Совершенствование автоматизированного неразрушающего контроля физико-механических свойств пористых материалов на основе выявления взаимосвязей между их параметрами и пористостью

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Совершенствование автоматизированного неразрушающего контроля физико-механических свойств пористых материалов на основе выявления взаимосвязей между их параметрами и пористостью (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

Глава 1. Анализ существующих методов и средств неразрушающего контроля физико-механических свойств материалов на основе оценки их пористости на технологических потоках производств. Постановка задач исследования.

1. Анализ зависимости физико-механических свойств пористых материалов от их пористости.

1. 1.1. Металлокерамика.

1. 1. 2. Керамика.,.

1. 1. $.1. Сложные керамические системы.

1. 1. 3. 2. Сравнительный анализ аналитических методов оценки пористости сложных керамических систем и ее влияние на физико-механические свойства.

1. 2. Сравнительный анализ существующих автоматизированных средств измерения пористости материалов на технологических потоках производств.

1. 3. Цель исследования и постановка задач.

Глава 2. Теоретическое обоснование взаимовлияния структуры пористых материалов, их физико-механических свойств и параметров пористости, проницаемости, диффузии, растворимости газа.

2.1. Теоретическое обоснование уточненного метода автоматизированного неразрушающего контроля физико-механических свойств пористых материалов.

2. 1. 1. Теоретическое обоснование взаимовлияния активной пористости и характера течения газа при фильтрации через пористые материалы к их структуры.

2. 1. 2. Теоретическое обоснование взаимосвязей коэффициентов проницаемости, фильтрации, диффузии и растворимости газа, величины минимальных и максимальных размеров пор и структуры пористых материалов.

2. 1. 2. 1. Теоретическое обоснование взаимосвязей коэффициентов проницаемости, фильтрации, диффузии и растворимости газа ут структуры пористых материалов.

2.1. 2. 2. Теоретическое обоснование взаимосвязи величины минимальных размеров активных пор и структуры пористых материалов.

2.1. 2. 3. Теоретическое обоснование взаимосвязи величины максимальных размеров активных пор vr структуры пористых материалов.

2. 2. Обоснование способов контроля физико-механических свойств пористых материалов.

2. 2. 1 Обоснование способа контроля физико-механических свойств пористых материалов по параметру активной пористости.

2. 2. 2 Обоснование способа контроля физико-механических свойств пористых материалов по коэффициентам проницаемости, фильтрации, диффузии и растворимости газа, при прохождении через материал.

2. 2. 3 Обоснование способа контроля физико-механических свойств пористых материалов по величине минимального размера пор.

2.3. Выводы по главе.

Глава 3. Разработка автоматизированных средств измерения пористости материалов и конструкций из пористых материалов на технологических потоках производств.

3. 1. Автоматизированное устройство для определения активной пористости материалов и конструкций из пористых материалов на технологических потоках производств.

3.2 Автоматизированное устройство для определения коэффициентов проницаемости, фильтрации, диффузии, растворимости газа и минимальных размеров пор.

3. 3. Стенд для лабораторных исследований образцов пористых материалов на проницаемость.

3. 4. Автоматизированное устройство для определения максимальных размеров

3. 5 Стендовое оборудование для оценки общей пористости и распределения пор по размерам пористых материалов и изделий из них.

3. 6. Выводы по главе.

Глава 4. Экспериментальное подтверждение теоретических зависимостей параметров пористости, коэффициентов проницаемости, фильтрации, диффузии, растворимости газа, минимального и максимального размера пор от структуры керамических изделий.

4. 1. Экспериментальное подтверждение теоретической зависимости активной пористости от структуры сложных керамических систем.

4. 1. 1. Экспериментальные исследования по выбору оптимального режима работы и чувствительности измерителя линейных перемещений (ИЛП).

4. 1.2. Экспериментальное подтверждение теоретической зависимости активной пористости от толщины и структуры сложных керамических систем.

4. 1.2.1. Экспериментальное подтверждение теоретической зависимости активной пористости от толщины сложных керамических систем.

4. 1.2.2. Экспериментальное подтверждение теоретической зависимости активной пористости от структуры изделий из сложных керамических систем.

