Методы определения физических свойств деформируемых материалов с применением пьезо- и электрических систем

Зубцов, Владимир Иванович

Методы определения физических свойств деформируемых материалов с применением пьезо- и электрических систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Зубцов, Владимир Иванович АВТОР

доктора технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Методы определения физических свойств деформируемых материалов с применением пьезо- и электрических систем»

Автореферат диссертации на тему "Методы определения физических свойств деформируемых материалов с применением пьезо- и электрических систем"

На правах рукописи

Зубцов Владимир Иванович

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЬЕЗО- И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 01.04.07- физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете

Имени Н.Э. Баумана и

Полоцком государственном университете

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Жданов Сергей Михайлович доктор физико-математических наук, профессор Чувильдеев Владимир Николаевич доктор технических наук, профессор Запускалов Валерий Григорьевич

Ведущая организация: Нижегородский филиал ИМАШ РАН

им. А.А. Благонравова

Защита состоится « 30 » ноября 2005 г. в 14. ч 30 мин на заседании Диссертационного совета Д 212.141.17 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 248600, г.Калуга, ул.Баженова, 4, МГТУ им.Н.Э.Баумана, Калужский филиал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал (г. Калуга, ул. Баженова, 4)

Автореферат разослан октября 2005 г.

Ученый секретарь ^

диссертационного Совета, /?

к.т.н., доцент Лоскутов С.А.

Луп

22 ¡690 7

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Надежность изделий различных областей науки и техники определяется показателями качества конструкционных материалов и несущих элементов конструкций, а ее увеличение снижает эксплуатационные затраты и экономит сырьевые и топливно-энергетические ресурсы, что в настоящее время для предприятий различной области промышленности входит в число первостепенных задач. Прогнозирование надежности с целью уменьшения затрат тесно связано с оценкой прочностных характеристик материалов. В значительной мере эти проблемы могут быть решены применением неразрушагощих методов и устройств для инженерной оценки прочности материалов, изделий из них, элементов конструкций и самих конструкций, в том числе во время их эксплуатации.

Прочность, как известно, свойство твердых тел сопротивляться разрушению, а так же пластической деформации под действием внешних нагрузок. Внешние воздействия могут быть как простыми: механическими, тепловыми, электрическими и др., так и сложными комбинациями простых воздействий, в результате которых развиваются механические напряжения и деформации в твердом теле.

Критериями в классической теории прочности являются характеристики прочности при простом статическом нагружении: пределы прочности при одноосном растяжении Тр, сжатии Тс, предел прочности при сдвиге Тщ^ . Применительно к конструкционным материалам и изделиям различных отраслей промышленности в зависимости от свойств материала и условий эксплуатации дополнительно необходимо учитывать: максимальную относительную деформацию время от начала до разрушения тр и удельную рабо-

8р

ту деформации до разрыва, определяемую как Ар= I Т(з)<К , где Т - меха-

ническое напряжение, § - деформация.

Анализируя возможности комплексный оценки прочности, можно выделить следующие недостатки: точное определение Ар,тр, Бр, - процесс сложный и трудоемкий, сами характеристики условны, невозможность применения к эксплуатируемым изделиям, так как метод разрушающий. Для реализации неразрушающего контроля, в связи с его практической целесообразностью, следует использовать в качестве основного показателя прочности материалов и изделий то значение механического напряжения Т, которое лишь предшествует пластической деформации

Как известно твердое тело сочетает в себе как упругие, так и вязкие свойства. Согласно модели Максвелла, эти характеристики описываются

РОС.......

дифференциальным уравнением: dS/dt=dT/ydt+T/r)B (1), где S - деформация; у - модуль упругости; Т - механическое напряжение; т|„- вязкость.

При T=const реализуются условия вязкого течения T=|idS/dt (Закон Ньютона); видно что г|в - это коэффициент пропорциональности между нагрузкой и скоростью деформации, если же S=const уравнение (I) принимает вид: l/T'dT/dt=-y/riB. Из чего следует, что механическое напряжение Т и dT/dt (скорость изменения напряжений) зависят от модулей упругости и вязкости. Поскольку у и т|„ являются константами, их можно рассматривать в качестве физических характеристик материала. Следовательно, эти характеристики являются не условными, а исчерпывающими, когда речь не идет о разрушении материала при оценке прочности. Кроме того, использование у и т]„ в качестве показателей оценки прочности согласуется с законом термодинамики, т.к. определяет время релаксации (т=т1,/у).

Наличие пор, трещин, микротрещин и других дефектов снижает прочность материалов. Определение гигроскопичности позволяет оценить связанную с этим потерю прочности.

Итак, модуль упругости, вязкость и гигроскопичность являются прочностными характеристиками, учитывающими особенности применения конструкционных материалов в зависимости от условий их эксплуатации.

Использование в качестве базовых прочностных характеристик, предела упругости Ту„, модуля упругости, вязкости, гигроскопичности, вместо предела прочности Т„, относительной деформации Sp, времени до разрушения ~р и удельной работой деформации разрушения Ар позволяет проще, более оперативно, достоверно, без разрушения образцов материала и во время его эксплуатации получать информацию для инженерной оценки прочности деформируемых материалов, под которой будем подразумевать практическую механическую прочность, то есть предельную способность материала сопротивляться пластической деформации при воздействии внешних механических нагрузок. Под инженерной оценкой прочности понимается общая оценка способности сопротивляться максимальным эксплуатационным нагрузкам.

