Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Осипов Константин Юрьевич. Разработка методов неразрушающего контроля строительных материалов, основанных на явлении механоэлектрических преобразований : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.13 / Осипов Константин Юрьевич; [Место защиты: Том. политехн. ун-т]. - Томск, 2007. - 169 с. : ил. РГБ ОД, 61:07-5/4104

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Содержание 2

Введение 6

Глава 1. Физика процессов, сопровождающих механическую
деформацию и разрушение композиционных диэлектрических
материалов
12

  1. Электрические эффекты при деформации и разрушении диэлектрических материалов 12

  2. Закономерности и механизмы механоэлектрических преобразований в композиционных диэлектрических материалах при импульсном механическом возбуждении в области упругой деформации 15

  3. Влияние структурных характеристик, наличия дефектов и напряженно-деформированного состояния, на закономерности распространения упругих волн в гетерогенных материалах 18

  4. Существующие неразрушающие методы определения структурных и механических характеристик композиционных материалов и оценки напряженно-деформированного состояния 22

1.5. Состояние вопроса и задачи исследования 29

Глава 2. Методики экспериментальных исследований. Основные
факторы, влияющие на параметры электромагнитного отклика
33

Введение 33

  1. Методика и аппаратура для регистрации электромагнитного отклика на импульсное ударное возбуждение 34

  2. Методика регистрации акустических колебаний и измерения скорости распространения акустических волн через образец 39

  3. Методика оптической регистрации 40

  4. Методика измерения электрических характеристик материала 42

  5. Методика фазового рентгеноструктурного анализа 44

  6. Методики оптимизации обработки данных 45

  7. Характеристика объектов исследования 47

2.7. Исследование факторов, влияющих на параметры
электромагнитного отклика 48

  1. Исследование взаимосвязи параметров электромагнитного отклика из диэлектрических материалов с характеристиками ударного возбуждения 48

  2. Влияние энергии и длительности ударного возбуждения на параметры электромагнитного отклика 53

  3. Изменение параметров электромагнитного отклика в зависимости от геометрии эксперимента 58

Выводы к главе 2 59

Глава 3. Исследование влияния характеристик композиционных
диэлектрических материалов на параметры мехапоэлектрических
преобразований
61

  1. Общие закономерности взаимосвязи упругих и электрических характеристик материалов и параметров электромагнитного отклика... 61

  2. Зависимость параметров механоэлектрических преобразований от концентрации включений 66

  3. Влияние пористости материала на параметры электромагнитного отклика 74

  4. Механоэлектрические преобразования в пьезосодержащих диэлектрических материалах 81

  5. Исследование взаимосвязи между структурными характеристиками слоистых композиционных материалов и параметрами электрического

отклика на импульсное механическое возбуждение 85

Выводы к главе 3 89

Глава 4. Исследование связи параметров механоэлектрических
преобразований с динамикой изменения качества адгезионного
контакта в композиционных материалах в условиях напряженно-
деформированного состояния 91

4.1. Влияние состояния адгезионного контакта в композиционных
материалах на параметры механоэлектрических преобразований 92

  1. Исследование изменения состояния адгезионного контакта при нагревании композитов оптическим методом 93

  2. Исследование основных закономерностей механоэлектрических преобразований в композиционных материалах при комплексном термомеханическом возбуждении 95

4.2. Характер изменения амплитудно-частотных характеристик
электромагнитного отклика на импульсное ударное возбуждение в
зависимости от температуры 100

  1. Исследование спектральных характеристик электромагнитного отклика из двухкомпонентной системы, состоящей из массивного гипсового камня и более тонкой металлической компоненты 100

  2. Кинетика изменения спектральных характеристик электромагнитного отклика с температурой 102

  3. Исследование влияния температуры на электрические характеристики композитов 104

4.3. Исследование основных закономерностей механоэлектрических
преобразований в термически возбужденных композитах с различным
соотношением коэффициентов температурного расширения

компонентов. Критерий оценки прочности адгезионного контакта 109

4.3.1. Определение адгезионной прочности стандартным методом 114

Выводы к главе 4 115

Глава 5. Функциональные возможности практического использования
явления механоэлектрических преобразований
117

  1. Разработка электромагнитного неразрушающего метода контроля прочности изделий из твердых материалов 117

  2. Возможности использования явления механоэлектрических преобразований для оценки изменения напряженно-деформированного состояния композиционных материалов 132

