CC BY
4
машиностроение
МРНТИ 55.01.81
https://doi.org/10.48081/ZFSP1647
А. А. Барзов1, *В. с. Пузаков2, А. В. Кузнецов3
1 Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Российская Федерация, г. Москва;
2ООО «Бюро Энергетика», Российская Федерация, г. Раменское; 3Филиал АО «ОДК» «НИИД», Российская Федерация, г. Москва
вероятностная модель процесса эрозии материалов при энергоэкстремальном гидроструйном воздействии
Предложена вероятностная модель интенсивности процесса эрозионного разрушения поверхностного слоя материала при действии на него энергоэкстремальной гидроструи. Описана принципиальная схема практического определения физически-обусловленных характеристик сопротивляемости материала объекта исследований появлению поверхностных технологических дефектов и их развитию до критических значений в процессе эксплуатации. Представлена концепция ускоренного определения трудноидентифицируемых параметров состояния поверхностного слоя исследуемого объекта (например концентрация субмикродефектов, характеризующих состояние материала изделия) путём анализа информативных признаков энергоэкстремальной гидроструйной эрозии (ЭГЭ), в первую очередь, макро- и микротопографии поверхности локально сформированной гидрокаверны и масс-геометрического распределения эродированных при её образовании частиц. Экспериментальная верификация информационно-диагностических признаков модели обеспечивает возможность оперативного определения параметров материала, которые характеризуют его эксплуатационно-технологические свойства, в том числе с учётом их случайных отклонений. Эти трудноопределяемые параметры состояния конструкционных материалов необходимы для повышения достоверности различных функционально-ресурсных расчётов, в первую очередь для изделий повышенной надежности. Дальнейшее развитие предложенной методики и более детальное вероятностно-формализованное описание процесса ЭГЭ и его функционально-физических результатов, позволит реализовать возможность малоинвазивной диагностики состояния материала объекта анализа и/или изучения тонких механизмов формирования его поврежденности, в первую очередь с учётом фактора эксплуатационно-технологической наследственности.
Ключевые слова: диагностика свойств материалов, энергоэкстремальная гидроструйная эрозия, напряженно-деформированное состояние, теоретическая вероятностная модель, наследственность.
Введение
Процесс интенсивной эрозии поверхностного слоя материала под действием энергоэкстремальной гидроструи (ЭГС) является физической основой различных операционных технологий, в первую очередь сложно-профильного раскроя листовых заготовок и очистки поверхностей изделий от трудноудаляемых наслоений типа следов коррозии или накипи [1, 2]. В последнее время этот процесс предложено использовать для получения уникальных нано- и микросуспензий, формируемых на основе диспергируемых ЭГС частиц материала твердотельной мишени [3], а также как средства экспресс-определения физико-механических свойств (ФМС) поверхностного слоя объекта исследования, например степени его поврежденности [4, 5]. Поэтому разработка моделей, связывающих информативно-диагностические признаки, главным образом масс-геометрические характеристики массива эродируемых ЭГС частиц материала-мишени, с параметрами его функционального состояния и режимами эрозионного воздействия гидроструи является актуальной научно-прикладной задачей.
Выполненные в этом направлении исследования, представленные, например в классических работах [6, 7], не в полном объёме учитывают реально существующий локальный разброс и/или микроанизотропию ФМС материалов, которые оказывают значимое влияние на кинетику протекания процесса энергоэкстремальной гидроструйной эрозии (ЭГЭ) и, как следствие, на его результирующие характеристики в виде масс-геометрического распределения эродированных ЭГС частиц материала поверхностного слоя объекта исследования. В связи с этим вероятностная формализация степени влияния параметров нестабильности свойств материала, подвергнутого действию ЭГС, на отличительные физические признаки процесса ЭГЭ может оказаться весьма полезной, как инструмент получения дополнительной контрольно-диагностической и/или научно-исследовательской информации о параметрах функционального качества поверхностного слоя самых различных объектов анализа (ОА) на ключевых этапах их жизненного цикла. Материалы и методы
С физической точки зрения единичный акт ЭГЭ, состоящий в отделении от поверхности материала твердотельной мишени дисперсной частицы под действием ЭГС определяется как результирующая совокупность двух симультанно-взаимосвязанных процессов:
-дискретно-кинетического формирования эродированной частицы, имеющей соответствующий характерный размер;
- временем, за которое произошло отделение данной дисперсной частицы от исходной поверхности.
