CC BY
17
Таблица 2
План полного факторного эксперимента___
№ п/п Хо Х1 Х2 Х3 Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Х1Х2Х3
1 + - - - + + + -
2 + + - - - - + +
3 + - + - - + - +
4 + + + - + - - -
5 + - - + + - - +
6 + + - + - + - -
Таблица 3
Значения коэффициентов уравнения регрессии___
Выходные характери- Ьо Ь1 Ь2 Ь3 Ь1,2 Ь1,3 Ь2,3
стики комплекта
У1 70,58 2,99 -14,5 24,5 -1,58 1,92 -3,42
571,17 9,49 -7,75 4,67 2,58 -2,00 -0,58
У2 78,44 3,44 0,94 -0,31 0,94 2,19 -0,31
500,83 5,83 40,83 -13,33 -6,67 1,67 9,17
У3 4,5 1,0 -2,5 -8 0 -0,5 0
Коэффициенты уравнений регрессии определены по формуле:
т
Ех у
шУ и
Ь = ^-,(1)
' N
где: - i - 0; 1; 2;...;
m - номер последнего столбца в плане полного факторного эксперимента.
Результаты опытов описывались уравнениями регрессии следующего общего вида:
у = Ь + Ь^1 + b2X2+ bзXз + ^,2x1x2 + ^,3x1x3 + b2,зX2Xз + bl,2,зXlX2Xз. (2) В итоге получены уравнения регрессии для производительности комплекта ТА для дизеля ПД1М:
1) на режиме холостого хода:
У1= 70,58 + 2,99x1+ 14,5x2+ 24,5x3- 1,58x1x2 + 1,92x1x3 -3,42x1x3, (3)
2) на режиме максимальной подачи топлива:
У2 = 571,2 + 9,5x1 - 7,75x2 + 4,7x3 + 2,6x1x2 - 2,0x1x3 -0,6x2x3. (4)
Уравнение регрессии для фактического угла опережения впрыска топлива записывается в следующем виде: У3 = 4,5 + 1,0x1 - 2,5x2 - 0,5x1x3. (5)
Адекватность полученных моделей проверена по критерию Фишера.
Таким образом, с помощью полученных регрессионных зависимостей можно выполнить подбор устанавливаемых на стенды для испытания ТНВД нагнетательных трубопроводов и форсунок по их гидравлическим характеристикам с целью исключения их неравнозначного влияния на выходные параметры комплектов ТА многоцилиндровых дизелей.
Список литературы
1. Подача и распыливание топлива в дизелях / И. В. Астахов, В. И. Трусов, А. С. Хачиян и др. / Под ред. И. В. Астахова. - М.: Машиностроение, 1972. - 359 с.
2. Стенд для измерения гидравлического сопротивления узлов и деталей топливной аппаратуры / П.Н. Блинов, А.И. Володин, В.П. Шаповал, А.М. Сапе-лин // Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава. - Омск, 1981. - с. 27 - 29.
3. Васильев, Д.А. Анализ современных методов диагностирования средств БТВТ по теме: «Определение методов диагностирования объектов БТВТ», -Омск: СибАДИ, 2008- 25с.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО МОДУЛЯ УПРУГОСТИ СВЯЗУЮЩИХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ПКМ
Смотрова Светлана Александровна
к.т.н., ведущий научный сотрудник ФГУП «ЦАГИ», г. Жуковский
Смотров Андрей Васильевич
к.т.н., глав. инженер комплекса прочности ЛА ФГУП «ЦАГИ», г. Жуковский
В настоящее время разработка и внедрение в производство новых материалов и технологий изготовления из них конструктивно важных элементов является этапом создания перспективных летательных аппаратов (ЛА), который во многом определяет их ресурс, безопасность и надежность эксплуатации, статическую и тепловую прочность, усталость и живучесть, в том числе с учетом климатических воздействий на такие конструкции. Несмотря на широкое применение металлов и сплавов, полимерные композиционные материалы (ПКМ) являются основными «строительными материалами» современных ЛА. В авиационной и космической отраслях потребляется более 60 % таких материалов, выпускаемых промышленностью. Зна-
чительную долю конструкционных ПКМ составляют системы на основе термореактивных матриц, в первую очередь эпоксидные.