зования перспективных опто- и микроэлектронных систем сохранения, переработки и обработки информации"; с 3-летней госбюджетной НИР «Разработка научных основ и методов исследования формообразования диэлектриков в процессах микромонтажа изделий электронной техники», выполняемую в соответствии с государственной программой фундаментальных исследований (ГПФИ) «Материал»; планами Министерства образования РБ Полоцкого госуниверситета и целого ряда других НИР, выполняемых Полоцким госуниверситетом по заказу промышленных предприятий.

Цели и задачи исследования. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи механической нагрузки пьезо-электриков и возникающей напряженностью электрического поля, а так же характера взаимодействия контролируемой твердой среды с устройствами контроля, разработать и освоить на промышленных предприятиях новые методы и системы исследования и контроля физико-механических свойств материалов и изделий с учетом условий эксплуатации последних, обеспечивающих повышение надежности, экономию сырьевых, топливно-энергетических и трудовых ресурсов.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ электроупругости пьезоэлектриков, а также пьезо-преобразователей механических величин на их основе. Установить взаимосвязи различных механических нагрузок и условий нагружеиия с возникающими при этом в пьезокристаллах электрическими полями, а также физико-механическими свойствами контролируемой среды и особенностями конструкций преобразователей контроля механических напряжений Т при оценке прочности деформируемых материалов (ДМ).

Исследовать факторы, влияющие на точность измерения пьезопреобра-зователей и позволяющие контролировать ими механические напряжения Т (предел упругости) внутри деформируемых материалов. Исследовать метрологические характеристики пьезопреобразователей, используя разработанную методику метрологической аттестации.

2. Разработать математическую модель пьезопреобразователей напряжения (ППН) контроля и исследования механического напряжения Г при оценке прочности ДМ, обеспечивающих высокую чувствительность, линейность измерения, избирательность и возможность использования их в зависимости от свойств контролируемой среды.

3. На основе анализа математической модели напряженно-деформированного состояния (НДС) твердого тела обосновать методологию инженерной оценки практической прочности.

Разработать метод контроля механических напряжений в инженерной оценке прочности TTC и измерительные ППН, способные функционировать в широком диапазоне температур (-200...+200)°С; освоить их на промышленных предприятиях.

4. Создать программу и методику метрологической аттестации пьезо-преобразователей механических напряжений в оценке прочности. Провести метрологическую аттестацию преобразователей.

5. Разработать метрологическое обеспечение пъезопреобразователей механических напряжений внутри ДМ.

6. Разработать экспресс-методы и системы исследований и контроля физико-механических свойств ДМ, учитывающих условия эксплуатации, а также условия переработки полимерных материалов в изделия, методики их применения.

7. Провести классификацию разработанных устройств исследований и контроля физико-механических свойств ДМ. Создать и освоить на промышленных предприятиях методы исследования и процессы контроля практической прочности ДМ.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются пьезоэлектрические моно - и поликристаллы, твердые сплошные среды. Предметом изучения являются методы исследования и контроля механической прочности, гигроскопичности, упругости и сжимаемости материалов и изделий из них, пьезоэлектрические системы и техпроцессы контроля, позволяющие повысить достоверность результатов, уменьшить эксплуатационные и сырьевые затраты.

Методология и методы проведенного исследования. Методология исследований включает установление взаимосвязей механического нагружения пьезоэлектриков с возникающей при этом напряженностью электрического поля, разработку экспресс - методов и устройств исследования и контроля в инженерной оценке практической прочности твердых сплошных сред; программы метрологической аттестации, устанавливающей методику проведения метрологических исследований пъезопреобразователей напряжения; отработку техпроцесса изготовления пъезопреобразователей и систем исследования и контроля.

В процессе исследований физико-механических свойств ТСС, преобразователей и систем определения этих свойств измеряли электрические напряжение и ток, частоту колебаний чувствительных пьезокристаллов и температуру.

дах нагружения и в различных по упругим свойствам средах с последующим проведением сравнительного анализа; исследования влияния высоких и низких температур (-196 + +200)°С на работу пьезопреобразователей напряжения; сравнительный анализ напряженного состояния полимеров по теоретическим и экспериментальным результатам; испытания и анализ важнейших характеристик и особенностей применения устройств экспресс - контроля. Для выполнения исследований использовали микроскоп МИМ-7, цифровой вольтметр В7-27А, частотомер 43-33, электронный мост, генераторы переменного напряжения ГЗ-Ш, ГЗ-131,ГЗ-104, нагружающее механическое устройство ТК-14-250, ПЭВМ, электропривод 4А80А4УЗ, грузопоршневые манометры МТ-600, МП-60, сдвиговой прибор ВСВ-25. мегоомметр МИ-07, барометр - анероид, термошкафы, микрометры и др.

Научная новизна и значимость полученных результатов:

• Разработана математическая модель, отражающая взаимосвязь механической нагрузки в пьезоэлектриках с возникающей при этом напряженностью электрического поля, которая позволяет прогнозировать в разрабатываемых пьезопреобразователях существенное для точности измерения характеристики: чувствительность, линейность, диапазон измерения, управление избирательностью и электроупругостью, возможность учета упругих свойств контролируемой среды, определение частотных постоянных и параметров эквивалентной схемы.

• Проведенный анализ математической модели напряженно-деформируемого состояния тела позволил предложить для оценки практической прочности с учетом условий эксплуатации в качестве критериев: предел упругости, модуль упругости, вязкость и гигроскопичность материалов.

« Впервые показано, что использование незакрепленного чувствительного элемента приводит к максимальному повышению чувствительности за счет увеличения частоты резонанса в пьезопреобразователях механических напряжений, представляющих устройства отображения информации о напряженном состоянии контролируемого объекта. Согласно теоремы Когельникова именно увеличение в два раза частоты колебаний (резонансных в данном случае) позволяет передавать информацию без искажений (без изменений) и с максимальной скоростью, что и приводит к максимальному увеличению чувствительности.

