Измерительный контроль физико-механических параметров конструкционных материалов машин и механизмов

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
Метрология и метрологическое обеспечение
Страниц:
142


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Актуальность темы.

Все больший научно-теоретический и практический интерес представляет изучение эволюции параметров как функционирующих технических систем, так и конструкционных материалов в процессе их создания и эксплуатации изготовленных из них устройств.

С общенаучных позиций проблема изучения эволюции сложных систем активно разрабатывается в рамках современной синергетики.

В технике получение детальной информации об изменениях технических объектов необходимо для обеспечения прогноза технического состояния различных устройств и оптимизации технологических процессов, в ходе которых образуются материалы, необходимые для создания машин, механизмов и других устройств.

Основной путь решения данной проблемы — повышение точности измерений. Это позволяет уточнять значения физико-механических параметров конструкционных материалов и регистрировать их деградационные изменения во времени.

Не меньший интерес представляет информация о деградационной девиации параметров конструкционных материалов в приборостроении, в частности, при создании и эксплуатации измерительных устройств, относящихся к приборам точной механики и содержащих такие упругие элементы, как пружины, нити, рычаги и.т.п. Постепенные релаксационные изменения физико-механических характеристик упругих связей в воспринимающих элементах такого рода приборов приводит к девиации нуль-пунта и, в конечном счете, к снижению метрологической надёжности приборов.

Таким образом, как в машиностроении так и в приборостроении актуальными остаются задачи определения научно обоснованных межремонтных и межповерочных временных интервалов, а также сроков профилактических регламентных работ.

Цель диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является обоснование хронометрических методов определения с повышенной точностью деградационных изменений физико-механических характеристик конструкционных материалов под влиянием внешних механических воздействий для увеличения точности оценки и прогноза технического состояния функционирующих машин и механизмов.

Основные задачи исследования.

1. Обеспечить возможность учета влияния фактора времени при изучении поведения машин и механизмов в процессе их функционирования.

2. Использовать достижения метрологии и измерительной техники в области хронометрии и интерферометрии для повышения уровня знаний о поведении конструкционных материалов.

3. Обосновать возможность анализа переходных релаксационных процессов в материале, претерпевшем технологические воздействия.

4. Адаптировать результаты исследования к потребностям учебного процесса.

Научная новизна.

1. Обоснован подход к обеспечению непрерывности и монотонности изменения фазы колебания механического осциллятора за пределами временного интервала, ограничиваемого величиной добротности осциллятора с целью увеличения продолжительности мерного временного интервала и повышения точности хронометрического определения начальной величины и девиации во времени модуля упругости материала осциллятора, подвергаемого многократным циклическим воздействиям.

2. Предложен алгоритм и выполнена оценка погрешности экспериментального определения физико-механических параметров материала с памятью.

3. Выполнено имитационное математическое моделирование девиации нуль-пунктазакритическидемпфированногоиморского-гравиметра.

4. Посредством оптической и атомно-силовой микроскопии исследована структура продуктов разрушения кварцевой нити, подвергнутой закручиванию свыше 500 оборотов.

Практическая ценность работы

1. Повышение точности определения как модуля упругости конструкционного материала, так и закона его изменения под влиянием циклических воздействий открывают перспективу повышения эксплуатационной надёжности машин, механизмов и метрологической надёжности измерительных приборов.

2. Методика исследований параметров переходных режимов в термодинамически неравновесном материале, претерпевшем воздействие технологических процессов.

Реализация и внедрение результатов работы

Результаты работы используются в учебном процессе кафедры & laquo-Метрология и взаимозаменяемость& raquo- МГТУ им. Н. Э. Баумана и могут найти применение при метрологическом обеспечении прецизионных исследований в области материаловедения.

Методы исследования.

В работе использовались теория обработки результатов измерений, теория обыкновенных дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений, метод механики Гамильтона, включая канонические преобразования и теорию адиабатических инвариантов, а также имитационное математическое моделирование на ПЭВМ.

