Devices and Methods of Measurements (E-Journal) / Приборы и методы измерений
Not a member yet
490 research outputs found
Sort by
Способы повышения точности определения вязкости разрушения твёрдых хрупких материалов при индентировании
Get PDFMethod for determining of the fracture toughness of brittle materials by indentation is described. The critical stress intensity factor KIC quantifies the fracture toughness. Methods were developed and applied to improve the accuracy of KIC determination due to atomic force microscopy and nanoindentation. It is necessary to accurately determine parameters and dimensions of the indentations and cracks formed around them in order to determine the KIC . Instead of classical optical and scanning electron microscopy an alternative high-resolution method of atomic force microscopy was proposed as an imaging method.Three methods of visualization were compared. Two types of crack opening were considered: along the width without vertical displacement of the material and along the height without opening along the width. Due to lack of contact with the surface of the samples under study, the methods of optical and scanning electron microscopy do not detect cracks with a height opening of less than 100 nm (for optical) and less than 40–50 nm (for scanning electron microscopy). Cracks with opening in width are determined within their resolution. Optical and scanning electron microscopy cannot provide accurate visualization of the deformation area and emerging cracks when applying small loads (less than 1.0 N). The use of atomic force microscopy leads to an increase in accuracy of determining of the length of the indent diagonal up to 9.0 % and of determining of the crack length up to 100 % compared to optical microscopy and up to 67 % compared to scanning electron microscopy. The method of atomic force microscopy due to spatial three-dimensional visualization and high accuracy (XY ± 0.2 nm, Z ± 0.03 nm) expands the possibilities of using indentation with low loads.A method was proposed for accuracy increasing of KIC determination by measuring of microhardness from a nanoindenter. It was established that nanoindentation leads to an increase in the accuracy of KIC determination by 16–23 % and eliminates the formation of microcracks in the indentation.Приведено описание метода определения вязкости разрушения хрупких материалов индентированием. Количественно вязкость разрушения характеризуется критическим коэффициентом интенсивности разрушения KIC . Использование атомно-силовой микроскопии и наноиндентирования позволило разработать и применить способы повышения точности определения KIC . Для определения KIC необходимо точно определять параметры и размеры отпечатков индентирования и образованных вокруг них трещин. В качестве метода визуализации вместо классических оптической и сканирующей электронной микроскопий предложен альтернативный высокоразрешающий метод атомно-силовой микроскопии.Проведено сравнение трёх методов визуализации. Рассмотрено два типа раскрытия трещин: по ширине без смещения материала по вертикали и по высоте без раскрытия по ширине. Методы оптической и сканирующей электронной микроскопий из-за отсутствия контакта с поверхностью исследуемых образцов не определяют трещины с раскрытием по высоте менее 100 нм (для оптической) и менее 40–50 нм (для сканирующей электронной микроскопии). Трещины с раскрытием по ширине определяют в рамках своей разрешающей способности. Оптическая и сканирующая электронная микроскопии не могут обеспечить точную визуализацию области деформации и формирующихся трещин при применении малых нагрузок (меньше 1,0 Н). Применение атомно-силовой микроскопии приводит к повышению точности определения длины диагонали отпечатка до 9,0 % и определения длины трещины до 100 % по сравнению с оптической микроскопией и до 67 % по сравнению со сканирующей электронной микроскопией. Метод атомно-силовой микроскопии благодаря пространственной трёхмерной визуализации и высокой точности (по XY ± 0,2 нм, по Z ± 0,03 нм) расширяет возможности применения индентирования с применением низких нагрузок.Предложен способ повышения точности определения KIC за счёт измерения микротвёрдости с наноиндентора. Установлено, что наноиндентирование приводит к повышению точности определения KIC на 16–23 % и исключает образование микротрещин в отпечатке
Зарядочувствительный метод исследования деформационных процессов
Get PDFSurface charge can be used as an information parameter about the change in the state of the material under the action of mechanical stresses. The aim of the work was to develop methods for studying deformation processes in metallic and polymeric materials using a charge-sensitive method.Experimental studies of deformation processes under tensile, compressive and impact loads were carried out on samples of various materials: aluminum alloy of AMg2 grade, steel of grade 08PS, high-pressure polyethylene of grade 12203-250 and samples of composite materials based on it, F4 polytetrafluoroethylene. As a research method, the analysis of changes in the relative values of the surface electron work function in the case of metals and the surface electrostatic potential in the case of polymers and composite materials is used. A scanning modification