• Впервые установлено, что диапазон линейности преобразования расширяется за счет возбуждения ППН на частоте антирезонанса ^ на 50-60% по отношению к пьезопреобразователю напряжения на частоте резонанса что объясняется увеличением коэффициента электромеханической связи (Ксв) на ^ и компенсацией завала АЧХ пьезопреобразователя напряжения.

• Показано, что пьезопреобразователи напряжения обладают избирательностью к полезному сигналу за счет выбора вектора напряженности электрического поля (Е), совпадающего с направлением измеряемой компоненты механического напряжения Т. Другие компоненты механического напряжения

Т хоть и вызывают заряды, но они быстро стекают и не могут быть измерены, т.к. в их направлении не обеспечиваются динамические колебания.

• Впервые предложен оригинальный тип пьезопреобразователей напряжения, который снабжен системой, управления его электроупругости, выравнивающей сжимаемости пьезопреобразователей напряжения и контролируемой среды, что особенно важно при исследованиях сред с нелинейной зависимостью 8=ЯТ), где модуль упругости изменяется при изменениях механических напряжений Т. При этом погрешность измерения уменьшается, т.к. уменьшается искажение силового поля вокруг пьезопреобразователей напряжения.

• Экспериментально установлено, что чувствительность (55ц) пьезопреобразователей напряжения увеличивается с повышением амплитуды, а также частоты электрического напряжения возбуждения (Ц»,) и уменьшением его жесткости. Причем, связь чувствительности вя с напряжением возбуждения июз прямо пропорциональная, а с жесткостью - обратно пропорциональная; повышение напряжения возбуждения июз. ограничивается нелинейностью, а уменьшение жесткости - прочностью и диапазоном измерения пьезопреобразователей напряжения. Показано, «по в пьезоэлектриках системы ЦТС нелинейность проявляется при Е=300 В/см. Чувствительность ^ пьезопреобразователей напряжения в материале выше, чем в свободном состоянии на величину концентрации механического напряжения Т вокруг пьезопреобразователей напряжения и составляет 10-15%.

• Конструкции разработанных пьезопреобразователей напряжения обладают высокой чувствительностью Бя (до различны по своим же-

мВ

сткостям и перекрывают ее в диапазоне 5-Ю3 - М05МПа, что дает возможность использовать различные типы пьезопреобразователей напряжения в зависимости от жесткости среды для повышения точности измерения.

• Создана программа и методика метрологической аттестации пьезопреобразователей напряжения. В метрологическом обеспечении пьезопреобразователей напряжения типа ППН при статических испытаниях прочности ТСС измеренные механические напряжения Т интерпретировались градуиро-вочными данными, полученными при гидростатическом и одноосном нагру-жениями пьезопреобразователей напряжения. Таким образом, определены относительная погрешность (5,%) и среднеквадратичное отклонение случайный составляющей (о, В) измерения механических напряжений Т в материалах: 5 для всех пьезопреобразователей напряжения и ТСС < 2,5%, а о - < 0,0028В.

• Исследовано влияние высоких и низких температур на работу пьезопреобразователей напряжения. Установлено, что использование кристаллов ниобата лития обеспечивает работоспособность пьезопреобразователей напряжения при температурах -196 ... +80°С, а кристаллов кварца — 20 ...+200°С.

• Разработано метрологическое обеспечение пъезопреобразователей механических напряжений внутри ДМ.

• Разработаны экспресс - методы и системы исследования и контроля вязкости, модуля упругости, гигроскопичности, являющиеся эксплуатационными показателями ТСС, определяющие физические основы технологии получения материалов с определенными свойствами, а также условия переработки полимеров в изделия.

Теоретически выведена и экспериментально подтверждена формула, позволяющая использовать с учетом паспортных данных серийно выпускаемые отечественной промышленностью асинхронные электродвигатели, в качестве первичного преобразователя вязкости (т|.), которая находится в прямо-пропорциональной зависимости от потребления электрического тока (I): ть=А;Кп-1), где Кп - коэффициент, учитывающий паспортные данные электродвигателя. Модуль упругости определяется по квадрату резонансной частоты упругих колебаний контролируемого материала, а гигроскопичность - использованием эффекта Доплера.

Практическая, экономическая значимость полученных результатов. Полученные в работе результаты использованы при инженерной оценке практической прочности материалов и изделий различных отраслей промышленности, представляющих интерес для различных отраслей современной нгуки и техники а также при решении материаловедческих задач по определению условий переработки полимерных материалов в изделия.

1. Созданы и освоены метод и устройства инженерной оценки прочности материалов и изделий. Внедрение разработанных метода и устройств контроля, рекомендаций, позволило уменьшить в 3-5 раз остаточные напряжения, возникающие в металлопластовых трубах и приводящие к их растрескиванию, и тем самым увеличить их прочность. Применение метода и устройств контроля напряженно-деформируемого состояния в оценке прочности железобетонных плит перекрытий позволило получить расчетные данные для увеличения мощности установки сорбента - носителя на Новополоцком ПО «Полимир».

2. Разработана методика исследований напряженно-деформируемого состояния полимеров при литье под давлением, позволившая оценить прочность и изучит, влияние внутренних напряжений на условия переработки сила-нольно-сшиваюшего полиэтилена. Результаты исследований внедрены при освоении в производстве полимерных композиций на НПП «Пластполи-мер», а также в учебном процессе Полоцкого государственного университета.

напряженного состояния посредством разработанных устройств пьезопре-образователей напряжения ППН-1,2, 3, 4, показали возможность использования измеренных механических напряжений Т для оценки прочности полимеров, имеющей важное значение в определении условий их переработки в изделия и эксплуатации.