Апробация результатов работы

Вошедшие в диссертацию результаты докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях: 8-м Всероссийском совещании-семинаре «Инженерно-физические проблемы новой техники& raquo-, Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 24−26 октября 2006г- 6-й Международной научно-технической конференции & laquo-Чкаловские чтения& raquo- г. Егорьевск (Моск. обл.) ЕАТКА и.м. В. П. Чкалова, 7−9 июля 2007г- 10-й Всероссийской научног. технической конференции & laquo-Состояния и проблемы измерений& raquo-, Москва, МГТУ и.м. Н. Э. Баумана, 21−25 апреля 2008г- Всероссийской научно-технической конференции & laquo-Машиностроительные технологии& raquo- (с международным участием), посвящена 140-летию высшего технологического образования в МГТУ и.м. Н. Э. Баумана, Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 16−17 декабря 2008 г.

Публикации

Основное содержание работы отражено в 8 публикациях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используют литературы и приложений. Содержит 142 страниц, в том числе 66 иллюстраций и 7 таблиц.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ

1. Применение формализма Гамильтона позволяет получать в явном виде зависимость от внешних воздействий фазы колебаний осциллятора воспринимающего элемента измерительного прибора, что обеспечивает эффективное математическое имитационное моделирование его работы.

2. Современные достижения хронометрии и оптической интерферометрии открывают возможность повышения точности измерения физико-механических параметров конструкционных материалов в машиностроении и приборостроении на 1−2 (а в перспективе и более) порядка и одновременного контроля деградационных изменений физико-механических параметров конструкционных материалов, претерпевавших циклические воздействия.

3. Выполнены имитационное математическое моделирование экспериментального определения физико-механических параметров материала упругого элемента осциллятора с памятью и оценки погрешностей их определения.

4. Выполнено имитационное математическое моделирование дрейфа нуль-пункта морского гравиметра с закретическим демпфированием осциллятора воспринимающего элемента.

5. Выполнено имитационное математическое моделирование процедуры экспериментального определения параметров релаксирующих колебательных мод материала заготовок, претерпевающего переходный процесс к термодинамически равновесному состоянию после приложения к нему технологических воздействий, оценены погрешности определения этих параметров. из

6. Представлены результаты разработок лабораторных учебных установок, предназначенных для наглядного аналогового моделирования полученных в диссертации розу.

7. Представлены наблюдений продуктов разрушения испытавшей многократное закручивание кварцевой нити в режиме & laquo-холодного взрыва& raquo-.

115

ПоказатьСвернуть

Содержание

Глава 1. Имитационное математическое моделирование измерительного контроля поведения деградирующих конструкционных материалов деградирующих технических систем.

1.1. Изучение циклического старения материала упругого элемента линейного осциллятора.

1.1.1. Расчет погрешности измерения периода колебания механического осциллятора с деградирующим упругим элементом.

1.2. Определение параметров материала упругого элемента осциллятора с памятью.

Глава 2. Имитационное математическое моделирование аналоговой фильтрации динамических искажений в линейных измерительных системах.

2.1. Случай осцилляторов воспринимающего элемента с бесконечно высокой добротностью.

2.2. Случай высокодобротных осцилляторов воспринимающего элемента.

2.3. Случай закритически демпфированного осциллятора.

2.4. Компенсация дрейфа нуль-пункта морского гравиметра.

Глава 3. Имитационное математическое моделирование измерительного контроля релаксационных процессов в многокомпонентной неравновесной системе.

3.1. Монотонная экспоненциальная релаксация.

3.2. Осциллирующая экспоненциально затухающая релаксация отклика.

3.3 Экспоненциально затухающий отклик в комплексной форме

Глава 4. Лабораторное аналоговое моделирование.

4.1. Высокодобротные осцилляторы.

4.2. Закритически-демпфированные, осцилляторы. -107

Выводы и заключения.

Список литературы

1. Физические величины: Справочник /А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, A.M. Братковский и др.- Под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. -1232с.

