×
31.05.2023
223.018.7456

Результат интеллектуальной деятельности: Способ диагностики состояния поверхностного слоя твердотельной мишени под действием внешних нагрузок

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области контроля и диагностики эксплуатационных свойств износостойких материалов и изделий и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также для покрытий, находящихся в условиях циклического нагружения, связанных, прежде всего, с эрозийной стойкостью поверхности. Сущность: осуществляют воздействие на образец с износостойким покрытием деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия, при этом воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, после чего осуществляют дальнейшую оценку результата воздействия. В качестве индентора используют сверхскоростную струю гидросуспензии с частицами абразива, которой воздействуют на вращающуюся горизонтальную плоскость образца в виде дискообразной мишени в направлении от периферии к центру образца, с угловой скоростью, обеспечивающей гидроскрайбирующий режим перемещения гидроструи относительно исследуемого образца, при котором локальные изменения его поверхностного слоя, под действием единичных ударов твердофазных частиц струи суспензии находятся на расстоянии друг от друга, по которым судят о состоянии поверхности образца. Технический результат: расширение возможности контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок для определения остаточного ресурса материалов и конструкций, в том числе покрытия твердотельной мишени. 1 ил.

Изобретение относится к области контроля и диагностики эксплуатационных свойств износостойких материалов и изделий и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также для покрытий, находящихся в условиях циклического нагружения, связанных, прежде всего, с эрозийной стойкостью поверхности.

Известен способ диагностики качества конструкционных материалов (Патент RU №2518590, заявл. 22.01.2013, опубл. 10.06.2014 г. Бюл. №16, кл. G01N 19/06 (2006.01)). Способ включает воздействие на испытуемый образец струей жидкости под давлением 350-380 Мпа при скорости 800-850 м/с. При этом на испытуемый образец устанавливают один или несколько датчиков акустической эмиссии в течение времени воздействия струи жидкости. Оценку качества конструкционного материала образца осуществляют путем сравнения относительных значений массового уноса материала параметров акустической эмиссии с соответствующими характеристиками эталонного образца, либо с имеющимися значениями ранее продиагностированных образцов.

Недостатками известного способа является принципиальная невозможность детально-дискретного изучения специфики процессов гидроконтактного взаимодействия отдельного одного зерна высокоскоростной струи суспензии, например, абразивно-жидкостной или гидродинамического характерного возмущения гидроструи в виде пиковой пульсации давления в ней на соответствующие изменения параметров состояния поверхностного слоя и характеристик микрорельефа твердотельной мишени под действием этих элементарных гидрофизических импульсно-силовых факторов.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению является способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок (Патент RU №2583332). Способ включает воздействие индентором на образец с износостойкими покрытиями деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия и оценку результатов воздействия. Воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, со скоростью 300-1000 м/с на образцы, предварительно прошедшие циклическое нагружение, имеющее волновой нестационарный характер, а оценивают результаты воздействия по скорости струи, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по длине гидрокаверны от точки начала воздействия до точки полного разрушения покрытия или по глубине и ширине гидрокаверны.

Недостаток способа состоит в возможности только интегральной оценки влияния совокупности ударно-силовых гидроимпульсов со стороны высокоскоростной гидроструи или струи суспензии, например, в виде абразивно-жидкостной струи, на информационно-диагностические характеристики исследуемой поверхности - глубину и форму образующейся на ней гидрокаверны, количества распределения частиц гидро- или гидроабразивной эрозии поверхностного слоя твердотельной мишени и других параметров, однозначно связанных с физико-механическим состоянием исследуемой поверхности.

Таким образом, детальное исследование результата единичного ударно-силового воздействия на изучаемую поверхность одного зерна и/или частички суспензии или энергетически характерного импульса гидроволнового возмущения гидроструи делается невозможным, что снижает достоверность показателей устойчивости поверхности покрытия к внешним деформирующим нагрузкам.

Анализ известных технических решений показал, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала средств, предназначенных для оценки триботехнических показателей материалов и изделий, особенно в отраслях промышленности, где данные показатели являются определяющими при эксплуатации изделий, например, в машиностроении, в авиационной и ракетно-космической отраслях.

Технический результат предлагаемого изобретения - расширить возможности контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок для определения остаточного ресурса материалов и конструкций, в том числе покрытия твердотельной мишени.