of a charge-sensitive probe is used as a measuring instrument.The results of experimental studies of materials in a stress-strain state demonstrate the high efficiency of the proposed method. The research methodology makes it possible to detect local changes in the surface potential of the material in the area of deformations, which are not detected on a macroscopic scale using standard methods. The results obtained can serve as a basis for the development of new methods and techniques for studying the mechanical properties of both metals and dielectric materials. В качестве информационного параметра об изменении состояния материала под действием механических напряжений может быть использован поверхностный электростатический потенциал (заряд). Целью работы являлась отработка методик исследования деформационных процессов в металлических и полимерных материалах с использованием зарядочувствительного метода.Проведены экспериментальные исследования деформационных процессов при растягивающих, сжимающих и ударных нагрузках на образцах различных материалов: алюминиевый сплав марки АМг2, сталь марки 08ПС, полиэтилен высокого давления марки 12203-250 и образцы композиционных материалов на его основе, фторопласт-4. В качестве метода исследований использовался анализ изменений относительных значений работы выхода электрона поверхности в случае металлов и поверхностного электростатического потенциала в случае матричных и композиционных полимерных материалов. В качестве средств измерений использовалась сканирующая модификация зарядочувствительного зонда.Результаты экспериментальных исследований материалов в напряжённо-деформированном состоянии демонстрируют высокую эффективность предложенного метода. Методика исследований позволяет обнаруживать локальные изменения поверхностного потенциала материала в области действия деформаций, которые не обнаруживаются в макроскопическом масштабе с использованием стандартных методов. Полученные результаты могут служить базой для разработки новых методов и методик исследования механических свойств как металлов, так и диэлектрических материалов
Формирование доменной структуры в проектировании открытых информационно-измерительных систем
Get PDFThe opened systems possess an increasing significance and possibilities of applying in designing of measuring devices. Now an essentially nonlinear models are used for such systems. The perturbation approach is not enough for these purposes. Models of new types have solutions in a form of soliton or kink and similar objects. The equation of Fisher–Kolmogorov–Petrovskii–Piskunov is one of such equations. This equation is used for description of convection-reaction-diffusion processes. Such processes are used for studying of a self-organisation and formation of a structure in non-equilibrium opened systems. The aim of this work was to construct of a new solution for the modified equation of Fisher–Kolmogorov– Petrovskii–Piskunov in which a space inhomogeneity is accounted.To solve this problem the direct Hirota method for nonlinear partial differential equation is applied.Some modifications into this method were introduced.The new topologically non-trivial solution of the modified Fisher–Kolmogorov–Petrovskii–Piskunov equation is constructed explicitly. This solution has a kink-like form. Some arguments on the stability of such solution are considered.A possibility of domain structure formation in the systems which describe by the Fisher–Kolmogorov– Petrovskii–Piskunov equation is demonstrated. Возможности использования и значение открытых систем при проектировании и создании средств измерения постоянно возрастают. Применение существенно нелинейных моделей, для решения которых методы теории возмущений оказываются недостаточными, находит всё более широкое распространение в задачах математического моделирования такого рода разработок. Используемые при этом модели, а значит и нелинейные уравнения, применяемые для их описания, имеют решения в виде топологически нетривиальных состояний – солитонов, кинков и подобных им объектов. Одним из таких уравнений является уравнение Фишера–Колмогорова– Петровского–Пискунова, применяемое для описания процессов «конвенция-реакция-диффузия», которое находит применение при исследовании процессов самоорганизации и построения структурных формирований в неравновесных открытых системах. Целью настоящей работы являлось построение нового решения модифицированного уравнения Фишера–Колмогорова– Петровского–Пискунова, учитывающего пространственную неоднородность в системе.Для решения указанной задачи применен прямой метод Хироты решения нелинейных уравнений в частных производных, в который внесены некоторые дополнительные ограничения.Построено в явном виде новое топологически нетривиальное решение модифицированного уравнения Фишера–Колмогорова–Петровского–Пискунова в виде одиночного кинкоподобного объекта и приведены аргументы в пользу того, что полученное решение является устойчивым относительно малых возмущений.В результате проведенного математического моделирования показана возможность возникновения в системе, описываемой модифицированным уравнением Фишера–Колмогорова– Петровского–Пискунова, доменной структуры
Оценка состояния электрических машин на основе математического моделирования дефектообразования в обмотках
