Дисертації з теми "Матеріал багатошаровий"

Мета дисертаційної роботи – експериментальне і теоретичне вивчення узагальнюючого характеру електрофізичних та магніторезистивних властивостей чутливих елементів плівкових сенсорів температури, деформації і магнітного поля та фізичних процесів у них; установлення кореляції між фізичними властивостями плівкових матеріалів та їх структурно-фазовим станом і особливостями процесів розсіювання електронів провідності на зовнішніх та внутрішніх межах поділу і фононах.

Серед різних видів технічного текстилю, виробництво якого швидко зростає у всьому світі, особливе місце займають багатошарові композиційні текстильні матеріали (БКТМ). Багатошаровими композиційними матеріалами називають матеріали, отримані шляхом з'єднання окремих шарів за допомогою зв'язуючого, і які відповідають таким вимогам: матеріал має складатися не менше ніж з двох різнорідних матеріалів з чіткою границею між компонентами, а також утворюватися з компонентів за певною схемою їх об’ємного розташування та повинен мати додаткові нові властивості, яких не має жоден з компонентів.
Among the various types of technical textiles, the production of which is growing rapidly in everything In the world, a special place is occupied by multilayer composite textile materials (BKTM). Multilayer composite materials are materials obtained by connecting the individual layers with a binder, and which meet the following requirements: material must consist of at least two dissimilar materials with a clear boundary between components, as well as to be formed from components according to a certain scheme of their volume location and must have additional new properties that none of the components have.

На основі літературних даних нами проаналізована проблема відповідності експериментальних і розрахованих за відомими теоретичними моделями результатів стосовно тензорезистивного ефекту в дво- і багатошарових плівкових матеріалах як чутливих елементів електроніки. Суть проблеми полягає в тому, що при порівнянні експериментальних і розрахункових величин коефіцієнту тензочутливості не вдається досягти задовільної відповідності.