Для решения указанной проблемы и достижения заявленного результата в способе получения информации о состоянии поверхностного слоя твердотельной мишени к действию внешних нагрузок, включающем воздействие на образец с износостойким покрытием деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия, при этом воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, в качестве которого используют сверхскоростную струю гидросуспензии с частицами абразива, которой воздействуют на вращающуюся горизонтальную плоскость образца в виде дискообразной мишени в направлении от периферии к центру образца, с угловой скоростью, обеспечивающей гидроскрайбирующий режим перемещения гидроструи относительно исследуемого образца, при котором локальные изменения его поверхностного слоя, под действием единичных ударов твердофазных частиц струи суспензии находятся на расстоянии друг от друга, по которым судят о состоянии поверхности образца.

Изобретение обеспечивает возможность определения износостойкости, эрозионной стойкости и других триботехнических свойств материалов и конструкций путем воздействия струи гидросуспензии в горизонтальной плоскости в направлении от периферии к центру образца в форме диска, поверхность которого будет характеризоваться наличием множественных ударов абразивных частиц, которые будут характеризовать оценку уровня общей эрозионной стойкости того или иного материала, и в получении исчерпывающей информации об энерго-валовой структуре гидроструй или струи суспензии.

Способ включает воздействие индентором на образец с износостойкими покрытиями деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия и оценку результатов воздействия с осуществлением относительного движения пятна гидроконтакта по поверхности мишени со скоростью, исключающей взаимовлияние результатов воздействия на нее последовательно-единичных импульсов физико-энергетических флуктуаций, например, в виде пересечения площадей от следов (отпечатков) ударов твердофазных частиц суспензии и/или импульсов (скачков) гидродавления в зоне взаимодействия струи с поверхностью мишени, за счет движения, в частности кругового, дискообразной мишени с угловой скоростью, определяемой расчетно-экспериментальным путем.

Изобретение проиллюстрировано схематически на чертеже.

Сверхскоростная струя гидросуспензии 1 направляется на поверхность вращающейся твердотельной мишени 2 со скоростью Vc таким образом, что зона гидроконтактного воздействия струи движется по поверхности мишени с линейной скоростью Vм=ωRм, где Rм радиус дискообразной мишени, а ω-частота вращения мишени. При этом учитывается также и Vr - скорость радиального движения струи гидросуспензии. При применении предлагаемого способа отпечатки от действия энергетически-силовых флуктуаций 3 в зоне гидроконтактного взаимодействия струи с поверхностью мишени 2 располагаются на радиусах r1, r2, …rn. Причем расстояние между отпечатками 3 увеличивается к периферии мишени, т.е. Δr21=(r2-r1)<Δr32=(r3-r2)<Δri+1,i=(ri+1-r1)…Δrn-1,n=(rn-rn-1).

Пример конкретного выполнения.

Производили дискретно-дифференциальную диагностику выходных информационных параметров взаимодействия струи гидросуспензии с поверхностью твердотельной мишени. В соответствии с соотношением необходимо было рассчитать значение скорости относительного движения зоны гидроконтактного взаимодействия абразивно-жидкостной струи гидросуспензии по поверхности мишени.

На первом этапе анализа определили значение , как среднюю величину где: расстояние между центрами соседних следов (отпечатков) от удара частиц абразива в поверхность мишени; n-число анализируемых следов (отпечатков) (обычно n=12÷15).

Основываясь на результатах прямых экспериментов по оптическому определению а также теории ударно-контактных взаимодействий упругих тел значение при радиусе частицы абразива d~0,2 мм:

На втором этапе определили частоту f (Гц) ударов частиц абразива в поверхность мишени. Для этого вычислили количество абразивных частиц, эжектируемых в струю гидросуспензии при массовом расходе жидкости (обычно специально подготовленной технически чистой воды) (кг/с) при массовой концентрации этих частиц с (%) в данной гидроструе. Таким образом, масса одной абразивной частицы, например, из природного кварца плотностью ρ=2,65 ⋅ 103 (кг/м3) и диаметром d=0,2 мм определяется из соотношения: .При с (6 литров/мин) частота удара частиц будет оцениваться зависимостью: при с~10%. Таким образом, скорость относительного движения пятна гидроконтакта струи по поверхности, ссылаясь на приведенные выше вычисления, составила: V~10 м/с.

