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:

Акулинин Игорь Николаевич. Разработка метода и автоматизированной системы контроля зависимости теплофизических характеристик полимерных материалов от температуры и давления : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 : Тамбов, 2004 178 c. РГБ ОД, 61:05-5/1043

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРОВ 12

1.1 Область исследований диссертационной работы 13

1.2 Анализ существующих методов и устройств для определения тепловых свойств полимеров 18

1.3 Постановка задачи исследования 33

1.3 Выводы 34

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО МЕТОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ 35

2.1 Основные идеи применения преобразования Больцмана 36

2.2 Решение обратной нелинейной задачи теплопроводности 37

2.3 О корректности полученных решений 44

2.4 Расчетные зависимости при определении ТФС полимерных материалов, находящихся под действием внешнего давления и температуры 46

2.5 Алгоритм измерительно - вычислительных операций по определению ТФХ полимеров 47

2.6 Выводы 48

3. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ 49

3.1 Выбор вида граничных условий

3.2 Выбор формы исследуемого материала и измерительной схемы для реализации предложенного метода 51

3.3 Выбор оптимальных размеров исследуемых образцов 53

3.4 Нахождение оптимальной координаты поверхности для измерения температуры 57

3.5 Выводы 62

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ 63

4.1 Состав автоматизированной системы контроля теплофизических характеристик полимеров в зависимости от температуры и давления 64

4.2 Измерительная ячейка №1 для определения ТФХ резиновых смесей в зависимости от температуры и гидростатического давления 64

4.3 Основные измерительные операции при исследовании влияния внешнего гидростатического давления на ТФХ резиновых смесей 71

4.4 Результаты исследования зависимости ТФХ резиновых смесей от температуры и гидростатического давления 72

4.5 Измерительная ячейка №2 для определения ТФХ термопластов в условиях осесимметричного сжатия 81

4.6 Основные измерительные операции при определении ТФХ термопластов при осесимметричном сжатии 83

4.7 Результаты исследования зависимости ТФХ термопластов от температуры и давления при осесимметричном сжатии 84

4.8 Выводы 93

5. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ 94

5.1 Исследование источников и оценка систематических погрешностей метода 96

5.2 Результаты предварительной оценки погрешностей комплексного определения теплофизических характеристик полимерных материалов 106

5.3 Результаты экспериментальной оценки погрешностей определения ТФХ полимерных материалов 110

5.4 Оценка адекватности математической модели метода тепловому процессу в эксперименте 113

5.5 Выводы 120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 124

ПРИЛОЖЕНИЕ 139

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Алгоритм решения прямой нелинейной задачи теплопроводности 140

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Алгоритм решения обратной нелинейной задачи теплопроводности 150

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Состав резиновых смесей 154

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Результаты внедрения метода и автоматизированной системы контроля теплофизических характеристик полимеров  

Введение к работе:

Современное развитие производства предполагает увеличение выпуска полимерных материалов и изделий из них. В условиях рыночной экономики одним из основных критериев использования полимерных материалов и изделий из них является цена и долговечность работы изделия, поэтому важным является уточнение режимов переработки полимеров. Теплофизические свойства являются важнейшими показателями качества полимерных материалов. Уточнение теплофизических свойств известных полимерных материалов и определение их для новых с учётом зависимости ТФХ от температуры и давления позволить скорректировать процессы их переработки с точки зрения энергоёмкости процесса, а при производстве изделий из полимеров позволит уменьшить необоснованно завышенные вес и толщину изделий без снижения их прочности и долговечности работы.

Актуальность темы. Объектами исследования данной диссертационной работы являются резиновые смеси, перерабатываемые в изделия в условиях гидростатического давления, и термопласты, перерабатываемые в условиях осесимметричного сжатия современными методами твердофазной экструзии, объёмной и листовой штамповки в твёрдой фазе.

При переработке резиновые смесей в изделия методами экструзии и прессования необходимо располагать данными по изменению теплофизических характеристик (ТФХ) используемых материалов от температуры и давления.

При переработке термопластов так называемое формование в твёрдой фазе ведётся в температурном интервале, заключённом между комнатной температурой Тк и температурой стеклования для аморфных полимеров или температурой плавления Тш - для кристаллизующихся. Для проведения оптимального нагрева перерабатываемых полимеров необходимо располагать информацией о зависимости их теплофизических свойств от приложенного давления обработки в указанных интервалах температур, что позволяет при проведении технологического процесса обработки полимера не переходить в область фазовых переходов, обеспечивая заданное качество изделия и экономию энергоресурсов.

