Методическое пособие 807
.pdf
Концентрация активных газов по отношению к аргону менялась от 0,05 до 2,2 % для кислорода и от 0,03 до 3,2 % для паров воды. Металлическая фаза в одном цикле напыления изменялась от 10 до 40 ат. %. Состав остаточных газов в вакуумной камере измеряли квадрупольным масс спектрометром Extorr XT-100. Электрическое сопротивление измерялось на зондовой станции калиб- ратором-измерителем напряжения и силы тока Keithley 2450. Из представленных результатов видно, что скорость окисления металлической фазы при осаждении гетерогенной пленки выше в среде, содержащей O2, чем в среде с парами H2O(рис. 1). Можно предположить, что наличие высокой концентрации H2 при распылении в среде с парами H2O способствует частичному восстановлению образующихся оксидов металлов из сплава Co40Fe40B20.Кроме того, если в качестве активного газа используются пары воды, то происходит частичное окисление атомов сплава Co40Fe40B20, а литий может образовывать соединение LiOH, входящее в состав диэлектрической фазы композита.
P,torr |
|
|
a |
1E-6 |
|
|
|
|
Напыление вкл. |
Напыление выкл. |
|
|
2 |
|
|
|
63% от кривой 2 |
|
|
|
3 |
|
|
1E-7 |
|
|
|
|
1 |
|
|
0 |
200 |
400 |
600 |
t, sec
P,torr |
|
|
б |
1E-5 |
Напыление вкл |
Напыление выкл |
|
|
63% от кривой 2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
37% от кривой 1 |
|
|
37% кривой 1+63%кривой 2 |
|
||
|
3 |
|
|
1E-6 |
|
|
|
|
1 |
|
|
0 |
200 |
400 |
|
|
|
t, sec |
|
Рис. 1. Временные зависимости давления кислорода в вакуумной камере при распылении сплава Co40Fe40B20 (кривая 1), соединения LiNbO3 (кривая 2)
и составной мишени Co40Fe40B20 с навесками из LiNbO3 (кривая 3) в атмосфере Ar (а), в атмосфере Ar с добавлением О2 (2,2 %) (б) и в атмосфере Ar с добавлением паров H2O (3,2 %) (в)
Обнаружено, что исследуемые активные газы приводят к увеличению удельного электрического сопротивления композита и сдвигу порога протекания в сторону увеличения концентрации металлической фазы (рис. 2 и 3). Обнаруженный эффект может быть связан с доокислениемLiNbO3 и частичным окислением атомов сплава Co40Fe40B20 и как следствие увеличением объемной концентрации диэлектрической фазы.
60
ρ, Ом см |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
10000 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
0,01 |
|
|
|
|
1E-4 |
|
|
|
|
10 |
|
20 |
30 |
40 |
X, ат.%
ρ, Ом см |
|
|
|
|
|
|
|
|
10000 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1E-4 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
|
|
б |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
X, ат.% |
|
а
Рис. 2. Концентрационные зависимости удельного электрического сопротивления нанокомпозитов (Co40Fe40B20)Х(LiNbO3)100-Х в плоскости пленки, полученных при различных парциальных давлениях кислорода: 1 – 0,05 %,
2 – 1,0 %, 3 – 1,4 %, 4 – 1,8 % и 5 – 2,2 % (а) и H2O: 1 – 0,3 %, 2 – 0,6 %, 3 – 1,0 %, 4 – 2,0 % и 5 – 3,2 %
Х, ат.% |
Положение порога перколяции |
|||||
40 |
|
O2 |
|
H2O |
|
|
|
|
|
|
|||
35 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
30 |
В плоскости пленки |
O2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
H2O |
20 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Перпендикулярно плоскости пленки |
||||
10 |
|
|
|
|
|
|
0,0 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
|
|
|
|
|
Р(H2O)О2/РAr*100,% |
|
Рис. 3. Зависимости положения порога протекания нанокомпозита (Co40Fe40B20)Х(LiNbO3)100-Х от парциального давления реактивных газов и различной геометрии измерения электрического сопротивления
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ №19-29- 03022 мк
Литература
1.Мацукатова А.Н., Емельянов А.В., Миннеханов А.А., Сахарутов Д.А., Вдовиченко А.Ю., Камышинский Р.А., Демин В.А., Рыльков В.В., Форш П.А., Чвалун С.Н., Кашкаров П.К. Мемристоры на основе поли-n-ксилилена с внедренными наночастицами серебра // Письма в Журнал технической физики. 2020. Т. 46. № 2. С. 25-28.