4. Разработанные экспресс - методы и системы контроля физико-механических характеристик при испытаниях прочности материалов и изделий использованы в практике анализа свойств полимеров при выходном контроле. Для оценки реологических свойств полимеров высокого давления применено устройство контроля вязкости, обладающее простотой и оперативностью измерения по сравнению с широко используемыми в практике вискозиметрами.

5. Разработана методика метрологических исследований устройств контроля и проведена оценка погрешности свободных преобразователей (при градуировке) и помещенных в контролируемую среду. Погрешность результата измерений оценивалась следующими параметрами: среднеквадрати-ческим отклонением случайной составляющей погрешности о\в\, равным 0,005; 0,002; 0,0005; систематической составляющей погрешности Äc[ß], равной 0,0085; -0,004; 0,004; вариацией выходного сигнала в[В], равной 0,005; 0,004; 0,002: относительной погрешностью б[%], равной 2,1; -0,9; -0,43, соответственно для пьезопреобразователей напряжения ППН-1; ППН-2 и ППН-3. Определены также погрешности измерения механических напряжений Т в ДМ, интерпретированных градуировочными данными, полученными при нагружении преобразователей гидростатическим давлением и одноосным нагружением. Здесь, в отличие от оценки погрешностей измерений при градуировке, были использованы только 2 параметра погрешностей, наиболее часто употребляемые в технике измерений: относительная погрешность и среднеквадратическое отклонение случайной составляющей, которые во всех случаях не превышают, соответственно 2,5%, и 0,002 В.

6. Проведена метрологическая аттестация пьезопреобразователей механических напряжений ППН, подтверждающая достоверность результатов. Получены свидетельства метрологической аттестации, согласно которым наиболее часто используемые при оценке погрешностей измерений параметры: относительная погрешность и вариация выходного сигнала - равны, соответственно, для ППН-1 - 3,1% и 0,005В; для ППН-2 - 0,9% и 0,004В: для ППН-3 - 0,43% и 0,002В.

7. Подтвержденный годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на научно - производственном предприятии «Пластополимер», приведенный к установленному курсу Нацбанка Республики Беларусь составляет 1,26 млрд. руб. или 109,5 тыс. у.е.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• результаты теоретических и экспериментальных исследований пьезо-преобразователей напряжения, созданных на основе предложенной математической модели, с закрепленными на концах и свободными пьезокристаллами; в т.ч. полученные выражения для частотных постоянных пьезорезонаторов и динамических параметров эквивалентной схемы. Установлено, что пьезопреобра-зоваггели контроля напряженного состояния в оценке прочности деформируемых сред со свободными пьезокристаллами имеют частоту колебаний { в 2 раза выше, чем с закрепленными.

• метод повышения чувствительности пьезопреобразователей напряжения при оценке прочности за счет использования незакрепленного чувствительного пьезокристалла и расширение диапазона линейности измерения за счет возбуждения его на частоте антирезонанса Га.

• ППН для оценки прочности конструкционных материалов, выполненные как параметрические датчики с пьезотрансформаторной схемой токо-выводов, у которых отсутствуют акустические взаимодействие с контролируемой средой, способные измерять статические механические напряжения внутри этой среды за счет модуляции входного сигнала переменным напряжением внешнего источника.

• управление селективностью, пьезопреобразователей напряжений ППН достигаемой за счет выбора вектора напряженности переменного электрического поля Е, обеспечивающего колебательный режим и совпадающего с направлением измеряемой компоненты механического напряжения Т; другие компоненты механических напряжений Т не могут влиять на измерение, т.к. находятся в статическом режиме. Динамический же режим обеспечивается только в направлении измеряемой компоненты.

• пьезопреобразователи напряжений ППН с управляемой электроупругостью для регулирования их жесткости в процессе измерения для повышения точности и работоспособностью в широком диапазоне температур (-196 ... +200)°С.

• экспресс-методы и системы исследования и контроля физико-механических свойств, определяющих физические основы технологии получения материалов с определенными свойствами.

Личный вклад соискателя. В настоящей работе систематизирован и обобщен более, чем 20 - летний опыт соискателя по созданию и внедрению рациональных метода и устройств контроля напряженного состояния в инженерной оценке практической прочности твердых сплошных сред, экспресс -методов и устройств контроля физико-механических свойств, учитывающих условия эксплуатации материалов и изделий, а также определяющих условия переработки полимерных материалов в изделия на НПП «Пласполимер» и Новополоцком ПО «Полимир» и других предприятиях и учреждениях.

Основные результаты работ автором получены самостоятельно. При выполнении работы соискателем проведены теоретические исследования и

экспериментальные работы по созданию предложенных методов и средств инженерной оценки практической прочности материалов и изделий. Разработаны и внедрены в производство техпроцессы и устройства для осуществления исследовательских испытаний материалов при определении физико-механических свойств ДМ. При создании методов и устройств контроля прочностных характеристик автором выполнены исследования взаимодействия механических нагрузок пьезоэлектриков с возникающей при этом напряженностью электрического поля Е, изучено влияние высоких и низких температур на работоспособность пьезопреобразователей напряжения.

В результате исследований выявлены факторы, влияющие на чувствительность, диапазон измерения, избирательность, электроупругость - важнейших характеристик измерительных устройств, влияющих на точность измерения.