Значительный рост числа разрабатываемых новых полимерных материалов (ПМ) и существенное изменение ТФХ известных полимеров при использовании различных легирующих компонентов с целью обеспечения заданного качества изделий, приводит к выводу о необходимости разработки новых аналитических методов и измерительных устройств для оперативного контроля теплофизических свойств полимерных материалов и изделий из них, учитывающих зависимость их теплофизических характеристик от температуры и давления. Решению этой актуальной задачи и посвящена данная работа.

Настоящее исследование проводилось в соответствии с координационным планом АН СССР на 1976-1980 гг. по комплексной проблеме «Теплофизика», по программе Минобразования РФ «Получение материалов с заранее заданными свойствами», координационным планом «Разработка основ процессов получения полимерных материалов с заданными характеристиками», координационным планом работ Научного совета РАН по комплексной проблеме «Теплофизика и теплотехника» на 1993-2000 гг., межвузовской отраслевой научно-технической программой «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении».

Целью работы. Разработка нового метода и устройств для определения зависимости ТФХ полимерных материалов от температуры и давления.

Задачи исследования. Для достижения цели данной работы были поставлены и решены следующие задачи: а) разработаны физическая модель измерительной ячейки и математическая модель теплового процесса в измерительной ячейке; б) разработан метод, позволяющий повысить точность измерения комплекса ТФХ ПМ и оперативность определения их зависимости от температуры и давления; в) проведён анализ возможных источников погрешностей и даны теоретические оценки погрешностей измерения ТФХ разработанным методом; г) на основании выполненного анализа источников погрешностей измерения ТФХ разработаны конструкции измерительных устройств для двух классов материалов и характера силового воздействия на них при получении изделий; д) разработано математическое, алгоритмическое и техническое обеспечение автоматизированной системы контроля (АСК) ТФХ ПМ; е) проведены метрологические исследования разработанной АСК; ж) проведено исследование теплофизических характеристик ряда резиновых смесей и термопластов.

Предмет исследования. Разработка совокупности математического, алгоритмического и технического обеспечения метода и автоматизированной системы контроля ТФХ полимерных материалов в зависимости от параметров их переработки в изделия.

Методы исследования. В диссертационной работе были использованы методы математической физики, статистики, а также численные методы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

На основе полученных решений нестационарной нелинейной краевой задачи теплопроводности разработан метод измерения теплофизических характеристик образцов полимерных материалов, позволяющий повысить точность измерения за счёт выбора оптимальных конструктивных параметров измерительной ячейки и режимных параметров проведения эксперимента, и оперативность контроля зависимости ТФХ от параметров переработки анализируемых материалов в изделия - за счёт обеспечения возможности контроля изменения искомых характеристик от температуры в одном опыте при заданном давлении переработки. Разработано алгоритмическое обеспечение процессов измерения и обработки экспериментальных данных, позволяющее автоматизировать управление экспериментом, повысить оперативность и точность измерений.

На основе выполненного метрологического анализа определены доминирующие источники погрешностей, что позволило выработать рекомендации по повышению точности измерений.

Определены зависимости ТФХ ряда резиновых смесей и полимерных материалов от технологических параметров переработки их в изделия.

Практическая значимость. Создана автоматизированная система контроля для измерения зависимости ТФХ резиновых смесей от температуры и гидростатического давления переработки их в изделия, и термопластов от температуры и давления осесимметричного сжатия при переработке в твёрдой фазе.

Результаты исследования ТФХ ПМ использовались при математическом моделировании температурных полей в изделиях из полимерных материалов. Проведённые расчёты позволили повысить качество резиновых изделий за счёт исключения явлений подвулканизации при их формовании, повысить качество изделий из термопластов при твердофазной переработке, исключить необоснованные энергозатраты на обеспечение фазовых и физических переходов в них.

Реализация результатов работы. Результаты работы приняты к использованию в НПО «Технология» (г. Обнинск, 1979), Каз. НИИХП (г. Казань, 1980, 1981, 1984, 1986), ВНИИРТмаш (г. Тамбов, 1981), ВНИИПИМ (г. Тула, 1991), НПП «Модуль» (г.Тамбов, 1995 г.), ООО «Айбикомс» (г.Москва, 1999 г.), НПП «Эласт» (г.Тамбов, 2002 г.).

