Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 87, № 11 (2021)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА 

5-10 43
Аннотация

Показана потенциальная возможность использования нового монолитного материала на основе графена, разработанного на химическом факультете МГУ имени М. В. Ломоносова, для поиска новых нефтяных залежей или ответвлений, примыкающих к уже зарегистрированному месторождению, методом площадной геохимической съемки. Проведена сорбция летучих органических соединений (ЛОС) из почвенного воздуха на полигоне с использованием двух сорбентов (Tenax-TA, традиционно применяемого для подобного анализа, и углеродного сорбента) с последующим определением методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием и термодесорбционным способом ввода пробы (ТД/ГХ/МС). Новый материал поглощает большее количество углеводородов (н-алканов и моноароматических соединений) в диапазоне от C8 до C16, причем интенсивность пиков также выше, чем в случае Tenax-TA. Для ЛОС от C17 и выше наблюдается явление необратимой сорбции, однако концентрация таких веществ в почвенном воздухе мала из-за низких давлений их насыщенных паров при нормальных условиях, т.е. хроматограмма, полученная с использованием углеродного монолита, лучше отражает макрохарактеристики месторождения. Для увеличения чувствительности определения соединений предварительно оптимизировали условия термодесорбции: выбрали значения скорости потока продувочного газа через образец сорбента и времени десорбции соединений для получения наибольшей площади пиков. Проведена процедура регенерации образцов сорбентов с целью их повторного применения. Поскольку Tenax-TA разлагается при более низких температурах, чем углеродный сорбент, его не удается очистить полностью в отличие от углеродного монолита. Таким образом, новый сорбент не только пригоден для многократного использования, но еще и дешевле, чем импортный полимер, поскольку изготавливается только из отечественных материалов.

11-18 50
Аннотация

Работа посвящена установлению элементного состава почвы, винограда и вина и выявлению взаимосвязей между содержаниями в них ряда элементов. Объектами исследования были ягоды винограда сортов Мускат, Каберне и Мерло, образцы вин, произведенные из них, и пробы почв, отобранные с полей, соответствующих местам произрастания винограда. Концентрации Li, Mg, Al, K, Ca, V, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, Zn, Rb, Cd, Pb, Ba, Na, Ti и Sr в почвах, винограде и винах определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Установление взаимосвязей между содержаниями элементов в изучаемых объектах проводили методами статистического моделирования с использованием программного обеспечения пакета STATISTICA. Характер распределения металлов в системе почва – виноград изучали для трех различных форм извлечения элементов из почв: определяли их валовое содержание, содержание кислоторастворимых и подвижных форм. Степень усвоения подвижных форм металлов почв ягодами винограда оценивали по показателю «биологический коэффициент поглощения». Для ягод винограда Мерло выше оказался биологический коэффициент поглощения Rb, Ti, Mg, Zn, Cu, Na, Fe, Al и Sr; Муската — K, Pb и Ni; Каберне — V и Mn. Наименьший биологический коэффициент поглощения в случае всех изучаемых сортов винограда наблюдали для Co, Ba и Ca. Каждый сорт винограда формировал свой индивидуальный элементный образ за счет различного характера усвоения изучаемых металлов. Переход металлов из ягоды в вино для всех сортов сопровождался снижением концентраций Mg, Al, K, Ca, Mn, Ni, Cu, Zn, Rb, Ba, Ti и Sr и повышением содержания V, Fe, Co, Pb и Na. Дискриминантным анализом установили обладающие наибольшими идентификационными свойствами металлы с учетом формы их содержания в почве. Полученные результаты могут быть использованы при установлении маркеров, определяющих сортовую и региональную принадлежность вин.

19-25 35
Аннотация

Разработана методика дугового атомно-эмиссионного анализа оксида церия, удовлетворяющая современным требованиям по точности и чувствительности определения примесей, круг которых существенно расширен по сравнению со стандартизированной методикой 70-х годов прошлого века. Значительно улучшить метрологические характеристики анализа удалось во многом за счет использования аппаратурных возможностей атомно-эмиссионного комплекса «Гранд-Глобула» (ВМК-Оптоэлектроника, Россия). Для создания компромиссных условий определения примесей 15 РЗЭ и еще 19 элементов были выбраны аналитические линии и исследована зависимость их интенсивности от режима работы генератора, формы и размера электродов, межэлектродного расстояния, соотношения масс анализируемой пробы и графитового порошка, а также от присутствия различных носителей (Ga2O3, NaCl, NaF, KCl, S, GeO). При изучении кривых испарения примесей выбрано время экспозиции, достаточное для их полного испарения (100 – 120 с). Оценены метрологические характеристики предложенной методики анализа оксида церия в сравнении со стандартизированной.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ 