Следует подчеркнуть, что основным фактором, влияющим на эти характеристики ЭГЭ, анализ которых позволяет оценить масс-геометрическую кинетику данного процесса и рассчитать его интенсивность, является наличие определенных несовершенств, например субмикро- и микротрещин в поверхностном слое твердотельной мишени в зоне воздействия на него ЭГС. Тогда, следуя логике математической формализации степени влияния
масштабного фактора [8, 9] на возможность наличия потенциально опасного дефекта в рассматриваемом объёме материала вероятность его появления в поверхностном слое ОА толщиной будет определяться как:
где Р^) - вероятность наличия потенциально опасного, функционально значимого для кинетики протекания процесса ЭГЭ дефекта в данный момент времени анализа, расположенного в поверхностном слое материала ОА при действии на него ЭГС;
Р=со^1 - квазипостоянный структурный параметр, характеризующий среднюю концентрацию этих дефектов в материале ОА, который в данном случае имеет размерность Щ"1.
Схематично, расчётная схема процесса ЭГЭ и, в частности, изменение экспоненциально-вероятностной зависимости (1) представлена на рисунке 1.
Необходимо подчеркнуть весьма сложную, по сути, функциональную структуру параметра в, которая фактически определяется наличием в анализируемом объёме материала ОА исходных технологических дефектов, а также возможностью зарождения новых микроструктурных несовершенств при действии ЭГС на рассматриваемую поверхность. Кроме этого, физически обусловленная сопротивляемость конкретного материала ОА появлению, а главное, развитию до критических значений размеров данных дефектов является важнейшей эксплуатационно-технологической характеристикой практически всех конструкционных материалов и изделий из них в условиях жёсткого термосилового нагружения. В связи с этим, условно значение в в (1) можно представить в следующем символическом виде:
где в(1) - комплексный, пока функционально-латентный параметр, интегрально отражающий координатно-кинетическую топографию дефектности (1) материала ОА на ключевых этапах его жизненного цикла, в частности при изготовлении и/ или эксплуатации;
вт (1., 1) и вЭ (1., 1) - соответственно слагаемые в(1), ответственные за исходную топографию (1. и 1. ) дефектности материала и её изменения во времени (1., 1. ) на этапах технологического формирования (Т) и эксплуатации (Э) конкретного ОА.
Таким образом (1) с учётом (2) позволяют количественно формализовать масс-геометрический результат процесса ЭСЭ. Действительно, используя стандартную методику проведения имитационного моделирования, например методом Монте-Карло [10], не сложно получить массив значений которые определяют геометрию эродируемых частиц, например их характерный размер в виде осредненного диаметра dk, где к=1,2...п - общее число разыгрываний,
P(h)=1-exp (-ßh)
(1)
ßO)=ßT ii )+ß3 L)
(2)
событий, состоящих в отделении эродированных частиц. Эта процедура позволяет получить функцию распределения: тк=А^), где тк - число эродированных частиц с диаметром dk, который находится в интервале изменения: dk 1^к^к+1, где к - в данном случае, общее число градаций частиц по размерам. Результаты и обсуждения
Проблема состоит в том, что совокупность вычислений по (1) с учётом (2) позволяет, по сути, рассчитать только интегральное масс-геометрическое распределение частиц, как функцию от концентрации физически значимых потенциально «диспергирующих» поверхностный слой материала ОА дефектов. Поэтому для конкретизации процесса ЭГЭ необходимо определить время, за которое происходит отделение эродируемой частицы от поверхности материала ОА. В этом случае появляется реальная возможность дифференциальной оценки кинетики процесса ЭГЭ, в том числе расчёта изменения глубины гидрокаверны, в месте воздействия на поверхность изучаемого материала ЭГС, как информационно важного и весьма технологично измеряемого диагностического параметра его состояния, связанного с ФМС поверхностного слоя ОА.
Анализ показал, что одной из зависимостей, позволяющих ситуационно-адекватно рассчитать время до разрушения локальной зоны поверхностного слоя материала ОА, является кинетическая или термофлуктуационная теория длительной прочности твердых тел акад. С. Н. Журкова, развиваемая его учениками [11]. В канонической форме эти фундаментально-классическая зависимость имеет следующий вид:
- = г.-^:-; - - .-.т; (3)
где ^ - время до разрушения материала ОА при действии на него механических растягивающих напряжений а при абсолютной температуре Т;
t0 - постоянная, близкая к периоду тепловых колебаний атомов; ио - энергия квазиактивации процесса разрушения материала, близкая к энергии его сублимации;
к - постоянная Больцмана;
у - структурно-чувствительный коэффициент, отражающий степень перенапряжения на межатомных связях и во многом определяемый технологией формирования материала конструкции ОА.