2.Е.В. Окулич, В.И. Окулич, Д.И. Тетельбаум. Влияние кислородных вакансий на формирование и структуру филамента в мемристорах на основе диоксида кремния // Письма в ЖТФ, 2020, том 46, вып. 1. С. 24-27.
3.Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Стогней О.В. Транспортные свойства нанокомпозитов металл-диэлектрик // Вестник Воронежского государственного технического университета, 2007. –Т.3. - № 11.- С. 6-17.
4.В. В. Рыльков, С. Н. Николаев, В. А. Демин, А. В. Емельянов, А. В. Ситников, К. Э. Никируй, В. А. Леванов, М. Ю. Пресняков, А. Н. Талденков, А.
Л.Васильев, К. Ю. Черноглазов, А. С. Веденеев, Ю. Е. Калинин, А. Б. Грановский, В. В. Тугушев, А. С. Бугаев. Транспортные, магнитные и мемристивные свойства наногранулированного композита(CoFeB)x(LiNbOy)100−x // ЖЭТФ, 2018, том 153, вып. 3, стр. 424–441.
61
УДК 621.7
Исследование гофрированных оболочек для высотного оборудования самолета
А. А. Задорожняя-, В. И. Максименков 1Студент гр.СВ-191, zadorozhnyaya.01@list.ru
2Доктор технических наук, профессор, maksimenkov.v.@mail.ru ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Рассмотрены гофрированные оболочки цилиндрической и конической формы. Разработан способ формообразования конической оболочки
Ключевые слова: оболочка, гофр, пуансон, матрица, шток, формообразование.
Гофрированные оболочки, применяемые в высотном оборудовании самолета обеспечивают: способность компенсировать температурные расширения трубопроводов, их несоосность.
Анализ типов гофрированных оболочек показания, что в основном в трубопроводных системах применяется цилиндрические и конические оболочки.
Рассмотрим получение цилиндрических оболочек (рис 1) [2].
Их изготовление осуществляется на установка последовательного формообразования.
При этом обеспечивается качественное изготовление детали. Формообразование осуществляется при перемещении нажимного штока, 2, обеспечивающего сжатие резинового пуансона 1 и получение гофра заданной геометрии.
Рис. 1. Цилиндрические оболочки:
1 -резиновый пуансон, 2 -нажимной шток, 3 – опора, 4 – матрица, 5 - заготовка
Рассмотренный способ последовательного формообразования сильфонов не обеспечивает изготовление оболочек конической формы. Разработано устройство для получения конических гофрированных оболочек (рис. 2). Схема процесса формообразования представлена на рис. 2.
62
Рис.2. Схема процесса формообразования:
1 – матрица, 2 - нажимной шток, 3 эластичная выставка, 4 - гофрированная коническая оболочка, 5 - эластичный пуансон
Технологический процесс изготовления конической гофрированной оболочки включает:
-Установку эластичного наполнителя в коническую заготовку -Перемещение нажимного штока для формообразования гофров -Снятие усилия формообразования, раскрытие матриц и снятие отформо-
ванной заготовки.
Материя заготовки 12Х18Н10Т толщина 0,17 мм.
Отформованные заготовки подвергаются испытанию на герметичность. Пример.Для заготовки из 12Х18Н10Т толщины 0,17 мм и диаметром 100
|
|
|
0 10 |
|
. |
|
мм и 150 мм по формуле Лапласа |
|
3 5 |
проведены расчеты давления эла- |
|||
|
составило |
6 |
|
МПа |
|
|
стичного пуансона, которое |
|
0 |
|
|
|
|
Выводы.
1.Снижен вес конструкции трубопроводной системы за счет исключения соединительный элементов.
2.Снижена трудоемкость монтажа трубопроводов с гофрированными коническими оболочками.
Литература 1.. Бурцев К.Н. Металлические сильфоны М. 1963 г.
2. Патент №440184 Российская Федерация, МПК B21D 15/06. Устройство для гофрированных труб эластичным пуансоном : № 1842604 заявлено 02.11.1972 : опубликовано 25.08.1974 / Н. М. Макаров, С. Т. Баскаков и В. И Максименков.
63
УДК 531.6
Исследование диссипативных сил, действующих на тело, движущееся по поверхности слоя
увлажненного гранулированного материала
С.Е. Глебов1, А.В. Саврико2, А.В. Москвичев3 1Студент гр. РД-181, rd-vgtu@mail.ru 2Студент гр. РД-171, rd-vgtu@mail.ru
3Канд. техн. наук, доцент кафедры ракетных двигателей, rd-vgtu@mail.ru ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
В работе рассмотрены основные механизмы диссипации кинетической энергии шарообразного тела при его качении по плоской поверхности гранулированного материала определённой влажности.