Разработаны принципы конструирования устройств контроля механических напряжений Т в оценке прочности ДМ. Проведена классификация разработанных устройств исследования и контроля физико-механических свойств. Создана программа метрологической аттестации и проведена метрологическая аттестация пьезопреобразователей напряжения для оценки прочности ДМ. За разработку устройств исследования и контроля механических напряжений Т соискателем получены серебряная и бронзовая медали ВДНХ СССР.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на следующих научно - технических конференциях, симпозиумах и конференциях: «Неразрушающие физические методы и средства контроля». (Минск, 1981).; «Положение бетонных смесей и технологические задачи». (Юрмала, 1982); XII конференция молодых ученых и специалистов Прибалтики и Белорусской ССР по проблемам строительных материалов и конструкций. Рига, 1984; XI научно - технической конференции по итогам научно - исследовательских работ. (Новополоцк, 1984); «Экспериментальные исследования инженерных сооружений». (Новополоцк, 1986); «Исследование напряженного состояния железобетонных конструкций в строительстве» (Львов, 1987); «Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения», (Новополоцк, 1993); «Ученые и специалисты народному хозяйству», Могилев, 1995), «Научное и аналитическое приборостроение», (Минск, 1995); «Современные проблемы радиотехники, электроники и связи», (Минск, 1995); «Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин», (Новополоцк, 1995); «Экспериментальные исследования и испытания сооружений», (Москва, 1998); «Нелинейные явления в сложных системах», (Минск, 1995); «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушаюшем контроле и диагностике» (Минск, 1998); «Методы технического диагностирования и прогнозирования остаточного ресурса конструкций и оборудования, работающего под давлением», (Новополоцк, 1999); «Ультразвуковая техника и технология», (Минск, 1999); «Belarus Congress on theoretical and applied

mechanics», (Minsk, 1999); «Актуальные проблемы прочности», (Витебск, 2000); «Геодезия, картография и кадастры», (Новополоцк, 2000); «Современные проблемы микроэлектроники», (Новополоцк, 2000); «Полимермаш - Si», (Киев, 1991); «Использование современных физических методов», (Хабаровск, 1987); «Ресурсосберегающие и экономически чистые технологии», (Гродно, 1996); «Актуальные проблемы прочности», (Калуга, 2004).

Результаты НИР докладывались на 2-х кафедрах МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1999 г.

Опубликованность результатов. По результатам выполненных исследований опубликованы 75 работ, в том числе 1 монография, 35 статей в научно - технических журналах (из них 30 без соавторства), 4 научных работы в рецензируемых сборниках материалов международных конференций, 29 тезисов докладов на научно - технических конференциях. Получено 6 патентов и авторских свидетельств на изобретения.

Общий объем материалов по диссертационной работе составляет 488 стр.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, списка условных обозначений и сокращений, общей характеристики работы, шести глав, выводов, списка использованных источников и 2-х приложений. Работа содержит 289 страниц, в том числе 261 страница машинописного текста, 54 страницы рисунков, 11 таблиц, 23 страницы списка литературных источников (наименований). Приложения 27 страниц, содержащие программу метрологической аттестации, расчеты подтвержденной технико-экономической эффективности внедрения работ по диссертации, акты внедрения, свидетельства метрологической аттестации.

Основное содержание работы

Во введении на основе анализа математической модели НДС тела сделаны выводы о том, что для инженерной оценки практической механической прочности с учетом условий эксплуатации в качестве показателей целесообразно выбрать предельное значение Т, при котором в телах еще не наступают необратимые формоизменения (предел упругости), модуль упругости, вязкость и гигроскопичность. Под практической прочностью следует понимать не антипод теоретической прочности, а предельную способность сохранять целостность продукта технологии как типичного представителя материала -образца при воздействии внешних механических нагрузок.

Первая глава посвящена анализу электроупругости пьезоэлектрических материалов и преобразователей механических величин на их основе. Даны систематизированные сведения об основах пъезоэффекта, характеристики наиболее распространенных материалов, обладающих этим эффектом, сведения об пъезопреобразователях, использующих объемные и поверхностные акустические волны. Отражено современное состояние вопроса измерения Т - основного показателя в оценке прочности твердых деформируемых сред,

нелинейно - упруго работающих под нагрузкой. Нелинейность и неоднозначность связи между напряжениями в таких средах не дает возможности с достаточной для практических целей точностью определить напряженное состояние деталей материалов и изделий по измеренным деформациям. Потребовался новый класс приборов, получивших название «датчики напряжений». Такие приборы были созданы на базе магнитоупругого и резистивного эффектов. Работы с магнитоупругими приборами пока не привели к существенному уменьшению их толщины, градуировочная кривая сильно нелинейная, трудно исключить влияние касательных напряжений.

Полупроводниковые приборы требуют применения высокосовершенной технологии, специального дорогостоящего оборудования, что влечет за собой повышение их стоимости, кроме того, они критичны к температурным и радиационным воздействиям.

Гидравлические приборы малочувствительны к неупругим деформациям и изменениям модуля упругости, имеют относительно большие габариты, сложную и дорогостоящую конструкцию, ограниченный диапазон измерений.

В последние годы ведутся интенсивные разработки по созданию преобразователей напряжений на базе пьезоэлектрического эффекта что, безусловно, актуально, так как открывает возможности использования хорошо изученных пьезоэлектрических кристаллов для исследования твердых деформируемых сред в режиме не только динамического, но и статистического напряжений. Это стало возможным благодаря внедрению целого ряда оригинальных изобретений, сделанных автором и последователями.

