, математическое описание процессов коагуляции и компактирования нанопорошков. На основании полученных результатов планируется разработать технологии, обеспечивающие равномерное распределение материалов на наноуровне.

-На базе капсулированных материалов планируется разработать интеллектуальные конструкции, обладающие не только сенсорными, но и процессорными функциями, позволяющими регулировать в режиме реального времени такие свойства материала, как трещиностойкость, стойкость к воздействию ударных нагрузок и др. путем перераспределения напряжений в нанообъеме. Данный метод основан на особенностях распространения трещин в хрупких твердых телах, которые изменяют свою траекторию в том случае, если на их пути возникают нанообъекты. Предполагается доработать теорию квазихрупкого разрушения в части определения точной геометрии вершины первоначально зарождающейся нанотрещины в зависимости от свойств материала и вида нагружения. Это позволит более точно рассчитать скорость распространения трещины и на основе полученных результатов разработать рекомендации по созданию микро- и нанокапсул, изготовленных из материалов различной степени прочности.

Положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях по списку ВАК

  1. Зорин В.А., Баурова Н.И. Полимерные материалы ремонтного назначения // Автотранспортное предприятие. 2003. № 1. С.37-40.
  2. Зорин В.А., Баурова Н.И. Анализ полимерных материалов для ремонта машин // Грузовик. 2003. №9. С.14-16.
  3. Зорин В.А., Баурова Н.И. Оценка эффективности ремонта АТС при использовании полимерных композиционных материалов // Грузовик. 2003. №9. С. 18-19
  4. Баурова Н.И. Коррозионная стойкость полимерных материалов // Автотранспортное предприятие. 2004. №5. С. 40-41.
  5. Баурова Н.И. Типовые ошибки при работе с клеями и герметиками // Технология металлов. 2007. №4. С. 52-55.
  6. Баурова Н.И. Липкие ленты // Технология металлов. 2007. №12. С.50-52.
  7. Баурова Н.И. Диагностирование усталостных повреждений металлоконструкций дорожно-строительных машин при помощи углеродного волокна // Подъемно-транспортное дело. 2008. №2. С. 2-5.
  8. Баурова Н.И. Влияние ветровой нагрузки на точность диагностирования усталостных повреждений крановых металлоконструкций с помощью углеродных волокон // Подъемно-транспортное дело. 2008. №3. С. 4-6.
  9. Баурова Н.И. Типовые нарушения технологии при использовании клеев в ремонтном производстве // Автотранспортное предприятие. 2008.№3. С.43-45.
  10. Баурова Н.И. Разработка систем мониторинга технического состояния металлоконструкций с использованием углеродных волокон // Материаловедение. 2008. №6. С. 23-27.
  11. Баурова Н.И. Свойства полимерных материалов, используемых при изготовлении автомобильной техники // Технология металлов.2008.№6.С.23-27.
  12. Баурова Н.И. Применение углеродных волокон в системах мониторинга технического состояния металлоконструкций // Ремонт, восстановление, модернизация. 2008. №8. С. 12-14.
  13. Баурова Н.И. Методы диагностирования машин и механизмов // Автотранспортное предприятие. 2008. Октябрь. С. 44-46.
  14. Баурова Н.И. Углеродные волокна, как тензодатчики для интеллектуальных материалов и конструкций // Автомобильная промышленность. 2008. №9. С. 35-36.
  15. Зорин В.А., Баурова Н.И. Новый метод диагностирования дорожно-строительной техники с использованием углеродных волокон // Строительные и дорожные машины. 2008. №10. С. 26-28.
  16. Баурова Н.И. Диагностирование состояния металлоконструкций с помощью углеродных волокон на примере буксировочного устройства // Контроль. Диагностика. 2008. №12. С. 33-35
  17. Баурова Н.И. Диагностирование напряженно-деформированного состояния деталей машин с помощью углеродных волокон // Автомобильная промышленность. 2008. №12. С. 28-30.
  18. Зорин В.А., Баурова Н.И. Коррозионная стойкость эпоксидных материалов, используемых при диагностировании и ремонте дорожных машин // Строительные и дорожные машины. 2008. №12. С. 13-15.
  19. Зорин В.А., Баурова Н.И. Анализ работоспособности элементов металлоконструкций машин с применением аппарат теории катастроф. // Вестник МАДИ (ГТУ). 2009. Вып. 1 (16). С. 7-10.
  20. Зорин В.А., Баурова Н.И. Влияние внешних факторов на точность диагностирования дорожно-строительных машин с использованием углеродных волокон // Строительные и дорожные машины. 2009. №1. С. 50-51.
  21. Зорин В.А., Баурова Н.И. Повышение безопасности дорожно-строительных машин и оборудования // Наука и техника в дорожной отрасли. 2009. №1. С. 39-40.
  22. Баурова Н.И. Применение теории катастроф для расчета внезапного разрушения соединений, выполненных с использованием полимерных материалов // Теоретические основы химической технологии. 2009. №2. С. 1-4
  23. Баурова Н.И. Имитационное моделирование процессов разрушения полимерных материалов, используемых для диагностирования металлоконструкций // Автомобильная промышленность. 2009. №2. С. 26-27.
  24. Баурова Н.И. Влияние климатических и эксплуатационных факторов на свойства ремонтных материалов // Автотранспортное предприятие. 2009. №3. С. 13-15.
  25. Баурова Н.И. Новый способ диагностирования напряженно-деформированного состояния деталей машин // Вестник машиностроения. 2009. №5. С. 33-36.
  26. Баурова Н.И. Использование тензодатчиков для оценки точности нового метода диагностирования (с использованием углеродных волокон) // Контроль. Диагностика. 2009. №8. С. 50-53.
  27. Баурова Н.И. Влияние наноструктурных дефектов углеродных волокон на точность диагностирования // Контроль. Диагностика. 2010. №3. С. 40-42.