Ключевые слова: диссипация энергии, гранулированный материал.
Гранулированные материалы находят широкое применение в различных сферах жизни, в том числе сфере строительных материалов. Движение тел по поверхности таких материалов, как и их свойства, слабо изучены. Рассмотрим различные диссипативные механизмы, действующие на шар при его движении по увлажненной поверхности гранулированного материала.
На рис. 1 представлена фотография экспериментальной установки. Для исследования диссипативных механизмов была использована следующая установка (рис.2): шару 1 сообщалась поступательная скорость механизмом 2. Шар начинал движение по поверхности гранулированного увлажненного материала (треку 3), в начале движения переходя из поступательного во вращательное движение без проскальзывания. Процесс движения записывался камерой 4. Стоит отметить, что механизм сообщения начальной скорости позволяет изменять поступательную скорость, преданную шару, которую возможно определить по видео камеры. В треке для шара предусмотрены ограничители.Материал, используемый в исследовании, был заранее насыщен до известной объёмной влажности. В дальнейшем принимается распределение жидкости по объёму материала равномерным.
Рис. 1.Фотография и схема экспериментальной установки
8 |
: |
|
7 |
9 |
|
Рассмотрим силы, действующие на шар в процессе его движения (рис. 2) – |
||
сила тяжести тяж, сила реакции опоры |
|
, направленная под углом к вертикали |
64 |
|
|
7вследствие8 7 деформации материала под шаром, сила сухого трения 78тр , сила раз ∑<=> – сила, необходимая для отрыва капиллярных мостиков, образую-
щихся между шаром и маттериалом, так как материал шара смачивается использованной жидкостью.
Рис. 2. Силы, действующие на шар
Допустимым будет рассмотрение этой силы как работы по разрыву мостиков на единицу длину перемещения шара. Составим системму из 3 уравнений равновесия – проекции на координатные оси x и y, а также уравнение моментов для вращательного движенния шара:
|
тр |
|
|
|
∑ <=> |
тр |
(1) |
тр |
|
||
∑<=> |
|
|
где ε – угловое ускорение шара, i – его момент инерции, m – масса шара, |
|||
|
|
7 |
|
R – радиус шара, a – ускоорение шара в данным момент времмени, α – угол на- |
|||
правления силы |
тр к горизонтали, h – глубина погружения шара в материал – |
||
|
прочностны ми свойствами грунта и массой шараа. |
|
|
определяется |
|
8 |
|
Выражение для 7∑<=> может быть записано в виде: |
|
||
|
|
7∑<=> G)2HIJ (?)+, |
(2) |
где B – количество мостиков на единицу длины, σ – коэффициент(?) поверхностного натяжения воды, r – средний радиус мостика, – коэффициент прочности капиллярных мостиков, уменьшающийся с уввеличением влажности до значения, соответствующего кластерному режиму мостиков, т.е. отно-сительной(?) доли влажности 0,72, определяется эксперименталльно. Зависимость
не выражается в явном виде.
Решая полученную систему уравнений относительно a, а также принимая во внимание незначительный вклад сухого трения шара и пренебрегая им, окончательно получим следующее выражение:
65
В рассмотренном |
" |
S |
L ∙ ULK − |
5V∑ WXY |
. |
(3) |
|
|
выражении |
первыйZ6член практически не зависит от |
|||||
влажности материала и определяется только геометрией системы, массой m |
||||
шара (рис. 2). Второй член определяется диссипативной силой |
∑ |
|
, значение |
|
|
силы уменьшается |
|||
которой зависит от влажности - с её увеличением величина |
|
7 |
<=> |
|
(2). Рассмотрим экспериментальную часть.Влажность материала измерялась отношением объёма воды, добавленного в материал, к объёму материала (учи-
|
? [м |
|
тывающему объём пор): |
[ж |
|
|
(4) |
Рис. 3. График зависимости ускорения шара от влажности материала
Для проведения эксперимента были выбраны следующие значения влажности - ω – 0; 0,1; 0,3; 0,4. Полученный график зависимости при одинаковых начальных скоростях (рис?.<3)0,72подтверждает теорию на качественном уровне в заданных пределах,7 т. е. так как с увеличением влажности уменьшается значение ∑<=> (2) , а следовательно увеличивается ускорение замедления.
Таким образом, была получена экспериментальная зависимость ускорения от объёмной влажности материала, согласующаяся на качественном уровне с теоретической зависимостью.