Зависимость между Т пъезопреобразователя и напряженностью электрического поля, используемая в технике измерений переменных давлений, усилий с помощью пъезоэффекта не может быть использована для определения постоянных давлений, усилий, так как образующийся при этом разряд в результате пъезоэффекта быстро стекает. Для устранения этого явления используют вспомогательный пъезоэлемент, при помощи которого возбуждают динамические колебания во втором пъезоэлементе. Но преобразователи, построенные по этому способу, не могут быть использованы для измерения Т внутри ДМ, так как при возбуждении пъезоэффекта в преобразователе, последний изменяет свои размеры, а окружающая среда будет препятствовать этому. Для того, чтобы пъезопреобразователи, находясь в среде, не изменяли своих размеров при возбуждении в нем обратного пъезоэффекга и, следовательно, в выходной цепи не появлялся электрический сигнал в отсутствии нагрузки, т.е. преобразователи не имели акустического взаимодействия с контролируемой средой, был применен дополнительный пъезоэлемент. Таким образом, были разработаны пъезопреобразователи ППН-], 2, 3,4 для измерения постоянных механических напряжений в твердых сплошных средах. Разработанные ППН основаны на возбуждении электрическим полем в пъезо-элементах деформации растяжение - сжатие колебательного характера и обладают высокой чувствительностью к механическим напряжениям (до

180 мВ/Мпа), селективностью и возможностью управления электроупругостью, что повышает их точность измерения. Под жесткостью элемента при сжатии - растяжении понимается произведение его модуля упругости на геометрическую характеристику (площадь поперечного сечения в данном случае).

В средах с нелинейной зависимостью S от Т модуль упругости будет изменяться по мере изменения Т и для того, чтобы преобразователь, помещенный в такую среду, не искажал картину силового поля вокруг себя, его жесткость нужно менять во время работы, поддерживая ее все время одинаковой с жесткостью окружающей преобразователь среды. Поэтому жесткость преобразователя должна быть управляемой. В пъезопреобразователях это достигается путем подвода постоянного электрического напряжения к пъезо-элементу.

Во второй главе на основе разработанной модели взаимодействия Т на пьезоэлектрические моно - и поликристаллы с возникающей при этом Е теоретически обоснованы факторы влияющие на важнейшие для пьезопреобра-зователей характеристики: чувствительность, линейность и диапазон измерения, управляемые селективность и электроупругость.

Пусть пьезопреобразователем служит пьезопластина с поперечной поляризацией, совершающая колебания растяжение - сжатие по длине, как показано на рисунке.

JHM

Уравнение движения преобразователя имеет вид

а2-4= 1 д2

д-х V2 'д-Р ' где % - амплитуда колебаний /смешение/; V = ' ^

О)

• скорость распростране-

ния упругой волны в пластине; у - модуль упругости; р- плотность пьезома-териала; 1 - время.

Дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных решается методом разделения переменных.

Уравнение (1) решается методом разделения переменных

= » = J-.^-л'. (2)

Х(х) дх V2 T(t) dt2

Решения этих уравнений будут соответственно

Х = /4-cosnx + S-sin/w , (3)

Т = C-cosnvt + D-sitinvt = M-cos(nvt + q>) ,

где п = (ш = 1,2,3...).

Резонансную и антирезонансную частоты колебаний пьезопластины определяем для следующих случаев:

1. оба конца пластины закреплены;

2. оба конца пластины свободны.

Случай 1. При закрепленных концах пластины граничные условия запишутся так

= Х{0) ■ Ц) = 0 , = Х(1) • Т(1) = 0 , (4)

где X - длина пластины.

Из уравнений (4) и (3) следуют окончательные решения

'со

— X

£,(х, t) = В -sin dt, (о

,eJ(«>t-ф)

vv ;

S(x,t) = ~ = —B-cos дх v

'со ^ —х V.v ,

,j(<ot-<p)

"IV-П

где та =—-— (т=1,2,3 ...).

Решение будем искать только для случая интересующей нас резонансной частоты.

Воспользуемся уравнениями пьезоэффекта в тензорной форме

(5)

где Б - деформация пьезопластины; Т - механическая нагрузка; О - электриче-

_ £

ское смещение; Е - электрическое поле; а,л - пьезоэлектрические коэффициенты; ег - диэлектрическая проницаемость.

Верхние индексы Е и Т обозначают постоянство, соответственно, электрического поля и механической нагрузки. Нижний индекс I обозначает операцию транспонирования матрицы.

Постоянная интегрирования равна

В = 1, (6)

(О Ь

где 1/0 - электрическое напряжение (см. рис.); Ь - толщина пластины; у - модуль Юнга.

Электрический ток I в пластине равен

/= / ] тсЮ^сЫ,

О - мнимая единица). (7)

Опуская промежуточные выкладки, приводим конечное выражение для тока 11п СО

Нг^е*'

(8)

где - пьезоэлектрический коэффициент.

Полная проводимость пьезопластины при гармонических колебаниях

Ще

60Б

'33

(9)

Из этого выражения можно найти резонансные и антирезонансные частоты. Резонансные частоты определяется из условия У -> оо

Очевидно, если У -> оо и tg

со У)

то —Х=~(2я +1), V 2 где (п = 0,1,2,3...).

Низшая резонансная частота равна

V-я

= оо,

то

Так как 1

со. = г 2Х

<0р=2пГр,а У = , кГц.

1У1Ь

(10)

(И) (12)

/Р

При У —► О будет иметь место антирезонанс (частота, при которой реактивная составлявшая эквивалентной схемы пьезопреобразователя становится равной нулю). Выражение для ангирезонанса имеет вид

где Ксв - коэффициент электромеханической связи, характеризующий превращение механической энергии в электрическую при нулевой частоте в случае прямого пьезоэффекта или, наоборот, электрической в механическую, в случае обратного пьезоэффекта.

Для установления зависимости частоты колебаний пьезопластины от условий ее крепления рассмотрим еще один случай.