  1. Исследование связи параметров электромагнитного сигнала с трещиноватостыо бетонов 138

  2. Разработка электромагнитного метода оценки структурных фазовых

превращений в кристаллогидратах 141

Выводы к главе 5 148

Заключение 150

ЛИТЕРАТУРА 153

Введение к работе:

Эксплуатация и применение композиционных строительных материалов, исследованию которых и посвящена данная работа, связаны с высокими механическими нагрузками, поэтому задача контроля их качества и диагностики разрушения имеет очень важное практическое значение. Существующие методы контроля не обладают достаточной надежностью и точностью. Для решения этой задачи может быть использовано явление механоэлектрических преобразований в диэлектрических материалах, которое основано на возникновении электромагнитного сигнала под действием механического возбуждения.

Исследованиями механоэлектрических преобразований в различных
диэлектрических материалах показано, что они возникают не только на
стадии пластической деформации и разрушения диэлектрических твердых
тел, но и сопровождают упругую деформацию, вызванную импульсным
механическим возбуждением. Появилась перспектива разработки
неразрушающих методов контроля качества материалов, основанных на
использовании этого явления. В рамках этих исследований в проблемной
научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и
полупроводников (ПНИЛ ЭДиП) Томского политехнического

университета была разработана аппаратура для регистрации электромагнитного отклика при механоэлектрических преобразованиях, обладающая достаточно высокой чувствительностью и помехозащищенностью, с помощью которой были изучены некоторые механизмы, получены эмпирические закономерности и связи механических характеристик композиционных диэлектрических материалов с параметрами электромагнитных откликов на импульсное ударное возбуждение и начата разработка неразрушающих методов контроля композиционных диэлектрических материалов.

Данная работа является продолжением исследований в этом актуальном направлении и посвящена проблеме повышения точности и

расширения функциональных возможностей разрабатываемых электромагнитных методов контроля композиционных строительных материалов.

Целью работы является установление закономерностей механоэлектрических преобразований при упругом ударном механическом возбуждении композиционных строительных материалов и разработка на этой основе методик неразрушающего электромагнитного контроля их структурных и механических характеристик.

Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать основные факторы, влияющие на параметры
механоэлектрических преобразований при ударном возбуждении
диэлектрических материалов.

2. Изучить источники генерирования переменных электромагнитных
полей в условиях импульсного механического возбуждения
композиционных строительных материалов.

3. Исследовать закономерности взаимосвязи параметров
механоэлектрических преобразований со структурными характеристиками
композиционных материалов.

4. Изучить взаимосвязь параметров электромагнитного отклика из
композиционных материалов с изменением качества адгезионного
контакта на границах раздела разнородных материалов в условиях
напряженно-деформированного состояния.

5. Разработать критерии неразрушающих механоэлектрических
методов определения прочности, структурных характеристик, изменения
напряженно-деформированного состояния и качества адгезионного
контакта компонентов в строительных материалах.

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Основными источниками генерирования переменных электрических полей в композиционных строительных материалах при их упругом ударном возбуждении являются заряженные поры, двойные

электрические слои на границах адгезионного контакта компонентов и пьезоэлементы, входящие в состав многих горных пород и песка, используемых в качестве заполнителей в строительных композитах.

2. Параметры электромагнитного отклика на ударное возбуждение
диэлектрических материалов зависят от упругих и электрических
характеристик материалов, характеристик удара, температуры и влажности
окружающей среды.

3. Амплитуда электромагнитного отклика на упругое ударное
возбуждение случайно-неоднородной композиционной системы (А),
состоящей из матрицы и включений, зависит от концентрации включений
и описывается уравнением:

-пк— А = А -п-е А, 5 где Ао - амплитуда основной гармоники спектра электромагнитного

отклика из образца с единичным включением; п - концентрация

включений; г -размер включений, X - длина акустической волны, к -

коэффициент, определяющий затухание прямой акустической волны.

4. Установлено, что характеристики механоэлектрических
преобразований в процессе изменения качества адгезионного контакта на
границе металл-диэлектрик связаны с изменением характеристик
акустических волн, формирующихся в материале при его ударном
возбуждении и состояния адгезионного контакта, а динамика этих
изменений определяется соотношением коэффициентов линейного
температурного расширения компонентов.

