Preview

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук

Расширенный поиск
№ 3 (2017)

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯ

7-18 174
Аннотация

Порошковый материал представляет собой некоторую совокупность частиц, способных пластически деформироваться как за счет пластического сдвига этой совокупности частиц, так и за счет скольжения относительно друг друга этой же совокупности контактирующих частиц. Производя моделирование, исходили из того, что модель должна обладать конечным числом особенностей из числа присущих исходному объекту. При этом некоторые из свойств объекта при переносе на эту модель имели возможность подвергаться ряду изменений, которые, оказывая незначительные влияния на исследуемый объект, смогли бы существенно упростить его теоретически-модельное представление. При помощи структурной модели диффузионного взаимодействия в порошковых материалах описывается процесс уплотнения и неупругого деформирования порошковых материалов при условии пластичности с использованием гидродинамической теории смазки в замкнутом объеме. На основании этого проведен теоретический анализ механизма спекания частиц порошковых материалов на основе железа. Рассмотрено влияние введения пластификатора на различных стадиях изготовления изделия на основе предложенных моделей процессов порошковой металлургии. Результаты могут быть использованы при экспериментальных исследованиях процессов диффузии при формовании порошковых материалов и выборе технологических режимов.

 

19-29 173
Аннотация

Современные изделия микроэлектронной техники широко применяются в ракетно-космической, авиационной, военной и атомной технике. Однако данные изделия весьма чувствительны к воздействию различных ионизирующих излучений (электроны, протоны, тяжелые заряженные частицы, рентгеновское и гамма-излучения). В настоящее время спектр синтезируемых материалов достаточно широк, ряд из них может быть перспективен для использования в качестве экранов радиационной защиты. В качестве материала экранов, эффективно поглощающих высокоэнергетические излучения, обычно используют тяжелые элементы. Наиболее широко применяемый тяжелый металл – свинец, но он имеет ряд недостатков. Висмут является нетоксичным и обладает невысокой стоимостью, а широкие технологические возможности получения делают его весьма актуальным для применения в качестве материала для радиационной защиты. Исследованы условия электрохимического осаждения и структура покрытий висмута, а также влияние на них различных органических добавок. Показано, что покрытия на основе висмута имеют ромбоэдрический тип кристаллической решетки, а введение в электролит ряда органических добавок приводит к изменению текстуры роста покрытий. Установлено, что с ростом толщины покрытий микроструктура изменяется от дендридной, крупнокристаллической, – к мелкодисперсной. Изучена эффективность радиационной защиты экранов на основе висмута при облучении электронами с энергией 1,6–1,8 МэВ. Эффективность ослабления электронного потока оценивалась по изменению вольтамперных характеристик тестовых МОП-транзисторных структур, расположенных за экранами и без экранов. Установлено, что оптимальными с точки зрения эффективности защиты и массогабаритных параметров являются экраны из висмута характеризующиеся значениями приведенной толщины 2 г/см2 и коэффициентом ослабления, равным 156.

 

МАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКА

30-46 277
Аннотация

Изложены физико-химические основы формирования наноструктурного состояния материала и описаны технологические приемы получения наноструктурированных материалов и покрытий, используемые в методах инженерии поверхности. Приведена информация о степени влияния режимов обработки при газотермическом напылении, электрохимическом осаждении, микродуговом оксидировании, трибомеханической обработке и фрикционном плакировании гибким инструментом на процессы формирования структурно-фазового состояния и уровень свойств поверхностного слоя. На основе проведенных исследований создано новое поколение технологий поверхностной инженерии. Формируемые покрытия и поверхностные слои сохраняют стабильность структурно-фазового состояния в условиях высоких нагрузок и температур и способны длительное время противостоять изнашиванию, термическому и коррозионному воздействию. Показаны примеры практической реализации разработанных методов инженерии поверхности и нанотехнологий для промышленных предприятий. Более чем на 50 предприятиях Беларуси, России, Кореи и других стран созданы производственные мощности и освоены технологии нанесения покрытий и модифицирования поверхностных слоев активированными методами инженерии поверхности. Использование разработанных наноструктурированных материалов и покрытий, а также методов и средств реализации технологий инженерии поверхности позволяет поднять технический уровень создаваемой машиностроительной техники, снизить себестоимость ее производства и повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции.

