Проведена оценка качества результатов определения S, Ni, Cu в медно-никелевых сульфидных рудах в рамках программы межлабораторных сравнительных испытаний (МСИ) методом рентгенофлуоресцентного анализа с полным внешним отражением (РФА ПВО) с учетом критериев, предъявляемых к методикам при определении химического состава минерального сырья. Аттестованные методики анализа минерального сырья данным методом отсутствуют, и результаты, полученные в программе МСИ, были использованы для контроля и повышения точности измерений методом РФА ПВО. Образцы руд готовили в виде суспензий с применением мокрого измельчения. Аналитическим сигналом являлось отношение интенсивностей характеристических линий определяемых элементов и Ga, который применяли в качестве внутреннего стандарта. Для построения градуировочных характеристик использовали образцы сравнения, проанализированные в соответствии с аттестованными методиками: Cu и Ni определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС), S — гравиметрически. Качество выполненного анализа оценивали по величине Z-индекса. Случайная погрешность измерений не превышала 5 % отн. Относительные расхождения между результатами, полученными методом РФА ПВО, и результатами межлабораторных сравнительных испытаний составляли не более 10 % отн. Описанная методика может быть использована для экспрессного анализа образцов сульфидных медно-никелевых руд.

Валидирована методика определения следовых содержаний приоритетных фталатов в поверхностных водах с фоновым уровнем загрязнения. В качестве природной модели для исследования выбрано озеро Байкал, которое отличается минимальным содержанием взвешенного органического вещества, низкой степенью минерализации и фоновым уровнем концентраций органических поллютантов. В водах Байкала обнаружены четыре приоритетных фталата — диметилфталат, диэтилфталат ди-н-бутилфталат и ди-(2-этилгексил)фталат в диапазоне концентраций от 0,01 до 0,66 мкг/л. Методика определения фталатов включает однократную жидкость-жидкостную экстракцию аналитов (V_пробы = 1 л) и прямой анализ экстрактов методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (ГХ-МС). Учитывая минимальное содержание взвешенных частиц в воде и высокую чувствительность метода масс-спектрометрии, стадии фильтрования проб и концентрирования экстрактов из методики исключены. В качестве суррогатных внутренних стандартов использовали дейтерированные фталаты. Лабораторный фон фталатов оценивали проведением контрольного опыта и многократной экстракцией. Оценены пределы определения фталатов (0,01 – 0,17 мкг/л), погрешность определения составила от 12 до 38 %. Методика валидирована в ходе мониторинга стойких органических веществ в водах Байкала в течение 2015 – 2023 гг.

Методом нековалентного импринтинга синтезирован молекулярно-импринтированный полимер (МИП) с отпечатком аспартама, использованный для модификации поверхности электрода пьезоэлектрического сенсора. Рассчитаны значения коэффициентов селективности и импринтинг-факторов полученного сенсора МИП-Е951 по отношению к целевым молекулам и к другим подсластителям, подтверждающие его способность селективно определять аспартам. Диапазон определяемых концентраций составляет 1 – 1 · 10^–3 г/л, предел обнаружения аспартама — 5 · 10^–4 г/л. При анализе модельных растворов установлено, что посторонние компоненты, обычно присутствующие в безалкогольных напитках, не мешают определению аспартама с использованием МИП-сенсора. Полученные результаты сравнили с данными референтного метода ВЭЖХ: показано, что результаты двух методов хорошо согласуются. Разработанный МИП-сенсор может быть использован для простого и экспрессного определения аспартама в безалкогольных напитках.

Для оценки структурного совершенства (плотности дислокаций) монокристаллов в производственных условиях используют метод избирательного травления в связи с его высокой информативностью и достаточно низкой трудоемкостью. Однако в зависимости от выбора типа нормативной документации трактовка получаемых данных может быть различной. В работе представлены результаты определения критерия морфологической классификации ямок травления с использованием цифровой обработки изображений. Анализировали монокристаллы InSb (111), выращенные методом Чохральского и легированные теллуром. Методом последовательного избирательного травления установлено, что островершинные ямки на поверхности InSb (111) вне зависимости от их размера с большой вероятностью имеют дислокационную природу. В свою очередь скопления ямок «правильной» формы, исчезающие в ходе повторного травления, вероятно, возникают в местах выхода на поверхность точечных дефектов и не связаны с образованием барьеров Ломер – Коттрелла или иных дислокационных скоплений. На основе анализа поля яркости предложен критерий дифференцирования ямок травления путем определения величины средней интенсивности пикселов. Полученные результаты могут быть использованы при изготовлении структур для матричных и линейных фотоприемников, а также оптимизации технологических параметров процесса роста монокристаллов по методу Чохральского.