Монография

  1. Баурова Н.И. Диагностирование и ремонт машин с применение полимерных материалов // Монография. – М.: ТехПолиграфЦентр, 2008. – 280с.

Другие научные публикации

  1. Зорин В.А., Баурова Н.И. Полимерные материалы для ремонта агрегатов дорожных машин // Строительная техника и технология. 2004. № 3. С.90-91.
  2. Зорин В.А., Баурова Н.И. Защита от коррозии. Полимерные материалы как средство защиты от контактной коррозии // Строительная техника и технологии. 2004. №4. С. 82-83.
  3. Зорин В.А., Гаджиев А.А., Баурова Н.И. Повышение эффективности ремонтного производства за счет применения полимерных материалов // Сборник материалов научно технической конференции «Надежность машин» ОрелГАУ. 2004. С. 76-79.
  4. Баурова Н.И. Ремонт авто с клеем: быстро, просто и надежно // Крепеж, Клеи, Инструмент. 2005. №4. С. 33-35. 
  5. Баурова Н.И. Технологическая карта восстановления посадочных мест подшипников и установочных мест гильзы цилиндров // Клеи. Герметики. Технологии. 2005. №7. С. 38-39.
  6. Баурова Н.И. Технологическая карта заделки трещин в блоке цилиндров и в корпусных деталях автотранспортной техники // Крепеж, Клеи, Инструмент. 2006. №1. С. 42-44. 
  7. Баурова Н.И. Антиадгезионные смазки // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2006. №1. С. 52-54.
  8. Баурова Н.И. Лаки и эмали на основе кремнийорганики // Вспомогательные материалы. 2006. №2. С. 55-59.
  9. Баурова Н.И. Резины для уплотнения плоских стыков // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2006. №5. С. 50-52.
  10. Войтович В.А., Баурова Н.И. Полисульфидные строительные материалы // Все материалы. Энциклопедический справочник.2006.№6.С.41-46.
  11. Гладких С.Н., Баурова Н.И. Клеи расплавы // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2007. №3. С. 36-39.
  12. Баурова Н.И. Подготовка поверхностей металлов под склеивание // Крепеж, Клеи, Инструмент. 2008. №2. С. 39-41. 
  13. Baurova N. Technological chart for the restoration of bearing frames and cylinder sleeve mounting sites // Polymer Science. 2008. №2. P. 107-108.
  14. Баурова Н.И. Исследование коррозионной стойкости эпоксидных материалов // Крепеж, Клеи, Инструмент. 2008. №2. С. 36-38.
  15. Зорин В.А., Баурова Н.И. Влияние ветровой нагрузки на точность диагностирования дорожно-строительных машин // Дороги мосты. 2008 №3. С. 50-51.
  16. Зорин В.А., Баурова Н.И. Обзор методов диагностирования металлоконструкций // Дороги мосты. 2008 №4. С. 40-41.
  17. Baurova N. Determination of residual stresses in adhesive materials based on epoxy oligomers // Polymer Science. 2008. №4. P. 269-271.
  18. Баурова Н.И. Материалы для подготовки поверхности под лакокрасочные покрытия // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. №5. С. 46-48.
  19. Баурова Н.И. Упаковка для клеевых материалов // Клеи. Герметики. Технологии. 2008. №5. С. 32-35.
  20. Баурова Н.И. Применение эпоксидных материалов для ремонта дорожно-строительных машин // Мир дорог. 2008. №34 (май). С. 90-91.
  21. Баурова Н.И. Защита металлических поверхностей дорожных машин от коррозии // Мир дорог. 2008. №34 (май). С. 95-97.
  22. Зорин В.А., Баурова Н.И. Использование углеродных волокон для диагностирования усталостных повреждений машин // Строительная техника и технологии. 2008. №5. С. 174-175.
  23. Баурова Н.И. Определение остаточных напряжений в клеевых материалах на основе эпоксидных олигомеров // Клеи. Герметики. Технологии. 2008. №6. С. 29-31.