 

47-55 102
Аннотация

Рассматривается вопрос о выборе двух скалярных параметров соответственно двух определяющих уравнений при течении в конкретной модели нелинейной упругопластичности для ограничения роста упругой анизотропии. Упругие свойства материала описываются обобщенным законом упругости Мурнагана. Модель построена с привлечением принципа потенциальности определяющего уравнения в скоростях напряжений, которое позволяет определить девиаторные сечения поверхности текучести. Для упрощения материал предполагается идеально упругопластическим. Величины первого и второго параметров представляют собой относительные части рассеиваемой удельной мощности деформации и проекции на поверхность девиаторного сечения поверхности текучести критериального девиатор-оператора. Они входят в дифференциальные определяющие уравнения для удельной потенциальной энергии упругой деформации и тензора напряжений Коши. В случае, когда первый параметр не зависит от тензора скорости деформаций, из системы определяющих уравнений получено минимальное значение зависящего от него второго параметра. Такой выбор вносит слишком большие погрешности в условие двухосности напряженного состояния при численном моделировании экспериментов Бриджмена при двухосном сжатии. Величина второго параметра должна быть существенно меньше. При выполнении этого требования в условиях зависимости первого параметра от угла между вектором нормали к поверхности девиаторного сечения и «вектором» скорости деформаций с учетом базовых, одноосных экспериментов реализован выбор первого параметра. Такой выбор указанных параметров значительно ограничивает рост упругой анизотропии, как показано при численном моделировании двухосных нагружений. Он может быть уточнен при наличии дополнительных экспериментальных данных по этим нагружениям.

 

56-63 115
Аннотация

Процессы и оборудование классифицируются по признакам взаимодействия элементов технологической системы. Надежность каждого класса технологических систем и реализуемых ими процессов будет разной в связи с различной сложностью выполняемых операций. Признаком, отражающим процесс и определяющим его свойства, является взаимодействие составляющих элементов технологического процесса, прежде всего инструмента и предмета обработки. Технологические процессы по зоне взаимодействия делятся на четыре класса: точечные, линейные, поверхностные и объемные. Рассмотрены классы технологических процессов и определена надежность операций при производстве изделий. Показана взаимосвязь технологического пути предмета обработки и интенсивности отказов оборудования. Представлены расчеты технологического пути для каждого класса процессов. Рассчитаны интенсивность и вероятность отказов для всех классов технологических процессов. В результате расчета технологического пути получена оценка надежности операций, выполняемых оборудованием для каждого класса процессов взаимодействия предмета обработки с инструментом. Получена закономерность изменения интенсивности отказов при уменьшении технологического пути, позволяющая количественно сравнивать надежность технологических процессов при их проектировании.

 

ЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕН

64-71 170
Аннотация

Описаны предварительные результаты экспериментального исследования влияния давления на образование древесного угля в процессе пиролиза березовой щепы. Экспериментальное исследование выполнено при давлениях 0,1, 0,3, 0,5, 0,7 МПа и скорости нагрева порядка 1 °С/мин. Исходная влажность щепы составляла 14,2 % вес., а размеры – 17×8×6 мм. Для исследования влияния давления на процесс пиролиза был разработан и сконструирован лабораторный стенд. Установлено, что повышение давления от 0,1 до 0,7 МПа увеличивает выход древесного угля от 25,1 до 32,4 % вес. (по отношению к сухой массе исходного вещества) и содержание углерода от 89,1 % вес. при 0,1 МПа до 96,4 % вес. при 0,7 МПа. Теплотворная способность древесного угля при этом снижается от 34,86 МДж/кг при давлении 0,1 МПа до 30,23 МДж/кг при давлении 0,7 МПа. Это обусловлено выходом из пористой структуры угля кислородосодержащих компонентов, обладающих более высокой теплотворной способностью по сравнению с чистым углеродом. Снижение теплоты сгорания древесного угля при уменьшении количества кислородсодержащих компонентов подтверждает то, что их теплотворная способность превышает теплотворную способность чистого углерода.

 