J
2
сг = fiu / ) \ Р
1,о Р(х)
и—►
X
Рисунок 1 - Расчетная схема для вероятностного моделирования процесса энергоэкстремальной гидроструйной эрозии (ЭГЭ)
На рисунке обозначено: 1 - энергоэкстремальная гидроструя (ЭГС); 2 - поверхность материала объекта анализа (ОА); 3 - вероятностная зависимость наличия эрозионно-формирующих дефектов в материале ОА, например субмикро- и микротрещин; 4 - координатное изменение квазистабильных механических напряжений; 5 - характер изменения нестационарно-волновых напряжений; 6 - результаты имитационного моделирования методом Монте-Карло; 7 - результирующая вероятность формирования эродированной частицы с учётом напряженно-деформированного состояния (НДС) поверхностного слоя материала ОА; 8 - исходный микродефект длиной К; 9 - приращение Д//; 10 - формирующийся новый дефект длиной (/; 11 - приращение 10 на величину Д(/.
Тогда подстановка в (3) значений о^к) и Т(Ьк), т.е. параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние (НДС) и температуру на глубине hk поверхностного слоя материала ОА в зоне воздействия на него ЭГС, позволяет определять время до разрушения tk. Очевидно, что в рамках данной теории [11] это время tk необходимо на формирование эродированной частицы с диаметром, примерно равным hk.
Таким образом, появляется возможность путем применения (3) в симультанном сочетании с расчётами по (1) с использованием результатов имитационного моделирования для конкретных значений, согласно (2), рассчитывать соответствующие численные реализации изменений масс-геометрических характеристик процесса ЭГЭ. Причём информационно-диагностически важно, что
эти характеристики функционально связанны с ФМС материала поверхностного слоя ОА и его НДС, которое определяется уровнем термосилового воздействия ЭГС. Заметим, что эффективным средством вычисления НДС в зоне воздействия ЭГС является аппарат конечно-элементного моделирования [12], который в последнее время все чаще пользуется для решения данной и аналогичных задач энергоэкстремальной гидродинамики [13].
На практике использование выше предлагаемой модели позволяет подойти к эффективному экспресс-решению, по сути, обратной задачи, которая состоит в следующем: по результатам кратковременного тестового воздействия ЭГС на материал ОА путём анализа информативных признаков ЭГЭ, в первую очередь, макро- и микротопографии поверхности локально сформированной гидрокаверны и масс-геометрического распределения эродированных при её образовании частиц, производится сравнительная оценка трудноопределяемых иным способом параметров. Эти параметры, например исходная концентрация неидентифицируемых субмикродефектов, характеризует технологическое и/или ресурсно-эксплуатационное состояние поверхностного слоя изучаемого изделия или исследуемого образца. Причем предлагаемый подход к интерпретации экспериментально полученных параметров ЭГЭ в сочетании с общей структурой вероятностной модели этого процесса обеспечивает её необходимую для научно-прикладного использования конкретизирующую верификацию численных коэффициентов в соответствующих зависимостях.
Таким образом, экспериментально верифицированная вероятностная модель процесса ЭГЭ является неотъемлемой составляющей аппарата малоинвазивной технологии экспресс-определения параметров функционального качества поверхностного слоя различных ОА, в первую очередь ответственного назначения, на основных этапах их жизненного цикла. Схематично, роль предлагаемой модели в общей структуре информационно-диагностического обеспечения качества представлена на рисунке 2.
Следует подчеркнуть, что для повышения достоверности результатов моделирования необходимо уточнить характер взаимодействия ЭГС с диагностируемым поверхностным слоем материала ОА. В первую очередь требуется оценить степень влияния динамических изменений в его НДС, которые обусловлены ударно-волновым характером воздействия ЭГС, в том числе на координатную кинетику формирования критической поврежденности [12-14] в зоне диагностирования. Именно эти быстропротекающие изменения во многом ответственны за информационно-значимые особенности образования дискретного массива дисперсных эродированных частиц и в целом за размеры гидрокаверны. Поэтому для снятия допущения о квазистационарном характере изменения НДС проведем следующие феноменологически обоснованные рассуждения.