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Всесоюзной конференции «Тепломассообмен и моделирование в энергетических установках» (Тула, 1979), на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Современное состояние теплофизического приборостроения» РДЭНТП, ИТТФ АН УССР (Киев, 1980), на Республиканской конференции «Сушка и грануляция продуктов микробиологического и тонкого химического синтеза» (Тамбов, 1987), на XIX научно-технической конференции пермского политехнического института (Пермь, 1979). На Всесоюзной научно-технической конференции «Процессы и аппараты производства полимерных материалов, методы и оборудование для переработки их в изделия» (Москва, 1982), на Всесоюзной научной конференции «Процессы и оборудование для гранулирования продуктов микробиологического синтеза» (Тамбов, 1984), на IX Всесоюзной теплофизической школе «Новейшие исследования в области теплофизических свойств» (Тамбов, 1988), на Второй международной теплофизической школе «Повышение эффективности теплофизических исследований технологических процессов промышленного производства и их метрологического обеспечения» (Тамбов, 1995), на Третьей международной теплофизической школе «Новое в теплофизических свойствах» (Тамбов, 1998), на Пятой международной теплофизической школе «Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством» (Тамбов, 2004), на XXXVIII и XXXIX научно-технических конференциях МИХМа (Москва, 1979, 1981). На научных конференциях ТИХМа (Тамбов, 1976,1993 гг.) и на II, III и IV научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 1995, 1996, 1999 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 научных работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть диссертации изложена на ]38 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков. Список литературы включает 152 наименования.

Во введении обоснованна актуальность темы диссертации. Сформулированы цели и задачи работы, отмечена научная новизна, практическая значимость работы, основные положения и результаты, выносимые на защиту. Приведены результаты апробации работы. В первой главе определена область исследований диссертационной работы. Проведён обзор и сравнительный анализ методов и устройств для определения зависимости ТФХ твёрдых полимерных материалов от температуры и давления. В результате проведенного анализа определены цели и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы предлагаемого метода определения ТФ твёрдых полимерных материалов, находящихся в твердом агрегатном состоянии, в зависимости от температуры и давления. Получены расчетные зависимости для определения ТФХ полимеров, находящихся под действием внешнего давления и температуры.

В третьей главе сформулирована и решена задача оптимизации конструкции измерительных ячеек для определения зависимости ТФХ полимерных материалов от температуры и давления разработанным методом.

В четвертой главе представлена автоматизированная система контроля (АСК) теплофизических характеристик резиновых смесей в зависимости от температуры и гидростатического давления и термопластов в зависимости от температуры и осесимметричного сжатия. Приведено описания двух измерительных ячеек. Приведены результаты исследования влияния давления и температуры на ТФХ ряда резиновых смесей и термопластов. 

В пятой главе приведены результаты предварительной и экспериментальной оценки погрешностей измерения теплофизических характеристик рассматриваемого класса материалов с использованием разработанных метода и устройств. Рассмотрены вопросы адекватности математической модели метода тепловому процессу эксперимента.  

Подобные работы
Цветков Алексей Николаевич
Разработка методов автоматизированного проектирования, расчета и контроля магнитных систем спектрометров ЯМР
Подкин Юрий Германович
Разработка методов и средств диэлькометрического контроля неравновесных дисперсных систем
Бобаков Дмитрий Александрович
Разработка методов и измерительно-управляющей системы непрерывного активного контроля комплекса геометрических показателей вкладышей подшипников
Матвеев Владимир Алексеевич
Метод и система контроля состава суспензий калийных обогатительных фабрик
Иванов Геннадий Николаевич
Метод и система неразрушающего контроля теплофизических свойств многослойных конструкций и изделий
Банников Александр Николаевич
Метод и измерительная система неразрушающего контроля технологических параметров четырехслойных изделий
Чех Алексей Сергеевич
Метод и автоматизированная система неразрушающего контроля температурно-временных характеристик структурных превращений в полимерных материалах
Пугачев Роман Викторович
Метод и измерительная система оперативного неразрушающего контроля теплофизических свойств твердых материалов и изделий
Никулин Сергей Сергеевич
Метод и измерительная система неразрушающего теплового контроля структурных переходов в полимерных материалах
Аввакумов Максим Вячеславович
Компьютерная информационно-измерительная система контроля дефектов диэлектрических элементов высоковольтного оборудования методом частичных разрядов

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