72-79 139
Аннотация

Обсуждаются результаты исследования термогидродинамических процессов в распылительной камере с прямоточным движением газа и встречными потоками. Верхнее устройство газораспределения в распылительной камере выполнено в виде системы решеток, а нижнее представляет собой патрубок с завихрителем, направленным вверх. В камере реализовано встречное взаимодействие потоков, причем нижний поток вводится в виде закрученной струи. Приведены результаты экспериментальных исследований осевой составляющей скорости газа, распределения температуры и коэффициента теплоотдачи в различных сечениях камеры. Коэффициент теплоотдачи определялся методом регулярного режима. Измерения проводились шарообразными датчиками из материалов с высокой теплопроводностью (меди, латуни) с зачеканенной по центру термопарой. Установлено, что верхняя система газораспределения в виде двух решеток (при отсутствии нижнего дополнительного ввода газа) позволяет достигнуть осесимметричного распределения коэффициента теплоотдачи, а следовательно, и газораспределения в распылительной камере. Для исследованного устройства наличие отверстия (сопла) около форсунки приводит к несимметричности профиля, неравномерности газораспределения и образованию малоактивных зон. Значения коэффициента теплоотдачи в центральной зоне камеры значительно выше, чем в периферийной зоне, что обусловлено струйным течением газа. При этом с удалением от перекрытия интенсивность теплообмена в центральной области камеры существенно снижается. Показано, что дополнительный нижний ввод теплоносителя и создание режима встречных потоков приводит к значительному увеличению в 1,5−2 раза коэффициента теплоотдачи в центральной приосевой зоне и нижней части камеры и свидетельствует об активизации гидродинамического режима и интенсификации тепломассообмена. Это способствует более эффективному использованию объема камеры и повышению ее влагонапряженности.

 

80-91 198
Аннотация

Описана методика и программа расчета теплогидравлических и массогабаритных параметров системы охлаждения энергоблока на основе сухих градирен. Расчетная схема включает в себя три основных блока: определения параметров сухой градирни, расчета теплогидравлических и массогабаритных характеристик конденсатора и расчета общих параметров системы охлаждения и суммарных приведенных затрат на систему охлаждения. Расчеты выполнялись для тепловой нагрузки на одну градирню, равной 1000 МВт. Высота бетонной башни принята 180 м. Теплообменная колонна, набранная из стальных оребренных оцинкованных труб диаметром 22 × 1,5 мм и длиной 20 м, имеет стандартные размеры: ширина – 2,4 м, высота – 20 м. Определение минимальных приведенных затрат для исследуемых параметров позволило обосновать выбор их оптимальных значений в системе охлаждения энергоблока. Минимальным приведенным затратам соответствует четырехрядный трубный пучок при двуходовой схеме движения охлаждаемой воды. Приемлемые параметры оребрения следующие: высота ребра – 7 мм, шаг оребрения – 3,5 мм, расстояние между оребренными трубками – 2 мм. Оптимальное количество теплообменных колонн на одну градирню составляет 600 шт. при охлаждении воды в градирне на 10 °С. Выполненный анализ изменения массогабаритных и стоимостных показателей позволил предложить вариант системы охлаждения с двумя сухими градирнями для энергетического блока мощностью 1200 МВт.

 

92-100 155
Аннотация

Проведено компьютерное моделирование гамма-спектров ядерных материалов, измеренных при помощи полупроводникового детектора из особо чистого германия ORTEC GEM25P4-70. В качестве источников гамма-излучения использовались стандартные образцы SRM-969, представляющие собой цилиндрические емкости фиксированного объема, выполненные из алюминиевого сплава (aluminum alloy 6061), заполненные мелкодисперсным порошком оксида урана (U3O8) с различной концентрацией 235U. Определены продукты распада из цепочек радиоактивных превращений изотопов урана 235U и 238U, которые дают наибольший вклад в гамма-спектр оксида урана (U3O8). Разработана методика, позволяющая сопоставить результаты измерений с модельными спектрами. Соответствие измеренных спектров модельным спектрам производилось путем сравнения площадей пиков полного поглощения для энергий 185 и 1001 кэВ, наиболее часто используемых в гамма-спектрометрии для определения обогащения урана. Выбранные параметры модели детектора и источника позволили описать измеренные гамма-спектры с погрешностью не хуже 6 % в площадях пиков полного поглощения в энергетическом диапазоне 150–1100 кэВ. Разработанная модель позволяет получить модельные гамма-спектры различных делящихся материалов при условии наличия сведений об изотопном составе, квантовом выходе гамма-линий для каждого изотопа, активности делящегося материала. Данные модельные спектры могут быть использованы при разработке методик выполнения измерений и тестировании программного обеспечения в области ядерной спектроскопии. Наиболее вероятное применение компьютерной модели – получение модельных спектров для контроля обогащения ядерного топлива и математическая калибровка гамма-спектрометра для неразрушающего анализа ядерных материалов различных конструкций и различного химического и изотопного состава.

