Preview

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук

Расширенный поиск

Научно-практический рецензируемый журнал

Научный журнал «Известия Национальной  академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук» зарегистрирован Министерством информации Республики Беларусь 18 мая 2009 г. в Государственном реестре средств массовой информации за № 391. Периодичность – 4 номера в год. Территория распространения – Республика Беларусь, зарубежные страны (по подписке и в розницу).

В журнале публикуются результаты научных исследований, проводимых в Национальной академии наук Беларуси, других научных учреждениях и вузах республики, а также стран зарубежья по широкому спектру направлений физико-технических наук, включая материаловедение и машиностроение, энергетику, в том числе атомную, механику, тепломассообменные, информационные и водородные технологии, электронику, приборостроение, нанотехнологии, техническую диагностику, неразрушающий контроль, безопасность технических систем и природных объектов. В рубрике «Ученые Беларуси» журнал отмечает юбилеи известных ученых, знакомит читателей с их биографией и трудами.

Журнал входит в «Перечень научных изданий Республики Беларусь для опубликования результатов диссертационных исследований», включен в базу данных Российского индекса научного цитирования (РИНЦ), а также в международную базу данных Сhemical Abstracts. Содержание номеров журнала и аннотации размещенных в нем статей размещаются на сайте издателя – belnauka.by и сайте НАН Беларуси –  nasb.gov.by.

Объем журнала – 128 с.

Внесен в каталог подписных изданий Республики Беларусь: индекс для индивидуальной подписки – 74843, ведомственной – 748432.

 

Текущий выпуск

Том 66, № 4 (2021)
Скачать выпуск PDF

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯ 

391-398 29
Аннотация

Получено простое соотношение для оценки радиуса катодного пятна вакуумной дуги чистых металлов, и на его основе установлена корреляционная связь между радиусом катодного пятна и размерами микрокапель, генерируемых катодным пятном, что позволяет находить пути их уменьшения в плазменном потоке, который формирует покрытия вакуумным электродуговым методом. Представлены результаты экспериментального исследования размеров микрокапель, генерируемых катодным пятном вакуумной дуги, для сплава состава, в ат.%: 68Al–8Cr–4Nb–20Si, в зависимости от силы тока вакуумной дуги iд. Размер и количество капельной фазы на площади в 1 мм2 поверхности покрытия определены с помощью программы ImageSP. В качестве исходных данных использовали микроструктуры покрытий с увеличением: ç100, ç200, ç500, ç1000, ç1500. Установлено, что больше всего генерируется микрокапель диаметром < 2 мкм, а меньше всего – диаметром > 10 мкм. Количество генерируемых микрокапель диаметром от 2 до 10 мкм незначительно зависит от iд. Отмечено, что диаметр микрокапель сплава меньше, чем диаметр микрокапель, генерируемых катодным пятном на его компонентах, за счет того, что радиус катодного пятна на сплаве меньше, чем радиус катодного пятна на его чистых компонентах.

399-410 35
Аннотация

Одно из перспективных направлений в технологиях газотермического, в том числе плазменного, напыления функциональных керамических покрытий, – это разработка новых их вариантов, с применением ввода в теплоноситель недорогих смесей промышленных углеводородов с окислителем для снижения энергоемкости процесса. Такую плазменно-топливную разновидность наиболее перспективно использовать для получения тугоплавких функциональных покрытий. Для этой цели нами рассмотрена возможность модернизации промышленной системы для напыления керамических порошковых материалов на основе дугового плазмотрона на 25–40 кВт путем использования пробного варианта топливного газо-вихревого интенсификатора. При этом был проведен термодинамический анализ систем C–H–O–N–Ar–Me (Me = Al, Cr) и C–H–O–Al с целью моделирования возможных параметров генерируемой высокотемпературной струи после плазмотрона с данным интенсификатором для определения применимости такой системы для формирования оксидных и карбидных покрытий (на примере нескольких порошковых материалов, в том числе Al2O3, Cr3C2). Изученные нами новые режимы-имитаторы напыления оксида алюминия по расчетным параметрам энергоэффективности на 10–20 % превосходят как традиционный способ нагрева порошков при напылении (в N2-плазме), так и современный, разработанный в ряде исследований способ напыления в условиях смесевой (СO2+СH4)-плазмы. Показано, что предложенный вариант для модернизации процесса напыления с использованием промышленного пропан-бутанового топлива (сжиженного газа) позволяет в термодинамически равновесных условиях получить небольшое преимущество, по сравнению с традиционным плазменным напылением, при нагреве и плавлении керамических материалов (в особенности, Al2O3) по таким параметрам, как удельные энергозатраты и энергетические КПД процесса. Также установлено, что для расчетных случаев систем с оксидноалюминиевым и с карбиднохромовым порошками (сырьем) потенциально возможная производительность процесса по нагреваемым до плавления порошкам составляет соответственно 17 и 28 кг/ч при общих удельных энергозатратах EC не выше, чем 1,8 и 1,0 кВтч/(кг продукта) и при требуемой мощности плазмотрона l 28,2 и l 22,3 кВт для нагрева этих двух вариантов сырьевых порошков.

МАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКА 

411-419 36
Аннотация

Приведена упрощенная, трехэтапная модель перехода от плоской к осесимметричной деформации при скоростном, комбинированном выдавливании биметаллических дорожных резцов. В основу перехода положен принцип равенства площадей, согласно которому площадь фигуры при плоской деформации заменяется равновеликой площадью круга. При этом считается, что кинематически возможное поле линий скольжения остается неизменным. Такой подход позволяет снизить количество необходимых расчетов и при этом сохранить высокую степень корректности полученных уравнений. Первый этап характеризуется переходом к частному случаю плоской задачи, при котором из исходной заготовки квадратного сечения выдавливается ступенчатая деталь прямоугольного сечения, в котором одна из сторон равна стороне квадрата исходной заготовки. На втором этапе перехода осуществляется выдавливание из исходной заготовки квадратного сечения плоскоступенчатой детали, имеющей квадратные сечения по всей длине. Непосредственно на третьем этапе формируется окончательный переход к осесимметричной деформации резца, при котором площадь квадрата заменяется равновеликой площадью круга. Зависимости, полученные в результате решения осесимметричной задачи, могут быть рекомендованы для расчетов при промышленной реализации технологии скоростного, комбинированного выдавливания биметаллических дорожных резцов.

420-429 38
Аннотация

Разработаны методические подходы к выбору критериев предельного состояния и прочностных характеристик повторно подрабатываемых массивов горных пород, предназначенных для параметрического обеспечения геомеханического моделирования напряженно-деформированного состояния массива и горнотехнических систем участков шахтных полей Старобинского месторождения калийной руды, планируемых для доизвлечения оставленных запасов полезного ископаемого. Установлено, что для изучения предельного состояния массива необходимо применять комплексный критерий. Определение такого критерия можно выполнить с использованием разработанных подходов. Первый подход заключается в выборе нескольких критериев, оценивающих предельное состояние массива по отдельным типам напряженно-деформированного состояния массива: критерия наибольших нормальных напряжений, критерия наибольших линейных деформаций, критерия наибольшего касательного напряжения, критерия Кулона–Мора. Второй подход заключается в построении объединенного критерия предельного состояния предлагаемого вида для материалов, у которых предельные величины напряжений на растяжение и сжатие отличаются существенным образом. При этом вводятся параметры, характеризующие вид напряженного состояния и свойства материала, которые в совокупности определяют характер разрушения – отрыв или срез. Для описания поведения горных пород в запредельной по прочности стадии деформирования предлагается применять деформационную теорию прочности с использованием разработанной зависимости деформационного критерия прочности. При расчете прочностных характеристик повторно подрабатываемого массива горных пород рекомендуется применять коэффициент структурного ослабления в виде произведения нескольких коэффициентов, учитывающих различные типы нарушения первично подработанного массива и временной фактор. Условие прочности Кулона–Мора рекомендуется использовать с учетом составного коэффициента структурного ослабления. Разработаны зависимости, описывающие изменение прочностных характеристик пород в подработанном массиве с учетом коэффициента разрыхления.

430-439 30
Аннотация

Рассмотрена схема обработки конических поверхностей посредством их притирания к плоскому инструменту и предложено техническое решение для реализации такой обработки. Использование созданного авторами устройства позволяет реализовать групповой метод формообразования конических деталей с отклонением образующей конуса от прямолинейности не более 0,00012 мм. Разработана математическая модель, устанавливающая закономерности съема припуска с конической детали плоским инструментом. Получена формула для расчета скорости скольжения в любой точке обрабатываемой конической поверхности, реализующая инженерные методы управления формообразованием конических изделий без проведения предварительных трудоемких экспериментальных исследований. Предложена методика оптимизации наладочных параметров технологического оборудования. Выявлены наиболее эффективные режимы обработки аксиконов на стадиях предварительного, основного и окончательного шлифования, а также на этапе полирования в зависимости от технологической наследственности заготовки с точки зрения распределения подлежащего удалению припуска по ее поверхности. Установлено, что изменения эксцентриситета между осями вращения инструмента и планшайбы, а также амплитуды возвратно-вращательных движений последней практически не влияют как на точность, так и на производительность обработки, поэтому на практике эти параметры можно не оптимизировать, а назначать их средние значения. Определены режимы работы базового рычажного шлифовально-полировального станка, при которых обеспечивается требуемая точность рабочей поверхности инструмента, непосредственно влияющая на прямолинейность образующей конуса. Выполнены исследования закономерностей формообразования боковой поверхности конической линзы в условиях свободного притирания и установлены наладочные параметры технологического оборудования, обуславливающие качество и производительность процесса обработки.

ЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕН 

440-448 38
Аннотация

Обсуждаются результаты экспериментального исследования термического разложения пиролизной смолы в гомогенном процессе и в присутствии катализатора. Опыты по термическому разложению пиролизной смолы выполнены в изотермических условиях на лабораторной установке при температурах 300, 400, 450 и 500 °С. Определены скорость гомогенного процесса термического разложения смолы и предельные степени разложения. Энергия активации гомогенного процесса по данным настоящей работы составила 320 кДж/моль. Установлено, что скорость термического разложения смолы повышается в случае внесения в реакционную зону образцов природных доломитов, а также композитного материала на их основе. Это повышение обусловлено протеканием гетерогенной каталитической реакции разложения пиролизной смолы. Кажущаяся энергия активации этого процесса составила 210 кДж/моль (при использовании доломитов) и 202 кДж/моль (при использовании композитов). При этом отмечено, что композитный материал обладает значительно более благоприятными механическими свойствами, нежели доломит. На основании установленных данных сделан вывод о перспективности создания композитных катализаторов термического разложения тяжелых углеводородов, образующихся в процессах термохимической конверсии биомассы.

449-457 31
Аннотация

Изложены способы аппроксимации кривой скорости сушки тканей по методам А. В. Лыкова и В. В. Красникова. Приведены результаты обработки опытных данных по конвективной сушке тканей. Даны уравнения для определения времени сушки тканей, плотности тепловых потоков и температуры тканей в процессе сушки. Приведены уравнения для определения коэффициента сушки и относительной скорости сушки. Рассмотрен аналитический метод определения температуры для периода падающей скорости сушки. Дано сопоставление значений температуры по результатам аналитических решений со значениями, полученными по экспериментальной формуле. Показано, что число Био при сушке тканей меньше единицы и основным лимитирующим фактором является внешний тепловлагообмен поверхности испарения влаги с поверхности материала с окружающей средой. Представлена проверка достоверности полученных расчетных значений с экспериментальными. Несовпадение значений находится в пределах 5 % точности проведения и обработки эксперимента.

458-469 42
Аннотация

Разработана методика параметрического анализа электрических генераторов возвратно-поступательного движения с постоянными магнитами, которая позволяет при заданном значении коэффициента полезного действия выявить значения параметров магнитопровода (площадь поперечного сечения) и рабочей обмотки (количество витков), обеспечивающих минимум удельной массы генератора. Методика параметрического анализа электрических генераторов возвратно-поступательного движения с постоянными магнитами состоит из трех этапов. Первый и второй этапы – это электромагнитный расчет генератора: на первом этапе определяются основные геометрические размеры магнитной системы и параметры рабочей обмотки генератора, на втором – проверка электромагнитного расчета генератора, расчет номинального режима, расчет коэффициента полезного действия и оценка теплового состояния генератора. На третьем этапе осуществляется параметрический анализ электрических генераторов возвратно-поступательного движения с постоянными магнитами с заданными ограничениями, а также уточнение геометрических размеров и конфигурации магнитной системы генератора по двумерной конечно-элементной модели магнитного поля. В результате этого для обеспечения лучшего использования электротехнической стали магнитопровода генератора и уменьшения тем самым его массы определяются наиболее насыщенные участки и участки, которые характеризуются низкими значениями напряженности магнитного поля. Отличительными особенностями предложенной методики являются: использование в качестве целевой функции минимума удельной массы электрических генераторов возвратно-поступательного движения с продольным, поперечным или комбинированным изменением магнитного потока, проходящего через рабочую обмотку; комбинированный подход к электромагнитному расчету; учет влияния рабочей температуры на параметры постоянного магнита, а также перегрев отдельных частей генератора.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ 

