Акустичне відображення параметрів мезоструктури порошкових та композиційних матеріалів з дефектами і розробка методів прогнозування їх властивостей пружності

Ідеологічна модель формується відповідно до розділу 3. Як основні інструменти досліджень обрані імпульсні методи вимірювань швидкостей поширення й коефіцієнтів згасання пружних хвиль, які мають найбільш широкі можливості для одержання інформації про характеристики пружності, структури й дефектності полікомпонентних матеріалів. При розв'язанні конкретних задач було використано, по змозі, відомі способи вимірювання швидкостей поширення й коефіцієнтів згасання пружних хвиль, параметрів частотних і часових характеристик прийнятого сигналу, реалізовані за допомогою апаратурного комплексу для прецизійного вимірювання часових, частотних, енергетичних і просторових параметрів акустичного поля. Для нестандартних задач запропоновані оригінальні методи вимірювання і обробки інформації, методики, нетрадиційні діагностичні параметри, проведені апаратурні розробки.

Показано, що представницькі розміри зразків порошкових матеріалів, виготовлених з монофракційних порошків, більш ніж на порядок менші, ніж з поліфракційних. Якщо умови показності вибірки матеріалів не виконуються, то оцінка його ефективних властивостей залишається коректною тільки при наявності достатніх статистичних вибірок. У цьому разі можлива порівняльна оцінка характеристик подібних об'єктів, виготовлених з досліджуваних матеріалів, при забезпеченні однакових умов вимірювання.

Розроблено оригінальний спосіб визначення трьох модулів пружності в одному певним чином орієнтованому зразку матеріалу з кубічною системою симетрії. Він базується на вимірюванні часу поширення квазіпоздовжньої пружної хвилі, що пройшла через зразок матеріалу різними шляхами.

Розроблено оригінальний спосіб визначення якості матеріалу, заснований на впливі на нього ударним імпульсом з регульованою тривалістю й аналізі крутості фронту часової характеристики й частотного спектра відгуку. Це дозволяє вимірювати акустичні величини в матеріалах з пористістю до 95 % при сильно зруйнованій внаслідок поширення в матеріалі структурі прийнятого сигналу, коли неможливо застосувати традиційні методи вимірювання швидкості поширення й коефіцієнта згасання пружних хвиль. Аналіз спектра дозволяє виявляти зони аномальної взаємодії пружної хвилі з елементами мезоструктури матеріалу. Для вимірювання фазової швидкості поширення пружних хвиль у таких матеріалах було враховано похибку вимірів за рахунок спотворення крутості фронту прийнятого сигналу (в порівнянні з випромінюваним) шляхом вимірювань часу приходу прийнятого сигналу на декількох рівнях t_i.

Розроблено й виготовлено оригінальний датчик поперечних коливань, які отримують через трансформацію поздовжньої пружної хвилі при проходженні через границю розділу двох середовищ. Датчик дозволяє збуджувати й приймати поперечні ультразвукові коливання на частотах до 3 Мгц.

Є інші методичні розробки.

Експериментальні дослідження проводилися на зразках таких матеріалів: кераміка на основі нітриду кремнію й на основі оксиду алюмінію, порошкові залізо й никелід титану, волокнисті мідь й сталь, порошково-волокнисті сталеві композити, стільникові структури з ніконеля, пінонікель та піноніхром, алмазні композити з металевою матрицею й зв'язкою з карбіду кремнію, металеві сітки. Показано, що у всіх досліджених матеріалах, окрім сітчастих, при відповідній постановці експерименту можуть бути обміряні ефективні швидкості поширення й коефіцієнти згасання пружних хвиль або пов'язані з ними характеристики, що є діагностичними параметрами стану матеріалу в цілому або його мезоелементів. У матеріалах на основі металевих сіток через велике розсіювання коливальної енергії не вдалося провести дослідження в ультразвуковому діапазоні частот.

Приклади результатів вимірювання акустичних характеристик у порошкових матеріалах, істотно різних за властивостями, разом з результатами розрахунків по (6), (7). Розбіжності між теоретичними й експериментальними результатами пов'язані з неврахуванням у моделі всіх суттєвих механізмів, що впливають на акустичні поля. Ці розбіжності виявилися неоднаково для різних матеріалів і характеристик. Найкраща відповідність спостерігалася для обох швидкостей поширення пружних хвиль у кераміці, що обумовлено ізотропністю матеріалу й малими хвильовими розмірами елементів мезоструктури (l_ме/л < 0,005). Оскільки в цьому випадку матеріал на мезорівні сприймався пружною хвилею як однорідний, механізм розсіювання на дефектах не був переважаючим й розрахункове значення коефіцієнта згасання повністю не відповідало експериментальному. У порошковому залізі для швидкості поширення поперечної пружної хвилі, обмірюваної при l_ме/л < 0,05, спостерігалося добре узгодження між експериментом та моделлю. Збільшення хвильового розміру (l_ме/л < 0,2) при вимірюванні параметрів поздовжньої хвилі зробило розсіювання на порах одним з основних механізмів згасання. При цьому експериментальні значення швидкості виявилися меншими за розрахункові через неврахування анізотропії властивостей: матеріал має трансверсальну анізотропію, а вимірювання проводилося в найбільш ослабленому напрямку - пресування. Найбільші розбіжності між моделлю й експериментом спостерігалися для обох акустичних характеристик при значному збільшенні частки механізму контактоутворення в порошковому нікелиді титана, вихідні частинки якого мають дендритну форму (вимірювання проводилися при l_ме/л ? 0,1).