В дисертації вперше отримані такі нові наукові результати: 1. Запропоновано метод автоматизованої обробки послідовності термограм, отриманих у результаті активного теплового контролю багатошарових матеріалів, який використовує нейромережеві технології для аналізу температурних профілів у кожній точці об’єкту та дозволяє одночасно проводити класифікацію знайдених дефектів, вимірювати їх глибину залягання та розкрив. 2. Набув подальшого розвитку метод синтезу нейронної мережі прямого розповсюдження зі зворотним поширенням помилки, який враховує залежності достовірності контролю та точності дефектометрії від архітектури та алгоритмів навчання нейронної мережі, що дозволило обґрунтувати вибір кількості прихованих прошарків нейронної мережі, кількості нейронів у цих прошарках та оптимального за показником середньоквадратичної помилки мережі алгоритму навчання. 3. Удосконалено метод формування навчального набору даних, який враховує залежності достовірності класифікації дефектів у багатошарових матеріалах, похибок визначення їх глибини залягання і розкриву від параметрів вибірки навчальних сигналів, що дозволило мінімізувати час навчання нейронної мережі без погіршення достовірності автоматизованої класифікації дефектів та точності дефектометрії. Практичне значення одержаних в дисертаційній роботі результатів полягає в тому, що було розроблено алгоритмічне і програмне забезпечення реалізації підсистеми визначення характеристик дефектів за результатами активного ТНК із використанням вдосконаленого методу на базі нейромережевих технологій, що дозволило автоматизувати класифікацію дефектів і побудову теплових томограм, підвищити точність теплової дефектометрії і достовірність контролю у порівнянні з існуючими методами. Розроблено віртуальний інтерфейс користувача, який містить інструменти для проведення дефектометрії та аналізу теплових томограм, що дало змогу покращити ефективність аналізу результатів контролю. Для розробленої системи експериментально визначено архітектуру та параметри навчання нейромереж, за яких досягається найвища достовірність класифікації дефектів та точність вимірювання їх характеристик. Розроблено та виготовлено експериментальний стенд та дослідні зразки для проведення активного теплового контролю і аналізу результатів із використанням удосконаленого методу визначення характеристик дефектів на основі нейронних мереж, що дозволило відпрацювати програмні алгоритми та підтвердити ефективність даного методу. У дисертаційній роботі описано особливості та проблеми теплового контролю виробів із багатошарових матеріалів. Показано, що на сучасному етапі розвитку методів теплового неруйнівного контролю важливим завданням є не лише виявлення та визначення координат і поперечних розмірів дефектів багатошарових матеріалів, але і вимірювання їх глибини залягання та розкриву. Проведено аналіз факторів, які впливають на результати теплового контролю та описано характер взаємозв’язків між інформативними параметрами. Розглянуто традиційні математичні та статистичні методи теплової дефектометрії та встановлено їх недоліки. Описано, що аналітичний розв’язок обернених задач теплового контролю в ряді випадків є неоднозначним. Особливо низьку ефективність традиційні методи та побудовані на їх основі системи теплової дефектометрії мають у випадку контролю багатошарових матеріалів. В роботі проведено порівняльний аналіз стандартних та спеціальних методів цифрової обробки термограм. Розглянуто методи Фур’є-аналізу, вейвлет-аналізу, аналізу головних компонент та динамічної теплової томографії. Показано, що дані методи мають низьку завадостійкість, сильну залежність результатів від вибору опорної точки та рівномірності нагріву об’єкту контролю. Окрім того, розглянуті традиційні методи обробки термограм не дозволяють проводити автоматичну класифікацію дефектів за типом та визначати їх розкрив. У дисертаційній роботі описано можливості використання штучних нейронних мереж для удосконалення методів визначення характеристик дефектів. Розглянуто особливості побудови нейромережевих систем для вирішення задач класифікації дефектів та визначення їх глибини залягання і розкриву. Проведено порівняння ефективності роботи нейронних мереж та традиційних методів обробки термограм. Показано переваги нейронних мереж над традиційними алгоритмами. Розглянуто найбільш перспективні області застосування нейромережевих систем аналізу результатів активного теплового неруйнівного контролю. Проведено аналіз існуючих робіт за напрямом теплового контролю композитів. Показано, що у відомій літературі не вирішуються завдання одночасної класифікації дефектів за типом та визначення їх глибини залягання і розкриву; не досліджено способи визначення глибини залягання дефектів або їх розкриву шляхом вирішення задачі регресії за допомогою нейронних мереж; не вирішується завдання побудови теплових зображень внутрішньої структури об’єкту контролю. Сформовано мету дослідження у вигляді автоматизації процесу активної теплової дефектоскопії та дефектометрії із застосуванням нейромережевих технологій, що забезпечуватиме підвищення інформативності, достовірності та ефективності контролю виробів із багатошарових матеріалів. З метою удосконалення методів активної теплової дефектоскопії і дефектометрії та автоматизації обробки даних в дисертації обґрунтовано та розроблено підсистему цифрової обробки термограм, що складається з трьох нейромережевих модулів. Описано можливість використання багатошарових нейронних мереж прямого розповсюдження зі зворотним поширенням помилки з повнозв’язними прошарками у складі модуля виявлення та класифікації дефектів та модулів визначення глибини залягання і розкриву дефектів. Сформовано алгоритми формування навчальних множин для задач класифікації дефектів та визначення їх глибини залягання і розкриву. Описано процедуру навчання нейромережевих модулів та розроблено відповідне програмне забезпечення в середовищі MATLAB. Виконано програмну реалізацію віртуальних приладів в середовищі NI LabVIEW, в яких втілено алгоритми роботи нейромережевих модулів та пост-обробки результатів. Створено графічний інтерфейс користувача, який містить елементи керування, інструменти для проведення дефектометрії та блоки графічного відображення інформації щодо положення дефектів та внутрішньої структури об’єкту контролю. На основі проведеного комп’ютерного моделювання процесу активного теплового контролю алюмінієвої пластини зі штучними внутрішніми дефектами отримано послідовності термограм. Встановлено, що внаслідок впливу високого рівня теплової дифузії та нерівномірності нагріву обробка отриманих послідовностей термограм традиційними методами є ускладненою та малоефективною. В результаті досліджень доведено, що розроблена автоматизована нейромережева система має покращені якісні та кількісні показники ефективності у порівнянні з традиційними методами. У роботі проведено комп’ютерне моделювання процесу активного теплового контролю зразка із багатошарового вуглепластику зі штучними внутрішніми дефектами. За результатами досліджень ефективності обробки отриманих послідовностей термограм різними методами встановлено, що розроблена нейромережева система забезпечує найвищі показники якості класифікації дефектів та точності дефектометрії серед розглянутих методів. Досліджено вплив архітектури нейронних мереж на результати роботи нейромережевих модулів розробленої системи у випадку обробки даних комп’ютерного моделювання. Дослідження показали, що найбільш оптимальним є використання двох прихованих прошарків з 12 нейронами в першому та 4 нейронами в другому прошарках. Встановлено, що із доступних алгоритмів навчання найбільш ефективним за показником середньоквадратичної помилки мережі є оптимізатор Левенберга-Маркарда. Проведено дослідження впливу обсягу та якості навчальної вибірки на результати роботи нейромережевих модулів. Встановлено кількісні значення погіршення показників ефективності роботи системи. У випадку зменшення кількості навчальних зразків в чотири рази, на 7,55 % знижується значення критерію Танімото та на 14,74 % зростає відносна похибка визначення глибини залягання дефектів. Водночас, в чотири рази зменшується час навчання. Аналогічні результати отримано і для випадку зменшення репрезентативності вибірки. Розроблено та виготовлено 2 тестових та 5 навчальних зразків у вигляді пластин із багатошарових композиційних матеріалів, які містять штучні внутрішні дефекти з відомими параметрами. Зразки використовувались для проведення експериментальних досліджень ефективності роботи розробленої автоматизованої системи. Для проведення експериментів було виготовлено стенд для проведення активного теплового контролю за схемою з двостороннім доступом до об’єкту. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що в реальних умовах архітектура нейронних мереж відповідних модулів має бути ускладнена до 35 нейронів в першому та 15 нейронів в другому прихованому прошарках. Дослідження показали, що розроблена система дозволяє проводити безпомилкове виявлення та класифікацію дефектів за типом. Оцінка глибини залягання та розкриву дефектів із використанням розробленої системи відбувається з максимальною похибкою ±3,19 % та 3,50 % відповідно. Доведено, що розроблена система має підвищену достовірність контролю та точність дефектометрії у порівнянні з традиційними алгоритмами навіть в умовах нерівномірного нагріву. На основі результатів досліджень сформульовано рекомендації щодо методики контролю із використанням розробленої автоматизованої системи. Ключові слова: неруйнівний контроль, тепловий контроль, теплова дефектометрія, теплова томографія, теплове поле, композиційні матеріали, нейронні мережі, нейромережевий класифікатор, мережа прямого розповсюдження, зворотне поширення помилки, машинне навчання.

