Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 87, № 5 (2021)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА 

5-13 65
Аннотация

Предложены массивы потенциометрических сенсоров, включающие разработанные твердоконтактные немодифицированные и модифицированные сенсоры на основе ассоциатов тетрадециламмония с комплексными соединениями серебра (1) и некоторых β-лактамных антибиотиков (цефазолина, цефуроксима, цефотаксима); модификаторы — полианилин, оксид меди. Определены основные электроаналитические свойства сенсоров (диапазон определяемых концентраций в растворах антибиотиков — 1 · 10–4 – 0,1 моль/л, Cmin = = n 10–5 моль/л, время отклика — 4 – 10 с, дрейф потенциала — 4 – 6 мВ/сут, срок службы — 2 мес). Показано, что модифицирование поверхности мембран приближает крутизну электродных функций к нернстовским значениям для однозарядных ионов исследуемых антибиотиков; сокращается время отклика, уменьшается предел обнаружения антибиотиков, а интервалы линейности электродных функций одинаковы для исследуемых сенсоров. Коэффициенты потенциометрической селективности немодифицированных и модифицированных сенсоров на основе различных электродно-активных компонентов (ЭАК) к исследуемым цефалоспоринам в присутствии мешающих антибиотиков близки к единице; значения параметров перекрестной чувствительности для сенсоров (средний наклон электродной функции сенсора Sср (мВ/pC), фактор неселективности F, фактор воспроизводимости K) составляют: 46,3 < S < 48; 0,85 < F < 0,90; 144 < K < 170, что свидетельствует о стабильности и воспроизводимости потенциалов. Показано применение сенсоров в мультисенсорном анализе модельных смесей цефалоспориновых антибиотиков. Для обработки аналитических сигналов (значений эдс, мВ) использован метод искусственных нейронных сетей. Правильность определения проверяли методом «введено – найдено» при анализе контрольных модельных смесей (относительная погрешность определения не превышает 12 %).

14-19 119
Аннотация

Рассмотрен метод оптимизации настроек прибора ЛИЭС для достижения максимальной интенсивности аналитических линий элементов в образце постоянного состава с использованием вероятностно-детерминированного планирования эксперимента (ВДПЭ). В качестве объекта анализа служила смесь оксидов Cr, Mn, Fe, Co, Ni, гомогенизированная и разбавленная путем сплавления со свинцово-фосфатной шихтой. Показано, что путем математической обработки данных 25 спектров методом ВДПЭ могут быть получены математические модели, связывающие интенсивность линии с энергией лампы накачки лазера, временем задержки первого и второго модуляторов добротности, временем задержки начала экспонирования и общим временем экспонирования. Применение среднего геометрического и математической модели в виде произведения частных зависимостей приводит к хорошей корреляции (R2 = 0,99) расчетных и экспериментальных значений интенсивности для всех рассмотренных линий спектра. Приведены результаты моделирования для 16 аналитических линий Cr, Mn, Co, Ni, иллюстрирующие возможность применения рассматриваемого метода. Экспериментально достигнутые максимальные интенсивности аналитических линий в матрице свинцово-фосфатного стекла отличаются от рассчитанных на основе полученных моделей в среднем на 7 – 12 %. Спектры, зарегистрированные в ходе эксперимента, могут быть использованы для оптимизации с применением ВДПЭ других параметров, например, соотношения сигнал/шум. Простота расчетов и сравнительно небольшое количество испытаний в оптимизационном эксперименте делают ВДПЭ перспективным методом для оптимизации параметров ЛИЭС.

20-26 44
Аннотация

Изучена анионообменная экстракция комплексных галогенидов таллия (III) и ртути (II) (хлоридов, бромидов, йодидов) с применением метода конкурирующего промежуточного иона, в качестве которого использовали анионы различных красителей — метилового оранжевого, пикрата натрия, 2,4-динитрофенола, метилового красного. Ацидокомплексы Tl (III) и Hg (II) экстрагировали из водных растворов раствором соединения аниона красителя с катионом четвертичного аммония (тринонилоктадециламмония, ТНОДА) в толуоле. Из полученных данных рассчитывали значения условных констант обмена анионов ацидокомплексов ртути и таллия на галогенид-ион: наблюдается линейная корреляция значений констант и масс комплексных анионов металлов. На основании полученных результатов разработана методика экстракционно-фотометрического определения 2 – 8 · 10–8 моль/л ртути (II) с точностью ±2 %, которая применена для определения ртути в гранозане (этилмеркурхлориде) — запрещенном для использования инсектофунгициде I класса опасности, нелегальное применение и хранение которого могли послужить источником загрязнения ртутью подземных вод в ряде районов Республики Беларусь.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ 