4. 2, Экспериментальное подтверждение теоретической зависимости коэффициентов фильтрации, диффузии, проницаемости и растворимости газа при прохождении через материал от структуры сложных керамических систем.

4. 3. Экспериментальное подтверждение теоретической зависимости минимального и максимального размеров пор от структуры сложных керамических систем.

4. 4. Экспериментальное подтверждение теоретической зависимости общей

4, 5, Выводы по главе,.,.,.,.,.,.,

Глава 5. Методики измерения параметров, характеризующих пористость материалов и определяющих их фнзнко-механнческие свойства при автоматизированном неразрушающем контроле. Опыт использования устройств автоматизированного неразрушающего контроля,.,

5.1 Обоснование методики измерения параметров, характеризующих активную пористость материалов при автоматизированном неразрушающем контроле физико-механических свойств.

5.2 Обоснование методики измерения параметров, характеризующих коэффициенты проницаемости, фильтрации, диффузии, растворимости газа при прохождении через материал при автоматизированном неразрушающем контроле физико-механических свойств пористых материалов.

5.3 Обоснование методики измерения параметров, характеризующих максимальный размер пор пористых материалов при автоматизированном неразрушающем контроле физико-механических свойств пористых материалов.

5. 4. Выводы по главе.

Под пористостью понимается способность материала пропускать через себя газ или жидкость.

К пористым материалам относится керамика, металлокерамика и керамика со сложной структурой, т. е. сложные керамические системы.

Керамика представляет собой неорганическое вещество с ионной и ковалентной межатомной связью [70]. К традиционным керамикам относятся как изделия керамической про-ммиленности — глиняная посуда, фарфор, фажс, черепица и кирпичи, а также плотные простые оксиды, карбиды и нитриды, графит, цемент и бетон.

Высокая механическая прочность и твердость керамических материалов позволяет использовать их в качестве конструкционных материалов в машиностроении, инструментальной промышленности и приборостроении. В деталях из керамики реализуются, кроме механической прочности, отличные электрофизические характеристики материала. Керамика, применяемая в электротехнике и радиотехнике, обладает уникальным набором электрических и магнитных свойств. Химическая устойчивость и радиационная стойкость керамики используются в химическом машиностроении и атомной энергетике.

Металлокерамикой называют материалы, созданные из металлических элементов, которые могут значительно отличаться по температуре плавления и не сплавляться между собой, а также совмещать в одном материале металлы с компонентами неметаллической приро-ды[2 6].

Начиная с 1930 г. применение в промьннленности изделий, полученных методом порошковой металлургии, быстро раст ет. Появились крупные специализированные цеха и заводы порошковой металлургам з Москве, Киеве и в других городах. В 1966 г. более 80 заводов вьнтускагш различные мегаллокерамические изделия, удовлетворяя потребность сотзт предприятий различного профиля. Потребность машиностроения в конструкционных деталях, полеченных методами порошковой металлургии, составляет более 60% всей потребности в ме-таллокерамических изделиях. [25]. Мегаллокерамические изделия изготавливают методами холодной и горячей прессовки. Потребность в машиностроительных изделиях, получаемых холодным прессованием, составляет 64%. в изделиях элжгротехнического назначения 36%, изделиях других назначений 10% всего объема металлокерамической промышленности [25].

Самым широким классом изделий, изготавливаемых методами порошковой металлургии, являются конструкционные детали на основе железных порошков и" в меньшей степени, на основе порошков цветных металлов: меди и ее сплавов., никаля, титана и г. д. (поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания, фильтры, подшипники различного профиля и т. д.).

Детали на основе металлокерамики имеют следующие преимущества по сравнению с деталями из конструкционных материалов. Прежде всего, это экономия материала, меньшая трудоемкость при изготовлении изделий, меньшие затраты при механической обработке. Во вторых — возможность изменения в широком диапазоне структуры и физико-механических свойств материалов и год алий, полученных с использованием порошковой технологии. По мере развития порошковой металлургии все большее внимание уделяется созданию новых материалов в композиции с повьапенным уровнем эксплуатационных свойств.

