Delist.ru

Методы и средства неразрушающего теплового контроля температурно-временных характеристик структурных превращений в полимерных материалах (15.09.2007)

Автор: Майникова Нина Филипповна

В четвертой главе представлены расчетные зависимости, реализуемые ИИС при НК структурных превращений в ПМ.

. Тогда уравнение (4) можно представить в виде:

, (( – параметры ИИС, определяемые режимами опыта, ТФС материалов нагревателя и подложки зонда.

, d1i и d0i термограмму, полученную в центре нагревателя (рис. 3), разобьем на интервалы: 1… k; 2… k + 1; u – k + 1…u, где k – количество точек в интервале, целое положительное нечетное число (k ( 3);

по каждому интервалу термограммы:

d1i – текущие значения параметра d1; d11, d12, (01, (02 – параметры d1 и тепловые активности образцовых мер.

Текущие значения параметра d0i:

где Ts – средняя температура изделия из k измерений в каждом интервале; Tj – температура на j шаге измерения.

Преобразуем выражение (5) к виду:

, (2 = (', (1 = (.

Параметры А, В, С, (', (' – параметры ИИС, учитывающие конструктивные особенности устройства и режимы опыта; (, ( – теплопроводность и тепловая активность ПМ.

для n-й термопары:

– коэффициенты, определенные по термограммам, зафиксированным на образцовых мерах.

Представим выражение (6) в виде:

где h0 – коэффициент, определенный по термограмме, зафиксированной на образцовой мере; (0 – теплофизический комплекс образцовой меры.

где hi – текущие значения коэффициента, которые определяются по термограмме методом наименьших квадратов.

Модели (4), (5) и (6) не учитывают возможного структурного перехода в исследуемом ПМ.

Первый многомодельный метод предполагает регистрацию структурных превращений по аномалиям ТФС в узких температурном и временном интервалах с изменением интенсивного параметра (температуры или времени) и предусматривает проведение градуировки ИИС по двум образцовым мерам. Метод включает в себя следующие этапы.

1.  Градуировка ИИС: получение термограмм на двух образцах с известными ТФС; определение рабочих участков термограмм; расчет постоянных ИИС.

2.  Фиксирование термограмм на исследуемом ПМ. Определение рабочих участков каждой термограммы. Для расчета текущих значений коэффициентов d1i, d0i, b1i, b0i и hi экспериментальную термограмму разбивают на интервалы. Для каждого интервала вычисляют значения d1i, d0i, b1i, b0i, hi и Ts. Вычисление текущих значений ТФС ((*, (*, с*, a*, (*) по каждому интервалу. Построение зависимостей (* = f(Ts), (* = f(Ts), с* = f(Ts), a* = f(Ts), (* = f(Ts). Построение зависимостей (* = f((), (* = f((), с* = f((), a* = f((), (* = f(().

3.  Определение температурно-временных характеристик структурных превращений, которые сопровождаются аномальными изменениями ТФС на узких температурном и временном интервалах, путем анализа построенных зависимостей (*, (*, с*, a*, (* от температуры и времени.

4.  Дифференцирование релаксационных и твердофазных превращений по данным (например, трех) термограмм, зафиксированных при различных скоростях изменения температуры (с ростом скорости изменения температуры релаксационные переходы перемещаются в сторону больших температур, чего не происходит с фазовыми).

Показано, что температурные поля в исследуемой системе, полученные численным моделированием методом конечных элементов, близки аналитическим моделям A, B, C в температурно-временных интервалах рабочих участков. Выполнена визуализация температурных полей и полей плотности тепловых потоков в системе зонд-изделие при различных режимных параметрах, которая свидетельствует о реализации одномерного температурного поля, соответствующего стадии регуляризации тепловых потоков на II участке термограммы, и сферических одномерных полей, соответствующих стадиям регуляризации тепловых потоков на IV и VII участках.

Показана адекватность разработанных моделей A, B, C на рабочих участках термограмм реальным тепловым процессам. На II участке термограммы относительная погрешность отклонения температуры (Т, обусловленная различием математических моделей распространения тепла от плоского круглого и бесконечного плоского нагревателей, не превышает 2 %. На IV и VII участках относительная погрешность отклонения температуры (Т, обусловленная различием математических моделей распространения тепла от плоского круглого и эквивалентного ему поверхностного сферического нагревателей, не превышает 1% (для полуограниченных тел с одинаковыми ТФС) и 2 % (для полуограниченных тел с различными ТФС). Продолжительность стадии нагрева подбирается таким образом, чтобы температурные поля на VII участке, полученные от сферического поверхностного и плоского круглого нагревателей, были близкими. Предложен критерий, с помощью которого определяется оптимальная температура отключения источника тепла (Тоткл).

Реализация второго многомодельного метода НК не требует проведения

градуировочных экспериментов. Он может быть использован для экспресс-контроля.

В области структурных превращений ПМ наблюдаются аномалии, выражающиеся в скачках и разрывах на зависимостях ТФС от температуры (или времени), которые могут быть зафиксированы по изменениям текущих параметров моделей A, B и C. Построив зависимости между каждым из параметров d1i, d0i, b1i, b0i, hi и температурой образца, по характерным пикам определяют температурно-временные характеристики структурных превращений.

Рассматривая модели A, B и C как случайные стационарные процессы (протекающие во времени однородно, частные реализации которых с постоянной амплитудой

???????$????Ue

???????

????????????$?????

??????$???VO

$, для которых дисперсии по сечениям – постоянные, разработана следующая методика НК структурных превращений в ПМ. Если в исследуемом ПМ происходит, например, твердофазное превращение из одной кристаллографической модификации в другую, которое сопровождается тепловым эффектом, то величины дисперсий коэффициентов d1i, d0i, b1i, b0i, hi будут резко изменяться в достаточно узких временном и температурном интервалах.

текущих параметров d1i, d0i, для каждого интервала

оценивают по формулам:

– оценка дисперсии значений температуры.

текущих параметров b0i, b1i (для модели B, соответствующей распространению тепла в сферическом полупространстве) по каждому интервалу:

) от температуры и времени позволяет проводить экспресс-контроль структурных превращений в ПМ, а также экспресс-анализ экспериментальных данных при выборе режимных параметров работы ИИС.

Третий метод НК структурных переходов основан на регистрации первой производной по времени от основной величины – температуры в нескольких точках контроля исследуемого полимерного тела в динамических термических режимах при нагреве и остывании. Данный метод может быть реализован одновременно с двумя вышеупомянутыми методами.

Для расчета значений скорости V * изменения температуры термограмму разбивали на интервалы: 1… k; 2… k + 1; u – k + 1…u, где k – количество точек в интервале, целое положительное нечетное число (k ( 3); u – количество точек в термограмме; i – номер интервала. Определение линии регрессии для каждого интервала при нагреве и остывании проводили по методу наименьших квадратов.

загрузка...