В рамках проекта по утилизации полимерных композиционных материалов с волоконным армированием (стеклопластика) при производстве асфальтобетона разработан механический цифровой двойник образца материала — механическая конечно-элементная модель. В работе представлены результаты исследования микроструктуры асфальтобетона и расчета его эффективных механических параметров с использованием методов рентгеновской микрокомпьютерной томографии (КТ). Представлена последовательность обработки данных для создания цифрового двойника микроструктуры асфальтобетона на основе КТ-изображения, включающая следующие этапы: 1) предварительная обработка; 2) сегментация изображения; 3) анализ морфологии пор и твердых частиц; 4) преобразование сегментированного изображения в модель конечных элементов (КЭ) на основе вокселей. Показано, что разрешения КТ-изображения в 40 мкм достаточно для надежной идентификации параметров микроструктуры асфальтобетона: объемных долей фракций, распределения размеров, формы и положения пор, размеров измельченных хрупких добавок (крошки стеклопластика). КЭ-модель — цифровой двойник материала — после задания характеристик составляющих материала может применяться для моделирования термомеханических и функциональных свойств. Моделирование проиллюстрировано для расчета статистики модулей сжатия и сдвига асфальтобетона с добавлением крошки стеклопластика. Проведен анализ зависимости расчетных упругих характеристик от размера цифрового двойника. Выявлено, что при размере более 10 мм репрезентативность микроструктуры материала достаточна для расчета гомогенизированных свойств. Полученные результаты могут быть использованы для анализа микроструктуры и структурно-зависимых термомеханических свойств асфальтобетонов, предложенная КЭ-модель — для расчета вязкоупругого поведения асфальтобетона и циклических нагрузок.

Достоверность результатов рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), широко применяемого для определения элементного состава в различных материалах, в значительной степени зависит от качества пробоподготовки. При изготовлении прессованных таблеток для определения микроэлементов методом РФА часто используют связующее вещество в виде порошка, что обуславливает значительные временные затраты для тщательной гомогенизации. В работе представлены результаты использования раствора поливинилового спирта в качестве связующей добавки при изготовлении прессованных образцов без применения подложки при определении микроэлементов методом РФА. Приведены параметры получения прочной таблетки с гомогенным составом, удовлетворяющей условию минимизации воздействия на интенсивность аналитических линий определяемых элементов. Установлено, что оптимальная для предлагаемого способа изготовления прессованных таблеток масса навески образца составляет 7 г с добавлением поливинилового спирта в соотношении 7:1, оптимальное время просушивания таблетки после прессования — 1 ч. Рассчитанные коэффициенты вариации аналитического сигнала (<2 %) свидетельствуют об однородности изготовленных таблеток. Максимальные значения среднеквадратичных отклонений прессованных таблеток для выбранных диапазонов элементов намного меньше допустимых, что подтверждает правомерность предлагаемого способа пробоподготовки с использованием раствора поливинилового спирта. Выявлено также, что при длительном хранении и многократных замерах прессованные таблетки с добавлением раствора поливинилового спирта сохраняют свою первоначальную структуру и интенсивность аналитических линий элементов. Точность измерений при последующем определении породообразующих элементов согласуется с их аттестованными содержаниями. Полученные результаты могут быть использованы для сокращения временных затрат на получение представительной прессованной пробы при определении элементов без дополнительного обеспечения (пленок-покрытий), микроэлементном и силикатном анализах из одной навески.

Изучена кинетика малых трещин в образцах из стали 316L, изготовленной методом селективного лазерного плавления. Отмечена структурная чувствительность таких трещин, формирующихся на технологических дефектах на ранней стадии усталости. Развиваются они преимущественно по границам сплавления, их рост замедляется на границах ванн расплава. Увеличение раскрытия заторможенных трещин приводит к формированию пластической зоны в их вершинах, локализации деформации, затем — к уменьшению раскрытия и продолжению роста с увеличением числа циклов. Чередование процессов распространения и замедления малых трещин отражается на кинетической диаграмме усталостного разрушения, имеющей скоростные пороги роста, расстояние между которыми близко к шагу сканирования при изготовлении стали. Диаграмма описывается уравнением Пэриса с одинаковым показателем на стадии роста как малых, так и длинных трещин. Построенную кривую усталости сравнивали с кривыми усталости для того же материала, полученного традиционным и аддитивным методами. Показано, что построенная кривая, как и кривые усталости для подобного материала, описанные в литературных источниках, лежит много ниже кривой усталости для той же стали, изготовленной традиционным способом. Однако использование оптимальных режимов изготовления, как и проведение последующей термической обработки, приближает усталостные характеристики «аддитивной» стали к характеристикам стали, изготовленной традиционным методом. Изучен макро- и микрорельеф изломов образцов, выделены стадии стабильного и ускоренного развития трещины, оценены длины трещины на изломах, соответствующие этим стадиям, и описаны превалирующие механизмы разрушения на каждой стадии. Показано, что наблюдаемый перелом кривой усталости стали сопровождается увеличением поврежденности боковой поверхности образцов при повышении амплитуды напряжения и переходом к более вязкому рельефу изломов, что объясняется сменой плоскодеформированного на плосконапряженное состояние материала образца, реализующееся в вершине макротрещины.