Аналіз експериментальних даних підтвердив необхідність суворого врахування всіх істотних факторів, що впливають на діагностичні характеристики, для одержання адекватного акустичного відображення бажаної властивості реального матеріалу. У даному випадку - це пористість, якість контактів, анізотропія властивостей і хвильовий розмір елементів.

Показано, що значення швидкостей поширення пружних хвиль у всіх досліджених матеріалах, обмірювані відповідно до довгохвильової моделі твердого тіла, можна використовувати для відпрацьовування технології одержання і зіставлення різних матеріалів, контролю за ходом зміни або для визначення істинних значень їхніх ефективних властивостей пружності в діапазоні пористості до 95 %.

Як приклад наведено результати визначення ефективного модуля пружності за обмірюваними значеннями швидкості поширення пружних хвиль у пористих волокнисто-порошкових композиціях двох типів, одержаних при різних дисперсності волокон і порошків, конструкційних особливостей. Перша композиція формувалася із шарів волокон (Х18Н9Т, довжина 3 мм, діаметр 30 - 40 мкм) і порошків (Х18Н15, дисперсність 40 - 60 мкм) нержавіючої сталі товщиною по 2,5 мм, а друга - з листових заготівель товщиною по 5 мм у вигляді заповненого порошком волокнистого каркаса. Установлено, що каркасні композиції перевершують шаруваті у всьому діапазоні пористості.

Значення коефіцієнтів згасання пружних хвиль у всіх досліджених матеріалах, обмірювані відповідно до довгохвильової моделі твердого тіла, можна використати для відпрацьовування технології одержання матеріалів, зіставлення їх властивостей непружності, контролю за ходом зміни або для оцінки дійсних значень цих властивостей.

У п'ятому розділі представлені результати розробки принципів і приклади одержання акустичного відображення параметрів мезоструктури порошкових і композиційних матеріалів за допомогою емпіричних залежностей.

У різцях на основі порошку нітриду кремнію (розмір частинок до 10 мкм) при малих хвильових розмірах структурних складових акустичне поле формується як в однорідному матеріалі з нітриду кремнію з розподіленими технологічними дефектами у вигляді пор, тріщин, іншого, а критерієм дефектності служить щільність матеріалу. Показано кореляцію швидкостей поширення поздовжніх і поперечних пружних хвиль зі щільністю. Їхні абсолютні значення запропоновано використати як критерії дефектності різців.

У матеріалах на основі однорідних або близьких за властивостями порошків чи волокон на параметри акустичних полів впливають властивості матеріалу-основи, порового простору й контактів. Так, у кераміці на основі порошків Al₂O₃ - ZrО₂, спеченій за різними технологіями, показана кореляція швидкості поширення пружних хвиль із пористістю, температурою й видом спікання: зразки при надвисокочастотному (НВЧ) спіканні (1500 ^ос, 30 хв.) в порівнянні із традиційним нагріванням (ТН) мають відносну щільність 92 і 15 % відповідно, розмір зерна - 1,6 і 5,3 мкм, швидкість поширення пружних хвиль - 7 і 4 км/с. При цьому зерно має більш округлу форму.

Для порошкових заліза й нікеліду титану, волокнистої міді показано кореляцію акустичних характеристик з пористістю, температурою спікання, просторовим напрямком.

У матеріалах на основі багатофазних порошків на параметри акустичних полів впливають властивості матеріалу-основи, порового простору, контактів і міжфазних напруг, якщо фази значно відрізняються за своїми властивостями. У спечених композитах з металевою матрицею на основі порошків міді (80 %), цинку (12 %) і олова (8 %) з вуглецевим наповнювачем у вигляді алмазів різної чистоти або графіту виявлено кореляцію між акустичними характеристиками композита і властивостями матеріалів матриці та вкраплення, пористістю, об'ємним вмістом вкраплення, якістю з'єднання наповнювача з матрицею. Запропоновано розрахунково-емпіричний метод контролю адгезії вуглецевий наповнювач - матриця.

Показано, що в спечених порошкових композитах алмаз - карбід кремнію в інтервалі концентрацій SiС 11 - 20 об. % на швидкість поширення пружної хвилі комплексно впливають концентрація компонентів, пористість і напружений стан компонентів після охолодження матеріалу й зняття навантаження.

У високопористих комірчастих металевих матеріалах експериментально підтверджено наявність характерних зон відображення параметрів мезоструктури в спектрі хвильових розмірів елементів матеріалу. Так, стільникову структуру з ніконелю пористістю 90 %, що являє собою матеріал з регулярним каркасом, при великих хвильових розмірах елементів мезорівня пружна хвиля сприймає як конструкцію з різко вираженою анізотропією властивостей і поширюється в стінках її елементів як нормальна пружна хвиля, тип якої залежить від напрямку. Оскільки швидкість поширення нормальної асиметричної пружної хвилі залежить від товщини стінки, то її можна використовувати для контролю останньої.

У пінонікелю й піноніхромі пористістю 95 %, що являють собою біфазні нерегулярні каркасні структури, характер акустичних полів визначається середньостатистичними хвильовими розмірами його структурних складових. У довгохвильовому наближенні пружна хвиля сприймає матеріал як статистично однорідне ізотропне, квазіпружне, із сильним розсіюванням коливальної енергії, середовище й поширюється в ньому за рахунок деформації каркасу зі швидкістю, близькою до поперечної в матеріалі каркасу. За таких умов інтегральними акустичними діагностичними параметрами можуть бути скоректована швидкість поширення пружної хвилі й крутість фронту прийнятого сигналу.