Тип применяемого связующего, его свойства и технология формования ПКМ на его основе определяют: жесткостные и демпфирующие свойства, длительную прочность и деформируемость в условиях статического и динамического нагружения, деформационную стойкость и устойчивость при действии повышенных температур (теплостойкость и термоустойчивость). Связующее помогает армирующему наполнителю реализовать высокие значения его прочностных характеристик. Связующее перераспределяет напряжения внутри ПКМ, от его свойств зависит состояние межфазного слоя в материале, а значит
адгезия и прочность сцепления между связующим и армирующим наполнителем и волокон наполнителя между собой. Поэтому физико-механические свойства связующего важно исследовать, уметь ими управлять и контролировать на всех стадиях создания ПКМ [1, с.192].
Среди требований, предъявляемых к физико-химическим, физико-механическим и технологическим свойствам ПКМ, применяемым в конструктивно важных элементах ЛА, например, с точки зрения аэроупругости первостепенное значение имеют модули упругости на изгиб Е и кручение G, а также демпфирование. Правильный подбор этих параметров влияет также на массу ЛА, его экономичность при эксплуатации. В ПКМ указанные характеристики во многом определяются их значениями в связующем.
На сегодня основные пути достижения необходимых характеристик связующих, как многокомпонентных систем - химическая, физическая и физико-химическая (объединяющая оба метода) модификация. В [2, с.85] показано, что добавление наноструктурного углерода и на-ночастиц иной природы в связующие приводит к улучшению их механических характеристик и дает возможность регулировать уровень демпфирования.
В рамках решения задачи по подбору оптимального состава эпоксидного связующего для изготовления из ПКМ конструктивно важных элементов были проведены серии экспериментов с образцами эпоксидных композиций, изготовленных в Российском химико -технологическом университете имени Д.И. Менделеева. Около 40 различных составов на основе эпоксидиановой смолы ЭД-20 и отвердителя ЭТАЛ-45М (Эпитал) или D-400 (Huntsman). Исследовались динамические характеристики: комплексный модуль упругости на изгиб (Еи = Е\ + ]Е I) и характеризующий демпфирующую способность тангенс угла механических потерь (tg 1 = Е /1С ). Испытанные композиции содержали в своем составе различные физические и химические модификаторы, оказывающие влияние на частоту сетки химических связей и ее гибкость, на характер надмолекулярных и межмолекулярных образований:
а) химически активные разбавители: ТГМ-3, Лапролат-301, Лапрол, ПБН-М, ТЭОС-40, ЭТС-40,
б) добавки наночастиц: углеродные нанотрубки CNT, волластониты КВ-70 или Воксил-045, органобен-тониты ОБТ или ПОБТМ, стеклянные полые микросферы, слюда,
в) добавка каучука СКТН.
Добавки вводились в композиции как индивидуально, так и в различных сочетаниях друг с другом, варьировалось их количество по отношению к массе эпоксидного олигомера (таблица 1). Для каждого состава было изготовлено по 3 образца - прямоугольные стержни 15 J 31_ 120 мм. Свойства образцов оценивались по результатам их частотных испытаний, выполненных с использованием бесконтактного лазерного доплеровского сканирующего виброметра Polytec PSV-400-H4. При этом для каждого образца выполнялось не менее 3-х измерений в 9-ти точках поверхности [3, с.144].
При частотных испытаниях методом свободных затухающих колебаний были определены частоты и логарифмические декременты 1-го низшего тона собственных изгибных колебаний образцов. Однако, как известно, основной характеристикой демпфирующей способности полимерных материалов является тангенс угла механических потерь (/£П), который меньше декремента в 1-раз.
На основании измеренных данных с использованием известных формул для жесткого плоского стержня были рассчитаны значения упругого и вязкого модулей материала образца на изгиб.
Анализ результатов позволил выбрать составы, обладающие максимальной жесткостью (рисунок 1, таблицы 1 и 2).
Результаты исследований показали, что введение добавок наночастиц различной природы приводит к увеличению значения IЕ* I до 45%. При оценке демпфирующей способности образцов исследуемых композиций было выявлено, что введение только силикатных наноча-стиц способствует ее снижению. Величина tgЗ растет при добавлении к исходной композиции (№ 9) разбавителя-эластификатора за счет появления гибких, подвижных фрагментов в жесткой сетке химических связей образующегося полимера (например, составы № 7, 8, 24, 25, 30), но при этом жесткость немного «падает». Но если в такие композиции добавить силикатные наночастицы, то демпфирование снижается за счет образования более жестких, упорядоченных структур, состоящих из взаимопроникающих сеток (сравните связующие № 16, 19, 20 с составом № 24). Поэтому указанные наночастицы служат регуляторами демпфирующих свойств эпоксидных композиций.