К недостаткам изделий ш металлокерамики можно отнести их высокую стоимость по сравнению с прокатом, сложность и высокую стоимость оборудования к оснастки, а так же специфику оборудования, прежде всего прессового и печного. Кроме того, можно отнести высокую чувствительность конечных свойств спеченных деталей к изменению технологаческих параметров прессования и спекания Именно поэтому требуется непрерывный автоматизированный неразрушающий контроль качества изделий из керамики и металлокерамики.

Отличительной чертой многих промышленных, метагшокерамических материалов является наличие в них пористости, которая при одном и том же химическом составе материала влияет в широком диапазоне на изменение физико-механических свойств. В то же время наличие пористости в порошковых изделиях требует разработки специальных методик для определения тех или иных свойств.

Под сложными керамическими системами понимаются многокомпонентные гетерогенные системы, состоящие из двух или более фаз и имеющие сложную структуру, например бетон, цемент [70].

Цемент и бетон относятся к керамическим материалам со сложной структурой. Это наиболее распространенные в технике материалы Годовое потребление бетона превосходит 1 т на душу населения превышая в 5—10 раз потребление стали. Он применяется для самых различных целей — от сооружения жилых зданий до производства сосудов высокого давления в ядерных реакторах [70].

При определении физико-механических свойств керамических, металиокерамических изданий, таких как механическая прочность, которая оценивается по совокупности четырех пределов прочности (на статический и динамический изгиб, растяжение, сжатие), жесткость, термостойкость, ударную вязкость и т. д. обычными способами, происходит разрушение дорогостоящей продукции, причем точно определить качество изделия по одному испытываемому образцу невозможно. Требуется испытать не менее двадцати образцов, что вызовет в производстве значительные нерациональные расходы. Только неразрушающий метод автоматизированного контроля деталей по их пористости позволит быстро, эффективно и без значительных затрат надежно контролировать качество изделий.

5. 4 Выводы по главе.

Разработаны методвга измерения параметров, характеризующих пористость и определяющих физико-механические свойства изделий ш пористых. матерЕшюв iiji-н автоматизированном и^разрушающем контроле: методика измерения параметров, характеризующих активную пористость материалов при автоматизированном яера-грушяющем контроле: методика измерения параметров, характеризующих коэффициенты фильтрации, диффузии, проницаемости, растворимости газа при автоматизированном неразрушающем контроле;

9 методика, измерения параметров, характеризующих максимальный размер пор материалов при автоматизированном неразрутающем контроле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

1. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден метод автоматизированного неразрушающего контроля физико-механических свойств пористых материалов на основе выявления взаимосвязей между их свойствами и пористостью, включающий: обоснование взаимовлияния активной пористости материалов и их структуры, характера течения газа при фильтрации его через материал;

• обоснование взаимосвязей коэффициентов проницаемости, фильтрации. диффузии и растворимости газа, величины минимальных н максимальных размеров активных пор и структуры материала, косвенно характеризующих активную пористость материалов.

2. На основании газодинамического метода обоснованы и экспериментально подтверждены способы контроля физико-механических свойств материалов:

• по измерению активной пористости;

• по измерению коэффициентов проницаемости, фильтрации, диффузии и растворимости (константа Генри) газа при прохождении его через образец;

• по измерению минимального размера пор.

3. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены методики проектирования устройств автоматизированного неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий из пористых материалов:

191 методика проектирования устройств автоматизированного неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий из пористых материалов по параметру активной пористости;

• методика проектирования устройств автоматизированного неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий из пористых материалов по коэффициентам фильтрации, диффузии, проницаемости, растворимости газа;

• методика проектирования устройств автоматизированного неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий из пористых материалов по величине максимальных размеров пор.