При хвильовому розмірі, близькому до одиниці, пружна хвиля сприймає мезорівень як ансамбль резонуючих елементів з відповідною появою максимуму в частотному спектрі прийнятого сигналу. Для обох матеріалів установлено кореляцію між частотою цих максимумів f_к і статистично усередненими розмірами перемичок l_ме. Показано, що ця кореляція добре описується функціональною залежністю частоти резонансу згинальних коливань закріпленого на кінцях стрижня від його довжини, яка дорівнює середньостатистичній довжині перемичок в ансамблі:

Таким чином, вибираючи параметри випромінюваного в зразок сигналу, можна або проводити контроль ефективних макроскопічних характеристик матеріалу, або досліджувати стан його структурних елементів на мезорівні.

У полікомпонентних матеріалах на вимірювані акустичні характеристики впливає багато факторів, серед яких є випадкові. Тому зв'язок акустичних характеристик із властивостями матеріалу носить стохастичний характер, а одержання емпіричних кореляцій вимагає статистичної обробки представницького масиву експериментальних даних.

У шостому розділі викладено результати дослідження можливостей практичного використання акустичних вимірювань для розв'язання задач прогнозування та контролю процесів компактування й консолідації порошкових матеріалів і процесу деформування пінометалів. Дослідження проводилися відповідно до запропонованої методології (див. розд. 2).

Методами структурного, акустичного й фізичного моделювання, статистичного аналізу результатів експерименту досліджено закономірності формування акустичних полів у порошкових матеріалах на різних стадіях технологічного процесу й виявлено основні механізми, що впливають на їхні параметри: фізичні й механічні властивості матеріалу вихідного порошку, властивості контактів, ізомерна пористість, дефектність (плоска пористість).

Показано, що для оцінки властивостей пружності й стану матеріалу, котрий їх визначає, як діагностичні параметри можна використати, поряд зі швидкістю поширення, також коефіцієнти згасання пружної хвилі й нелінійності приймального акустичного сигналу - як більш інформативні. Установлено кореляцію цих параметрів з мірою компактуваня матеріалу - ізомерною пористістю, мірою консолідації - температурою спікання і мірою якості контакту - приведеною відносною долею вільної поверхні частинок.

Зазначено, що основною проблемою використання акустичних методів контролю для діагностики стану полікомпонентних матеріалів є необхідність розділення впливу на вимірювані акустичні характеристики процесів компактування, контакто- та дефекто-утворення. Оскільки властивості матеріалу, що змінюються в результаті цих процесів, комплексно впливають на акустичні діагностичні параметри, то розв'язання зворотної задачі визначення кожної з перелічених властивостей за акустичними вимірюваннями вимагає апріорного знання чи оцінки впливу інших факторів, або створення таких умов вимірювань, за яких вплив інших факторів несуттєвий. Наприклад, за аналогією з відомими методами, запропонованими для швидкості поширення пружних хвиль, урахування інших факторів можна здійснити розрахунковим шляхом на підставі моделювання, якщо таке можливе для даного матеріалу. Коли одна властивість матеріалу змінюється значно, а інші - слабко, то зазначені акустичні характеристики можна використати для контролю процесу зміни цієї властивості, наприклад, контактоутворення між частинками в матеріалі при спіканні з незмінною пористістю.

Запропоновано акустичні характеристики, що мають підвищену чутливість до дефектності порошкового матеріалу, обумовлену наявністю плоских пір, - відносні зміни коефіцієнта згасання й швидкості поширення пружних хвиль залежно від статичного розтягування-стискання матеріалу, що характеризують прояви фізичної нелінійності його пружності. Кореляцію між розмірами плоского дефекту та залежностями коефіцієнта згасання й швидкості поширення пружних хвиль від статичного навантаження підтверджено модельним експериментом. Це дає підставу вважати запропоновані характеристики перспективними для використання при контролі якості контактів між частинками й у пресовках, і в спеченому матеріалі. Установлено, що залежність швидкості поширення пружної хвилі від статичного стиску в пресовках з порошкового заліза чутлива до стану матеріалу.

Методами структурного й математичного моделювання з експериментальною перевіркою результатів досліджено текстурну анізотропію властивостей пружності порошкового заліза, що сформувалася на мезорівні внаслідок різних упакувань вихідних порошків через неоднакові зусилля допресування матеріалу. Результати аналізу експериментально отриманих швидкостей поширення пружних хвиль і розрахованих у припущенні гексагональної чи кубічної упаковки частинок мезорівня матеріалу не суперечать наявності в дослідженому матеріалі трансверсальної ізотропії. Останнє можливо, якщо напрямок пресування збігається з напрямком осі симетрії шостого порядку - при гексагональній упаковці частинок мезорівня, або з напрямком осі симетрії третього порядку - при кубічній. Ступінь анізотропії матеріалу збільшується при його ущільненні внаслідок збільшення зусилля пресування. Не виключено, що при цьому змінюється вид упаковки частинок мезорівня матеріалу. Наприклад, при пористості менше 20 % варто віддати перевагу гіпотезі про наявність у матеріалі гексагональної упаковки частинок мезорівня, для моделі якої отримано більш високий ступінь кореляції з експериментальними даними. При пористості 28 % обидві гіпотези стають імовірними. Можливий підбір таких параметрів технологічного процесу, за яких матеріал буде мати ізотропію властивостей.