Исходя из проведенных расчетов, дискретно-дифференциальное диагностирование условий гидроконтактного взаимодействия абразивно-жидкостной струи гидросуспензии (СГС) было реализовано следующим образом (фиг. 1). Движущаяся со скоростью Vc СГС 1, содержащая твердотельные частицы 2 имеет результирующую скорость V относительно движения пятна зоны ее гидроконтакта с поверхностью мишени 4: V=Vм+Vs, где Vм и Vs - соответственно абсолютные значения скоростей движения мишени и струи в зоне их гидроконтактного взаимодействия. При такой скорости V формируется «трассирующий» профиль микрорельефа поверхности и поверхностного слоя мишени, обусловленный раздельными ударами частиц 2. Сформированный рельеф поверхности 4 после воздействия 1 характеризуется участками не деформированного материала поверхности мишени: где - характерный размер элемента профиля поверхности мишени 4, например, диаметр отпечатка от удара частицы или диаметра самой частицы. В первом случае коэффициент «неперекрытия» площадей отпечатков k>1,0, а во втором варианте оценки этот коэффициент - k<1,0. Важно отметить, что именно стабильное условие неперекрытия отпечатков от ударов частиц 2 СГС о поверхность мишени 4 обеспечивается выполнением зависимости V=Vм+Vs, которую можно уточнить неравенством вида V>Vм+Vs.

Путем анализа отличительных особенностей, сформированного с учетом описанных выше формул и расчетов профиля поверхности мишени 4 под действием СГС 1 можно определить следующие основные информационно-диагностические и физико-механические параметры (фиг. 1):

- геометрическая характеристика размера отпечатка от удара твердофазной частицы, обычно его диаметр-«b» или do;

- максимальная глубина отпечатка - Н;

- высота валика пластического оттеснения материала мишени от места удара частицы - h.

Заметим, что именно эти параметры позволяют экспериментально верифицировать расчетно-аналитические и другие модели ударно-динамических физически разнообразных взаимодействий. Кроме того, значения lt характеризуют стабильность распределения частиц абразива и/или других твердофазных дисперсионных частиц в СГС. Это обстоятельство позволяет оперативно оценить качество формирования СГС и, как следствие, ее функциональные возможности. Причем анализ отклонения отпечатков от ударов частиц о поверхность мишени от прямой линии, в данном случае, вектора скорости относительного движения пятна гидроконтакта V, также позволяет проанализировать специфику формирования СГС в определенном струеформирующем элементе - фокусирующем сопле используемой технологической установки.

Таким образом, вышерассмотренные основные информационно-диагностические признаки особенностей гидроконтактного взаимодействия СГС при условии их дифференциально-дискретного анализа позволяют:

- оценивать физико-механические характеристики поверхностного слоя материала мишени, в том числе при наличии на нем защитно-функциональных покрытий. Причем эти параметры позволяют изучать именно динамические составляющие данных характеристик;

- оперативно определять качество формирования самих СГС, в частности - оперативно оценивать степень равномерности распределения твердофазных частиц в осевом и радиальном направлении высокоскоростного ядра СГС. Тем самым, открывается возможность ускоренного определения функциональной результативности различных КТР, связанных с процессом формирования эффективных СГС.

Способ получения информации о состоянии поверхностного слоя твердотельной мишени к действию внешних нагрузок за счет определенного значения результирующей скорости относительно движения струеформирующего сопла и мишени, позволяет обеспечить такой гидроскрайбирующий режим перемещения гидроструи или струи суспензии относительно мишени, при котором локальные изменения ее поверхностного слоя, под действием единичных ударов твердых частиц струи суспензии и/или пиковых значений импульсов гидродавления в гидроструе находятся на некотором расстоянии друг от друга, что позволяет не только осуществить диагностические исследования физико-механических характеристик поверхностного слоя материала мишени под действием локально-динамических ударных нагрузок (твердых частиц и/или пиковых значений импульсов гидродавления), но и получить исчерпывающую информацию об энерговолновой структуре самих гидроструй или струй суспензии.