5. Предложены электромагнитные неразрушающие методики
контроля прочности, структурных характеристик, динамики изменения
качества адгезионного контакта компонентов в композиционных
материалах при температурном возбуждении и изменения напряженно-
деформированного состояния, а также степени структурных фазовых
изменений в кристаллогидратах в условиях температурного отжига.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Характеристики электромагнитного отклика при
механоэлектрических преобразованиях в композиционных строительных
материалах определяются размером и концентрацией заряженных
неоднородностей, наличием пьезосодержащих включений и процессами
рассеяния акустических волн.

2. Амплитудно-частотные характеристики электромагнитного
отклика на упругое ударное возбуждение отражают динамику изменения
качества адгезионного контакта под действием температурных полей в
системе металл-диэлектрик.

3. Разработаны основы неразрушающих электромагнитных методов
контроля прочности, пористости и изменения напряженно-
деформированного состояния в композиционных строительных
материалах, по данным амплитудно-частотного и корреляционного
анализа электромагнитного отклика.

Достоверность научных результатов подтверждается корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью, достаточным объемом экспериментальных данных, комплексным характером подхода к решению поставленных задач, не противоречат современным представлениям о рассматриваемых явлениях, теоретическим и экспериментальным данным других авторов и получены с использованием современного измерительного оборудования.

Научно-практическая значимость работ. Разработанные в результате проведенных исследований методики для контроля качества композиционных диэлектрических материалов могут быть использованы для определения структурных, прочностных характеристик композиционных строительных материалов, изменения напряженно-деформированного состояния, для отслеживания динамики изменения состояния адгезионного контакта в армированных композитах в процессе их эксплуатации. Получен патент на способ контроля прочности изделий

из твердых материалов, основанный на использовании явления механоэлектрических преобразований. Результаты работы апробированы в условиях производства и внедрены в учебный процесс.

Личный вклад автора. Автор лично определил задачи исследований, усовершенствовал методику измерения параметров механоэлектрических преобразований для проведения исследований в условиях температурного возбуждения, проводил эксперименты, анализировал результаты и делал выводы.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Екатеринбург 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Москва, 2003, 2004 г.); Всероссийской школе-семинаре «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (Томск, 2004 г.); Десятой Юбилейной Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных: (Томск, 2004 г.); научно-практическом семинаре в период научной стажировки в Ульсанском университете, г. Ульсан, Южная Корея, 2005 г. Международной конференции «Современные техника и технологии СТТ'2005» (Томск, 2005 г.); 8-м Российско-Китайском симпозиуме «Новые материалы и технологии» (Китай, Гуан-Чжоу, 2005г.).

Публикации: Основные результаты исследований опубликованы в 21 научной работе, из которых И в центральных журналах, и получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемой литературы и Приложения. Работа содержит 167 страниц машинописного текста, включая 75 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 113 источников. Приложения - 3 страницы.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору Суржикову А.П., научному консультанту, д.т.н Фурса Т.В. и коллективу научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников за помощь и ценные замечания.

Подобные работы
Акулинин Игорь Николаевич
Разработка метода и автоматизированной системы контроля зависимости теплофизических характеристик полимерных материалов от температуры и давления
Мальцева Ольга Ивановна
Разработка метода контроля вин с применением многопараметровой и мультикорреляционной техники анализа
Лебедева Татьяна Николаевна
Разработка методов акустического контроля прутков из инструментальной стали
Бизюлев Александр Николаевич
Исследование электромагнитных методов контроля и разработка средств дефектоскопии с повышенной разрешающей способностью
Вдовин Александр Александрович
Разработка метода и средств контроля показателя ослабления слабомутных сред по изменению контраста в изображении тест-объекта в виде двух штрихов
Швецов Александр Александрович
Разработка метода и средств контроля поверхностных полей биоэлектрических потенциалов
Завгородний Алексей Владимирович
Разработка метода и средств контроля пространственно-временного распределения оптических характеристик взвеси инфузорий для биотестирования водных сред
Заикин Сергей Михайлович
Разработка метода и прибора контроля высокоэнергетических изделий при динамических испытаниях
Сычев Сергей Николаевич
Разработка методов и средств контроля состава сложных смесей органических соединений на основе диполь-полевой теории удерживания нормальной и обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии
Черепанов Игорь Сергеевич
Разработка метода интегрального электрохимического контроля металлических гальванопокрытий

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net