470-482 33
Аннотация

Рассматривается задача уменьшения динамического диапазона и улучшения качества инфракрасных (ИК) изображений с широким динамическим диапазоном для их отображения на жидкокристаллической матрице, пиксели которой имеют разрядность 8 бит. Для решения данной задачи в оптико-электронных приборах в реальном масштабе времени широко используются блочные алгоритмы на основе локального выравнивания гистограммы с учетом их относительно низкой вычислительной сложности и возможности учета локальных особенностей распределения яркости. Базовый алгоритм адаптивного выравнивания гистограммы обеспечивает достаточно высокое качество изображений после преобразования, но может приводить к чрезмерной контрастности для некоторых типов изображений. В модифицированном алгоритме адаптивного выравнивания гистограммы контраст ограничивается с помощью порога за счет усечения локальных максимумов на краях гистограммы. Однако это приводит к ухудшению других показателей качества изображения. Данный недостаток свойственен многим алгоритмам локального выравнивания гистограммы наряду с ограниченными возможностями управления характеристиками качества воспроизведения изображений. Для повышения качества и расширения интервала управления характеристиками воспроизведения ИК-изображений предложен алгоритм двойного уменьшения динамического диапазона изображения с промежуточным управлением формой его гистограммы. Данный алгоритм осуществляет предварительное уменьшение динамического диапазона изображения на основе адаптивного выравнивания гистограммы, управление формой гистограммы на основе ее линейного или нелинейного сжатия, линейного растяжения ее центральной части и линейного растяжения (сжатия) ее боковых частей, окончательное уменьшение динамического диапазона на основе линейного сжатия всей гистограммы. Проведено сравнение характеристик предложенного алгоритма с характеристиками известных алгоритмов уменьшения динамического диапазона и улучшения качества изображений. Приведены зависимости характеристик качества воспроизведения изображений после уменьшения их динамического диапазона от параметров управления предложенного алгоритма и рекомендации по их выбору с учетом вычислительной сложности.

483-495 46
Аннотация

Рассмотрены вопросы измерения пластических характеристик металлов. Показано, что характеристики материалов, используемые для сравнения их пластичности, не являются сопоставимыми и зависят в разной степени от величины деформации, скорости деформации, модуля упругости. В то же время более физически обоснована величина пластичности, которая определяется по соотношению пластической деформации к общей деформации. Показано, что одним из оптимальных методов измерения пластичности (индекса пластичности) является индентирование. Изучена возможность применения для этой цели ударного микроиндентирования и предложены выражения, позволяющие рассчитать пластичность по результатам однократного вдавливания сферического индентора. Показаны особенности расчета деформации при данном виде испытаний. Установлено, что значения пластичности, получаемые исходя из соотношений глубин пластического и упругого внедрения индентора, эквивалентны значениям, рассчитываемым исходя из энергетических соотношений при ударе. Проведены экспериментальные исследования на металлах, имеющих различные твердость и вид кристаллической решетки. Впервые показано влияние скорости деформации, деформации и энергии удара (предударной скорости) на рассчитываемое значение пластичности при вдавливании сферы со скоростями деформации ~ 103 c–1. Показано, что при достижении деформации, соответствующей началу наступления полной пластичности при индентировании, достигается максимальная чувствительность измеряемого параметра пластичности для различных металлов.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ 

496-504 28
Аннотация

Приведено описание оригинальной конструкции фантома для оценки количественных характеристик ПЭТ-изображений при исследовании динамических объектов. Движение фантома контролируется системой синхронизации дыхания, которая фиксирует амплитуду движения фантома и длительность цикла движения. Получена кривая, имитирующая дыхание человека, параметры которой (амплитуда и период), соответствуют показателям, получаемым при исследовании грудной клетки. Установлены значения коэффициентов восстановления и контраста с учетом размеров сфер, а также статического и динамического типов движения фантомов. Произведена оценка несоответствия коэффициентов восстановления и значений контраста для сфер, установленных внутрь фантома в статическом и динамическом состояниях. С уменьшением диаметра (соответственно, и объема) сферы наблюдается возрастание разницы значений (между статическим и динамическим положениями фантома) коэффициента восстановления. Определены оптимальные значения коэффициентов восстановления, получаемых при использовании реконструкционного алгоритма QClear. Описаны рекомендации по применению разработанного устройства при исследовании динамических объектов. Представленную в данной работе установку целесообразно использовать для контроля качества качественных и количественных характеристик диагностических изображений, получаемых как на ПЭТ/КТ сканерах, так и при проведении исследований с использованием ОФЭКТ/КТ (однофотонный эмиссионный томограф, совмещенный с компьютерным томографом).

505-512 34
Аннотация

Проведена оценка толщины стенки трубы, исходя из трехмерных изображений трубы, восстановленных из нескольких рентгеновских проекций, которые были выполнены в ограниченном угле обзора. Поскольку эффекты рассеянного излучения и ужесточения лучей составляют до 50 % от основного излучения, их игнорирование приводит к размытию изображения и неточности при определении размеров. Для восстановления изображений труб из проекций применяются объемное и/или оболочечное представление трубы, а также итеративные байесовские методы. При использовании этих методов ошибка оценки толщины стенки трубы из проекционных данных может быть равной или меньше 300 мкм. Показано, что полученные рентгеновским излучением стандартные проекции на пленке или визуализирующих пластинах, применяемых для получения данных, могут использоваться для восстановления профилей толщин стенок труб в заводских условиях.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.