Get PDFThe highest quality and timely diagnostics of windings’ state of various types of electrical machines including of asynchronous motors’ windings is an impoitant task. Among the existing diagnostic methods currently the most promising are those ones based on methods for analyzing resonance processes occurring in electrical machines. The aim of the article was to assess the possibility of use resonant processes occurring in electrical machines for qualitative diagnostics of their windings state using the asynchronous motors example, to build mathematical models that allow describing defect formation in windings and to analyze the deviation of mathematical models relative to the results obtained.Analysis of the influence of the level of interturn resistances, the number of closed turns and the location of closed turns in sections on the phase-frequency characteristics of asynchronous motors windings of various classes has been carried out. Mathematical models of the phase-frequency characteristics are obtained, coefficients of polynomials are determined and the relative discrepancy between these mathematical dependences relative to the experimental data is estimated depending on the considered parameters characterizing defects in the coils’ windings of electrical machines.Obtained mathematical models and coefficients for them can serve as the basis for construction of automated control and diagnostic systems for checking of the windings state of electrical machines including assessing the residual life of their work.Максимально качественная и своевременная диагностика состояния обмоток электрических машин различного типа, в том числе и обмоток асинхронных двигателей, область применения которых с каждым годом увеличивается, является актуальной проблемой. Среди существующих методов диагностики в настоящее время наиболее перспективными являются способы, основанные на методах анализа резонансных процессов, протекающих в электрических машинах. Целью работы являлась оценка возможности применения резонансных процессов, протекающих в электрических машинах, для качественной диагностики состояния их обмоток на примере асинхронных двигателей, построение математических моделей дефектообразования в обмотках, позволяющих описать дефектообразование в обмотках, и анализ отклонения математических моделей относительно полученных экспериментальных результатов.Проведён анализ влияния уровня межвитковых сопротивлений, количества замкнутых витков и местоположение замкнутых витков в секциях на фазочастотные характеристики обмоток асинхронных двигателей различного класса. Получены математические модели фазочастотных характеристик, определены коэффициенты полиномов и оценено относительное расхождение этих математических зависимостей относительно экспериментальных данных в зависимости от рассматриваемых параметров, характеризующих дефекты в обмотках катушек электрических машин.Полученные математические модели дефектообразования в обмотках и коэффициенты для этих зависимостей могут служить основой для построения автоматизированных контрольнодиагностических систем для проверки состояния обмоток электрических машин, в том числе и оценки остаточного ресурса их работы
Кристалл Er3+,Yb3+:YGdSiO5 для лазеров спектрального диапазона 1,5–1,6 мкм
Get PDFSolid-state erbium lasers, emitting in the spectral range of 1.5–1.6 µm, are of great interest for several industrial applications. Nowadays the Er:glass is the most widespread laser material for obtaining laser radiation at the wavelength near 1.5 µm. However, the maximal output powers of such lasers are restricted by hundreds of milliwatts because low thermal characteristics of the glass host. By this reason the search for new crystalline hosts doped with erbium ions is the actual task.In this article the investigation results of spectroscopic properties of Er3+,Yb3+:YGdSiO5 (YGSO) crystals are reported. Polarized absorption and luminescence spectra were measured. The lifetimes of energy levels were determined. The excited state absorption spectra were measured. It was shown that excited state absorption band does not overlap with gain band in the range 1.5–1.6 µm. The energy transfer efficiency from ytterbium to erbium ions was estimated. The stimulated emission and gain cross-section spectra for Er3+ ions in YGSO were calculated.Твердотельные эрбиевые лазеры, излучающие в спектральной области 1,5–1,6 мкм, представляют большой интерес для различных практических применений. Из доступных на сегодня лазерных материалов для получения стимулированного излучения в области 1,5 мкм наибольшее распространение получили фосфатные стёкла, легированные ионами Er3+. Однако максимальные выходные мощности таких лазеров ограничены несколькими сотнями милливатт из-за низких термических характеристик стекла, поэтому поиск подходящей кристаллической матрицы для ионов эрбия является актуальным и в настоящее время.В работе представлены результаты исследований спектроскопических свойств кристалла иттрий-гадолиниевого силиката, легированного ионами эрбия и иттербия – Er3+,Yb3+:YGdSiO5 (YGSO). Измерены спектры поглощения и люминесценции в поляризованном свете, определены времена жизни возбуждённых состояний активных ионов. Измерения спектров поглощения из возбуждённого состояния показали, что полоса поглощения из возбуждённого состояния не перекрывается с полосой усиления в спектральной области 1,5–1,6 мкм. Проведена оценка эффективности переноса энергии от ионов иттербия к ионам эрбия. Выполнен расчёт спектров поперечных сечений вынужденного излучения и усиления