2. Таблицы физических величин: Справочник, /Под ред. акад. И. К. Кикоина. -М.: Атомиздат, 1976. -1008с.

3. Работнов Ю. Н. Элементы наследственной механики твердых тел. -Наука,-М.: 1977. -384с.

4. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве/ Под ред. A.M. Дальского, Б. М. Базрова, А. С. Васильева и др. -М.: Издательство МАИ, 2000. -364с.

5. Новицкий П. В., Кнорринг В. Г., Гутников В. С. Цифровые приборы с частотными датчиками.- Ленинград: Энергия, 1970. -424с.

6. Веселов Л. Е., Сагитов М. У. Гравиметрическая разведка. -М.: Недра, 1968,-512с.

7. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985. -42с., ил.

8. Пригожин И. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках: Пер. с анг. /Под ред., с предисл. и послесл. Ю. Л. Климон-товича. Изд. 2-е, доп. -М.: Едиториал УРСС, 2002. -288с.

9. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой: Пер. с англ. /Общ. ред. В. И. Аршинова, Ю. Л. Климонтовича и Ю. В. Сачкова. -М.: Прогресс, 1987. -432с.

10. Государственные эталоны России: Каталог -М.: Фонд Андрея Первозванного издательство Андреевский флаг, 2000. -184с.: ил.

11. Ерофеев В. И. Волновые процессы в твердых телах с микроструктурой. ^М:гИзд^воМоскгун-та^1999. -328с:

12. Моничев С. А., Никитина Н. Е. Оценка поврежденности материала путем изменения скорости распространения упругих волн //Испытания материалов и конструкций: Сб. научн. трудов.- Н. Новгород: Изд-во Интел-сервис, 2000. -Вып.2. С. 111−116.

13. Моничев С. А., Никитина Н. Е. Исследование процесса размушения стальных образцов при испытаниях на кручение //Акустические измерения. Геоакустике. Электроакустика. Ультразвук: Сб. трудов сессии РАО. -М.: ГЕОС, 2001. -Том 2. -С. 279−282.

14. Моничев С. А., Никитина Н. Е. Исследование поврежденности стальных стержней акустическим методом //Прикладная механика и технологии машиностроения: Сб. научных трудов. -Н. Новгород: Издательство Интелсервис, 2003. -Вып. 2(6). С. 84−89.

15. Постников В. С. Внутреннее трение в металлах. М.: Изд-во Металлугия, 1969, -330с.

16. Кочнева Л. Ф. Внутренне трение в твердых телах при колебаниях. -М.: Наука, 1979, -96с.

17. Баум Ф. А., Станнокович К. П., Шехтер Б. И. Физика взрыва.- М.: Гос. издательство физ. -мат. лит., 1959. -800с.

18. Станюкович К. П. Неустановившиеся движения сплошной среды. -М.: Наука, 1971. -856с.

19. Петровский И. Г. Лекции по теории интегральных уравнений. (3-еизд). -М.: Гос. издательство физ. -мат. лит., 1965. & mdash-230с.

20. Постников. B.C. Физика и химия твердого состояния. -М.: Металлургия, 1978. -544с.

21. Регем В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел. -М.: Машиностроение, 1974. -308с.

22. Никитина Н. Е. Измерение дисперсного параметра упругих волн импульсным методом //Акустический журнал.- 1999.- Т. 45, № 1.- С. 105−109.

23. Скоков И. В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. М.: Машиностроение, 1989. -256с., ил.

24. Разумовский И. А. Интерференционно-оптические методы механики деформируемого твердого тела: Учебн. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э.

25. Баумана, 2007. -240с.: ил.

26. Витушкин Л. Ф. О квантовом пределе разрешения абсолютных перемещений лазерными интерферометрами// Измерительная техника. -1984. № 11. -С. 19−20.

27. Голдстейн Г. Классическая механика. -М.: Наука, 1975. -416с.

28. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика. //Теоретическая физика, М.: Наука, 1973. -Т. 25 -208с.