Отмечено, что для большинства высоконагруженных агрегатов усталостное и длительное статическое повреждения развиваются в связи с повторными нагружениями с большими амплитудами напряжений и деформаций в упругой и упругопластической областях при ограниченном числе основных циклов и наложением на них с более высокими частотами динамических напряжений существенно меньшей величины. Это обусловливает наличие так называемых двухчастотных режимов нагружения. Показано, что в области повышенных и высоких температур, определяющих проявление температурно-временных эффектов в материале, существенными параметрами, от которых зависит процесс разрушения, становятся скорость и длительность деформирования. Эти параметры вводятся в базовое уравнение кривой усталости для определения долговечности через частоту и время нагружения. Результаты расчетно-экспериментальных исследований, выполненных на образцах из жаропрочного никелевого сплава при жестком режиме нагружения и высокой температуре, показали, что оценка прочности и долговечности в этом случае для одночастотного и двухчастотного режимов нагружения может быть выполнена на основе анализа деформационных параметров и диаграмм циклического упругопластического деформирования с использованием деформационно-кинетического критерия суммирования накапливаемых в материале повреждений. Экспериментально подтверждено наличие эффекта снижения долговечности при двухчастотном режиме нагружения и показана возможность оценки этого снижения на основе указанного критерия, а также по соответствующим зависимостям с введением в них параметров соотношений частот и амплитуд полной и накладываемой на основной процесс деформаций. Расчетные зависимости в рассматриваемом случае включают в себя данные, учитывающие температурные условия, частоту и длительность нагружения, что позволяет при оценке повреждения от низкочастотной и высокочастотной составляющих циклических деформаций учесть эффекты цикличности и времени нагружения, а также факторы наличия при таком нагружении переменного коэффициента асимметрии высокочастотных циклов двухчастотного режима в процессе высокотемпературного циклического упругопластического деформирования.

Разработана конфигурация образца с заданным по глубине распределением остаточных напряжений в целях отработки режимов исследования остаточных напряжений механическими и физическими методами. Способ формирования образца основан на неравномерном пластическом деформировании алюминиевой балки прямоугольного сечения по схеме чистого изгиба. Контроль деформированного состояния в процессе нагружения проводили на торцевой поверхности образца по полю нормальных деформаций, полученных с помощью системы корреляции цифровых изображений. Глубина пластически деформированного слоя составила 1,3 мм, получено симметричное относительно нейтральной оси образца напряженное состояние обратного знака. Теоретическое распределение остаточных напряжений, полученных в результате разгрузки пластически деформированного образца, определено по результатам численного расчета конечно-элементной модели с учетом физико-механических характеристик, упругопластического упрочнения, а также кривой деформирования в истинных координатах, полученной при одноосном растяжении элементарных образцов. Проведено исследование неоднородных по глубине остаточных напряжений методом сверления отверстий в соответствии с ASTM E837 на двух противоположных сторонах образца — областях растяжения при деформировании и сжатия. Контроль деформационного отклика в результате сверления фиксировали с помощью трехосевых тензометрических розеток. Результаты фактического измерения продольной компоненты остаточных напряжений были сопоставлены с их теоретическим распределением, полученным численным способом. Так, среднеквадратичная ошибка измерения остаточных напряжений относительно их теоретического распределения на образце из алюминиевого сплава достигает 18,7 МПа. Стоит отметить, что бóльшие ошибки измерения зафиксированы на малых глубинах, для которых характерны небольшие значения деформаций, сопоставимые с величиной дробового шума.

Точность статистических оценок для неизвестных параметров распределений зависит не только от объема выборочных данных, но и от способа их получения. Одним из основных требований к сбору экспериментальных данных является их информативность. Задачи математической статистики, особенно параметрического оценивания по цензурированным наблюдениям, обладают специфическими особенностями. Типичными представителями моделей неполных наблюдений на прямой являются модели случайного цензурирования, конкурирующих рисков (однократного, многократного) случайного цензурирования. В работе показано, что не всегда цензурирование приводит к потере информации (Фишера). Если цензурирование информативное, т.е. распределение цензурирующих случайных величин зависит от того же параметра, то можно указать такую модель, где информация из-за цензурирования может и сохраняться. Наоборот, если цензурирование не информативное, то потеря информации неизбежна. Работа носит обзорный характер, основное внимание уделено результатам авторов работы, приведены также данные из современных литературных источников. За критерий качества оценки принята эффективность по Крамеру – Рао, а за критерий информации о неизвестном параметре — информация Фишера.