Разработка информационно-измерительной системы оценки качества эластомера акустическими методами

• Автор: Протасова, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1.Проблема оценки релаксационных спектров полимеров и решаемые задачи при их применении

1.1.1. Понятие релаксационного спектра

1.1.2. Задачи оценки качества полимеров, решаемые с помощью релаксационного спектра

1.2. Методы определения релаксационного спектра

1.2.1. Полуобратная задача

1.2.2. Приближенные методы

1.2.3. Регрессионные методы

1.2.4. Определение релаксационного спектра как некорректная задача метод регуляризации
1.3.Оценка точности метода определения релаксационного спектра
1.4.Методы регуляризации
1.5.Теоретические основы ультразвукового контроля качества полимеров
1.6.Выводы и направления исследования
2. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ
2.1.Структурный анализ системы оценки вязкоупругих свойств с точки зрения преобразования информации
2.2.Функциональная модель информационноизмерительной системы оценки показателей качества эластомера
2.3.Информационная модель системы оценки показателей качества эластомеров
2.4.Комплекс программ, обеспечивающий выполнение функций
проектируемой информационноизмерительной системы
2.5. Выводы
3. МЕТОДИКА РАСШИРЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ОКНА ПРИ ОЦЕНКЕ РЕЛАКСАЦИОННОГО СПЕКТРА
ПОЛИМЕРА
3.1.Сравнительный анализ методов определения релаксационного спектра полимеров
3.2.0боснование проблемы
3.3.Синтез методики расширения частотного окна
3.4.Синтез алгоритма модификации метода регуляризации
3.5.Описание программного обеспечения для оценки релаксационного спектра полимера по акустическим измерениям
3.6. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
4.1. Апробация методики расширения частотного окна
4.2.Исследование учета априорной информации при определении релаксационного спектра
4.3.Исследование влияния шума экспериментальных данных на определение релаксационного спектра
4.4.Расчет спектра времен релаксации методом расширения частотного окна
4.5.Выводы
5. МОДЕЛИ СПЕКТРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ И ВРЕМЕН
РЕЛАКСАЦИИ ПОЛИМЕРОВ ПА ОСНОВЕ ДВУМЕРНЫХ
УРАВНЕНИЙ ПИРСОНА
5.1.Теоретическое обоснование применения семейств универсальных распределений Пирсона для описания модуля механических потерь и спектра времен релаксации полимера
5.2.Анализ модели двумерного распределения
5.3.Синтез структуры математической модели частотнотемпературного распределения вязкоупругих характеристик полимера
5.4.Параметрическая идентификация двумерного распределения Пирсона для бутадиенстирольного каучука
5.5.Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Известно огромное количество публикаций в рассматриваемой области, начиная с классических работ [, 6, 3]. К этому же направлению принадлежат различные варианты «скейлинговых» моделей, продолжающих развиваться до последнего времени и также приводящих к аналитическим выражениям . В этом случае Н(т) получают из экспериментальных данных с целью проверки молекулярных моделей []. В рамках такого рассмотрения не ставится задача независимого определения спектра, а решается задача сопоставления теоретических предсказаний с экспериментальными данными. На практике реально используется механический подход, заключающийся в том, что необходимость знания Н(т) здесь связана с выполнением прикладных расчетов на основе оценки свойств материала, полученной в модельных экспериментах. В механике полимеров посредством принципа Болыдмана-Волтерры и соответствующих интегральных преобразований через Н(т) представляется связь между напряжениями и деформациями [, ]. При этом форма Н{х) задается априорно или рассчитывается на основе экспериментальных данных. Гак, на основании релаксационного спектра, возможно определение фундаментальных характеристик полимера, раскрывающих его вязкоупругие свойства в частотной и временной областях (1. И(т) - спектр времен релаксации; //'(су) действительная часть комплексной вязкости. Причем отношение модуля механических потерь и модуля упругости, названное тангенсом угла потерь (механических, диэлектрических и т. При этом величину (интенсивность) пика на зависимости ^6 от температуры или частоты обычно связывают с концентрацией релаксирующего элемента (релаксатора)[4, ]. Через РС вычисляются также такие важные и непосредственно измеряемые характеристики полимерных материалов, как мгновенный модуль упругости ньютоновская вязкость г)о и начальный коэффициент нормальных напряжений представляющие собой соответственно нулевой, первый и второй моменты РС [, ]. С0= н(т)с! Н(т)с1т. Кроме того, релаксационный спектр используется для вычисления молекулярно-массового распределения (ММР) [6, , , , , , ]. Это обуславливается тем, что действие силового поля вначале отражается на мелких элементах структуры образца, постепенно захватывая все более крупные звенья, участки цепей и всю макромолекулу в целом. Времена релаксации колеблются от '1(1 до Юс, где каждому элементу структуры соответствует свое время релаксации [, ]. Вольтерры [] также может быть сформулирован с помощью релаксационного спектра. Поэтому вопрос о смысле и методах определения РС бесспорно играет важную роль в реологии полимеров []. Интегральное преобразование, определяющее релаксационный спектр, может быть решено аналитически относительно неизвестного Н{г), однако существует обстоятельства которые препятствуют однозначному решению [, -]. Во-первых, исходные экспериментальные данные не могут быть получены в необходимо широком временном или частотном диапазоне, формально от 0 до со. Поэтому вклад граничных (наибольших и наименьших) времен релаксации определен плохо. Во-вторых, экспериментальные данные всегда получаются с ошибкой. Из-за нелинейности процессов релаксации роль обоих обстоятельств заранее не ясна, и в результате ошибка, вносимая погрешностями измерений, может быть непредсказуемо большой. Именно нелинейностью релаксационного процесса во времени обуславливается сложность определения релаксационного спектра полимера. Релаксационный спектр определяют путем решения полуобратной задачи, графическими методами (приближенными) и численными методами, заключающимися в минимизации нелинейного функционала ошибок, регрессионными методами и регуляризирующими алгоритмами. Смысл полуобратной задачи заключается в том, что РС может быть определен, если его форма известна заранее и эксперимент используется для оценки констант заданного распределения. Таким образом, полуобратная задача сводится к аппроксимации функции описывающим релаксационное поведение полимера. Ср, (1. Тр - текущее время релаксации; ттах - максимальное значение времени релаксации; р - порядковый номер; С - произвольная константа (шаг по логарифмической оси).