Показано, что современные методы НК наиболее эффективно реализуются ИИС, позволяющими автоматизировать проведение измерений, адаптивно изменять режимные параметры, обеспечивать адекватность физической и математической моделей теплового процесса, обеспечивать оперативность и точность измерений при сохранении целостности и эксплуатационных характеристик объектов исследования. Определена область исследования, сформулированы задачи и намечены пути их решения.

Во второй главе изложен многомодельный подход к разработке методов НК структурных превращений в ПМ.

Согласно принципу моделируемости теории систем, включающему постулат

многообразия моделей, сложная система может быть представлена конечным множеством моделей, которые различаются используемыми математическими зависимостями и физическими закономерностями.

Динамика тепловой системы при НК характеризуется следующими переменными: вектором входа, характеризующим тепловое воздействие; вектором переменных состояния, в качестве которого рассматриваются тепловые потоки, проходящие через точки контроля системы; вектором выхода – значениями температур Т в точках контроля.

При смене условий тепловая система переходит из одного состояния функционирования hi в другое hi+1 (i = 1, 2, 3, …, n – 1). Все возможные состояния тепловой системы образуют множество состояний функционирования (МСФ).

Основу математической модели Mh в состоянии функционирования h составляют:

1) дифференциальное уравнение теплопроводности (ДУТ); 2) начальные условия (НУ);

образует модель на МСФ – MH.

На термограммах, зафиксированных при НК, можно выделить два вида участков: участки, на которых наблюдается хорошее совпадение экспериментальных и расчетных значений температур, и участки, для которых построение математических моделей вызывает большие трудности. Участки первого вида названы рабочими, а второго – переходными. За одну реализацию эксперимента появляется возможность определить ряд ТФС исследуемого объекта с использованием различных математических моделей, адекватно отражающих реальный процесс теплопереноса в определенные интервалы времени. При нагреве и остывании системы структурные превращения в ПМ, сопровождающиеся тепловыми эффектами, проявляются на экспериментальных термограммах и могут быть выявлены по отклонениям от аналитических моделей.

}, т. е.

Исследования показали, что в отсутствии непредсказуемых изменений состояний функционирования модель процесса измерения на множестве H представляет собой кортеж моделей вида

Структурное превращение в ПМ может быть зарегистрировано в рабочем

по аномальным изменениям ТФС.

Идентифицируемые состояния функционирования образуют подмножество

используются при разработке математического обеспечения методов и средств НК структурных превращений в ПМ.

в момент времени ( может быть записана в виде:

включает следующие операторы:

, где эти модели адекватно описывают тепловой процесс (к – номер рабочего участка);

(массив ТФС и других существенных параметров, характеризующих свойства материала) на каждом рабочем участке термограмм;

– на основе анализа

(i – номер оценки по k точкам измерения

на каждой из термограмм для рабочего участка с номером к;

– на основе анализа

определяется вид структурного превращения (фазовый или релаксационный).

ТФС исследуемых ПМ в температурно-временном интервале рабочего участка вне зоны структурного превращения изменяются несущественно по сравнению с аномалиями ТФС при структурном переходе. Модели, описывающие экспериментальные термограммы на рабочих участках вне зоны структурного превращения, находятся на основе решений соответствующих краевых задач теплопроводности.

Многомодельный подход к анализу и аналитическому описанию нестационарного процесса теплопереноса с учетом МСФ тепловой системы использован автором при разработке методов НК структурных превращений в ПМ.

В третьей главе даны теоретические обоснования тепловых методов НК структурных превращений в ПМ: первого – по аномалиям на температурных зависимостях ТФС в соответствии с аналитическими закономерностями регулярных тепловых режимов применительно к моделям плоского и сферического полупространств; второго – по ряду информативных параметров математических моделей, определяемых с экспериментальных термограмм.

Процесс нестационарного теплопереноса в полимерном теле в одномерном случае описывается уравнением вида:

, n = 0, 1, 2 , (3)

в нецилиндрической области

где все ((() – непрерывно дифференцируемые функции, подлежащие нахождению

в задачах типа Стефана для уравнения теплопроводности со свободной границей;

Qп– количество поглощаемого или выделяемого тепла в единицу времени в единице объема ПМ при структурном переходе. Определить распределение температуры в

исследуемом теле в любой момент времени затруднительно, вследствие нелинейности задачи.

Измерительная и тепловая схемы разработанных методов представлены на рис. 1, 2. Тепловое воздействие на исследуемое тело осуществляется с помощью нагревателя, выполненного в виде тонкого диска радиусом Rпл, встроенного в подложку измерительного зонда (ИЗ). Температурное распределение контролируется несколькими (не менее трех) термоприемниками (ТП).

На рис. 3 представлены термограммы, полученные экспериментально на изделии из ПТФЭ при следующих условиях: начальная температура Тн = 23 (С; Т * ( температура изделия, Т * = Тн + Т; радиус нагревателя Rпл = 4 мм; мощность нагревателя W = 0,6 Вт; временной интервал измерения температуры (( = 0,25 с. В общем случае на каждой из трех термограмм можно выделить несколько участков, соответствующих различным состояниям температурного поля исследуемой системы. Так, для термограммы, зафиксированной центральным ТП на изделии из ПМ вне области структурных превращений, характерны восемь участков (рис. 4).

Рис. 3 Термограммы для ПТФЭ:

1 – в центре зонда;

2, 3 – на расстояниях 7 и 9 мм от центра