Разработка инженерных моделей наноспутников для обучения
Get PDFThe work purpose is the development of BSUIM-1 and BSUIM-2 complexes for training specialists in the aerospace industry with the used engineering test beds and experimental facilities.Two sets of nanosatellite engineering models and ground stations had developed. They allow testing hardware and software of the onboard equipment and payload, simulating operation modes, and flight programs, and enable students to gain practical skills in working with ultra-small satellites. The complexes include ground stations, 2 ultra-small satellite simulators, BSUSAT-1 low-orbit nanosatellite, remote access laboratory, local and external servers for data storage. The complexes' website and database allow for full-time and remote training. The experience gained in conducting experiments, processing telemetry, and structuring information in the database is used for further development. All the developed equipment is made based on commercial off-the-shelf elements. It has reduced development costs, flexible equipment reconfiguration, and easier access to the simulator's internal architecture for demonstration purposes.The developed complexes allow students to practically study the ultra-small satellite components design and ground stations, methods for receiving and processing telemetry and scientific information, attitude determination and control algorithms. The complexes allow to conduct of research in the development of individual onboard systems and special-purpose equipment of the nanosatellite and their testing in the loop. The results obtained are introduced into the educational process and are used in lectures and laboratory classes for aerospace specialties students. The developed complexes make it possible to carry out term papers, theses, and master’s works related to the design of hardware and software for nanosatellites and a ground station, the setting up of space experiments, the development of new algorithms and a flight program for ultra-small satellites.Целью работы являлась разработка комплексов для подготовки специалистов аэрокосмических специальностей на основе практических тренажёров и экспериментальных установок.Разработаны два комплекса инженерных моделей-имитаторов наноспутников и наземные станции приёма, которые позволяют проводить отработку оборудования и программного обеспечения бортовой аппаратуры и полезной нагрузки, имитацию режимов работы, программы полёта, дают возможность студентам получать практические навыки работы со сверхмалыми космическими аппаратами. Комплексы включают в себя: наземные станции приёма, 2 имитатора сверхмалых космических аппаратов, низкоорбитальный спутник BSUSAT-1, лабораторию удалённого доступа, локальный и внешний серверы для сбора и хранения данных. Собственный веб-сайт комплексов и база данных позволяет обеспечить как очное, так и удалённое проведение лабораторных работ. Полученный опыт в проведении экспериментов, обработки телеметрии и структурированная в базе данных информация используется для дальнейших разработок. Всё разработанное оборудование выполнено на основе доступной элементной базы. Это позволило снизить стоимость разработки, гибко реконфигурировать оборудование и облегчить доступ к внутренней архитектуре тренажёров для демонстрации.Разработанные комплексы позволяют студентам практически изучать устройство сверхмалых космических аппаратов и наземных станций приёма, методы приёма и обработки телеметрии и научной информации, алгоритмы определения положения и управления спутником. Комплексы позволили проводить исследования в области разработки отдельных бортовых систем и целевой аппаратуры наноспутника и последующего их тестирования.Полученные результаты внедрены в учебный процесс и используются при чтении лекций и проведении лабораторных занятий для студентов аэрокосмических специальностей. Разработанные комплексы позволяют выполнять курсовые, дипломные и магистерские работы, связанные с проектированием программно-аппаратных средств наноспутников и наземной станции, постановкой космических экспериментов, разработкой новых алгоритмов и программы полёта сверхмалого космического аппарата
Определение содержания 238U по гамма-излучению 234mPa