Експериментально досліджено кореляцію акустичних характеристик пінонікелю й піноніхрому зі зміною їхнього структурного стану й характеристик пружності в процесі статичного стискання зразків із цих матеріалів. Швидкість поширення пружної хвилі й крутість переднього фронту сигналу були виміряні в умовах довгохвильового наближення. Для пінометалів характерний неоднозначний зв'язок між напругою й деформацією. Залежності швидкості поширення пружних хвиль і крутості фронту прийнятого сигналу від ступеня деформації зразків добре корелюють із відповідними змінами ефективних характеристик пружності й комплексно відображають індивідуальні особливості деформування кожного матеріалу. Для акустичного відображення розмірних характеристик структури було використано максимуми спектральних характеристик прийнятих сигналів, що відповідають одиничним хвильовим розмірам перемичок комірок мезоелементів. Установлено, що в процесі деформування матеріалу частота цих максимумів зберігає кореляцію зі статистично усередненими розмірами перемичок й може служити мірою їхнього пошкодження.

Отримані результати показали, що всі три акустичні характеристики чутливі до ступеня руйнування матеріалу, однак швидкість поширення й коефіцієнт згасання пружної хвилі інтегрально відображають всі зміни в матеріалі, тоді як частота резонансу оптимізована тільки на еквівалентний розмір ансамблю перемичок мезоструктури. Експериментально підтверджений факт можливості формування акустичного поля й обробки прийнятого сигналу таким чином, щоб обрана вимірювана акустична величина при визначеному хвильовому розмірі елемента мезоструктури мала найбільшу чутливість до властивостей цього елемента.

У сьомому розділі викладені приклади дослідно-промислової апробації й впровадження результатів досліджень.

Аналіз типових дефектів контакт-деталей електричних комутаційних апаратів, що виникають при виробництві, й зіставлення можливостей неруйнівних методів їхнього контролю дали підстави зробити висновок про перспективність використання акустичних методів для оцінки якості таких виробів. Показано, що традиційні методи дефектоскопії не мають достатньої чутливості і роздільної здатності для розв'язання таких задач. Запропоновано методи контролю розшарування, адгезії й пористості елементів контакт-деталей і напрямку їхньої апаратурної реалізації. Можливості контролю розшарувань і адгезії підтверджені експериментально шляхом тестового контролю зразків матеріалу марки МДК виробництва НПО "Геконт". Даний композиційний матеріал на основі міді є шаруватим конденсатом з ієрархією товщини шарів. Його макроструктура містить у собі два ансамблі шарів мезорівня із границею між ними, де можуть бути технологічні дефекти у вигляді несуцільностей. Вибір параметрів формування акустичного поля, що відповідає хвильовим розмірам макро- і мезоелементів зразка, дозволив за результатами акустичних вимірювань контролювати якість границі розділу між макрошарами.

У результаті структурного, акустичного та фізичного моделювання й експериментальних досліджень показано, що фаза й амплітуда біжучої пружної хвилі, відбитої від торця спрямовуючого кільця, можуть бути використані як діагностичні параметри наявності зазору в стику кінцевої зварної сполуки "газогенератор - статор турбіни" на двигунах 11Д520, установлених на РН "Зеніт-3SL". Ці параметри можуть бути обміряні на зібраному двигуні. На підставі отриманих результатів розроблений, випробуваний і впроваджений (КБ "Південне") унікальний метод неруйнівного контролю дефектності двигуна першого ступеню ракетоносія "Зеніт" без його розбирання.

Розроблено оригінальні методики прогнозування властивостей пружності й контролю дефектності прокатних валків, виготовлених ТОВ "НПФ "Мікросін". Вони базуються на адаптації акустичних методів дослідження матеріалу до особливостей виробничих дефектів валків. Зазначені прокатні валки являють собою оригінальні вироби, які одержують методами дисперсних систем з порошків карбіду вольфраму й кобальту, і потребують нетрадиційних методів контролю якості й прогнозування експлуатаційних властивостей. Розроблені методики за обмірюваним значенням параметрів часових і енергетичних характеристик пружної хвилі дозволяють не тільки виявляти традиційні дефекти матеріалу (локальні несуцільності), що обмежують експлуатаційні характеристики виробу аж до його відбракування, але й прогнозувати зменшення характеристик пружності матеріалу, обумовлене наявністю властивих тільки порошковим матеріалам розподілених дефектів. Методики використаються для акустичних досліджень якості виробів з наступним прогнозуванням властивостей пружності. Розроблено рекомендації щодо створення на базі ТОВ "НПФ "Мікросін" стаціонарного місця акустичного контролю й прогнозування прокатних валків.

Моделювання акустичного поля в системі кераміка - гума - вода з оптимізацією характеристик пружності проміжного шару за критерієм мінімізації втрат коливальної енергії й експериментальна перевірка результатів дозволили розробити рекомендації щодо прогнозування властивостей пружності акустично прозорих матеріалів, які застосовуються у багатошарових конструкціях вітчизняної ультразвукової терапевтичної апаратури. Рекомендації були використані при розробці й створенні в ОАТ "Завод "Квант" вимірювача потужності ультразвуку для метрологічного забезпечення ультразвукової терапевтичної апаратури - як вітчизняної, так і закордонної, що знаходиться в системі охорони здоров'я України. Однією з відмінних рис вимірювача є використання вітчизняних матеріалів із заздалегідь заданими експлуатаційними характеристиками пружності при роботі у вказаній багатошаровій системі. Це дозволило при використанні доступної на Україні сировини, наприклад твердої гуми марки 7У14 ТУ38105376-92 (ВАТ "Київгума"), забезпечити акустичні характеристики вимірювача, що не поступаються кращим світовим зразкам (наприклад вимірювачу UPM-DT-10E, США). На сьогодні виготовлено дослідний зразок вимірювача ВПУ "Квант" ТЮИГ.404721.001 (рис. 33), проведено його державну метрологічну атестацію (посвідчення № 22-0139 від 10.02.06), і він переданий Білоцерківському метрологічному центру для експлуатації.