Рисунок 1. Взаимосвязь компонент комплексного модуля упругости
(цифрами обозначены номера образцов композиций)
Таблица 1
Динамические _ характеристики образцов эпоксидных композиций _____
№ образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 13 14 15 16 19
Компоненты композиций отвер-дитель Этал-45М • • • • • • • • • • • • • • •
Б-400
разбавители ТГМ-3 • • • • • • • •
Лапролат-301 • •
Лапрол
ПБН-М
ТЭОС-40
ЭТС-40
нанодобавки €N1 • • • • •
КВ-70 • • • • • • •
Воксил-045
ОБТ • • • •
ПОБТМ • •
микросферы •
слюда • •
СКТН • • •
1Е* |, МПа 2651 4598 2715 3910 2767 3734 2495 2820 3227 3675 3660 2506 3705 3615 3657
Е', МПа 2647,4 4591,7 2710,1 3805,5 2764,1 3729,1 2492,1 2816,9 3225,4 3673,5 3658,4 2503,8 3702,9 3613,4 3655,0
0,0522 0,0525 0,0601 0,0485 0,0462 0,0515 0,0481 0,0471 0,0312 0,0289 0,0296 0,0421 0,0334 0,0300 0,0334
Е'', МПа 138,2 241,1 162,9 184,6 127,7 192,0 119,9 132,7 100,6 106,2 108,3 105,4 123,7 108,4 122,1
Динамические характе]
Продолжение таблицы 1
№ образца 20 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39
Компоненты композиций отвер-дитель Этал-45М •
Б-400 • •
разбавители ТГМ-3
Лапролат-301 • •
Лапрол • • •
ПБН-М • • • • • • •
ТЭ0С-40 • •
ЭТС-40 • • •
нанодобавки €N1 • •
КВ-70 •
Воксил-045 • •
ОБТ • • • •
ПОБТМ
микросферы • •
слюда
СКТН • • •
1Е* |, МПа 3079 2772 2820 3083 2080 3534 1698 1852 2592 2082 1879 2384 2066 2359 1664 3679
Е', МПа 3068,5 2765,6 2816,8 3081,3 2078,7 3532,2 1694,3 1848,7 2589,0 2079,2 1875,4 23,81,7 2063,8 2356,3 1661,2 3674,7
0,0414 0,0683 0,0475 0,0328 0,0350 0,0321 0.)659 0,0598 0,0483 0,0522 0,0621 0,0442 0,0462 0,0481 0,0586 0,0484
Е'', МПа 127,0 188,9 133,8 101,1 72,8 113,4 111,7 110,6 125,0 108,5 116,5 105,3 95,4 113,3 97,3 177,9
Таблица 2
Композиции с наибольшим динамическим модулем упругости _
№ образца 1 Е* |, МПа Е', МПа Е'', МПа
2 4598 4591,7 0.0525 241,1
4 3810 3805,5 0,0485 184,6
28 3534 3532,2 0,0321 113,4
6 3734 3729,1 0,0515 192,0
15 3705 3702,9 0,0334 123,7
39 3679 3674,7 0,0484 177,9
12 3675 3673,5 0,0289 106,2
13 3660 3658,4 0,0296 108,3
19 3657 3655,0 0,0334 122,1
16 3615 3613,4 0,0300 108,4
Добавка разбавителей необходима для снижения вязкости исходной эпоксидной смолы и повышения жизнеспособности системы, уменьшения экзотермического эффекта реакции, что способствует увеличению смачиваемости, получению менее дефектной структуры и снижению уровня остаточных напряжений, а также снижению хрупкости отвержденного полимера. Наиболее эффективными из исследованных разбавителей оказались ПБН-М и ТГМ-3, но в большей степени первый, так как минимально снижает IЕ* I (сравните составы №9 и 26, №9 и 8, №9 и 24). Этот разбавитель, кроме того, практически не повышает значение tgL у эпоксидных композиций (сравните состав № 26 в сравнении с № 9) и поэтому добавка органобенто-нитов в такие составы практически не изменяет демпфирование (составы № 26 и 28).
Эпоксидные олигомеры модифицированные мале-инизированным бутадиен-нитрильным каучуком марки ПБН-М обладают более густосшитой сеткой химических связей, как следствие, повышенной прочностью в условиях воздействия ударных, вибрационных и термических нагрузок, повышенным удлинением при разрыве и пониженной хрупкостью.
