Изучены условия определения оксисульфидов в конструкционной стали методом искровой атомно-эмиссионной спектрометрии (ИАЭС) с применением спектрометра ARL iSpark 8860, оснащенного программной функцией обработки искровых диаграмм Spark-DAT. Для улучшения характеристик градуировочных графиков для определения Al, Ca, Mn и серы, образующих неметаллические включения (НМВ), дополнительно использованы стандартные образцы состава конструкционных сталей. Показано увеличение чувствительности определения Al и Ca и коэффициентов корреляции градуировочных графиков для определения Mn и серы. В связи с отсутствием стандартных образцов оксисульфидов содержание Al₂O₃MnS, Al₂O₃MnSMgO, Al₂O₃MnSCaS Al₂O₃CaOCaS, Al₂O₃CaOMgOCaS в стали предварительно определяли в соответствии с ASTM E1245 (способ 3) методом сканирующей электронной микроскопии с использованием приставки для электронно-зондового анализа (СЭМ с ЭДС). Показано, что определение оксисульфидов в конструкционной стали методом ИАЭС целесообразно проводить по скорректированным алгоритмам программной обработки интегрального спектра в сочетании с псевдоформулой. Подходящий алгоритм и псевдоформулу для определения каждого компонента выбирали на основании тестовой статистики Стьюдента путем сравнения содержаний НМВ, полученных методами СЭМ с ЭДС и ИАЭС. Выбраны значения искрового интервала и времени задержки интегрирования аналитического сигнала для Al, Ca, Mg, Mn и серы: подтверждена правильность результатов определения оксисульфидов методом ИАЭС в интервале от 500 до 1900 искр (t_эксп = 0,01) и задержке интегрирования сигнала элементов 110 мкс (t_эксп = 0,23). Методика определения суммарного содержания оксисульфидов методом ИАЭС апробирована при анализе производственных образцов конструкционной стали. Подтверждены отсутствие систематической погрешности и правильность результатов определения (t_эксп < 4,30). Установлено, что разработанный способ определения НМВ позволяет снизить продолжительность анализа с 18 ч (СЭМ с ЭДС) до 10 мин.

Предложен способ недеструктивного анализа лекарственных средств на содержание фторхинолонов по диффузному отражению ИК-излучения с использованием смартфона и напечатанного на 3D-принтере устройства. Установлено, что диффузное отражение ИК-излучения с длиной волны 850 нм от таблеток с действующим веществом фторхинолонового ряда можно зафиксировать с помощью камеры смартфона. Блистерная упаковка и оболочка таблетки не препятствуют прохождению излучения, что подтверждено путем сравнения результатов цветометрического определения фторхинолонов в образцах лекарственных средств в упаковке, без нее и на расколе таблетки. Наблюдается корреляция аналитического сигнала и концентрации действующего вещества вне зависимости от варианта исследования. Показана возможность использования хемометрических методов, что позволяет сократить время анализа и визуализировать полученные данные. Массив данных обрабатывали методами главных компонент (PCA), иерархического кластерного анализа (HCA), частичной регрессии метода наименьших квадратов (PLS) и методом наименьших квадратов с применением программного обеспечения PhotoMetrix PRO^®. С помощью данных алгоритмов проводили идентификацию препаратов по их производителю. Цветометрические сигналы от таблеток одного производителя образуют отдельные кластеры на диаграммах, построенных с использованием алгоритма HCA. Данные, полученные с помощью PCA, указывают на расположение сигналов от таблеток разных производителей в отдельных квадрантах, что позволяет идентифицировать фармацевтическую компанию, а также и страну производства. Так, препарат «Ципрофлоксацин» с разной концентрацией действующего вещества, изготовленный в России, находится в квадрантах 2 и 4, тогда как препараты, произведенные в Индии, — в квадрантах 1 и 3. Подробно рассмотрено использование хемометрических методов анализа для определения действующих веществ. Относительное стандартное отклонение результатов анализа не превышало 0,07.

