Майникова Нина Филипповна

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО ТепловОГО КОНТРОЛЯ

ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ

В ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ

05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды,

веществ, материалов и изделий

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Тамбов 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ТГТУ).

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Мищенко Сергей Владимирович

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор Карташов Эдуард Михайлович

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Шатерников Виктор Егорович

Доктор технических наук, профессор Герасимов Борис Иванович

Ведущая организация: ЗАО НИИИН МНПО «Спектр», г. Москва

Защита диссертации состоится 23 ноября 2007 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.260.01 Тамбовского государственного технического университета по адресу: г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, Большой зал.

Отзывы в 2-х экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.т.н., профессор А.А. Чуриков

общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Все усложняющиеся задачи по повышению качества промышленной продукции, надежности объектов требуют дальнейшего совершенствования методов и средств контроля и диагностики состояний изделий из полимерных материалов (ПМ). Широкое применение ПМ обусловлено разнообразием их свойств, которые можно изменять, используя новые технологии. Гибкость молекул полимеров обеспечивает наличие ряда агрегатных и фазовых состояний, богатство морфологических структур кристаллических образований, различные физические и релаксационные состояния аморфного полимера. Введение пластификаторов, наполнителей в ПМ влияет на все типы состояний и переходов в готовых изделиях при эксплуатации. Изучение суперпозиций состояний и переходов ПМ необходимо для назначения технологических режимов их переработки в изделия и последующей эксплуатации.

Применяющиеся для изучения ПМ рентгеновские методы, дифференциальный термический анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия и др. требуют изготовления специальных образцов, длительного времени испытания, использования дорогостоящего оборудования. Среди существующих методов термического анализа (ТА) не имеется неразрушающих тепловых методов для регистрации температурно-временных характеристик структурных превращений в ПМ.

Учитывая, что методы неразрушающего контроля (НК) базируются на моделях

полупространств (плоского, сферического), получение точного решения задачи нестационарного теплопереноса в системе: изделие-зонд при наличии структурного превращения в ПМ, затруднительно, так как не известны теплофизические свойства (ТФС) полимерного материала в температурном интервале структурного превращения, не известен закон движения границы структурного перехода. Известные решения краевых задач, описывающие процесс распространения тепла в теле при наличии структурного превращения, сложны и не пригодны для использования в методе НК.

А.В. Лыковым доказано, что регулярные тепловые режимы первого и второго рода имеют общее свойство, характеризующееся независимостью от времени отношения теплового потока в любой точке тела к потоку тепла на его поверхности. Математическая модель, описывающая термограмму, в данном случае чаще всего является линейной по параметрам или легко линеаризуется. Однако основная часть этих методов базируется на моделях для тел конечных размеров (пластина, шар). Применительно же к методам НК следует говорить не о регулярном тепловом режиме для всего тела (так как оно принимается неограниченным), а о регуляризации теплового процесса только для определенной области тела. Следовательно, если проводить ТА, основываясь только на участках термограммы, соответствующих регуляризации теплового режима в области нагревателей и термоприемников, то расчетные соотношения будут более простыми и во многих случаях линейными по параметрам. Причем, чем больше таких характерных участков будет найдено и описано аналитически, тем больше появляется возможностей определить температурно-временные характеристики структурных превращений в исследуемом объекте по аномальным значениям ТФС при изменении температуры, используя различные математические модели, адекватно отражающие процессы теплопереноса в определенные интервалы времени.

Таким образом, проблема разработки методов НК и реализующих их мобильных приборов и информационно-измерительных систем (ИИС), обеспечивающих точность и оперативность определения температурно-временных характеристик структурных превращений в полимерах и композитах на их основе как на стадии технологического контроля в процессе их производства, так и в процессе эксплуатации изделий из них, является важной и актуальной.

Диссертация выполнялась в соответствии со следующими планами научно-исследовательских работ (НИР): межвузовской программой «Диагностика и контроль» на 1993?–?1995 гг. (тема «Разработка микропроцессорных приборов и ИИС НК качественных показателей изделий»); планом НИР Госкомитета РФ по высшему образованию на 1991?–?2000 гг. (тема «Разработка интегрированных автоматизированных систем для организации технологических процессов теплопереноса»); межвузовской программой «Неразрушающий контроль и диагностика» на 1996?–?2000 гг.; планами НИР Тамбовского государственного технического университета на 1996?–?2007 гг.

Целью работы является разработка методов и средств, обеспечивающих оперативный неразрушающий тепловой контроль температурно-временных характеристик структурных превращений (переходов) в полимерах и композиционных материалах на их основе.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

–?обоснована актуальность и определены основные направления разработки

методов и средств НК температурно-временных характеристик структурных превращений в ПМ;

–?применен многомодельный подход к анализу и аналитическому описанию

нестационарного процесса теплопереноса с учетом множества состояний функционирования тепловой системы;