Случай 2. Здесь механическая нагрузка на концах пьезопластины отсутствует. Искомые решения представляются в форме

%(x,t) = X(x)-T(t) = Л (cos пх + 5 sin nx)-cos(nví + <p) ^

= (- пА sin пх + пВ cos их)-cos (nvt + <p)

Примем за начало координат центр пластины (X = 0). В центре пластины деформация растяжения-сжатия отсутствует, следовательно, и напряжения растяжения-сжатия отсутствуют.

При таких граничных условиях выражения (14) примут вид

= В- sin(ú)x/v)

(15)

S(x,t) HV/yYBcosim/^jí0*-?)

nV mV%

где со = — = —j—.

Воспользовавшись уравнениями пьезоэффекта, для данного случая

T = yflSí-enE3

(16)

D3=e3l-Sl+Bs33E3 находим постоянную интегрирования

vt/0-e31 1

В---—j---7~Г\-

to byf. со ¡U

"111 cos---

\V 2)

Выражение для электрического тока, протекавшего через пластину, в этом случае будет иметь вид

1= ¡j(úaD3dx

(18)

-е/

тока

/г

Опуская промежуточные выкладки, приводим конечное выражение для

/*<= j(oa<

_ Yli <°b

(Ы

У2

4yeU\

(19)

Полная проводимость пластины при гармонических колебаниях равна

г ■> ^ . ч 1 • 1

Y =

U0-e

á^tgf^yÚé.e-»

. У1>Ь

(20)

г© ^

Резонансная частота (У -» оо) определяется из условия щ---- оо;

\у 2)

ш X %

откуда

со Я, я

!-•- = - (2п+1), где п-(0,1,2,3...) V 2 2 Низшая резонансная частота равна

JtV фг = —

или

Выражение для антирезонансной частоты будет иметь вид

= 1ÍÉ.

- + 1

. кГц.

(21)

(22)

(23)

2X^2.46 у

Выражения (12), (13), (22), (23) показывают, что условия закрепления преобразователя влияют на частоту колебаний. Преобразователь с закрепленными концами колеблется с частотой в 2 раза меньшей, чем преобразователь со свободными концами (см. формулы (12), (13), (22), (23).

Для описания характеристики пьезопреобразователя используется понятие его крутизны: отношение выходной величины к вызвавшей ее входной. В качестве чувствительности (крутизны преобразования) преобразователя принимают

ах

где х - преобразуемая величина; у - выходная информативная величина преобразователя.

Естественной выходной величиной преобразователя является электрический заряд ч- Если он колеблется по синусоидальному закону, то

Ч = <?0- втИ) =С-и + /¡А, (25)

где С - емкость пьезоэлемента; 0 - амплитудное значение заряда пьезоэлемента,

но О1- 1-Я, тогда

й + (26) л яс яс

где Я - полное сопротивление пьезоэлемента.

Окончательное решение этого уравнения будет иметь вид:

и = ихвт|ю/ + агс/г^ ^-112 ■ е~'!КС (27)

О>/с

___ (27а)

их=-

1 +

<у

+ тЯС

и2 = 1 /С • (276)

юЯС

Выражение (276) для переходного режима преобразователя. Оно исчезает при больших значениях.

Из выражения (27) следует, что выходное напряжение преобразователя и зависит от частоты со, с увеличением со (между /а и /г) его выходное напряжение и увеличивается, а следовательно и чувствительность (24), увеличивается.

Таким образом, преобразователи с незакрепленными чувствительными пьезоэлементами имеют более высокую чувствительность, чем преобразователи с закрепленными чувствительными пьезоэлементами.

В работе показано, что преобразователи обладают избирательностью на определенную компоненту напряжений. Избирательность пьезопреобразова-телей достигается за счет того, что направление вектора электрического поля, возбуждающего пьезоэлемента совпадает с направлением измеряемой компоненты напряжения: в результате чего первый пьезоэлемент возбуждается электрическим полем и вынуждает колебаться другой элемент, который возбуждается под действием механического напряжения.

В третьей главе описаны методы и устройства исследования и контроля прочностных характеристик материалов и изделий.

Задача измерений Т внутри твердой среды с помощью преобразователей осложнена тем, что жесткость последних отличается от жесткости окружающей среды. В связи с этим в зоне размещения преобразователей картина силового поля отличается от действительной. Поэтому необходима оценка степени искажения напряжений.

Для обеспечения минимальных искажений измерения Т важное значение имеет геометрическая форма преобразователя. Погрешность измерения нормальных Т уменьшается с уменьшением отношения высоты к диаметру преобразователя. Поэтому, идеальным преобразователем можно считать преобразователь в виде тонкой пленки, расположенной нормально к вектору измеряемой компоненты напряжения. Вследствие этого к преобразователям напряжений, размещаемым внутри твердой среды, предъявляются требования, обеспечивающие повышение точности измерений. Из этих требований следует, что нужно стремится к повышению жесткости преобразователя и конструировать его в форме диска как можно с большим отношением диаметра к высоте. Одновременное удовлетворение этих требований представляет собой сложную задачу, разрешение которой требует привлечения новой технологии, новых принципов, и новых материалов.

В средах с нелинейной зависимостью деформации Б от Т модуль упругости у будет изменяться по мере изменения Т. И для того чтобы преобразователь, помещенный в такую среду, не искажал картину силового поля вокруг себя, его жесткость нужно менять во время работы, под держивая ее все время одинаковой с жесткостью окружающей преобразователь среды. Поэтому жесткость преобразователя должна быть управляемой.

Вязкость - характеристика материала в жидкой фазе, в твердой фазе вязкость проявляется очень медленно. Однако с вязкостью связаны многие прочностные характеристики материалов в твердом состоянии.