Відповідно до запропонованої в роботі методології обґрунтовано принцип дії й розроблено прилад для контролю якості багатофазних твердих пористих матеріалів, що сильно розсіюють енергію пружної хвилі. В основу дії приладу покладено кореляцію швидкості поширення пружних хвиль із характеристиками пружності й дефектності багатофазних гетерогенних середовищ. Це перший прилад такого класу, розроблений в Україні. За своїми технічними характеристиками він не поступається закордонним аналогам. На відміну від них у прилад програмно введені характеристики районованих вітчизняних матеріалів. Це дозволяє підвищити точність прогнозування характеристик пружності й міцності матеріалів, виготовлених із природних ресурсів промислових зон України. Крім того, у приладі передбачена функція визначення дефектності виробу за результатами вимірювань швидкості пружних хвиль. Виготовлено три дослідних зразки індикатора міцності будівельних матеріалів ІМБМ-01, які використовуються в корпорації "Київавтодор". У перспективі передбачається створити базу для дрібносерійного виробництва таких приладів. За попередніми оцінками, потреба в цих приладах для підприємств України становить до 50 одиниць на рік.

ВИСНОВКИ

1. У результаті спільного аналізу модельних уявлень і експериментальних даних установлено закономірності формування акустичних полів у гетерофазних твердих тілах з багаторівневою будовою й розроблено наукові основи якісно нових акустичних методів прогнозування й контролю властивостей порошкових і композиційних матеріалів з дефектами:

- сформульовано принципи підвищення інформативності акустичних вимірювань параметрів мезоструктури гетерофазних твердих тіл з багаторівневою будовою, що полягають у виборі таких величин просторової зони й спектра частот озвучування матеріалу і таких методів обробки одержаної інформації, які забезпечують досягнення найбільшої чутливості вимірюваної акустичної величини до шуканої властивості матеріалу відповідно до реального спектра хвильових розмірів його елементів і масштабу просторового осереднення;

- запропоновано методологію науково обґрунтованого синтезування акустичних методів прогнозування й контролю властивостей, структури або дефектності багатофазних гетерогенних матеріалів, що являє собою комплекс обумовлених особливостями реального матеріалу взаємозалежних рішень з виявлення акустичних величин, які мають найбільшу кореляцію із шуканою властивістю матеріалу, і постановки методик їх коректного вимірювання. Методологія орієнтована на створення акустичних методів контролю підвищеної чутливості до досліджуваної властивості матеріалу.

2. У результаті експериментальних досліджень і моделювання порошкових і композиційних матеріалів підтверджено наявність кореляції параметрів пружних хвиль із властивостями матеріалу: швидкостей поширення - з характеристиками пружності, щільністю, мезодефектністю, а ослаблення енергії - з характеристиками непружності, структури, мезодефектністю. Розширено можливість використання цієї кореляції для визначення вказаних властивостей матеріалів за результатами вимірювання акустичних величин. При цьому вперше встановлено наступне:

- можливе створення умов акустичних вимірювань, за яких зазначені кореляції зберігаються при пористості до 95 % і розмірах пор до кількох міліметрів. При цьому ослаблення енергії пружної хвилі може служити мірою компактування й консолідації матеріалів, у кілька разів більш чутливою, ніж швидкість поширення;

- наявність стохастичної залежності коефіцієнта згасання пружної хвилі від приведеної відносної долі вільної поверхні частинок в порошковому залізі, що описується в діапазоні змін останньої від 50 до 60 % зростаючим квадратним поліномом. Для порошкових матеріалів запропоновано функціональний зв'язок коефіцієнта загасання поздовжньої й поперечної пружних хвиль з пористістю й ефективними розмірами пор;

- текстурна анізотропія властивостей пружності порошкового заліза, сформована упакуванням частинок вихідного порошку, описується в рамках гексагональної симетрії структури мезорівня при орієнтації осі симетрії шостого порядку уздовж напрямку пресування або кубічної симетрії - при аналогічній орієнтації осі симетрії третього порядку. Фактор анізотропії може бути визначений за результатами вимірювання трьох незалежних швидкостей поширення пружних хвиль - однієї квазіпоздовжньої і двох квазіпоперечних;

- пружні хвилі у регулярних високопористих стільникових металевих структурах при малих хвильових розмірах товщини стінок комірки поширюються як нормальні в пластині. Швидкість поширення нормальної асиметричної хвилі корелює з товщиною стінок і може бути використана для її контролю;

- у композиційних матеріалах алмаз - карбід кремнію модулі пружності залежать не тільки від концентрації компонентів, але й від морфології й рельєфності поверхонь огранювання зерен вихідних алмазних порошків;

- каркасні композиції з дискретних волокон і порошків нержавіючої сталі малої дисперсності за значеннями ефективного модуля пружності перевершують шаруваті у всьому діапазоні пористості.