26-32 50
Аннотация

Микроструктура олигомера, отражающая конфигурацию элементарных звеньев (цис-1,4-, транс-1,4- и 1,2-) и порядок их распределения в полимерной цепи, решающим образом влияет на его физико-химические и реологические свойства. Параметры зависящих от микроструктуры переходов (стеклование) характеризуют поведение олигомера в аномальных низкотемпературных условиях. В работе представлены результаты исследования микроструктуры низкомолекулярных каучуков. Определяли содержание цис-1,4- и транс-1,4-структурных звеньев полидивинилизопренуретанэпоксидного олигомера. С помощью ЯМР- и ИК-спектроскопии проанализирована структура полибутадиена НТРВ-IV с концевыми гидроксильными группами, проведен сравнительный анализ микроструктуры полидивинилизопренуретанэпоксидного олигомера и низкомолекулярных каучуков с известным содержанием структурных звеньев. Полученные результаты могут быть использованы при получении олигомеров с необходимыми физико-химическими и механическими свойствами.

33-38 45
Аннотация

При изготовлении заготовок из полимерных композиционных материалов (ПКМ) для последующего автоклавного или другого вида формования применяют такие технологии, как автоматизированные выкладки волокон (Automated Fiber Placement — AFP) и лент (Automated Tape Laying — ATL). В процессе выкладки могут образовываться дефекты, частота возникновения которых зависит от сложности детали и технологических параметров (ширины выкладываемых лент, скорости выкладки и простоя, температуры выкладки, отклонения от расчетной траектории и др.). В работе представлен обзор основных дефектов, анализ причин их появления и влияния на физико-механические свойства композиционных материалов. Показано, что дефекты меняют толщину и снижают прочность ПКМ при растяжении и сжатии. Кроме того, неточность размещения волокон при использовании AFP-технологии негативно влияет на качество материалов. Приведенные результаты могут быть использованы при дальнейшем исследовании влияния дефектов на свойства ПКМ и причин, их вызывающих, а также при разработке перспективной универсальной вычислительной программы, с помощью которой можно сократить число соответствующих экспериментальных испытаний.

39-42 50
Аннотация

В свободном пространстве диэлектрическую проницаемость материалов обычно определяют по величине угла Брюстера, используя для этого угловые зависимости амплитуды и фазы отраженной волны от пластины материала. В качестве расчетной модели применяют формулу, соответствующую материалам без диэлектрических и магнитных потерь. При экспериментальных исследованиях параметров отраженной волны от диэлектрических материалов наблюдаются расхождения с теоретическими расчетами, известные как отклонения от законов Френеля. В работе представлены результаты определения угла Брюстера отраженной волны от пластины из материала с диэлектрическими потерями. С помощью численного решения задачи падения под произвольным углом плоской линейно-поляризованной волны с вектором электрического поля, лежащим в плоскости падения, на пластину диэлектрического материала с комплексными значениями диэлектрической и магнитной проницаемостей рассчитывали угловые зависимости амплитуды и фазы отраженной волны. По ним определяли углы, соответствующие минимальному коэффициенту отражения в зависимости от диэлектрических потерь материала пластины. Отмечены различия между численными расчетами и данными, полученными с использованием формулы угла Брюстера, которые возрастали с увеличением диэлектрических потерь материала. Из условия равенства нулю модуля амплитуды отраженной волны аналитически получена обновленная формула для расчета угла Брюстера для материала с потерями. Результаты расчетов по данной формуле совпали с расчетами для отраженной волны при решении классической задачи наклонного падения плоской волны на пластину диэлектрического материала в рамках геометрической оптики. Полученные результаты могут быть использованы при определении угла Брюстера для отраженной волны от пластины с магнитными и диэлектрическими потерями.

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

43-54 37
Аннотация

Усталостные повреждения баббитовых слоев подшипников скольжения достаточно часто проявляются при эксплуатации. Поэтому актуальна цель исследования — разработка модели накопления усталостных повреждений и разрушения антифрикционных материалов и слоев подшипников скольжения. Приведены обобщенная диаграмма усталости баббитов на основе олова, включающая основные стадии усталостных повреждений, а также схема развития усталостных повреждений антифрикционного слоя подшипников скольжения. Обобщенная модель накопления повреждений и разрушения В. В. Болотина модифицирована применительно к антифрикционным материалам, содержащим сравнительно крупные элементы структуры. Для таких материалов возможно явное (прямое) моделирование процессов повреждения. Модель описывает: рассеянное накопление микротрещин (трактуемое как разрушение элементов структуры материала), зарождение и развитие системы коротких трещин, зарождение и развитие системы макротрещин до предельного состояния объекта. В модели выполняются дискретизация объема на участки с постоянными уровнями сложного напряженного состояния и дискретизации временной оси на интервалы (блоки циклов нагружения). На основе анализа результатов испытаний образцов из баббита решена задача идентификации параметров многостадийной модели накопления усталостных повреждений в этом сплаве. Использован простейший способ оптимизации — метод деформируемого многогранника. Получены параметры степенной функции зависимости скорости накопления микроповреждений от уровня напряжений. Параметры зарождения и развития системы трещин в баббитовом слое получены из анализа экспериментальных исследований сталебаббитовых образцов. Задача расчетной оценки долговечности антифрикционных баббитовых слоев потребовала разработки нового программного продукта. Программа протестирована путем сравнения долговечности испытанных на усталость подшипников-образцов, прижимаемых к вращающемуся валу циклически изменяемой нагрузкой, и расчетных долговечностей этих образцов. Расчетные и экспериментальные долговечности согласуются, что подтверждает работоспособность расчетной модели.