У дисертаційній роботі вирішений ряд важливих науково-технічних завдань, які включають в себе обґрунтування моделей і методик розрахунку напружено-деформованого та термопружного стану багатошарових оболонок обертання з міжшаровими дефектами структури. Розроблено та апробовано методику визначення інтегральних термопружних характеристик композитів шаруватої структури, запропоновано алгоритм визначення коефіцієнтів теплового лінійного розширення та теплопровідності багатошарового анізотропного матеріалу. Визначений термопружний деформований стан багатошарових оболонок обертання. Розв’язано задачу конструкційної міцності і створено методику визначення граничного внутрішнього тиску багатошарових циліндричних оболонок, досліджено напружений стан склопластикових труб в зоні фланцевих, бандажних та муфтових з’єднань. За допомогою модифікованого поліноміального критерію міцності отри-мані значення величин граничного тиску, при якому відбувається руйнування склопластикової труби в точках контакту її поверхні з металевими фланцями.
В диссертационной работе решен ряд важных научно-технических заданий, которые включают в себя обоснования моделей и методик расчета напряженно-деформированного и термоупругого состояния многослойных оболочек вращения с межслойными дефектами структуры. Разработана и апробирована методика определения интегральных термо-упругих характеристик композитов слоистой структуры, предложен алгоритм определения коэффициентов теплового линейного расширения и теплопро-водности многослойного анизотропного материала. Определено термоупругое деформированное состояние многослойных оболочек вращения. Решена задача конструкционной прочности и создана методика определения предельного внутреннего давления многослойных цилиндрических оболочек, изучено напряженное состояние стеклопластиковых труб в зоне фланцевых, бандажных и муфтовых соединений. При помощи модифицированного полиноминального критерия прочности получены значения предельного давления, при котором произойдет разрушение стеклопластиковой трубы в точках контакта ее поверхности с металлическими фланцами.
A number of important scientific and technical tasks has been solved in this dissertation, including the justification of the models and methods of calculation of the stressed and strained state as well as the thermoelastic state of layered rota-tion shells with interlaminar structure defects. The method of the integral thermoelastic characteristics of layered structure composite determination has been developed and tested; the algorithm of the thermal linear extention and thermal conductivity of layered anisotropic material coefficient definition was suggested. The thermoelastic strained state of multilayer rotation shells has been determined. The problem of the structural strength has been solved and the technique of determining the maximum internal pressure of multi-layered cylindrical shells has been invented; the stress state of the GRP pipes in flange, bandage and socket joint areas has been studied.Using the modified polynomial strength criterion, the critical pressure values, at which the rupture occurs at the points of GRP pipes surface contact with metal flanges, have been calculated.