3. У результаті експериментальних досліджень і моделювання вперше встановлено кореляцію з властивостями порошкових і композиційних матеріалів таких параметрів акустичних полів: зміни швидкості поширення та зміни коефіцієнта згасання пружної хвилі в залежності від рівня статичного навантаження; резонансних частот коливань елементів структури матеріалу; спектральної характеристики, коефіцієнта гармонік і крутості фронту акустичного сигналу, який пройшов крізь досліджуваний об'єкт. При цьому вперше експериментально встановлено:

- стохастичну залежність коефіцієнта нелінійності акустичного сигналу від приведеної відносної долі вільної поверхні частинок в порошковому залізі, що описується в діапазоні змін останньої від 50 до 60 % зростаючим квадратним поліномом, швидкість зміни якого в кілька разів перевищує відповідну зміну швидкості поширення пружної хвилі;

- кореляційний зв'язок між частотою максимуму спектра пружних коливань ансамблю перемичок і середньостатистичним розміром їхніх довжин у високопористих комірчастих металевих матеріалах зі статистично регулярною структурою. Цей зв'язок описується функцією резонансної частоти згинальних коливань закріпленого на кінцях стрижня від його довжини. Відповідно до запропонованої методології розроблені оригінальні методи одержання даних про властивості багатофазних гетерогенних матеріалів. За своєю інформативністю ці методи перевершують відомі або дають можливість одержувати інформацію про матеріал, раніше недоступну:

- метод контролю дефектності контактів у порошкових матеріалах, заснований на вимірюванні відносних змін залежностей швидкості поширення й коефіцієнта згасання пружної хвилі від статичного навантаження, що не перевищує границі пружності матеріалу;

- ультразвуковий спосіб вимірювання модулів пружності в анізотропних середовищах з кубічною системою симетрії, який базується на вимірюванні в одному зразку швидкостей поширення трьох пружних хвиль;

- спосіб визначення якості контактів твердих вкраплень із металевою матрицею, оснований на вимірюванні ефективної швидкості поширення пружної хвилі в матеріалі й урахуванні за результатами обчислення впливу пористості й вмісту вкраплень;

- спосіб контролю якості матеріалу за параметрами відгуку на імпульсний вплив;

- спосіб контролю дефектності керамічних різців, який базується на функціональній і стохастичній залежностях швидкостей поширення поздовжньої і поперечної пружних хвиль від щільності.

5. На підставі отриманих у дисертації результатів проведено розробки, які пройшли дослідно-конструкторську апробацію в умовах виробництва, впроваджені, використаються або готуються до використання:

- оригінальний метод неруйнівного виявлення дефекту, що призводить до катастрофічних наслідків, у двигунах ракети-носія "Зеніт" без його розбирання;

- методи контролю якості порошкових контакт-деталей електричних апаратів;

- прилад для контролю якості й дефектності гетерогенних середовищ;

- методика прогнозування властивостей пружності багатошарових конструкцій, що застосовуються в ультразвуковій терапевтичній апаратурі;

- методика контролю якості прокатних валків, виготовлених методами порошкової металургії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ АВТОРА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Безымянный Ю.Г. Возможности акустических методов при контроле структуры и физико-механических свойств пористых материалов // Порошковая металлургия. - 2001. - № 5/6. - С. 23-33.

2. Безымянный Ю.Г. Использование акустических характеристик для контроля структуры пористых материалов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн. тр. - К., 1999. - С. 93-105.

3. Безымянный Ю.Г., Кущевский А.Е. Опыт совершенствования стандартов на методы определения свойств металлических порошков и спеченных изделий // Порошковая металлургия. - 2003. - № 1/2. - С. 106-113.

Дисертантом експериментально показано високу чутливість швидкості поширення та коефіцієнта згасання пружної хвилі до структурного стану пресовок із порошку заліза та обгрунтовано представницький об'єм озвучуваного матеріалу.

4. Безымянный Ю.Г., Козирацкий Е.А. Отображение свойств волокнистых материалов по скорости распространения упругих волн // Акустичний вісник. - 2006 -T. 9, № 1. - С. 15-20.

В результаті теоретичних досліджень дисертантом установлено кореляцію ефективної швидкості поширення пружної хвилі з властивостями матеріалів на основі дискретних волокон і показано можливість використання цієї кореляції для прогнозування ефективних властивостей волокнистих композитів та контролю процесів контактоутворення та компактування.

5. Безымянный Ю.Г., Козирацкий Е.А., Талько О.В. Акустическое отображение внутреннего строения и свойств композиционных материалов и его компьютерная интерпретация // Электронное строение и свойства тугоплавких соединений и сплавов и их использование в материаловедении: Сб.науч.тр. Института проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины. - К., 2004. - С. 111-122.

Дисертантом обгрунтовано принципи акустичного відображення матеріалів із складною структурою за допомогою швидкості поширення та коефіцієнта згасання пружної хвилі та запропоновано комп'ютерну модель прогнозування ефективних властивостей матеріалу за їхніми акустичними характеристиками.

6. Безымянный Ю.Г. Особенности использования акустических методов при контроле качества слоистых материалов // Порошковая металлургия. - 1999. -№ 5/6. - С. 24 -29.

7. Безымянный Ю.Г., Петрищев О.Н. Ультразвуковой метод измерения модулей упругости изотропного твердого тела // Электроника и связь. -2001. - № 13. - С. 107-111.

В результаті теоретичних досліджень дисертантом обгрунтовано методику вимірів двох модулів пружності ізотропного матеріалу в одному експерименті.