Пусть на протяжении достаточно малого интервала времени НДС материала поверхностного слоя можно считать стабильным. Тогда, с учётом (3) вероятность формирования поврежденности критического уровня [14, 15] в этой анализируемой зоне следует оценить отношением вида:
(4)
где t . - прогнозируемое время до разрушения, т.е. время, затрачиваемое на
р1
формирование критической поврежденности в зоне анализа, при стабильных значениях а. и Т, определяемый по соотношению (3).
Рисунок 2 - Применение модели для информационно-диагностического обеспечения поэтапного формирования функционального качества изделий
Тогда, вполне очевидно, что для реализации процесса разрушения при изменяющихся значениях необходимо выполнение условия вида:
1 = £Г=1
(5)
или после предельного перехода в (5), т.е. при п Д£г- -» 0; с ас
учётом (3) и (4) будем иметь:
1= —- .-= г ^О^ (6)
где ^ - время до разрушения локальной зоны материала при ярко выраженном нестабильном термосиловом воздействии на него, т.е. при вариативном НДС.
Заметим, что фактически (5) и интегральное соотношение (6) полностью соответствуют известному в механике разрушения принципу Бейли или возможности линейного суммирования поврежденностей [11,15]. Схематично данное обстоятельство отражено позицией (5) на рисунке Рисунок 1 в виде наложения волн упругой деформации на квазистабильную картину НДС.
Заключительным этапом расширения функциональных возможностей предлагаемого вероятностного подхода к моделированию ЭГЭ, а также других физически аналогичных процессов диспергирования твёрдых тел, например фрикционного износа контактных поверхностей, следует считать установление взаимно-однозначного соответствия между, по сути, вероятностным характером топографии распределения и изменения дефектности (поврежденности) материала и его НДС. Для формализации этой взаимообусловленности используем одну из основополагающих зависимостей механики разрушения [7] в каноническом виде:
где I - критическая длина трещины, а
о - напряжение, растяжение, приводящее к самопроизвольному увеличению ;
Кс - коэффициент интенсивности напряжений, являющейся важнейшей характеристикой ФМС исследуемого материала.
Далее, вполне обосновано полагая что (3 в (2) обратнопропорционально длине весьма локальной трещины или характерному размеру микродефекта с учётом (7) базовая зависимость (1) примет после некоторых преобразований вид:
где Р(1) - как и ранее, вероятность отделения эродированной частицы с характерным размером, например диаметром 11, из-за развития диспергирующего дефекта на данной глубине от поверхности ОА под действием ЭГС;
рс - давление торможения ЭГС о поверхность ОА;
кр - коэффициент, уравнивающий размерности в знаменателе (8) и определяющий глубину эффективного действия ЭГС:
На рисунке 1 показан характер изменения (8), который физически вполне соответствует реалиям взаимодействия НДС и топографии микродефектов в материале поверхностного слоя ОА.
Таким образом, вычисления по (8), например путём имитационного моделирования, в сочетании с оценками по (6) дают возможность определить количественно локальную интенсивность процесса ЭГЭ и, как следствие, формализовать кинетику образования информационно-значимой гидрокаверны глубиной к
Л = Ь*ЛРг; 9 = £7=1*1
где И - локальная скорость увеличения глубины гидрокаверны (мм/с);
п - количество последовательно анализируемых диспергированных ЭГС частиц материалов ОА.
Сопоставление Н, к. и Ъ с с экспериментально наблюдаемыми закономерностями ЭГЭ позволит разработать инженерно-физическую методику экспресс-определения параметров функционального состояния поверхностного слоя материала различных ОА, что подчеркивает научно-прикладную значимость предлагаемого подхода. В дальнейшем, еще более детальное вероятностно-формализованное описание процесса ЭГЭ и его функционально-физических результатов, даст реальную возможность диагностирования и/или изучения тонких механизмов формирования поврежденности материала, в первую очередь с учётом фактора эксплуатационно-технологической наследственности [16].