27-33 52
Аннотация

Течение газа или жидкости можно визуализировать путем регистрации и анализа последовательных изображений распределения частиц на исследуемой поверхности объекта с определением параметров движения. Однако такой подход не позволяет вместе с визуализацией распределения твердых частиц оценивать их массу и плотность. В работе представлены результаты определения массы и плотности взвешенных частиц с помощью дополнительного облучения потока частиц акустическим излучением. Использовали метод визуальной обработки изображений потоков частиц, увлеченных акустическим полем заданной частоты и амплитуды в течение минимум двух периодов звуковых колебаний. Учитывали также релаксацию частиц в измерительной плоскости, «вырезаемой» световым «ножом». Приведены основные математические выражения, необходимые для оценки массы, плотности, поля скоростей и формы частиц при помощи цифровой обработки изображений и измерения температуры в области потока. Представлены структурная схема и конструкция устройства для реализации предложенного метода диагностики. Предложенный подход может быть применен для определения параметров взвешенных частиц в медицине, биологии, экологии, порошковой металлургии и других областях науки и техники.

34-42 54
Аннотация

Один из наиболее критичных производственных дефектов литых металломатричных композиционных материалов — неравномерное распределение пористости по объему композита. Неравномерность приводит не только к локальному разупрочнению, но и играет ключевую роль в эволюции процесса повреждения при действии внешних нагрузок. В работе представлены результаты исследования локальной пористости дисперсно-упрочненных алюмоматричных композиционных материалов, изготовленных способом реакционного литья. Использовали лазерно-ультразвуковой метод, основанный на статистическом анализе распределения амплитуд обратнорассеянных широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн в композитах. Лазерное возбуждение и пьезоэлектрическую регистрацию ультразвука осуществляли с применением лазерно-ультразвукового преобразователя. Анализировали две серии образцов: упрочненных in situ синтезированными интерметаллидными частицами Al3Ti в различной объемной концентрации и частицами Al3Ti с добавлением наночастиц синтетического алмаза. Установлено, что для обеих серий распределение амплитуд обратнорассеянных ультразвуковых импульсов аппроксимируется Гауссовской функцией распределения, применимой для большого числа статистически независимых величин. Эмпирическая зависимость полуширины распределения от локальной пористости композитов аппроксимируется одной и той же близкой к линейной функцией независимо от размера и концентрации упрочняющих частиц. С ее помощью выведена расчетная формула для определения локальной пористости в исследуемых материалах. Полученные результаты могут быть использованы для обнаружения в литых металломатричных композитах потенциально опасных областей с повышенной пористостью.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ОБМЕН ОПЫТОМ 

43-46 42
Аннотация

Точность определения диэлектрической проницаемости материала зависит от толщины промежуточного слоя, имеющего переменные диэлектрические характеристики, и образующегося на поверхности образца при его изготовлении. В работе представлены результаты исследования влияния шероховатости поверхности испытуемого образца на точность определения диэлектрической проницаемости с применением резонаторного метода. Предложен алгоритм расчета диэлектрической проницаемости в объемном цилиндрическом резонаторе, учитывающий такие параметры, как величина шероховатости и остаточный зазор. С помощью матричного способа расчета прошедшей через пластину волны разработана модель определения диэлектрической проницаемости многослойного образца, основанная на данных измерения в резонаторе. Полученные результаты могут быть использованы для повышения точности определения диэлектрической проницаемости при испытаниях в объемном резонаторе для образцов, шероховатость которых превышает требуемую по стандарту.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ 

47-55 62
Аннотация

Проведен сравнительный анализ типовых диаграмм деформирования при сдвиге в плоскости листа в условиях квазистатического нагружения 25 однонаправленных и ортогонально-армированных полимерных композиционных материалов, три из которых испытаны в рамках данной работы, а экспериментальные данные по остальным материалам взяты из публикаций других авторов. Исследование приведенных диаграмм деформирования показало, что большинство из них имеют сходный характер, зависящий от приведенного начального модуля сдвига материалов: в начале нагружения наблюдается линейный участок, при дальнейшем нагружении наклон диаграммы уменьшается, достигая минимума в точке разрушения. Для трех параметров (координаты точки окончания линейного участка, максимального приведенного отклонения диаграммы, приведенного касательного модуля сдвига в точке разрушения), характеризующих индивидуальные особенности представленных диаграмм деформирования, получены аппроксимирующие зависимости от величины приведенного начального модуля сдвига. В характерных точках диаграмм деформирования определены граничные условия, которые можно использовать при нахождении параметров аппроксимирующих функций. Предложено условие для определения координат точки окончания линейного участка на экспериментальной кривой деформирования, согласно которому максимальное отклонение между экспериментальными и расчетными (по закону Гука) значениями напряжения сдвига на этом участке составляет не более 1 %, что позволяет обеспечить высокую точность аппроксимации на линейном участке диаграммы. Результаты работы рекомендуется использовать для разработки универсальных относительно простых по структуре аппроксимирующих функций, учитывающих характерные свойства экспериментальных кривых деформирования полимерных композиционных материалов при сдвиге в плоскости листа. Для определения параметров этих функций необходим минимальный набор экспериментальных данных.