Показать весь текст

Список литературы

Аксенов Г. И., Забаров Р. 3, О теплофизических константах пористых металлокерамическнх материалов. «Порошковая металлургия», 1967, Ко 6, с. 3943 с ил.
Барабанова Л.П., Егорова Е. В., Матросова Ю. Н. Измерение малых колебаний давления в газовых емкостях с использованием лазера/АГезисы докладов научно-технической конференции КГТА. Ковров 1997, С. 67.
Баргафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука 1972 г. С. 408.
Белов C.B. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение. 1991. С. 247.
Власов О.В. Физические основы теории морозостойкости // Труды НИИ Стройфизика Вып. 3. 1967 г. 163−178 с.
ВоеводаГ.Ф., Алимов А. А., Воронин В. В., Ефимов Б. А. Контроль морозостойкости бетона в процессе производства /У Бетон и железобетон. 1979. № 10 с. 35−37.
Вулис Л. А, Термодинамика газовых потоков. М: Госэнергоиздат. 1950. С. 346.
Вязников Н. Ф., Ермаков С. С., Меташтокерамнческие материалы и изделия, Ленинград, «Машиностроение», 1967, С. 224
Гегузин Я.Е. Пузыри. М.: Наука. 1985 г. С. 173.
Горчаков Г'.И. и др. Зависимость морозостойкости бетонов от кх структуры и температурных деформаций // Бетон и железобетон. 1972. № 10 с.7−10.
Горчаков Г. И., Кепкин М. М., Скромтаев Б. Г. Повышение морозостойкости бетона в конструкциях промышленных и гидротехнических сооружении. М.: Стройиздат, 1965 г. 195 с.
Горчаков Г. И. Повышение морозостойкости и прочности бетона М.: Промстройиздат. 1956 г. 107 с,
Горчаков Г. И. и др. Состав, структура и свойства цементных бетонов. М.: Стройиздат. 1976. С. 145.
Горчаков Г. И. и др. Ускоренное прогнозирование морозостойкости ячеистых бетонов /У Бетон н железобетон. 1975. № 9 с. 22−25.
Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика М.: Высшая школа, 1977. С. 479.
Гуськов О.В. Гидродинамическое взаимодействие пузырей и жидкости при малых числах Re. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М.: МИФИ. 1980 г. С. 236.
Дворкин Л, И, Оптимальное проектирование составов бетона. Львов: В шца школа, 1981 г. 160 с.
Добролюбов Г., Ратипов В. Б., Розенберг Т. И. Прогнозирование долговечности бетона, с добавками. М, — Стройиздат, 1983 г. 212 с.
Дорофеев Ю. Г. Динамическое горячее прессование в металлокерамике. Изд. «Металлургия», Москва 1972, 176 с.
Драйпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Т.1, т.2. М.: финансы и статистика, 1986 г.
Дубинин М.М. Адсорбция газов и паров и структура адсорбентов //Метода исследования структуры высокодисперсных и пористых тел. М.: Издательство АН СССР. 1953.
Дьяченко И. М. Эффективность развития порошковой металлургии, Москва: Металлургия, 1979, С. 52.
Ермаков С. С., Вязников Н. Ф. Мегалло керамические детали в машиностроении. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1975 г., 232 с.
Ефимов Б.А. Получение цементных бетонов заданной морозостойкости с учетом характеристик строения: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., МИСИ. с. 192.
Закс С. Л., Бурмистрова В. Ф. Исследование физических свойств слабосцементированных нефтегазосодержащих пород / Тр. Института нефти. 1954. Т.З. С. 223−230.
Идельчик И. Е, Некоторые интересные эффекты и парадоксы в аэродинамике и гидравлике. М.: Машиностроение. 1982. С. 92.
Керамика и ее спаи с металлом в технике. В. А, Преснов, М. Л. Любимов, В. В. Строганова, М. А. Рубашев, Г. И. Бердов, И. Г. Дудеров, В. И. Мосолова, Атомиздат, Москва 1969, 232 с.