Выводы
Вероятностное моделирование процесса ЭГЭ создаёт формализованную основу для целенаправленного экспериментального изучения и интегро-дифференциального анализа масс-геометрических характеристик массива эродированных ЭГС частиц материала поверхностного слоя различных ОА. Причем отличительной чертой предлагаемого подхода является симультанное сочетание необходимых и достаточных условий для осуществления процесса ЭГЭ. К необходимым условиям относится вариативная топография дефектности материала, а к достаточным - требуемый уровень термосилового воздействия на него в течении определенного времени. Таким образом, в результате реализации процедуры моделирования появляется возможность адекватного формирования соответствующих информационно-диагностических признаков ЭГЭ, ответственных за состояние материала поверхностного слоя, его локальные ФМС. В перспективе предлагаемая модель и её некоторые экспериментально
(9)
определяемые параметры могут оказаться весьма востребованными при расчётах остаточного ресурса конструкций с высокими требованиями по надежности, а также на этапе технологической подготовки производства изделий из новых, в том числе композиционных и аддитивно получаемых материалов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Development of water jet cutting and study on different parameters [Text] / W. Khalid, M. Hussain, M. Nasir Bashir, M. M. Quaz, Imran Ali, Jahanzeb Bhatti, Hammad Ur Rehman // Journal of Applied and Physical Sciences. - 2019. - Vol. 5(3). - P. 81-87. - ISSN 2414-3103.
2 An experimental and numerical study of water jet cleaning process [Text] / Anirban Guhaa, Ronald M. Barrona, B. Ram Balachandarc. // Journal of Materials Processing Technology. - 2011. - Vol. 211. - P. 610-618. - ISSN 0924-0136.
3 Балашов, О. Е. Ультраструйная технология получения микросуспензий [Текст] : монография. / О. Е. Балашов, А. А. Барзов, А. Л. Галиновский, Н. К. Литвин, Н. Н. Сысоев, В. Д. Шашурин. - М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. -352 с.
4 Абашин, М. И. Ультраструйная мезодиагностика [Текст]: монография. / М. И. Абашин, А. А. Барзов, А. Л. Галиновский, Н. Н. Сысоев, П. Н. Сысоев. - М. : МГУ имени М. В. Ломоносова. Физический факультет. 2020. - 250 с.
5 Барзов, А. А. Ультраструйная 3D-диагностика [Текст] : монография. /
A. А. Барзов, А. Л. Галиновский, Н. Н. Сысоев, Цзя Чженьюань. - М. : МГУ имени М. В. Ломоносова. Физический факультет, 2020. - 142 с.
6 Прис, К. Эрозия [Текст] : учеб. для вузов / Под ред. К. Прис. - М. : Мир, 1982. - 464 с.
7 Черепанов, Г. П. Механика хрупкого разрушения [Текст] : учебное пособие / Г. П. Черепанов. - М. : Наука, 1974. - 640 с.
8 Фрейденталь, А. М. Статистический подход к хрупкому разрушению [Текст] / А. М. Фрейденталь // Разрушение / Под ред. Г. Либовица. - М. : Мир. 1975. - Т.2. - C. 616-645.
9 Барзов, А. А. Масштабный фактор (феноменология и физико-технологические применения) [Текст] : монография. / А. А. Барзов, А. И. Денчик, М. А. Прохорова, Н. Н. Сысоев. - М. : МГУ имени М. В. Ломоносова. Физический факультет. -2020. - 194 с.
10 Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика [Текст] : учеб. для вузов / В. Е. Гмурман. - М. : Высшая школа, 2004. - 479 с.
11 Регель, В. Р. Кинетическая природа прочности твердых тел [Текст] : монография / В. Р. Регель, А. И. Слуцкер, Э. Е. Томашевский. - М. : Наука. 1974. -560 с.
12 Колпаков, В. И. Импульсные технологии [Текст] : учебное пособие /
B. И. Колпаков, А. Л. Галиновский, Л. В. Судник, А. А. Илюхина. - Старый Оскол : ТНТ, 2022. - 432 с.
12 Абашин, М. И. Ультраструйная гидродинамика [Текст]: монография / М. И. Абашин, А. А. Барзов, А. Л. Галиновский, И. В. Мазаева, Н. Н. Сысоев. - М. : МГУ имени М. В. Ломоносова. Физический факультет. 2015. - 308 с.
13 Работнов, Ю. Н. Введение в механику разрушения [Текст] : учебное пособие / Ю. Н. Работнов. - М.: Наука. 1987. - 79 с.
14 Барзов, А. А. Эмиссионная технологическая диагностика [Текст]: учебное пособие / А. А. Барзов. - М.: Машиностроение, 2005. - 384 с.