При этом сами твердые частицы суспензии, ударяющиеся о поверхность мишени через определенные расстояния и/или импульсы гидродавления, по существу являются тонким индентирующим гидрофизическим инструментом получения различной и достаточно полной информации об объектах такого вида гидроконтактного взаимодействия - струе в мишени. Причем физико-энергетическую совокупность самих процессов взаимодействия можно трактовать, как новую информационно-диагностическую гидродинамическую технологию исследования параметров не только состояния поверхностного слоя твердого тела, но и свойств, в первую очередь, механических, твердофазных частиц суспензии, в частности - их ударно-динамической прочности и твердости, например, путем анализа результатов удара этих частиц в высокотвердую поверхность мишени (например, алмазную).

По сравнению с прототипом предложенный способ обеспечивает расширение возможностей контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок для определения остаточного ресурса материалов и конструкций, в том числе покрытия твердотельной мишени.

Способ диагностики состояния поверхностного слоя твердотельной мишени под действием внешних нагрузок, включающий воздействие на образец с износостойким покрытием деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия, при этом воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, после чего осуществляют дальнейшую оценку результата воздействия, отличающийся тем, что в качестве индентора используют сверхскоростную струю гидросуспензии с частицами абразива, которой воздействуют на вращающуюся горизонтальную плоскость образца в виде дискообразной мишени в направлении от периферии к центру образца, с угловой скоростью, обеспечивающей гидроскрайбирующий режим перемещения гидроструи относительно исследуемого образца, при котором локальные изменения его поверхностного слоя, под действием единичных ударов твердофазных частиц струи суспензии находятся на расстоянии друг от друга, по которым судят о состоянии поверхности образца.
Способ диагностики состояния поверхностного слоя твердотельной мишени под действием внешних нагрузок
Способ диагностики состояния поверхностного слоя твердотельной мишени под действием внешних нагрузок
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 98.
27.03.2016
№216.014.c768

Способ кротования дренируемых земель

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам кротования дренируемых сельскохозяйственных земель. Способ включает нарезку кротовин поперек направления трубчатого дренажа. На дренируемых землях выделяют придренные участки трубчатого дренажа шириной от 5 до 7 глубин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578535
Дата охранного документа: 27.03.2016
27.03.2016
№216.014.c7be

Способ уборки смешанных посевов зерновых колосовых и зернобобовых культур

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ уборки смешанных посевов зерновых колосовых и зернобобовых культур включает уборку культур в два прохода комбайна. Перед первым проходом осуществляют технологические настройки комбайна для уборки зернобобовых культур. Затем массу скашивают и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578533
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.05.2016
№216.015.3e8c

Способ чизелевания дренируемых земель

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам чизелевания дренируемых сельскохозяйственных земель. На дренируемых землях поперек направления трубчатого дренажа выполняют рабочие проходы чизеля. Новым является то, что на дренируемых землях выделяют придренные участки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584443
Дата охранного документа: 20.05.2016
27.05.2016
№216.015.4339

Способ глубокого рыхления дренируемых земель

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а конкретней к способам глубокого рыхления дренируемых сельскохозяйственных земель. Способ предусматривает выполнение поперек направления трубчатого дренажа рабочих проходов рыхлителя. Новым является то, что на дренируемых землях выделяют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585460
Дата охранного документа: 27.05.2016
27.05.2016
№216.015.4373

Способ устройства кротового дренажа на дренируемых землях

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а конкретней к способам устройства кротового дренажа на дренируемых сельскохозяйственных землях. Способ предусматривает выполнение поперек направления трубчатого дренажа кротовых дрен. Новым является то, что на дренируемых землях выделяют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585461
Дата охранного документа: 27.05.2016
27.08.2016
№216.015.5067

Способ укоренения зеленых черенков

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Способ включает нарезку черенков и посадку их на гряды в условиях защищенного грунта с искусственным туманом. При этом над грядами высаженных черенков дополнительно устанавливают туннель, который покрывают белым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595741
Дата охранного документа: 27.08.2016
12.01.2017
№217.015.57f6

Способ диагностики качества срастания компонентов прививки

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к плодоводству, физиологии растений и питомниководству. Способ включает измерение динамики электропроводности тканей прививки. При этом электропроводность тканей прививки измеряют в трех местах прививки: привой, место прививки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588545
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.7127

Устройство для послойной укладки продуктов в тару

Изобретение относится к агропромышленному оборудованию, в частности к укладчикам штучных продуктов в тару, устанавливаемых в роботизированных линиях фасования, укладки и упаковки различных продуктов в тару (коробки, контейнеры). Устройство для послойной укладки продуктов в тару содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596749
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.8e63