Литература
1.Pacheco-VázquezF. etal. Sculpting sandcastles grain by grain: Selfassembled sand towers //Physical Review E. – 2012. – Т. 86. – №. 5. – С. 051303.
2.Mitarai N., Nori F. Wet granular materials //Advances in Physics. – 2006. –
Т.55. – №. 1-2. – С. 1-45.
3.Washburn E. W. The dynamics of capillary flow //Physical review. – 1921. –
Т.17. – №. 3. – С. 273.
66
УДК 62.213.6
Исследование конструкций с сотовым заполнителем
И.С. Логвинов1, А.П. Воронин2, М.Н. Молод3 1Студент гр. СВ-191, pogvinegor@gmail.com 2Студент гр. СВ-191, antokha.voronin@mail.ru 3Д-р техн. наук, доцент,molodmv@yandex.ru
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Представлен анализ существующих сотовых конструкций. Рассмотрен вариант конструкции сотового заполнителя повышающего основные качества слоистой панели.
Ключевые слова: сотовый заполнитель, слоистые панели, конструкции.
Весовое совершенствование конструкции планера было всегда одной из главных задач специалистов. Эта задача решается применением слоистых панелей с сотовым или гофровым заполнителем.
В зарубежной и отечественной авиационной технике применяются следующие типы заполнителей, представленные на рис. 1.
Рис.1. Виды стандартных конструкций: а)шестигранная ячейка;
б) квадратная; в) ромбическая; г) ячейка вытянутой формы
Конструкции с данными типами ячеек применяются достаточно давно и для расчета их характеристик можно использовать стандартные формулы. Сотовый заполнитель находится между двумя слоями обшивки и таким образом формирует слоистую панель.
Основные агрегаты, в которых применяются сотовые и гофровые панели, приведены на рис. 2.
67
Рис. 2. Виды слоистых панелей:
а) плоские панели; б)клиновидные панели; в)плоская панель с гофровым заполнителем; г)оболочка с сотовым заполнителем
В приведенной статье представлен весовой расчет панели с различными
типами заполнителя. Результаты расчета шестигранной панели определяются |
||||||||
по зависимости: |
|
|
|
= |
-.S^ _W `a |
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
и |
]– |
стороныW) |
ячейки |
|||
|
"< |
(= |
|
|
||||
|
|
– толщина стенки |
||||||
|
|
%< |
|
|
|
|
|
|
|
|
г/см -плотность материала |
||||||
м – 1.8b< |
|
|
|
|
|
|
||
] |
|
|
|
|
|
|
|
|
В качестве основной обобщенной характеристики для расчета весовых параметров принимается плотность. Воспользуемся интегральным методом для определения объемов, прочностных и весовых параметров.
Для определения плотности рассмотренных типов сотовогозаполнителя рассмотрим их геометрические размеры табл. 1.
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Форма |
Шестигранная |
Квадратная |
Интегральная схема |
|
|||
ячейки |
|
|
|
|
|
|
|
Размеры |
< |
6.7 мм |
/ / |
8.7 мм |
c |
10 мм |
|
сторон |
|
|
8 мм |
|
|||
ячейки |
|
|
|
|
24 мм |
|
|
< |
0,2 мм |
|
|
d |
|
||
|
|
|
|
||||
h |
90 мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
60 мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
114.8 мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
68
Рис. 3. Сравниваемые панели
Таблица 2 Сравнение рассматриваемых конструкций при равной плотности
Форма |
Шестигранная |
Квадратная |
Интегральная схема |
ячейки |
|
|
|
Объем |
48 см3 |
68,98 см |
29,8145см3 |
Масса |
86,4 гр. |
124,16 гр. |
53.6661 гр. |
Выводы:
1.Плотность интегрального заполнителя имеет минимальное значение.
2.Для дальнейшей оценки интегрального заполнителя следует провести комплекс дальнейших исследований по оценки прочности и ресурса.
Литература
1.Берсудский, В.Е. Технология изготовления сотовых авиационных конструкций / В.Е. Берсудский, В.Н. Крысин, С.И. Лесных. – М.: Машиностроение, 1975, 295 с.
2.Пат. 2459680 Российская Федерация, МПК B 21 D 11/20. Способ изготовления многослойной панели / Максименков В.И., Молод М.В.,Денисова Е.Ю.; патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие “Научно-исследовательский институт автоматизированных средства производства и контроля”, ООО НТ “ЗПК”- Общество с ограниченной ответственностью Научно - технический центр “Звукопоглощающие конструкции”. - № 2004125836/02; заявл. 24.08.2004;опубл. 27.02.206.
69