Информация о расширенном микроэлементном составе нефти различных классов имеет практическую значимость и представляет интерес как для научных исследований, так и для разработки технологических процессов ее переработки. С точки зрения геохимии данные об особенностях количественного распределения микроэлементов в составе нефти предоставляют возможность выявлять ее генетические различия для нефтепоисковых задач. В нефтехимической отрасли результаты определения микроэлементного состава позволяют оценить состав нефти на стадии добычи и контролировать качество получаемой продукции на разных стадиях ее переработки. В настоящей работе на примере двух образцов товарной нефти российского происхождения, различающихся по физико-химическим свойствам (тяжелая высоковязкая и битуминозная сверхвязкая), исследовано распределение микроэлементов в углеводородных группах (SARA-группах). Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой определено содержание микроэлементов в образцах нефти, составляющих их мальтенах и асфальтенах, а также парафино-нафтеновых углеводородах, ароматических углеводородах и смолах, выделенных из мальтеновой части методом жидкостной адсорбционной хроматографии в соответствии с общепринятой исследовательской методикой, разработанной АО ВНИИ НП. Выявлено, что большинство определяемых элементов содержится в образцах нефти на уровнях более 1,0 мкг/г, 0,1 – 1,0 мкг/г и менее 0,1 мкг/г. Содержания остальных элементов находятся ниже пределов обнаружения (0,3 – 9 нг/г). На основании полученных результатов анализа установлено, что обе исследуемые нефти обогащены микроэлементами и относятся к «ванадиевому» типу. Основные тенденции распределения микроэлементов в углеводородных группах указывают на их концентрирование в составе полярных поликонденсированных структур (смол и асфальтенов).

Измерение магнитных характеристик металлических объектов позволяет исследовать весь объем материала одновременно, тогда как общеупотребительные металлографический и рентгенографический (фазовый) методы дают информацию лишь о тонком слое металла около анализируемой поверхности. В работе представлены результаты определения процентного соотношения парамагнитная — ферромагнитная фаза в металлических материалах магнитометрическим методом, приведено уравнение, связывающее параметры образца и показатель его магнитной проницаемости. С помощью регистрации частоты колебаний электрического контура, построенного на цепочке конденсатор — катушка индуктивности (измерительная катушка), в которую помещался образец, определяли относительное изменение магнитной проницаемости, характеризующей фазовые соотношения. Двухфазную структуру (феррит + аустенит) моделировали помещением в измерительную катушку ферро- и неферромагнитных образцов (Fe + Cu или Fe + Х19Н10Т) в разных пропорциях. Исследовали относительную магнитную проницаемость образцов стали 160Х12МФ, закаленных от 1030 – 1250 °C. Установлено, что для получения твердости на уровне 62 HRC температура закалки не должна превышать 1120 °C. Полученные результаты могут быть использованы при поиске оптимальных режимов термической обработки в первую очередь быстрорежущих сталей с высокой устойчивостью аустенита.

Теплофизические свойства формовочных материалов литейного производства обусловлены изменением связующих веществ в их составе при тепловом воздействии на технологическую оснастку, изготовленную из смесей на основе песка. В работе представлены результаты разработки алгоритма моделирования теплофизических свойств песчаных формовочных смесей, применяемых в литейной оснастке. При моделировании использовали решение обратной задачи теплопроводности методом Левенберга – Марквардта, предполагающим обращение в итерациях к результатам решения прямой задачи по вычислению нестационарного температурного поля. Прямую задачу нелинейной теплопроводности при затвердевании отливки в песчаной форме решали с помощью программы LVMFlow. Данные о температурном поле при затвердевании отливки из сплава АК7 в песчаной форме получали с использованием термопар. Выполнена оценка точности измерений температуры термопарами применительно к технологическим процессам литья в песчаную форму в зависимости от размеров отливки и температуры плавления литейного сплава. Для экспериментального определения температурных полей в отливках из алюминиевого сплава рекомендованы термопары с хромель-константановыми электродами. Предложен алгоритм для обработки температурных полей, измеренных термопарами в эксперименте по затвердеванию отливки в песчаной форме, и расчетных, полученных при моделировании идентичного литейного процесса в программе LVMFlow. Разработанный алгоритм, реализованный в программной среде SciLab, обеспечивает корректное построение матрицы Якоби. Полученные результаты могут быть использованы при компьютерном моделировании технологии литья с учетом теплофизических свойств материалов формы, что сокращает сроки разработки технологических процессов и оснастки.