Get PDFRadionuclide 238U is one of the most important radioactive elements that must be controlled in nuclear power engineering, geological exploration, control of radioactive contamination of soils and raw materials used in construction. The most optimal way to control 238U is to use the 234mPa radionuclide, the activity of which, due to its short lifetime (≈ 1.2 min), is unambiguously related to the activity of 238U even if the secular equilibrium is disturbed in the sample under studyРossibility of use of the 234mPa nuclide gamma radiation to determine 238U with a scintillation detector in a medium containing natural radionuclides is investigated and demonstrated using the simplest examples. The proposed algorithm for determining of the 238U content is based on the Monte Carlo simulation of the detector response to the radiation of the 234mPa radionuclide at its 1001 keV energy line and subsequent processing of the experimental spectrum, including the Wiener filtering of the signal. This method makes it possible to determine the content of 238U in a continuous homogeneous medium while presence of natural radionuclides in it.The algorithm for determining of 238U content includes several main steps. Filtering based on the Wiener algorithm allows selecting a slowly changing part of the spectrum. Results of Monte Carlo simulations make it possible to determine the detection efficiency in a limited informative region of the spectrum, which includes, along with the 1001 keV peak from the 234mPa nuclide, which is a decay product of the radionuclide 234Th, and the peak of an interfering radionuclide from the decay chain of 232Th. This part of the spectrum does not contain any other lines of gamma radiation from natural radionuclides – decay products of both thorium and uranium chains. These two peaks in the spectral region under study can be separated from each other in a medium with a typical concentration of 234Th.Analysis of results of the activity of depleted uranium metal measuring in accordance with the proposed algorithm shows the possibility of determining of 238U content with an uncertainty of 3–5 %.В атомной энергетике, в геологоразведке, при контроле радиоактивного загрязнения почв и сырья, используемого при строительстве, одним из важнейших радиоактивных элементов, который необходимо контролировать, является 238U. Наиболее оптимально для контроля 238U использовать радионуклид 234mPa, активность которого из-за малости времени его жизни (≈ 1,2 мин) однозначно связана с активностью 238U даже при условии нарушения векового равновесия в исследуемом образце. Исследована и продемонстрирована на простейших примерах возможность использования гамма-излучения нуклида 234mPa для определения 238U с помощью сцинтилляционного детектора в среде, содержащей естественные радионуклиды. Предложенный алгоритм определения содержания 238U основан на моделировании методом Монте-Карло отклика детектора на излучение радионуклида 234mPa на его монолинии 1001 кэВ и последующей обработке экспериментального спектра прибора, включающей винеровскую фильтрацию сигнала. Этот способ позволяет определить содержание 238U в сплошной однородной среде при наличии в ней естественных радионуклидов. Алгоритм определения содержания радионуклида включает в себя несколько основных этапов.Фильтрация на основе алгоритма Винера позволяет выделить медленно меняющуюся часть спектра. Результаты Монте-Карло моделирования дают возможность определить эффективность регистрации в ограниченном информативном участке спектра, включающем наряду с пиком 1001 кэВ от нуклида 234mPa, являющегося продуктом распада радионуклида 234Th, и ближайший к нему пик мешающего радионуклида из цепочки распада 232Th. Этот участок спектра по определению не содержит никаких других линии гамма-излучения от естественных радионуклидов – продуктов распада как ториевой, так и урановых цепочек. Указанные два пика на исследуемом участке спектра могут быть отделены друг от друга в среде с типичной концентрацией 234Th.Анализ результатов измерения активности обеднённого металлического урана в соответствии с предложенным алгоритмом показывает возможность определения содержания 238U с погрешностью 3–5 %
Моделирование электрофизических параметров элементов флеш-памяти методом Монте-Карло
Get PDFOperation of modern flash memory elements is based on electron transport processes in the channel of silicon MOSFETs with floating gate. The aim of this work was calculation of electron mobility and study of the influence of phonon and ionized impurity scattering mechanisms on the mobility, as well as calculation of parasitic tunneling current and channel current in the conductive channel of flash memory element. Numerical simulation during the design stage of flash memory element allows working out guidelines for optimization of device parameters defining its performance and reliability.In the work such electrophysical parameters, characterizing electron transport, as mobility and average electron energy, as well as tunneling current and current in the channel of the flash memory element are studied via the numerical simulation by means of Monte Carlo method. Influence of phonon and ionized impurity scattering processes on electron mobility in the channel has been analyzed. It is shown that in the vicinity of drain region a sufficient decrease of electron mobility defined by phonon scattering processes occurs and the growth of parasitic tunneling current is observed which have a negative influence on device characteristics.The developed simulation program may be used in computer-aided design of flash memory elements for the purpose of their structure optimization and improvement of their electrical characteristics.