Автоматизированный линейный дилатометр для исследования полимерных композиционных материалов

• Автор: Старцев, Валерий Олегович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Возможности и недостатки современных линейных дилатометров

1.2. Особенности измерений термического расширения ПКМ и

их компонентов

1.3. Устройства измерения микроперемещений

1.4. Устройства регулирования температуры

1.5. Обработка результатов температурных измерений

1.6. Постановка задачи исследований

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО ДИЛАТОМЕТРА

2.1. Функциональная схема дилатометра
2.2. Алгоритм обработки изображений, получаемых с МЭФ
2.3. Схема тактирующего и коммутирующего блока
2.4. Измерение температур и управление мощностью нагревателя
2.5. Устройство сопряжения с ЭВМ
2.6. Алгоритм определения перепада «свет-тень»
2.7. Регулирование температуры образцов с большой постоянной времени
2.8. Программа управления экспериментом
ГЛАВА 3. КАЛИБРОВКА ЛИНЕЙНОГО ДИЛАТОМЕТРА И СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Калибровка системы измерения микроперемещений
3.2. Калибровка и погрешности системы терморегулирования
3.3. Расчет погрешности определения линейного термического расширения
3.4. Обнаружение и устранение одиночных выбросов и больших перепадов
3.5. Фильтрация и сглаживание экспериментальных данных и разложение на пики
3.6. Основные характеристики линейного дилатометра, достоверность и повторяемость результатов измерений

ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОГО ДИЛАТОМЕТРА ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Релаксация коэффициента линейного расширения базальтопластиков и их компонентов
4.2. Температурная деформация углеродных волокон и углепластиков на из основе
4.3. Разориентация арамидных волокон и термическое расширение органопластиков
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Полимерные композитные материалы (ПКМ) получают все большее применение в современной промышленности, постоянно идет разработка новых ПКМ, меняются их состав и технология производства. Благодаря достигнутому высокому уровню механических характеристик при низкой плотности эти материалы используются как конструкционные во многих отраслях машиностроения, и, в частности, в авиакосмической промышленности [1-7].
При разработке, испытаниях и внедрении новых материалов важное значение имеет возможность достоверного, оперативного и относительно недорогого исследования их свойств. При этом наибольшей ценностью обладают методы и оборудование, позволяющие, с одной стороны, с хорошей точностью измерять наиболее важные показатели свойств ПКМ, с другой стороны, служащие инструментом для исследования структурных превращений и физико-химических процессов, которые могут развиваться в условиях эксплуатации материалов. Используя такие методы и оборудование, можно решать широкий спектр задач по оптимизации состава, технологии изготовления и прогнозирования свойств разрабатываемых материалов.
Для ПКМ конструкционного назначения, особенно в авиакосмической отрасли, основное внимание исследователей привлекают механические свойства материалов [2,4,6]. Не менее важны сведения о термическом расширении, особенно с учетом того, что армированные пластики обладают ярко выраженной анизотропией свойств. Наиболее востребованными являются сведения о термическом расширении А1/1 о и

отклонениям от истинного значения. Иногда встречаются резкие скачки («большие» перепады) между двумя соседними отсчетами измеряемой величины. Необходимо иметь алгоритм, с помощью которого можно исключить из рассмотрения, а затем сгладить участки зависимости АШо(Т) с целью уменьшения случайной погрешности дилатометрических измерений.
Если исходить из выявленной во многих работах закономерности, что температурная зависимость КЛТР представляет собой суперпозицию различных релаксационных процессов [7-11, 25-33], то при анализе термического расширения ПКМ необходимо эту зависимость раскладывать на отдельные рефлексы по принципу дифференциальной спектрометрии [83,84]. Для успешного выполнения данной операции устранение грубых и случайных погрешностей имеет еще большее значение, поскольку известно, что взятие производной (или расчет первой разности отсчетов) сопровождается увеличением уровня случайных погрешностей.
Удачным вариантом, который может быть принят за основу, является алгоритм акустической спектроскопии полимеров, представленный в [85], в котором оцениваются и учитываются разбросы при сглаживании температурной зависимости тангенса угла механических потерь. Аналогичный алгоритм должен быть создан и для обработки данных, полученных при измерениях на дилатометре.
1.6. Постановка задачи исследований
Проведенный анализ литературных источников показал актуальность исследований термического расширения ПКМ конструкционного назначения. Сведения о расширении/усадке образцов при их нагреве или охлаждении входят в число наиболее востребованных показателей при конструировании элементов современной техники. Одновременно