Разработка основ технологического обеспечения производства машин и мониторинга изменения их технического состояния с применением наноструктурированных материалов

• Автор: Баурова, Наталья Ивановна
• Шифр специальности: 05.02.08, 05.02.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 351 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА.

1.1. Система обеспечения безопасности машин и факторы, определяющие эффективность ее функционирования.

. 1.2. Анализ существующих методов диагностирования

1.3. Методы оценки кинетики процессов разрушения.

1.4. Методы формализации процессов диагностирования

1.5. Изучение проблемы создания интеллектуальных материалов и конструкций

1.6. Анализ работ в области исследования и моделирования наноструктурированных материалов и конструкций

1.7. Цель, задачи и общая методика исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

2.1. Разработка методологии диагностирования с применением наноструктурированных материалов.
2.2. Синергетическая модель процесса разрушения.
2.3. Анализ работоспособности механической системы методами теории катастроф.
2.4. Оценка квазиравновесного состояния механической системы.
2.5. Теоретические основы оценки состояния системы методом имитационного, моделирования.
2.5.1. Статистические аспекты построения регрессионных моделей
2.5.2. Оценка показателей состояния элементов конструкций методом имитационного моделирования
2.5.3. Имитационные модели прогнозирования работоспособности элементов диагностируемых конструкций
2.6. Примеры теоретического анализа механических систем
. 2.6.1. Структурная и.параметрическая идентификация
2.6.2. Моделирование сложных механических систем.
Выводы по 2 главе
НАНОСТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ, МОНИТОРИНГЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РЕМОНТЕ МАШИН.
3.1. Исследование наноструктурыуглеродных волокон.
3.1.1. Изучение строения углеродных ВОЛОКОН.
3.1.2. Определение характеристик наноструктурных дефектов углеродных волокон.
3.2. Исследование деформационнопрочностных свойств материалов, используемых при производстве мониторинге изменения технического состояния и ремонте машин. .
3.2.1. Обоснование выбора полимерного материала.
3.2.2. Исследование влияния различных типов наноструктурированных наполнителей на свойства полимерных материалов
3.3. Исследование влияния нанодефектов углеродных волоконна их тензочувствительные свойства .
3.3.1. Исследование механизма электропроводности углеродных волокон
3.3.2. Оценка электрофизических свойств углеродных волокон 5 3.3.3 Исследование влияния постоянного и переменного токов
на точность диагностирования с использованием наноструктурированных углеродных волокон.
3.4. Исследование кинетики процессов деградации используемых материалов.
3.4.1. Методика оценки кинетики процесса разрушения
3.4.2. Исследование механизма повреждений элементов диагностируемых конструкций и материалов применяемых для
диагностирования. 8.
Выводы по 3 главе.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ .
4.1. Исследование коррозионной стой костж материалов диагностируемых конструкций.в зависимости от свойств сенсорных покрытий
4.2 Исследование стойкости материалов для диагностирования к
тепловому старению 0
4.3. Определение остаточных напряжений материалов для диагностирования, в зависимости от технологических факторов
4.4. Исследование влияния ветровой нагрузки на точность диагностирования .
4.5. Исследование кинетики.релаксационных процессов в материалах, используемых для диагностирования. 1.
4.6. Влияние технологических факторов на точность
диагностирования
4.6.1. Влияние точности дозировки компонентов полимерных материалов на точность диагностирования
4.6.2. Исследование структуры материалов для диагностирования в зависимости от технологии их изготовления ж нанесения.
4.6.3. Исследование влияния качества подготовки поверхности элементов диагностируемых конструкций.
4.7. Оценка влияния эксплуатационных факторов на электрофизические свойства углеродных волокон.
Выводы по 4 главе
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МЕТОДАМИ ИМИТАЦИОННОГО И ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
5.1. Имитационное моделирование напряженнодеформированного состояния материалов для диагностирования конструкций
5.2. Моделирование процессов деградации материалов используемых для диагностирования конструкций машин.
5.3. Моделирование напряженнодеформированного состояния элементов диагностируемых конструкций машин
5.4. Оценка точности диагностирования
5.5. Сравнительная оценка результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Выводы по 5 главе.
6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МОНИТОРИНГА ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАШИН
6.1. Исследование работоспособности металлоконструкций машин
6.1.1. Анализ факторов, влияющих на долговечность металлоконструкций машин
6.1.2. Классификация основных повреждений крановых конструкций и существующие способы их устранения
6.2. Разработка технологического процесса диагностирования с использованием углеродных волокон.
6.2.1. Исследование влияния способа крепления углеродного волокна на диагностируемой конструкции.
6.2.2. Разработка технологии крепления углеродного волокна к приборам в процессе диагностирования.
6.2.3. Технологическое обеспечение качества диагностирования
6.3. Разработка методологии управления техническим состоянием
механических систем
6.3.1. Проблема оценки состояния механических систем при длительном воздействии динамических нагрузок
6.3.2. Обеспечение надежности при диагностировании с использованием углеродных волокон.
6.3.3. Методология управления техническим состоянием машин при использовании непрерывных и дискретных методов диагностирования.
6.4 Оценка технической эффективности предлагаемого метода
диагностирования.
6.4.1. Экономические показатели качества диагностирования предлагаемым методом .
6.4.2. Комплексные критерии оценки техникоэкономического эффекта
6.5. Рекомендации по применению нового метода диагностирования при производстве и ремонте машин
6.5.1. Рекомендации по применению нового метода диагностирования при ремонте машин
6.5.2. Рекомендации по применению нового метода диагностирования при производстве машин
Выводы по 6 главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