Добавки кремнийорганических соединений (ТЭОС-40 и ЭТС-40) хотя и понижают величину IЕ* I по сравнению с исходной композицией и составами с добавкой ПБН-М (сравните составы №29 и 38 с №26), необходимы в качестве гидрофобизаторов порошковых наполнителей типа органобентонитов и волластонитов, так как это снижает водопоглощение наполнителей (до 2 раз по сравнению с наполнителями, необработанными гидрофобиза-тором) и увеличивает адгезию связующего к наполнителю. ТЭОС-40 и ЭТС-40 способствуют установлению
более прочных химических связей наполнителя со связующим, за счет чего прочность материала может повышаться до 25 J30%. Кроме того, порошкообразные наполнители, обработанные кремнийорганическими гидрофобизаторами, значительно лучше смешиваются с каучуками (сравните состав .№39 с исходной композицией №9).
При индивидуальном введении углеродных нано-трубок в состав эпоксидных композиций не только не происходит роста значений динамического модуля упругости, наоборот, \Е*\ снижается, a tg I значительно возрастает (сравните составы № 14 и № 9).
Список литературы
1. Смотрова С.А. О возможности использования наноматериалов и нанотехнологий для изготовления конструкций ДПМ, применяемых при изучении явлений аэроупругости в АДТ. - Труды ЦАГИ, 2007, вып. 2672. - с.188-193.
2. Смотрова С.А., Осипчик В.С., Одинцев И.Н. Применение полимерных композиционных материалов с добавками наночастиц для изготовления динамически подобных моделей летательных аппаратов. -Полет, декабрь, 2008. - с.83-86.
3. Смотрова С.А., Осипчик В.С., Смотров А.В. Создание эпоксидных связующих нового поколения для ПКМ, используемых при изготовлении агрегатов натурных конструкции ЛА и их ДПМ. Труды Всероссийской конференции «Механика и наномеха-ника структурно-сложных и гетерогенных сред. Успехи, проблемы, перспективы», М.: ИПРИМ РАН, 2010. - с.141-149.
ВЛИЯНИЕ ИСКАЖЕНИИ ФОРМЫ АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА НА ТОЧНОСТЬ ОЦЕНКИ ЕГО ИНФОРМАТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Морозов Анатолий Петрович
Канд. технич. наук, доцент кафедры ЭГА и МТ института Нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ, г. Таганрог
Снесарев Сергей Стефанович
Ст. преподаватель кафедры ЭГА и МТ института Нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ, г. Таганрог
В ультразвуковой дефектоскопии изделий из слож-ноструктурных материалов из-за наличия неоднородно-стей при передачи импульсных акустических сигналов возникают временные искажения формы сигнала. Так, при зондировании сигналом с прямоугольной огибающей эхо-сигнал имеет форму, отличную от прямоугольной из-за увеличения времени нарастания и спада [1]. Влияние времени нарастания огибающей сигнала на точность оценки неэнергетических параметров рассматривалась в ряде работ [2,3].
Однако, известные результаты получены для эффективных оценок и не позволяют количественно оценить влияние непрямоугольности формы сигнала на точность оценки энергетических параметров (амплитуды и длительности) сигнала.
Целью работы является исследование влияния времени нарастания и спада импульсного сигнала на точность
совместной оценки вектора параметров Л , закодированных в огибающей эхо-сигнала на фоне гауссова белого шума.
Для достижения указанной цели, из всего многообразия используемых в ультразвуковой дефектоскопии сиг-
налов, необходимо выбрать модель сигнала форма огибающей которого может меняться от прямоугольной до колокольной. Таким свойством обладает сигнал с колокольной огибающей п - го порядка [4]
Sn (t,A) = A exp
— \b t—^
n
cos (2n f + (1)
где п = 2,4,6,, A - амплитуда, Т - эффективная длительность, ^ - время задержки, / и р - несущая частота и
фаза сигнала, Ьп - коэффициент нормировки.
Используя «энергетический» подход к определению эффективной длительности сигнала, можно найти коэффициент нормировки
b = 2
■Г
n +1
где Г (•) - гамма функция.
Если считать, что время нарастания А сигнала равно интервалу времени, в течении которого огибающая сигнала возрастает от 0,1А до 0,9А, то для сигнала (1) имеем
2
т
n—1
n
n