Кингери У. Д. Введение в керамику. М., СтройиздатД964&bdquo-
Козлова С.Н. Исследования и оценка физических констант адсорбции при определении пористости древесных материалов газодинамическим методом //Диссертация на соискание ученой степени кл .н. Ковров: 1999. — 223 С.
Кривицкий М.Я., Левин H.H., Макаричев В. В. Ячеистые бетоны (технология, свойства и конструкций). М: Стройиздат, 1972,135 с.
Кунцевич О.В., Батраков В. Г., Бертов В. М., Жуков Ю. А. Морозостойкость производственного бетона И Сборник научных трудов ДЙИЖТА. Применение бетонов повышенной прочности и долговечности в железнодорожном строительстве 1983. С. 20−23.
Кунцевич O.E. Бетоны высокой морозостойкости для сооружений Крайнего Севера. Л: Стройиздат, 1983 г. 132 с.
Кунцевич О.В., Мегомедэминов И. И. Исследование прочности и морозостойкости растворов с комплексными добавками // Межвузовский сборник научных трудов МИИТа, вып. 62,1980 г. С. 26−34.
Леонов Л.В. Технологические измерения н приборы в лесной н деревообрабатывающей промышленности. М.: Лесная промышленность. 1984.С. 349.
Мацумото Ю. Динамические характеристики пневмотрубопровода, имеющего на конце емкость /У Япония (Кэйсоку дзндо сэйге Гоккай ромбупсю). 1976, Т. 12. № б.71 1 .-я о /ii. /10.
Методические рекомендации по испытанию дорожного бетона на коррозионную стойкость против совместного действия хлористых солей и мороза. М: Союздор НИИ, 1975. С. 10.
Методические рекомендации по прогнозированию морозостойкости бетонов. Рига: ЛагНИИстроительства, 1982. с. 10.
Миронов С.А., Легойда A.B. Бетоны, твердеющие на морозе. М.: Стройиздат, 1975. 263 с.
Можегов H.A. Автоматические средства измерения объема, уровня и пористости материалов. М, — Энергоатомиздат, 1990 г. 127 с.
Можегов H.A. Газодинаический метод измерения объема и активной пористости материалов // Механизация и автоматизация производства. 1989. Ма 8. С. 19.24.
Можегов H.A., Житников Ю. З., Матросова Ю. Н, Автоматическое определение активной пористости бетонов и бетонных конструкций// Измерительная техника, Ks 9, С.69−72.
Можегов Н. А, Житников Ю. 3., Матросова Ю. Н. К оценке прочности, жесткости н долговечности железобетонных конструкций./ Известия вузов «Строительство», 2000 г., № 4, С. 4−8.
Можегов H.A. Измерение пористости и проницаемости древесных материалов и объема лесоматериалов на технологических потоках газодинамическим методом. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МЛТИ. С. 575.
Можегов H.A. К определению пористости материалов газодинамическим методом /У Заводская лаборатория. 1986 г. Т. 52. № 4 С. 50.52.
Можегов H.A., Матросова Ю. Н. Физико-математическая модель и основы автомагического управления измерительным комплексом для определения активной пористости материалов.//Сборник научных трудов KITA, Ковров, КГТАД999 г., с. 3−12.
Москвин В.М., Голубых Н. Д. Расчетно-экспериментапьные методы оценки морозостойкости бетона//Бетон и железобетон. 1976. № 9. С. 19−22.
Мощанский H.A., Путляев И. Е. и др. Химически стойкие мастики, замазки и бетоны на основе термореактивных смол. -М.: Стройиздат Д 968 г. 187 с.
Невиль А.М. Свойства бетона.- М.: Стройиздат. 1972. С. 344.
Нейман В.Г. Решение научных, инженерных и экономических задач с помощью ГШП STATGRAPH3CS. -М.: МП «Память», 1993, С. 88.
Определение, среднего угла резориентации блоков в металле методом малоугловой рентгенографии. Методические указания к лабораторной работе / ГГУ (Горьковский университет). Горький, 1983 г. С. 36.