Предлагается методика вероятностного риск-анализа технических объектов с накапливаемыми необратимыми повреждениями. Повреждения рассматриваются как стохастический необратимый кумулятивный процесс с поглощающей границей. В качестве модели накопления повреждений используется гамма-процесс с зависящей от времени плотностью распределения вероятностей. Функция распределения ресурса до разрушения и вероятность (риск) разрушения определяются интегрированием плотности вероятностей накопленных повреждений по области риска. Скорость накопления повреждений рассматривается как нестационарная функция времени. Параметры функции распределения накопленных повреждений могут быть определены по данным неразрушающего контроля методом максимума правдоподобия или методом моментов. Особенность и возможности предлагаемой методики показаны на примере риск-анализа коррозионных повреждений критически важных технических объектов — морских промысловых трубопроводов. Представлены результаты расчетов вероятностей разрушения трубопроводов при вариациях параметра формы и параметра масштаба функции распределения повреждений. Установлено, что основное влияние на вероятность разрушения оказывает параметр формы, непосредственно зависящий от времени накопления повреждений. Основное отличие предлагаемой методики от других схем и методик риск-анализа повреждений заключается в том, что параметры гамма-модели явно зависят от времени, что позволяет прогнозировать вероятность разрушения для заданного интервала эксплуатации технических объектов. Предложенная методика может быть адаптирована для других видов повреждений, в частности для процессов длительных повреждений с ростом коррозионных, коррозионно-усталостных и усталостных трещин.

Представлена концепция стадийности кинетики усталостных трещин (КУТ), в соответствии с которой стадийность КУТ обусловлена изменением локализованных у фронта трещины критических (предшествующих разрушению) деформационных структур и микромеханизмов разрушения, действующих в этих структурах. На первой стадии КУТ такими структурами являются заторможенные у различных барьеров дислокационные скопления. При этом распространение трещины происходит по энергетически малоемким механизмам хрупкого разрушения с образованием сколов различных масштабов. На второй и третьей стадиях КУТ у фронта трещины формируется критическая двухуровневая фрагментированная структура (двухуровневое наноструктурное состояние). Микрорасслаивания вдоль границ крупномасштабных фрагментов этой структуры, ориентированных в направлении максимальной главной деформации, играют ключевую роль в высокоэнергоемком механизме устойчивого роста трещины на второй стадии КУТ и формируют усталостные бороздки на поверхности разрушения. На третьей стадии КУТ наряду с механизмом устойчивого роста трещины действует механизм зарождения и развития разрушения на границах мелкомасштабных фрагментов критической фрагментированной структуры с образованием микропор, в результате чего на соответствующих участках поверхности разрушения образуются микроямки. Универсальный характер стадийности КУТ и особенности ее проявления проиллюстрированы результатами фрактографического анализа развития трещин мало- и многоцикловой усталости в высоконапряженных деталях авиадвигателей при различных условиях циклического нагружения: при автоколебаниях и случайных колебаниях лопаток компрессоров, при повторно-статическом нагружении дисков компрессоров в процессе циклических испытаний в условиях вакуума и в процессе эксплуатации при наличии кристаллографической текстуры.