  24. Баурова Н.И. Типовые ошибки при работе с различными клеевыми составами // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2008. №6. С. 52-54.
  25. Баурова Н.И. Применение углеродных волокон в качестве тензодатчиков металлоконструкций // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. №7. С. 41-44
  26. Баурова Н.И. Имитационное моделирование напряженно-деформированного состояния клеевого соединения // Клеи. Герметики. Технологии». 2008. №8. С. 28-31.
  27. Баурова Н.И. Использование теории катастроф для прогнозирования внезапного разрушения конструкций // Мир дорог. 2008. №35. С. 107-108.
  28. Баурова Н.И. Методы диагностирования дорожных машин // Мир дорог. 2008. №35 (август). С. 112-113.
  29. Баурова Н.И. Диагностика металлоконструкций с использованием углеродных волокон // Мир измерений. 2008. №9. С. 6-8.
  30. Зорин В.А., Баурова Н.И. Метод диагностирования усталостных повреждений металлоконструкций машин при помощи углеродных // Материалы международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2008». С. 324-327.
  31. Баурова Н.И. Исследование коррозионной стойкости поверхности металлов в зависимости от адгезионных свойств полимерных связующих // Вестник КГТУ. 2008. №17. С. 72-74.
  32. Баурова Н.И. Модели долговечности клеевого материала с применением аппарата теории катастроф // Клеи. Герметики. Технологии. 2008. №10. С. 20-23.
  33. Баурова Н.И. Исследование коррозионной стойкости эпоксидных материалов, используемых в строительстве // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2008. №10. С. 30-31.
  34. Баурова Н.И. Использование интеллектуальных материалов для безопасности и безотказности металлоконструкций // Механизация строительства. 2008. №12. С. 16-18
  35. Baurova N. Deflected mode simulation of adhesive joints // Polymer Science. 2009. №1. Р. 53-57.
  36. Баурова Н.И. Возможность использования углеродных волокон для диагностирования металлоконструкций // Научные труды молодых ученых КГТУ. 2009. Выпуск 10. С. 89-93.
  37. Баурова Н.И. Метод контроля технического состояния металлоконструкций при помощи углеродных волокон // Научные труды молодых ученых КГТУ. 2009. Выпуск 10. С. 93-96.
  38. Зорин В.А., Баурова Н.И. Применение интеллектуальных материалов при диагностировании строительных машин // Дорожная держава. 2009. №19. С. 23-25.
  39. Baurova N. Durability models of adhesive material using catastrophe theory // Polymer Science. 2009. №2. Р. 130-132.
  40. Зорин В.А., Баурова Н.И. Оценка состояния и работоспособности машин с помощью современных диагностических методов и средств // Строительная техника и технологии. 2009. №4. C. 2-4.
  41. Зорин В.А., Баурова Н.И. Оценка надежности дорожно-строительных машин // Дорожная держава. 2009. №20. С. 85-87.
  42. Баурова Н.И. Применение полимерных жидких кристаллов и углеродных волокон для диагностирования металлоконструкций // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2010. №3. С. 22-25

Патенты на изобретения

  1. Баурова Н.И., Зорин В.А. Способ диагностирования состояния конструкции с использованием углеродных волокон. Патент на изобретение №2365875 от 27.08.2009.
  2. Баурова Н.И., Зорин В.А. Способ диагностирования состояния конструкции с использованием жидкокристаллических полимеров. Решение о выдаче патента на изобретение №2009120944/28 (028948) от 28.01.2010.
 






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.