15 Баданина, Ю. В. Диагностика физико-технологической наследственности [Текст]: монография / Ю. В. Баданина, А. А. Барзов, Галиновский А. Л., Н. Н. Сысоев. - М. : МГУ имени М. В. Ломоносова, Физический факультет, 2018. - 304 с.
REFERENCES
1 Development of water jet cutting and study on different parameters [Text] / W. Khalid, M. Hussain, M. Nasir Bashir, M. M. Quaz, Imran Ali, Jahanzeb Bhatti, Hammad Ur Rehman // Journal of Applied and Physical Sciences - 2019, - Vol. 5(3) - P. 8187.- ISSN: 2414-3103.
2 An experimental and numerical study of water jet cleaning process [Text] / Anirban Guhaa, Ronald M. Barrona,b, Ram Balachandarc // Journal of Materials Processing Technology - 2011, - Vol. 211 - P. 610-618. - ISSN: 0924-0136.
3 Ultrajet technology for obtaining microsuspensions [Text] / O.E. Balashov, A.A. Barzov, A.L. Galinovsky, N.K. Litvin, N.N. Sysoev, V.D. Shashurin. - Moscow : Bauman Moscow State Technical University, 2011. - 352 p.
4 Ultrajet mesodiagnostics [Text] /M. I. Abashin, A. A. Barzov, A. L. Galinovsky, N. N. Sysoev, P. N. Sysoev. - Moscow : Lomonosov Moscow State University. Department of Physics. 2020. - 250 p.
5 Ultrajet 3D diagnostics [Text] / A. A. Barzov, A. L. Galinovsky, N. N. Sysoev, Jia Zhenyuan. - Moscow : Lomonosov Moscow State University. Department of Physics, 2020. - 142 p.
6 Erosion [Text] / K. Pris. - Moscow : Mir, 1982. - 464 p.
7 Brittle fracture mechanics [Text] / G.P. Cherepanov. - M.: Science, 1974. - 640 p.
8 Statistical approach to brittle fracture [Text] / A. M. Freudenthal // Destruction / Ed. G. Liebovica. Moscow : Mir. 1975. - V.2. - C. 616-645.
9 Scale factor (phenomenology and physical and technological applications) [Text] / A. A. Barzov, A. I. Denchik, M. A. Prokhorova, N. N. Sysoev. - Moscow : Lomonosov Moscow State University. Department of Physics. - 2020, - 194 p.
10 Probability theory and mathematical statistics [Text] / V. E. Gmurman. - Moscow : Higher school, 2004. - 479 p.
11 Kinetic nature of the strength of solids [Text] / V. R. Regel, A. I. Slutsker, E. E. Tomashevsky. - Moscow : Science. 1974. - 560 p.
12 Impulse technologies [Text] / V. I. Kolpakov, A. L. Galinovsky, L. V. Sudnik, A. A. Ilyukhin. - Stary Oskol : TNT, 2022. - 432 p.
13 Ultrajet hydrodynamics [Text] / M. I. Abashin, A. A. Barzov, A. L. Galinovsky, I. V. Mazaeva, N. N. Sysoev. - Moscow : Lomonosov Moscow State University. Department of Physics, 2015. - 308 p.
14 Introduction to fracture mechanics [Text] / Yu. N. Rabotnov. - Moscow : Science, 1987. - 79 p.
15 Emission technological diagnostics [Text] / A. A. Barzov. - Moscow : Mashinostroenie, 2005. - 384 p.
16 Diagnosis of physical and technological heredity [Text] / Yu. V. Badanina, A. A. Barzov, Galinovsky A. L., N. N. Sysoev. - Moscow : Lomonosov Moscow State University. Department of Physics, 2018. - 304 p.
Материал поступил в редакцию 16.09.22.
A. A. Barzov1, *V. S. Puzakov2, A. V. Kuznetsov3
1Lomonosov Moscow State University, Russian Federation, Moscow 2LLC «Bureau Energy», Russian Federation, Ramenskoye 3JSC «United Engine Corporation» Branch «NIID» Material received on 16.09.22
PROBABILISTIC MODEL FOR EXTREME-ENERGY HYDROJET IMPACT PROCESS OF MATERIAL EROSION
Probabilistic model of the intensity of the erosion destruction process of the material surface layer under the action of an extreme-energy hydrojet is proposed. A schematic diagram, shows the practical determination of the physically determined characteristics of the research object material resistance to the surface technological defects appearance and to its development to critical values during operation is described. Represented the concept of accelerated determination of hard-to-identify parameters of the surface layer state of the studying object (for example, the concentration of submicrodefects characterizing the state of the material of the product) by informative features of extreme energy hydrojet erosion (EHE), first of all, the macro- and microtopography of the locally formed hydrocavern surface and eroded during its formation ofparticles mass-geometric distribution.