55-63 43
Аннотация

Приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований изменения закономерностей сопротивления деформированию и накопления повреждений в условиях нерегулярного малоциклового нагружения, которые сопоставлены с аналогичными данными при равном по нагруженности регулярном циклическом упругопластическом деформировании. Реализованный в исследованиях нерегулярный режим малоциклового нагружения принят в виде равновероятного распределения изменения амплитуд напряжений между заданными максимальным и минимальным их уровнями при симметричной форме циклов. Такой режим воспроизведен на испытательном оборудовании на основе введения в управляющую программу соответствующей функциональной зависимости изменения амплитуды напряжений в циклах. Полученные в процессе испытаний при нерегулярных режимах результаты о поцикловой кинетике как циклических, так и односторонне накапливаемых деформациях регистрировали в банке данных и сопоставляли с параметрами регулярного нагружения, что позволяло их аналитически описывать соответствующими уравнениями состояния с корректировкой параметров диаграмм циклического упругопластического деформирования, учитывающей условия нерегулярности режимов нагружения. Результаты выполненных экспериментов приведены в виде диаграмм режимов испытаний, кривых малоцикловой усталости исследованного материала при мягком и жестком режимах нагружения, диаграмм поцикловой кинетики циклических и накапливаемых деформаций при регулярном и нерегулярном режимах, а также кинетических диаграмм накопления повреждений в этих условиях. С использованием критериев суммирования, выраженных через деформационные характеристики накапливаемых повреждений, показано, что с учетом изменения характера развития деформаций в процессе нерегулярного малоциклового нагружения такие критериальные зависимости при принятии условия достижения предельного состояния могут быть использованы для оценки долговечности и ее сопоставления с аналогичными данными при регулярных режимах.

64-69 43
Аннотация

Исследована анизотропия свойств керамической режущей пластины (ее трех граней), полученной по технологии на основе литографии, из композита Al2O3 + ZrO2. Исследования проведены при помощи метода индентирования и закона Майера. Данный метод, в отличие от испытания на изгиб, исключает разрушение образца. Оценивали изменение индекса Майера в диапазонах нагрузок от 2 до 20 кг и от 0,2 до 1 кг. Представлены результаты определения плотности, фазового состава, микроструктуры каждой грани образца, а также адгезии напечатанных слоев — при помощи индентора Кнупа. В диапазоне нагрузок до 10 кг включительно анизотропии твердости не обнаружено. Установлено, что в образце присутствует слоистая структура, которая вносит вклад в анизотропию твердости при нагрузке 20 кг и более. Анизотропии трещиностойкости в диапазоне нагрузок от 2 до 20 кг выявлено не было. Результаты использования индентора Кнупа показали высокую адгезию между слоями 3D-печати.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 

70-80 43
Аннотация

Определяем риск как нежелательную возможность. Делим теорию риска на три области — анализ риска, оценка риска, управление риском. Безопасность и риск непосредственно связаны между собой, являясь как бы «зеркальным отражением» друг друга. Считаем необходимым развивать как общую теорию риска, так и частные теории риска в конкретных областях. Общая теория риска позволяет единообразно подходить к анализу, оценке и управлению рисками в конкретных ситуациях. В настоящее время используют три основных подхода к учету неопределенности и описанию рисков — вероятностно-статистический, с помощью нечетких множеств, на основе интервальной математики. В работе рассмотрены методы оценки рисков, прежде всего основанные на вероятностно-статистических моделях. Математический аппарат оценки и управления рисками базируется на непараметрических постановках и предельных соотношениях, широко используется многокритериальная оптимизация. Асимптотические непараметрические точечные оценки и доверительные границы для вероятности рискового события построены на основе биномиального распределения и распределения Пуассона. Предложены правила проверки статистических гипотез о равенстве (или различии) двух вероятностей рисковых событий. Широкое распространение получила аддитивно-мультипликативная модель оценки рисков на основе иерархической системы рисков, основанная на их трехуровневой системе: частные риски — групповые риски — итоговый риск. Для этой модели выявлена роль экспертных оценок. Показана перспективность использования (в будущем) теории нечетких множеств. Отмечены основные составляющие математического аппарата теории рисков, в частности, математическое обеспечение частных теорий рисков, относящихся к управлению качеством, инновациями и инвестициями. Простейшая оценка риска в вероятностно-статистической модели — это произведение вероятности рискового события и математического ожидания случайного ущерба. Обсуждаются математические и инструментальные методы исследования глобальных экономических и экологических рисков.



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