В основе функционирования современных элементов флеш-памяти лежат процессы переноса электронов в проводящем канале кремниевых МОП-транзисторов с плавающим затвором. Целью данной работы являлось проведение вычислительного эксперимента по расчёту подвижности электронов и изучению влияния на подвижность фононного рассеяния и рассеяния на ионизированной примеси, а также расчёт паразитного туннельного тока и тока в проводящем канале элемента флеш-памяти. Проведение вычислительного эксперимента на этапе разработки и проектирования элементов флеш-памяти позволит выработать рекомендации для оптимизации параметров прибора, определяющих быстродействие и надёжность его работы.Путем численного моделирования электронного переноса в элементе флеш-памяти методом Монте-Карло рассчитаны такие электрофизические параметры, характеризующие перенос, как подвижность, средняя энергия электронов, а также плотность туннельного тока и тока в канале прибора. Изучено влияние процессов рассеяния на фононах и ионизированной примеси на подвижность электронов в канале. Показано, что вблизи области стока происходит существенное снижение подвижности электронов, обусловленное процессами рассеяния на фононах, а также наблюдается рост паразитного туннельного тока, что приводит к ухудшению рабочих характеристик прибора.Разработанная программа моделирования может быть использована при компьютерном проектировании элементов флеш-памяти с целью оптимизации их конструкции и улучшения электрических характеристик.
Спектральное представление измерительных одиночных и квазипериодических сигналов
Get PDFSolving the problems of spectral processing of single and quasi-periodic signals in measurement and diagnostic systems is directly related to their isolation against the background of external interference or noise. The purpose of this work was to study single and quasi-periodic signals, i. e. signals limited in time, presented as separate components; development of a mathematical apparatus that connects the individual components of the original, time-limited signal, with the spectral characteristics of the periodic signal, which is obtained from the original by its periodization.The paper analyzes the spectrum of a quasi-periodic signal, which is presented from spectral density regions separated by spectral components with zero amplitude. The process of signal periodization is considered on the example of unipolar rectangular pulses. The representation of the analyzed complex single signal in the form of a linear combination of given functions, limited in time by the duration of the considered signal, was chosen, and it was determined that it is most logical and efficient to use radio-frequency pulses. The spectral density of the signal under consideration is presented as the sum of the spectral densities of radio-frequency pulses of the same width with a varying carrier frequency. The original signal is presented as the sum of the constituent components (radio-frequency pulses), which form a time-limited frequency spectrum – a quastr. As a result, the correlation of the considered quasi-periodic signal with the parameters of the periodic signal (amplitude, period, and initial phase) is shown.A format for representing time-limited signals in the form of components related to the spectral characteristics of a periodic signal, obtained from the original signal by periodization, has been developed. The formed mathematical apparatus allows simplifying the algorithmic support of measuring systems by eliminating the correlation signal processing.Решение задач по спектральной обработке одиночных и квазипериодических сигналов в системах измерения и диагностики непосредственно связанно с их выделением на фоне внешних помех или шумов. Целью работы являлось исследование одиночных и квазипериодических сигналов, т. е. сигналов, ограниченных во времени, представленных в виде отдельных компонент; разработка математического аппарата, связывающего отдельные компоненты исходного, ограниченного во времени сигнала, со спектральными характеристиками периодического, который получен из исходного путём его периодизации.В работе проведён анализ спектра квазипериодического сигнала, который представлен из участков спектральной плотности, разделённых спектральными составляющими с нулевой амплитудой. Рассмотрен процесс периодизации сигнала на примере однополярных прямоугольных импульсов. Выбрано представление анализируемого сложного одиночного сигнала в виде линейной комбинации заданных функций, ограниченных по времени длительностью рассматриваемого сигнала. Определено, что наиболее логично и эффективно в качестве линейной комбинации заданных функций использовать радиоимпульсы. Представлена спектральная плотность исследуемого сигнала в виде суммы спектральных плотностей радиоимпульсов той же длительности с изменяющейся несущей частотой. Исходный сигнал представлен как сумма составляющих компонент (радиоимпульсов), которые формируют ограниченный во времени частотный спектр – квастр. В результате показана корреляция рассматриваемого квазипериодического сигнала с параметрами периодического сигнала (амплитудой, периодом и начальной фазой).Разработан формат представления ограниченных во времени сигналов в виде компонент, связанных со спектральными характеристиками периодического сигнала, который получен из исходного путём его периодизации. Сформированный математический аппарат позволяет упростить алгоритмическое обеспечение измерительных систем за счёт исключения корреляционной обработки сигнала.