Experimental verification of the information-and-diagnostic features of the model provides the possibilityfor quickly determining the material parameters that characterize its operational and technological properties, including their random deviations. These difficult-to-determine parameters of the structural materials state are necessary to improve the reliability of variousfunctional resource calculations, primarily for increased reliability products. Further development of the proposed methodology and a more detailed probabilistic-formalized description of the EHE process and its functional and physical results will make it possible to realize the ability ofminimal-invasive diagnostics ofthe object ofanalysis material state and/or study ofthe subtle mechanisms ofits damage formation, primarily considering with the operational and technological heredity factor.
Keywords: material-properties diagnostics, extreme-energy hydrojet erosion, stressstrain state, theoretical probabilistic model, heredity.
А. А. Барзов1, *В. С. Пузаков2, А. В. Кузнецов3
1М. В. Ломоносов атындаFы Мэскеу мемлекетлк университет^
Ресей Федерациясы, Мэскеу к;
2«Бюро Энергетика» ЖШ^, Ресей Федерациясы, Раменское к; 3«ОДК» «НИИД» А^ филиалы, Ресей Федерациясы, Мэскеу к; Материал баспаFа тYстi 16.09.22
ЭНЕРГИЯ ЭКСТРЕМАЛДЫ ГИДРОЦ¥РЫЛЫСТЬЩ ЭСЕР1НЕН МАТЕРИАЛДАРДЫЦ ЭРОЗИЯ ПРОЦЕС1НЩ ЬЩТИМАЛДЫ МОДЕЛ1
Материалдыц бетт цабатыныц эрозиялыц бузылу процестщ царцындылыгыныц ыцтималды моделi оган экстремалды гидрострукция эсер еткен кезде усынылады. Зерттеу объектiсi материалыныц беттт технологиялыц ацаулардыц пайда болуыта жэне оларды пайдалану процестде сыни мэндерге дейт дамытуга твзiмдiлiгiнщ физикалыц негiзделген сипаттамаларын практикалыц аныцтаудыц схемалыц диаграммасы сипатталган. Зерттелетт объекттщ бетт цабатыныц жай-куттц циын аныцталатын параметрлерт (мысалы, втм материалыныц жай-куйт сипаттайтын субмикродефекттердщ концентрациясы) энергетикалыц экстремалды гидроструальды эрозияныц (ЭГЭ) ацпараттыц белгшерт, ец алдымен жергiлiктi цалыптасцан гидрокаверна беттщ макро-жэне микротопографиясын жэне оныц пайда болуы кезтде эрозияга ушыраган бвлшектердщ массалыц-геометриялыц таралуыт талдау арцылы жедел аныцтау тужырымдамасы усынылган. Модельдщ ацпараттыц-диагностикалыц сипаттамаларын эксперименттт тексеру оныц операциялыц жэне технологиялыц цасиеттерт сипаттайтын материалдыц параметрлерт, соныц штде олардыц кездейсоц ауыгтцуларын ескере отырып, жедел аныцтауга мумктдт бередi. Курылымдыц материалдар жагдайыныц бул циын аныцталатын параметрлерi эр тyрлi функционалды-ресурстыц есептеулердщ сеншдтшн арттыру ушт цажет, ец алдымен сетмдыг жогары втмдер ушт. Усынылган Эдктемет одан эрi дамыту жэне ЭЭЖ процест жэне оныц функционалдыц-физикалыц нэтижелерт негурлым егжей-тегжейлi ыцтималды-формальды сипаттау талдау объектс материалыныц жай-кушн аз инвазивтi диагностикалау жэне/немесе оныц зацымдануыт цалыптастырудыц нэзт тетттерт, ец алдымен пайдалану-технологиялыц туцым цуалаушылыц факторын ескере отырып зерттеу мумктдшн кке асыруга мумктдт бередi.
Шлттг свздер: материалдар цасиеттертщ диагностикасы, энергиялыц экстремалды гидрожYйелiк эрозия, кернеулг-деформацияланган куй, теориялъщ ыцтималдыц моделг, туцым цуалаушылыц.