При исследовании различных физических процессов, в том числе и процессов разрушения, используется метод имитационного моделирования ИМ 0 8 8. При ИМ проводят многократные расчеты с различными входными данными, что позволяет определить их влияние на показатели оценки работы системы. Данный метод основан на теории вычислительных систем, теории вероятностей и математической статистики и его можно рассматривать как статистический эксперимент. В отличие от математического моделирования, результаты которого отражают устойчивое во времени поведение системы, результаты, полученные при ИМ представляют собой наблюдения, подверженные экспериментальным ошибкам. Из этого следует, что любой результат ИМ является статистическойгипотезой. Наибольшее применение получили такие методы ИМ, как МонтеКарло, вариационный, динамический, метод картин изображений и др. По оценкам многих специалистов 6, 8 использовать метод МонтеКарло при ИМ для определения параметров ТС исследуемого объекта наиболее эффективно. Однако в литературе этому вопросу уделено недостаточное внимание и необходимо провести комплекс исследований, который позволит разработать алгоритмы и математические модели, позволяющие оценивать ТС исследуемого объекта в процессе его деградации. Наибольшее практическое применение получили модели ЛеоноваПанасюка и Дагдейла 9. Согласно модели ЛеоноваПанасюка 2 в вершине трещины есть области ослабленных связей. Модель Дагдейла 9 представляет область ослабленных связей, как вырожденную область пластической деформации, которая характеризуется пределом текучести ат для некристаллических твердых тел вместо о, используют ов . В этих моделях напряжения считаются постоянными, тогда как в действительности они изменяются, т. Поле напряжений вокруг остроконечной трещины описывают через коэффициент интенсивности напряжений К 3. Разрушение происходит если значение этого коэффициента превосходит некоторую критическую величину р, которую часто называют ударной, вязкостью разрушения ККГф. При гаком подходе, коэффициент интенсивности напряжений является свойством поля напряжений, не зависящим от состава и структуры материала и его очень удобно использовать в качестве единого выходногопараметра при разработке моделей диагностированиясложных систем. Проведенный анализ литературы показал, что имеется очень ограниченное количество публикаций, в которых использовался бы коэффициент интенсивности напряжений и на примере конкретных физических моделей решались бы теоретические вопросы прочности. Большой вклад в развитие методов формализации внесли русские ученые ЕЛО. Барзилович, И. А. Биргер, В. В. Болотин, И. А. Буяновский, В. Гриб, Ю. И. Густов, Р. В. Жуков, В. А. Зорин, В. П. Когасв, В. В.М. Михлин, Проников, С. В. Соренсен, Л. А. Шаповалов, Шнейдорович, Н. Н Яцснко и др. Оценка основных параметров полученной модели и получение по этой модели требуемой оценки поставленной задачи. Процесс моделирования это замещение исследуемой задачи с помощью модели, которая должна отражать основные свойства оригинала и должна быть доступна для изучения 9 9. Расчет и анализ состояний исследуемого объекта. На практике достаточно часто один и тот же исследуемый объект описывается различными математическими моделями 9 6 2 2, которые отличаются числом учитываемых факторов и полнотой описания оригинала. Например для описания деградационных процессов, приводящих к изменению ТС элементов конструкции машин, используют аналитические 0 5 и численные 2 8 4 методы решения, а для прогнозирования ТС объекта используются теории надежности 0 6 3, вероятности 9 4 6, информации Г 8 1, массового обслуживания 9 1 3 5, катастроф 3 0 и др. С использованием теории надежности удобно оценивать ресурс и вероятность разрушения исследуемого объекта. Применение теории вероятности позволяет описывать с помощью известных законов распределения процесс изменения случайных величин, которые получают в результате проведения комплекса экспериментальных исследований с использованием методов планирования эксперимента. Применение теории информации позволяет в качестве выходного параметра, описывающего ТС исследуемого объекта использовать значение энтропии.