Запропоновано підходи до дизайн-проектування засобів захисту рук – рукавичок спеціальних для пожежників трьох рівнів захисту.
Approaches to the design of personal protective equipment for hands - gloves special for firefighters of three levels of protection are suggested.

Об’єкт дослідження – процес навантаження і деформування багатошарових композитних торових оболонок. Мета роботи – полягає в розробці методики розрахунку термопружного напруженого стану композитних торових оболонок високого тиску. Методи дослідження – для розв’язання термопружної незв'язаної задачі застосовуються метод сплайн-колокацій, метод Фур’є, метод рядів Тейлора, метод ортогональної прогонки. На основі даних методів cтворений алгоритм і мовою програмування VISUALFORTRAN складена програма розрахунку напружено-деформованого стану багатошарових торових оболонок від дії статичного та температурного навантаження. Для розв’язання деяких із розглянутих задач також використовувався метод скінченних елементів, який реалізовано в програмному комплексі ANSYS.

Мета кваліфікаційної роботи магістра полягала у у аналізі результатів стосовно температурної залежності питомого опору багатошарових плівоких матеріалів електроніки та розрахунку термічного коефіцієнту опору та температурного коефіцієнта ТКО. У результаті проведеного аналізу літературних даних установлено, що ибір теоретичної моделі для апробації експериментальних даних для двошарових плівкових систем слід робити виходячи із того чи зберігається в системі індивідуальність окремих шарів, утворюється гомогенна система у вигляді плівкового сплаву по всій товщині вихідної двошарової системи, або формується двошарова система з проміжним біля інтерфейсу шаром плівкового сплаву. Аналіз результатів стосовно температурної залежності питомого опору і розрахунків ТКО для систем [Cr/Cu]n/П показав, що пи збільшенні n з 1 до 3 відбувається відносне зростання величини питомого опору (Δρ/ρ = 0,30-0,40) та відносне зменшення величини ТКО (Δβ/β = 0,31-0,38). Характер температурної залежності ТК ТКО та його величина визначаються харакетром залежності β(Т).

Метою роботи є аналіз фізичних властивостей різних типів плівкових мате-ріалів та можливість їх застосування як елементів електронних датчиків, визна-чення їх переваг і недоліків. Розглянуто електрофізичні властивості різних типів плівкових матеріалів, таких як багатошарові структури, спін-вентилі, гранульовані плівкові сплави та високоентропійні сплави. Установлені фактори, що впливають на механічні вла-стивості таких структур, а особливо, ВЕСів. Це, передусім, товщина окремих шарів тонкоплівкових структур, концентрація окремих компонентів, температу-рний режим, вплив зовнішніх фізичних полів тощо. Плівкові матеріали зі спін-залежним розсіюванням електронів знайшли широке прикладне застосування в електронному мікроприладобудуванні.