29. Рыжик И. М., Градштейп И. С. Таблицы интервалов, сумм, рядов и произведений. -М.: Гос. издательство физ. -мат. лит., 1963. -1100 с.

30. Воронцов Ю. И. Теория и методы макроскопических измерений: Учеб. руководство /Под ред. В. Б. Брагинского. М.: Наука, 1989. — 280 с.

31. Хайтун Ф. И., Рассказов С. А. Влияние дробового эффекта фототока сигнала на точность фиксации временного положения оптических импульсов //Известия вузов. Приборостроение. 1992. -№ 3−4. С. 86−91.

32. Зелигер А. Н. К нахождению оптимальной импульсной характеристики линейной корректирующей цепи приемника оптических сигналов //Радиотехника.- 1983. № 2. — С. 73−75.

33. Хайтун Ф. И., Рассказов С. А. Влияние неаддитивности сигнала и шума на условия обнаружения оптических импульсов //Оптико-механическая промышленность. -1989.- № 7.- С. -19−2Г

34. Фалькович С. Е. Прием радиолокационных сигналов на фоне флуктуа-ционных помех. М.: Связь, 1961. — 311 с.

35. Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу Волоконно-оптические датчики / Под ред. Т. Окоси: Пер. с япон. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. -256 с.

36. Волоконная оптика и приборостроение /М. М. Бутусов, С. Л. Галкин, С. П. Оробинский, Б.П. Пал- Под общ. ред. М. М. Бутусова. Л.: Машиностроение, 1987. — 328 с.

37. Olshansky R. Pulse broadening Caused by Deviations from Optimum Profile//Applied Optics. 1976. — Vol. 15. — P. 782−787.

38. Кабели, провода и материалы для кабельной индустрии: Технический справочник /Сост. и редактирование В. Ю. Кузенев, О. В. Крехова М.: Издательство Нефть и газ, 1999. — 304 с.

39. Jeunhomme L.B. Single Mode Fiber Optics: Principles and Applications. -N.Y.: Marcel and Dekker, 1983. 191 p.

40. Payne D.N., Gambling W.A. Zero Material Dispersion in Optical Fibers //Electron. Letts. 1975. — Vol. 11. — P. 176−178.

41. Сергеев А. Г., Крохин В. В. Метрология: Учебное пособие. М.: Логос, 2001. -408 с.

42. Мешков С. И., Почевская Г. Н., Постников B.C., Рудис М. А. Случайные колебания осциллятора с наследованными свойствами/ Физика и химия обработка материалов. -1970. -№ 6. -С. 137−138.

43. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1965, -704с., ил.

44. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. -М.: Наука, 1974. -286с.

45. Василенко Г. И. Теория восстановления сигналов: О редукции к идеальному прибору в физике и технике. -М.: Советское радио. 1979. -272с.

46. Пытьев Ю. П. Математические методы интерпретации эксперимента: Учеб. пособие для вузов. -М.: Высшая школа., 1989. -351с., ил.

47. Кузиванов В. А., Немцов Л. Д. Теория эффективного фильтра для подавления случайной помехи при морских наботно-гравиметрических измерениях (метод & laquo-пересечений»-), //Известия АН СССР. Сер. Физика Земли. -1973. -№ 8. -С. 48−53.

48. Киселев М. И., Кузиванов В. А. О возможности измерений в геофизике слабодемпфированными системами//Докл. АН СССР. -1980. -Т. 253, № 7.1. С. 853−856.

49. Липкин И. А. Основы статической радиотехники, теории информации и кодирования. -М.: Советское Радио, 1978. -240с., ил.

50. Грушинский Н. П. Основы гравиметрии. -М.: Наука. Главн. ред. физ. -мат. лит, 1983. -352с.

51. Веселов К. Е. О статическом способе измерении силы тяжести на море с помощью упругой системы крутильного типа//Прикладная геофизика. -1956. -Вып. 15. -С. 48

52. Марпл С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. -М.: Мир, 1990. -584с., ил.

Заполнить форму текущей работой