61-67 53
Аннотация

Показана возможность определения степени поврежденности плоских образцов в области малоцикловой усталости на стадии накопления рассеянных повреждений до появления макроскопической трещины. Образцы изготавливали из аустенитной стали 12Х18Н10Т. Плоские образцы испытывали на консольный изгиб при комнатной температуре с постоянной амплитудой нагружения до появления усталостной трещины. В процессе испытаний контролировали скорость (время распространения) упругих волн в материале и коэрцитивную силу. Замеры проводили с интервалом в 500 циклов. Определяли величину упрочнения (по измерениям микротвердости) в пределах 15 мм от образовавшейся трещины, проводили анализ зоны развития поврежденности. Исследовали изображения микроструктур сплава в зоне наиболее вероятного распространения трещины — после разного числа циклов в одной и той же точке на поверхности образца. Результаты проведенных исследований показали, что возникающие при циклическом нагружении структурные изменения (образование мартенсита деформации), зарождение и развитие повреждений с последующим образованием усталостных трещин приводят к изменению упругих и магнитных свойств материала. Так, на начальных этапах нагружения наблюдали некоторое изменение начальных как акустических, так и магнитных характеристик материала, далее они стабилизировались либо слабо изменялись. При наработке более 80 % от числа циклов до разрушения происходило существенное изменение измеряемых параметров. Полученные зависимости акустических и магнитных характеристик материала дают достоверную информацию о текущей поврежденности и могут быть использованы в задачах оценки остаточного ресурса конструкций из стали 12Х18Н10Т.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 

68-75 39
Аннотация

Рассмотрена задача оценивания линейных регрессионных уравнений методом наименьших модулей. Точные методы его реализации значительно проигрывают по быстродействию методу наименьших квадратов. Наиболее быстрый алгоритм, основанный на покоординатном спуске по узловым прямым, имеет вычислительную сложность, пропорциональную квадрату числа наблюдений, что ограничивает практическое применение в задачах мониторинга и диагностики. Цель работы — описание более быстрого варианта реализации спуска по узловым прямым, а также оценка его быстродействия. Снижение вычислительных затрат достигнуто за счет того, что вместо вычисления значений целевой функции в узловых точках находят ее производную в окрестности этих точек по направлению узловой прямой. Приведена оценка вычислительной эффективности градиентного спуска по узловым прямым. Для типового компьютера проведен сравнительный анализ среднего времени вычислений для различных алгоритмов. Приведен простой пример, иллюстрирующий реализацию градиентного спуска. Наряду со снижением вычислительных затрат устранена возможность накопления вычислительных погрешностей при определении значений целевой функции для больших выборок. Кроме этого, градиентный спуск достаточно просто реализуется. Это позволяет использовать метод наименьших модулей как альтернативу методу наименьших квадратов в различных практических приложениях.

76-84 37
Аннотация

При анализе статистических данных в медико-биологических исследованиях, в страховом деле, демографии, а также в других областях исследований практического характера, представляющие интерес случайные величины принимают определенные значения в зависимости от осуществления некоторых событий. Так, при испытаниях физических систем (индивидуумов) величины их наработок зависят от отказов подсистем, в страховом деле величины выплат страховых компаний своим клиентам зависят от страховых случаев. В таких экспериментальных ситуациях естественно возникают задачи исследования зависимости случайных величин от соответствующих событий. А в данных практических задачах необходимо исследовать предельные свойства эмпирических процессов, индексированных классами функций. Современная теория эмпирических процессов обобщает классические результаты законов больших чисел, центральных и других предельных теорем равномерно по всему классу индексации при наложении энтропийных условий. Эти теоремы являются обобщенными аналогами классических теорем Гливенко – Кантелли и Донскера. Для проверки независимости случайной величины и события в работе предложены специальные эмпирические процессы. Исследованы свойства сходимости эмпирических процессов к соответствующим гауссовским процессам. Полученные результаты использованы для проверки справедливости модели случайного цензурирования справа.



ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)