8. Безымянный Ю.Г. Особенности акустических измерений при импульсном зондировании материалов, изготовляемых методами порошковой металлургии // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. науч. тр. Института проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины. Сер. "Физико-химические основы технологии порошковых материалов" - К., 2005. - С. 190-201.

9. Пористые слоистые и каркасные волокново-порошковые композиции из нержавеющей стали / А.Г.Косторнов, Ю.Н.Подрезов, Ю.Г.Безымянный, А.Л.Мороз, В.Н.Клименко, В.Г.Боровик // Порошковая металлургия. - 2006. - № 1/2. - С. 45-50.

В результаті вимірювань швидкості поширення пружної хвилі дисертантом показано, що каркасні волокнисто-порошкові композиції по ефективному модулю пружності переважають шаруваті у всьому діапазоні пористості.

10. Bezimyanniy Y.G. Applications of Acoustic methods for Quality Control and Testing Ceramic Materials // Ceramica. -2002. - Vol. 69 - p. 67-73.

11. Исследование межчастичных контактов в пористых волокновых материалах из меди на ранних этапах спекания / А.Г.Косторнов, В.Н.Клименко, Ю.Г.Безымянный, В.Г.Боровик // Порошковая металлургия. - 1999. - № 9/10. - С. 13-17.

В результаті експериментальних досліджень дисертантом виявлено кореляцію швидкості поширення пружних хвиль із якістю міжчастинкових контактів в матеріалах на основі дискретних мідних волокон

12. Возможности использования скорости распространения упругой волны для контроля адгезии в алмазных композитах с металлической матрицей / Ю.Г.Безымянный, М.А.Касимов, А.И.Райченко, Т.И.Истомина // Адгезия расплавов и пайка материалов: Сб.науч.тр. Института проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины. - К., 2004. - С. 109-120.

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень дисертантом установлено кореляцію швидкості поширення пружної хвилі з властивостями алмазного композиту з металевою матрицею та запропоновано метод контролю якості з'єднання вкраплення - матриця.

13. Безимянний Ю.Г., Боровик В.Г., Степаненко А.В. Дослідження взаємозв'язку модуля пружності композиту алмаз + SiC з його структурним станом // Доповіді НАНУ. - 2003. - № 2. - С. 90-93.

В результаті експериментальних досліджень дисертантом встановлено кореляцію модуля пружності композиту алмаз + SiC з його структурним станом.

14. Безымянный Ю.Г., Талько О.В. Анализ возможностей акустических методов при контроле контактообразования в порошковых материалах // Электроника и связь. - 2006. - № 1. - С. 48-57.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень дисертантом обгрунтовано акустичні методи контролю процесу контактоутворення порошкових матеріалів, запропоновано, поряд з швидкістю поширення та коефіцієнтом згасання пружної хвилі, використовувати нелінійні характеристики акустичного поля як більш. Установлена кореляція лінійних та нелінійних акустичних параметрів із мірою дефектності контактів порошкового матеріалу.

15. Безымянный Ю.Г., Кущевский А.Е., Сиденко Р.В. Акустическое отображение нерегулярности формирования свойств полидисперсного порошкового железа // Электроника и связь. - 2005. - № 28 - С. 78-82.

Дисертантом показано можливості одержання теоретичних та стохастичних залежностей швидкості поширення пружної хвилі від пористості для поліфракційних порошкових матеріалів.

16. Безымянный Ю.Г., Талько О.В. Анализ возможностей акустических методов по выявлению дефектности контактов в порошковых материалах // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2006. - №. 2. - С. 39-45.

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень дисертантом запропоновано оригінальний метод контролю дефектності контактів порошкових матеріалів, який базується на вимірюванні відносних змін коефіцієнту згасання та швидкості поширення пружної хвилі від статичного навантаження.

17. Исследование анизотропии свойств порошкового железа / Ю.Г.Безымянный, В.В.Скороход, О.В.Талько, Г.Р.Фридман // Порошковая металлургия. - 2006. - № 3/4. - С. 88-97.

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень дисертантом показано можливості використання вимірів швидкості поширення пружних хвиль для дослідження текстурної анізотропії властивостей порошкових матеріалів і виявлено закономірності формування анізотропії пружності при допресуванні порошкового заліза.

18. Безымянный Ю.Г. Акустическое отображение материалов с развитой мезоструктурой // Акустичний вісник. - 2006. -T. 9, № 2. - С. 3-16.

19. Возможности неразрушающих методов для контроля качества электрических контактов коммуникационных аппаратов / Ю.Г.Безымянный, Н.И.Гречанюк, Р.В.Минакова, В.М.Срибный // Электрические контакты и электроды: сб. науч. тр НАНУ, Ин-т проблем материаловедения. - К., 2004. - С. 239-251.

В результаті аналізу типових дефектів контакт-деталей дисертантом запропоновано акустичні методи контролю розшарувань та пористості, а також напрямки їхньої апаратурної реалізації.

20. Исследование возможностей ультразвукового контроля элементов двигателя первой ступени ракеты-носителя “Зенит”. Разработка физической модели объекта контроля / Ю.Г.Безымянный, В.Г.Боровик, М.И.Галась, В.И.Трефилов, Г.А.Фролов // Космічна наука і технологія. - 2001. - Т. 7, № 5/6. - С. 3-7.

В результаті моделювання елементів двигуна дисертантом запропоновано оригінальний імпульсний метод контролю шуканого дефекту.