Структуроскопия витков пружин после высокотемпературной механической обработки на основе измерения скорости рэлеевских волн
Get PDFFor the manufacture of spring springs of rolling stock (wagons, locomotives, cars), bars made of spring steels are used. With high-temperature machining, when winding springs and quenching them, there is a difference in the cooling rates of the inner and outer sides of the spring coils, which leads to a difference in the structural state and affects the durability of the springs. The aim of the work is to study the effect of structural changes in the outer and inner surfaces of spring steel coils after winding and high–temperature machining operations on the measured characteristics of Rayleigh acoustic waves.The propagation velocities of Rayleigh waves in spring-spring steel 60C2A after winding and hightemperature machining operations are investigated. The shadow method and the autocirculation method with piezoelectric converters CTS-19 with a frequency of 5 MHz with a special block design were used for research. The converters provide input and reception of the Rayleigh wave along the inner and outer forming surface of the spring. It is shown that the method of comparing the results of measuring the velocity of Rayleigh waves on a fi base by the coil generator on the inner and outer surfaces of the spring is sensitive to disturbances in the structure of the material and the appearance of defects. An unambiguous relationship of the structural states on the outer and inner sides of the spring with the velocity of the Rayleigh wave is found.As a result of the measurements, a conclusion was made about the significant sensitivity of Rayleigh waves to the structural state of the steel under study. An increase in the wave velocity was detected on the inner surface of the coil in the contact zone with the mandrel relative to the outer side of the coil, signaling incomplete hardening of steel in this zone during high-temperature machining. The relative speed difference in different spring samples is approximately up to 1 % (≈ 30 m/s), which is a significant value for assessing the quality of high-temperature machining.Для изготовления рессорных пружин подвижного состава (вагонов, локомотивов, автомобилей) применяют прутки из пружинных сталей. При высокотемпературной механической обработке при навивке пружин и их закалке возникает различие в скоростях охлаждения внутренней и наружной сторон витков пружины, что приводит к различию в структурном состоянии и сказывается на долговечности пружин. Цель работы – исследование влияния структурных изменений в наружной и внутренней поверхности витков пружин рессорной стали после операций навивки и высокотемпературной механической обработки на измеряемые характеристики рэлеевских акустических волн.Исследованы скорости распространения рэлеевских волн в рессорно-пружинной стали 60С2А после операций навивки и высокотемпературной механической обработки. Для исследований использованы теневой метод и метод автоциркуляции с пьезоэлектрическими преобразователями ЦТС-19 частотой 5 МГц с конструкцией специального блока. Преобразователи обеспечивают ввод и приём рэлеевской волны по внутренней и наружной образующей поверхности пружины. Показано, что метод сравнения результатов измерения скорости рэлеевских волн на фиксированной базе по образующей витка на внутренней и внешней поверхностях пружины чувствителен к нарушениям в структуре материала и появлениям дефектов. Найдена однозначная связь структурных состояний на внешней и внутренней стороне пружины со скоростью рэлеевской волны.В результате проведённых измерений сделан вывод о значимой чувствительности рэлеевских волн к структурному состоянию исследуемой стали. Обнаружен рост скорости волны на внутренней поверхности витка в зоне контакта с оправкой относительно внешней стороны витка, сигнализирующий о неполной закалке стали в этой зоне в процессе высокотемпературной механической обработки. Относительная разница скоростей в разных образцах пружин составляет приблизительно до 1 % (≈ 30 м/c), что является значительной величиной для оценки качества высокотемпературной механической обработки