Представлены результаты исследования ползучести полиметилметакрилата (ПММА) в температурном интервале от 0 до +30 °C при скоростях деформирования от 0,02 до 2 % в минуту и напряжениях выдержки от 48 до 72 МПа продолжительностью до 100 ч. Рассмотрено вязкоупругое поведение ПММА при нормальных условиях эксплуатации, до начала процессов повреждения материала. Для этих условий получена единая степенная зависимость деформации ползучести от времени для всего периода выдержки, без разделения на стадии неустановившейся и установившейся ползучести. Предложены формулы для аппроксимации результатов изотермических испытаний образцов при постоянной скорости деформации и при выдержке под постоянной нагрузкой. Получены зависимости параметров аппроксимации от скорости деформации, уровня напряжения и температуры испытаний ПММА. Сопоставление диаграмм деформации ползучести при одинаковых напряжениях выдержки после деформирования с различными скоростями показало, что эти диаграммы располагаются со смещением по времени на единой кривой. Это указывает на возможность описания совокупности полученных экспериментальных данных единым уравнением состояния, связывающим скорость ползучести с напряжением и температурой. Дифференцирование аппроксимирующих формул позволило выявить закономерности изменения скорости ползучести в процессе испытаний, а повторное дифференцирование — получить уравнение ускорения ползучести при деформировании с постоянной скоростью и исключить из него переменную времени. Аналогично получено уравнение замедления ползучести для условий выдержки под постоянным напряжением, из которого также исключена переменная времени. В таком виде эти два уравнения можно рассматривать как частные случаи уравнения состояния вязкоупругого материала, поведение которого не зависит от предыстории нагружения. Ползучесть при непрерывном деформировании представляет собой суперпозицию двух процессов: ускорения ползучести вследствие роста напряжения и ее замедления с течением времени. На этой основе сформулировано единое уравнение состояния вязкоупругого материала для процесса с произвольным законом роста деформации и напряжения. Параметрами уравнения состояния являются температура, скорость и ускорение ползучести, напряжение и скорость его изменения. Накопленная деформация ползучести не входит в число параметров. Применимость этого уравнения при более сложных условиях немонотонного термосилового нагружения материала требует дополнительного экспериментального обоснования, а также идентификации параметров уравнения.

При решении задачи градуировки в рамках статистического подхода, как правило, игнорируется тот факт, что модели помех в условиях эксперимента и в реальных условиях имеют разные источники и порождаются разными факторами, что может привести к существенному искажению оценок ошибок измерительной системы и формированию неадекватной характеристики преобразования. Кроме того, известны теоретические трудности при построении модели, обратной к регрессионной модели, и нахождении ее коридора ошибок. В этом случае, в частности, возникает проблема определения распределения случайной величины, обратной к нормально распределенной величине. В качестве альтернативы статистическому подходу в данной работе использован интервальный подход в предположении, что все переменные в ходе эксперимента измеряются неточно и результаты градуировочного эксперимента представляются в интервальной форме. При этом предполагается, что интервал наверняка содержит неизвестное истинное значение. С использованием данного подхода проведен анализ однофакторных мультисенсорных систем в предположении, что ошибки градуировочного эксперимента ограничены по величине. Как составная часть этого анализа кратко рассмотрена задача построения градуировочной характеристики отдельного датчика, которая может быть решена с помощью методов построения прямой и обратной статических характеристик. В результате разработаны: новый подход к анализу интервальных данных на выходе однофакторных мультисенсорных систем, который на множестве заданных датчиков позволяет решить задачи отбраковки заведомо непригодных датчиков и выбора наилучшего датчика; процедура построения градуировочной характеристики в виде сплайн-функции, интегрирующей показания нескольких отобранных датчиков при отсутствии наилучшего датчика. Предложены различные оценки, позволяющие интегрировать информацию от разных датчиков: среднее арифметическое интервалов, которое позволяет определить не только точечное значение среднего, но и его ошибку, и применяется для любых интервалов, в том числе и непересекающихся; среднее взвешенное интервалов, позволяющее использовать априорную информацию о достоверности показаний датчиков (точность, надежность, характер зависимости и т.п.); пересечение интервалов, стремящееся к истинному значению измеряемой величины при увеличении числа опытов; пересечение интервалов с заданным уровнем, которое применимо, если область пересечения интервалов ошибки измерения очень узкая и может быть полезной также на стадии предварительного анализа достоверности предсказанных значений.