Способ восстановления и упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин

Изобретение может быть использовано для восстановления и упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин. В местах, подверженных наибольшему абразивному износу, наносят слой износостойкого материала. Получают слой покрытия путем электроконтактной припайки ленты, в частности, из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605259
Дата охранного документа: 20.12.2016
24.08.2017
№217.015.9570

Способ опыления линий петунии с гаметофитным типом самонесовместимости

Изобретение относится к области сельского хозяйства и селекции. Изобретение представляет собой способ опыления линий петунии с гаметофитным типом самонесовместимости на основе опыления бутонов с последующей изоляцией и маркировкой, заключающийся в том, что за день до раскрытия цветка в стадии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608507
Дата охранного документа: 18.01.2017
Показаны записи 1-10 из 19.
20.02.2013
№216.012.2666

Способ гидроабразивной резки листового металлического материала

Изобретение относится к гидроабразивной резке листового металлического материала. Осуществляют подачу листового металлического материала или струйной головки. Обеспечивают точечный фокусированный нагрев зоны резания листового металлического материала внешним источником фокусированного нагрева...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475350
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2683

Микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тепловоза

Предлагаемое изобретение относится к транспорту, в частности к электрическим передачам транспортных средств, и может быть применено для автономного тягового подвижного состава, в частности для тепловозов с электрической передачей постоянного тока. В микропроцессорной системе регулирования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475379
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.09.2014
№216.012.f20d

Клеевая композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области конструкционных клеев холодного отверждения, предназначенных для склеивания металлов и неметаллических материалов в изделиях автомобильной техники и различных отраслях машиностроительного комплекса. Клеевая композиция холодного отверждения включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527787
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.07.2015
№216.013.66bc

Микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тепловоза

Изобретение относится к автоматическим системам регулирования напряжения тяговых генераторов в электрических тяговых системах тепловозов при автоматизированном режиме ведения состава. Микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора тепловоза содержит дизель-генератор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557853
Дата охранного документа: 27.07.2015
27.03.2016
№216.014.c7ca

Способ обработки жидкости

Изобретение относится к управляемому изменению свойств жидкостей путем интенсивного динамического воздействия на них и может быть использовано в пищевой и нефтехимической промышленности, биотехнологии, медицине, в промышленной гидроэкологии для водоподготовки и сельском хозяйстве для получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578324
Дата охранного документа: 27.03.2016
10.05.2016
№216.015.3b52

Способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок

Изобретение относится к области контроля и диагностики совокупности эксплуатационных свойств износостойких покрытий, связанных, прежде всего, с твердостью, адгезионной прочностью, износостойкостью, и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также для покрытий,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583332
Дата охранного документа: 10.05.2016
25.08.2017
№217.015.b1d8

Система управления поворотом транспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к приводам управляемых колес полуприцепов. Система рулевого управления одноосным полуприцепом седельного автопоезда содержит рулевую трапецию прицепного звена, исполнительный силовой цилиндр, шток которого с одной стороны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613132
Дата охранного документа: 15.03.2017
25.08.2017
№217.015.b2a8

Шлагбаум

Изобретение относится к средствам дорожного движения. Шлагбаум содержит закрепленный на основании корпус, размещенную частично в корпусе подвижную балку и установленный в корпусе привод для горизонтального перемещения подвижной балки рамной конструкции из положения перекрытия пути движения с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613707
Дата охранного документа: 21.03.2017
13.02.2018
№218.016.25d7

Гидравлическая система управления поворотно-сцепным устройством двухзвенной гусеничной машины

Изобретение относится к двухзвенным гусеничным машинам с гидравлической системой управления поворотно-сцепным устройством. Гидравлическая система управления с гидравлической системой управления поворотно-сцепным устройством содержит шестеренный насос с редуктором привода, карданный вал,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644208
Дата охранного документа: 08.02.2018
10.05.2018
№218.016.4f20

Имитатор дорожный тренажёра транспортного средства

Изобретение относится к области организации дорожного движения, в частности к техническим средствам обучения вождению автотракторной техники. Имитатор дорожный содержит кабину автомобиля, рулевую колонку, органы управления автомобилем, расположенные в кабине, кресло водителя, микропроцессорное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652696
Дата охранного документа: 28.04.2018
+ добавить свой РИД