 

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

101-109 120
Аннотация

Дана оценка эффективности пространственно-частотного ковариационного дескриптора малоразмерных объектов на аэроизображениях в понятиях вычислительной сложности, объема используемой памяти, значений расстояния Римана между матрицами коэффициентов ковариации, ROC- и DET-кривых, построенных для реальных видеопоследовательностей. Предложен критерий выбора количества шагов QR-алгоритма для вычисления обобщенных собственных значений матриц коэффициентов ковариации, основанный на анализе гистограмм обобщенных собственных значений матриц коэффициентов ковариации, вероятности правильного обнаружения объекта на аэроизображении, влияния коэффициента масштабирования и угла вращения объекта на расстояние Римана. Дана оценка дискриминационной способности пространственно-частотного ковариационного дескриптора малоразмерных объектов с использованием характеристики AUC ROC-кривой. Определены показатели выбора оптимального порогового значения для принятия решения об обнаружении объекта, основанные на индексе Йодена и уровне равной вероятности. Анализ ROC- и DET-кривых, построенных для реальных видеопоследовательностей, позволил определить интервал значений порога для принятия решения об обнаружении объекта на аэроизображении, обеспечивающий высокую вероятность правильного обнаружения объекта при заданной вероятности его ложного обнаружения и оптимальное соотношение между вероятностью ошибки первого рода и вероятностью ошибки второго рода.

 

110-117 199
Аннотация

Исследованы спектральные и энергетические характеристики дискового планарного диэлектрического резонатора (ДР), возбуждаемого на модах высших порядков типа шепчущей галереи (ШГ) в 8-миллиметровом диапазоне длин волн. Диаметр планарного ДР составлял несколько длин волн в материале диэлектрика, а его высота была много меньше длины волны. Диэлектрический диск располагался плоскими основаниями между двумя проводящими зеркалами. Таким образом, электромагнитное поле резонатора ограничивалось по высоте планарного диска двумя проводящими поверхностями. Резонансные свойства такой структуры определялись условием полного внутреннего отражения волн от криволинейной поверхности диэлектрического диска. Предложен способ эффективного возбуждения мод ШГ в дисковом планарном ДР – щелью связи в металлическом зеркале резонатора. Показано, что при таком способе возбуждения достигается режим запредельной связи с планарным ДР. При этом модовый спектр такого резонатора относительно разрежен. Установлено, что добротность планарного ДР в основном определяется потерями в его диэлектрическом материале и омическими потерями в металлических зеркалах, поскольку радиационные потери при соответствующем соотношении длины волны и диаметра диэлектрического диска могут быть незначительны. Для диска высотой 1 мм, диаметром 78 мм, изготовленного из фторопласта-4 и расположенного между латунными зеркалами, добротность планарного ДР может достигать 1500 на высокочастотном краю 8-миллиметрового диапазона длин волн. Выработаны рекомендации относительно повышения добротности планарных диэлектрических резонаторов и по уменьшению их размеров.

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ

118-128 130
Аннотация

Построены алгоритмы анализа данных, получаемых с датчиков давления систем мониторинга, которые установлены на гидростойках забойных крепей, используемых в забоях Старобинского месторождения калийных солей. При разработке алгоритмов процесс анализа данных был разбит на несколько этапов, первый их которых заключается в первичной обработке данных. Исходя из их специфики созданы алгоритмы удаления выбросов и вычисления характеристик, не требующих оценки положения комбайна и состояния крепей. Алгоритмы второго этапа разработаны для выделения циклов в предобработанных данных, вызванных опусканием и передвижением крепей, а также фаз циклов, зависящих от расположения комбайна относительно каждой крепи. Алгоритмы третьего этапа построены для вычисления характеристик данных с горных крепей, связанных с выявленными циклами и их фазами. Для сравнительного анализа данных и выявления зависимостей между различными характеристиками, а также степени их влияния на проявления горного давления были разработаны модификации алгоритмов вычисления корреляции по сгруппированным данным с различными временными лагами. Алгоритмы предназначены для использования в автоматизированных системах мониторинга горного давления в лавах рудников месторождений калийных руд, в том числе рудников РУ ОАО «Беларуськалий». Разработанные алгоритмы были программно реализованы. Программные реализации прошли апробацию на больших объемах реальных данных, полученных с датчиков давления забойных крепей, установленных в лавах рудников Старобинского месторождения калийных руд. В качестве примера использования разработанных алгоритмов приведены результаты оценки зависимости риска проявления горных ударов от скорости проходки лавы. В частности показано, что увеличение скорости подвигания лавы повышает риск проявления ударов по крепям.

 



ISSN 1561-8358 (Print)
ISSN 2524-244X (Online)