Пауэре Т.К. Физическая структура портланд-цементного теста М.: Строй издат. 1963. С. 5GL
Пижурин A.A., Розенблин М. С. Исследования процессов деревообработки.М.: Лесная промышленность. 1984, С. 232.
Пиролов Т.С., Невский В. А., Ильинский Ю. А. Способ ускоренного определения морозостойкости бетона// Бетон и железбетон. 1980. № 9, С. 16−18.
Пористые проницаемые материалы. Справ, изд./ под ред. Белова С. В.-М. Металлургия, 1987.-335 с.
Прогнозирование морозостойкости бетона при выборе его состава // Бетон и железобетон. 1979. № 11. С. 25−26.
Ратипов В.Б., Розенберг Т. И. Добавки в бетон. М.:Стройиздат.1973.С. 207.
Ривкнн СЛ. Теплофизические свойства газов. М.: Энергия, 1973. С. 361.
Смирнов Н.В., Дуннн-Барковскнй И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969, С.ЗЗЗ.
Тринкер Б. Д., Демина Г. Г., Жиц Г.М. Бетоны высокой морозостойкости для высотных железобетонных сооружений, возводимых в зимнее время // Второй международный симпозиум по зимнему бетонированию. М: Стройиздат. 1975. С, 270−281.
Тюрин Ю.Н., Макаров A.A. Анализ данных на компьютере. М.: ИНФРА-М, финансы и статистика, 1995, С. 384.
Уайэт О., Дыо-Хьюз Д., Металлы. Керамики. Полимеры. Введение к изучению структуры и свойств технических материалов., М: «Атомиздат», 1979, 580 с.
Физические величины: Справочник / Под. Редакцией И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. -М.: Э н ер го ах о м из дат, 1991 г. 1232 с.
Шейкин А.Е., Добшиц JIM. О связи критерия морозостойкости с реальной морозостойкостью бетонов // Бетон и железобетон. 1981. № 1. С. 19−20.
Шейкин A, E, a Добшиц Л. М. Повышение долговечности бетонов транспортных сооружений // Физико-химическая механика, № 5. Болгарская академия наук 1987. С. 26−29.
Шейкин А.Е., Добшиц Л. М. Цементные бетоны высокой морозостойкости. Л.: 1989 г. 127 с.
Шестоперов С.В. Технология бетона М.: Стройиздат, 1977 г. 432 с.
Шлаян А.Г. Определение морозостойкости бетона по компенсационному фактору // Бетон и железобетон. 1979. № 10. С. 33−38.
Эванс А. Г., Ленгдон Т. Г. Конструкционная керамика М: «Металлургия», 1980 г., 256 с.
Яворский Б. М. Детлаев A.A. Справочник по физике. М: 1984. С. 460.
Газодинамический способ определения пористости материалов: A.c. 1 368 720 СССР, МКИ3 G01M5/08 / Можегов H.A. -Б. И. № 3,1988.
Газодинамический способ определения пористости материалов: A.c. 1 770 837 СССР, МКИ3 G0INI5/08 /Можегов H.A., -Б. И. №> 39, 1992.
Газодинамический способ определения пористости материалов: A.c. 1 784 874 СССР, МКИ3 G0INI5/08 / Можегов H.A., Щербаков A.C. -Б. И. №> 43, 1992.
Поромер: Свидетельство РФ №> 5256 на полезную модель. МКИ"' 6 GO1N15/08 /Можегов Н, А" Козлова С. Н., КукинаР.А. -Б. И. № 10,1997.
Способ измерения объема емкости: A.c. 1 503 461/ СССР, МКИ3 G01F17/00 /Можегов H.A., Косоруков В. П., Кравец А. Н. -Б. И. № 11Л 989.200
Способ определения пористости материалов: A.c. 1 679 287 СССР, МЕСИ5 G0INI5/02 / //Таубер Б.А., Можегов H.A. -Б. И. № 35,1991.
Способ определения пористости тел: A.c. 1 818 540 СССР, МКИ3 G0INI5/02 / //Таубер Б.А., Можегов H.A. -Б. И. № 20,1993.
Устройство для измерения максимальных размеров пор бетонных конструкций: Свидетельство РФ № 14 673 на полезную модель. МКИ7 G0INI5/08 / Матросова Ю. Н. -Б. И. № 22, 2000.
Lange Н., Modry S. /У Beton. 1971. № 1.
Niedzialek В. Modeie matematyczne pneumatycznych linii przesylowych // Jnstytuta lotnictwa, Prace 1978, № 74. F. 53−95,1. AI

Заполнить форму текущей работой