21. Исследование возможностей ультразвукового контроля элементов двигателя первой ступени ракеты-носителя “Зенит”. 2. Результаты ультразвуковой диагностики дефектности двигателя / Ю.Г.Безымянный, В.Г.Боровик, М.И.Галась, В.И.Трефилов, Г.А.Фролов // Космічна наука і технология. - 2002. - T. 8, № 1. - С. 32-36.

В результаті експериментальних досліджень дисертантом обгрунтовано оригінальний імпульсний метод контролю шуканого дефекту двигуна першого ступеня ракетоносія "Зеніт" без його розбирання.

22. Контроль геометрических размеров и жёсткости железобетонных конструкций методом ударного возбуждения / В.П.Глуховский, Н.Г.Марьенков, Ю.Г.Безымянный, Ю.В.Набокова // Будівельні конструкції: Міжвідомчий н.-т. збірник. - Державний НДІ будівельних конструкцій. - К., 2001. - Вип. 54. - С. 196-200.

На основі експериментальних досліджень дисертантом запропоновано та обгрунтовано оригінальний метод контролю середовищ, які сильно розсіюють коливальну енергію. Метод базується на ударному збудженні об'єкту контролю та дослідженні параметрів акустичного відгуку.

23. Способ определения прочности материалов: А.с. 1762219 CCCP / Ю.Г.Безымянный, А.Н.Высоцкий, В.А.Кузьменко (CCCP).- № 4812002; Заявл. 10.04.90; Опубл. 15.06.92. Бюл. № 34.

Дисертантом запропоновано та обгрунтовано оригінальний метод контролю матеріалів, який базується на ударному збудженні об'єкту контролю та дослідженні параметрів акустичного відгуку.

24. Пат. 55549 Україна, МКИ G01N29/00. Держ. департ. інтел. власн. Ультразвуковий спосіб визначення характеристик пружності / Ю.Г.Безимянний, В.М.Яковкін. - Заявл. 03.01.01; Опубл. 15.04.03, Бюл. № 4. Дисертантом запропоновано та обґрунтовано оригінальний метод контролю характеристик пружності матеріалів з кубічною симетрією за результатами одного експерименту.

25. Пат. 70156 А Україна, МКИ G01N29/00. Держ. департ. інтел. власн. Датчик хвиль зсуву / Ю.Г.Безимянний Ю.Г., О.В.Талько, Є.Є.Глазков. Заявл. 29.12.03; Опубл. 15.09.04, Бюл. -№ 9. Дисертантом запропоновано та обґрунтовано оригінальний датчик пружних хвиль зсуву.

26. Безымянный Ю.Г., Вдовиченко А.В., Кузьменко В.А. Некоторые результаты акустических исследований материалов, изготовляемых методами порошковой металлургии. - К., 1994. - 63 с. (Препр. / НАН Украины. ИПМ; 94-4.).

Дисертантом проведено теоретичний та експериментальний аналіз можливостей імпульсних акустичних методів контролю матеріалів, які виготовляють методами неруйнівного контролю.

27. Возможности методов виброакустической диагностики для контроля качества спайки анизотропно-пористых материалов / Ю.Г.Безымянный, А.Н.Высоцкий, Л.Г.Затовский, Л.И.Тучинский // Тез. докл. III Всесоюз. н.т. конф. Вибрация и вибродиагностика. Проблемы стандартизации: - Нижний Новгород, 1991. - С. 98-99.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень дисертантом встановлено особливості формування акустичних полів в високопористих коміркових матеріалах і запропоновано спектральний метод контролю його елементів.

28. Bezimyanniy Y.G., Burlachenco Y.V. Relation of acoustics characteristics and structure parameters of Foam nichel // Second Int. Conf. “Materials and Coatings for Extreme Perfomances: Investigations, Applications, Ecologically Safe Technologies for Their Production and Utilization” Proceedings of Conferense. Katsiveli-town, Crimea, Ucraine, 2002. - P. 363-367.

Дисертантом обгрунтовано стохастичний зв'язок максимуму частотного спектру приймального акустичного сигналу зі середньостатистичним розміром ансамблю перемичок у пінометалах.

29. Безымянный Ю.Г., Бурлаченко Ю.В. Методические особенности ультразвукового контроля пенометаллов // Тез. докл. междунар. конф. "Новейшие технологии в порошковой металлургии и керамике", Киев, 2003 - С. 410-411.

Дисертантом обгрунтовано метод вимірювання часу поширення приймального акустичного сигналу зі зруйнованою при проходженні досліджуваного матеріалу структурою.

30. Безымянный Ю.Г., Кущевский А.Е., Мешкова Г.А. Акустический контроль порошкового железа // Акустический симпозиум “Консонанс-2005”: Збірник праць. - Київ, 2005 р. - С. 68-73.

Дисертантом показано можливості одержання теоретичних і стохастичних залежностей швидкості поширення та коефіцієнту згасання пружної хвилі від пористості для пресовок з поліфракційного порошку заліза.

31. Безымянный Ю.Г., Гречанюк Н.И. Выявление несплошностей в контакт-деталях электрических аппаратов методами ультразвукового зондирования. // Тез. докл. Междунар. конфер. "Электрические контакты и электроды" "ЭК-2005". Пос. Кацивели, Автономная республика Крым, 2005. - С. 68. Дисертантом проведено теоретичну й експериментальну оцінку можливостей методів ультразвукового зондування для виявлення несуцільностей в сегментах реальних контакт-деталей

Размещено на Allbest.ru