В предлагаемом методе исследования и контроля вязкость оценивается по моменту вращения вала электропривода смесителя (эксгрудера), когорый зависит от величины потребляемой мощности из электросети. Смешение расплавов материалов производится двумя вращающимися в разные стороны шнеками смесителя, которые приводятся в движение через редуктор электродвигателем. Очевидно, что с увеличением вязкости материалов увеличивается и момент вращения вала электропривода. Увеличение момента вращения, в свою очередь, ведет к увеличению потребляемой мощности электродвигателем из сети. Основываясь на теории асинхронных электродвигателей и проведенных исследованиях, выведена формула

9.55-л/З ■£/ -/-соэф мвала =---Л '

где M^j - момент вращения, a U, I, cos ф - соответственно напряжение, ток и коэффициент мощности питающей электрической сети; п - число оборотов электродвигателя; ri - коэффициент полезного действия электродвигателя.

Таким образом,

^вала = %'I > »

где К - коэффициент учитывающий паспортные данные электродвигателя.

В релаксационных явлениях материалов и изделий значение модуля упругости, как параметра прочности, трудно переоценить. *

Предложенный ультразвуковой метод контроля модуля упругости основан на явлении механического резонанса, согласно которому при совпадении частоты колебаний вынуждающей силы, действующей на объект, с частотой собственных колебаний этого объекта, амплитуда колебаний последнего резко возрастает. По максимальному выходному сигналу ультразвукового преобразователя фиксируют fr упругих колебаний, распространяющейся в образце, контролируемого материала.^ упругих колебаний в образце определяется по формуле

}Р 2 А,

где /- длина образца; у- модуль упругости материала; р - плотность материала.

Таким образом, измерив fr, размеры и массу материалов рассчитывают модуль упругости среды.

Разработанный метод позволяет оперативно контролировать модуль упругости конструкционных материалов и может быть предложен как экспресс метод контроля.

При подготовке материалов к оценке свойств, определяемых их прочность, нужно учитывать гидроскопичность материалов.

Влага первоначально накапливается в поверхностном слое материала, а затем распространяется в объеме материала в результате диффузии и оказывает влияние на физико-механические свойства, практически всех материалов. А некоторые из них поглощают до 10% ее из воздуха.

Предложенный ультразвуковой метод контроля гидроскопичности материалов основан на эффекте Доплера, согласно которому при прохождении упругих волн через движущуюся границу их частота изменяется. Фиксируя моменты начала и окончания изменения частоты, принятых ультразвуковых колебаний, по их разнице определяют время проникновения влаги из определенной длины образца контролируемого материала. С учетом измеренного времени определяют скорость проникновения влаги.

Движущаяся граница проникающей влаги будет изменять частоту принимаемых частотомером ультразвуковых колебаний в соответствии с эффектом Доплера. При нормальном падении ультразвуковой волны с частотой f

на движущуюся границу со скоростью V, частота прошедшей волны рассчитывается по формуле

Уу

1 - у 1 У2

где ^ и К2-скорости звука в образце и в воде, соответственно.

Измеряя временной интервал между началом изменения частоты и окончанием, определяют скорость проникновения влаги по формуле V - ,

где Ь - высота образца; х - временный интервал между началом и окончанием изменения частоты принятых ультразвуковых колебаний.

Разработанный метод позволяет оперативно контролировать гигроскопичность конструкционных материалов и может быть использован, как экспресс-метод контроля.

Четвертая глава посвящена разработке устройств исследований и контроля показателей прочности материалов и изделий, классификации разработанных устройств.

Разработаны устройства ППН-1,2,3,4, преобразующие измеряемое Т в электрический сигнал (далее преобразователи), основанные на колебаниях растяжение-сжатие, образующихся при возбуждении в пьезоэлектриках пье-зоэффекта таким образом, чтобы размеры преобразователя не изменялись, что имеет значение для повышения точности измерений в условиях плотного прилегания окружающей среды к преобразователю. Причем, один пьезоэле-мент преобразователя возбуждается с помощью обратного пьезоэффекта, а другой - чувствительный в результате прямого пьезоэффекта под действием измеряемых Т и колебаний пьезоэлемента, возбуждаемого обратным пьезо-эффектом, благодаря чему данные ППН измеряют только интересующую нас компоненту тензора Т. О механических напряжениях судят по изменению выходного электрического напряжения в ППН. Преобразователи, разработанные таким образом имеют аналоговый выходной сигнал. Развитие вычислительной техники в последнее время предопределило развитие преобразователей с кодовым и частотно - фазовым выходным сигналом, обладающих более высокой точностью по сравнению с аналоговыми и помехоустойчивостью, но более высокой сложностью. Кроме того, эти преобразователи обладают определенными недостатками, в частности, совершенно определенным уровнем собственной нестабильности частоты. В то же время погрешности, возникающие при использовании аналоговых, в частности, пьезоэлектрических, преобразователей, связаны с выходной мощностью, т.е. чем выше мощность, тем точнее преобразователь. Высокий уровень выходной мощности во многом определяется выбором пьезоматериалов, из которых изготовлены преобразователи. Рассматриваемые здесь аналоговые ППН имеют выходной уровень сигнала от нескольких сотен мВ до единиц В, т.е. высокий. Таким обра-

зом, дальнейшее развитие аналоговых ППН является вполне оправданным, тем более, что в преобразовании аналогового сигнала в кодовый или частотно - фазовый достигнуты большие успехи. Конструктивно ППН выполнены так, что сдвиговые нагрузки не оказывают влияния на результаты их измерений. Разработанные ППН обладают высокой чувствительностью (до 180 мВ/МПа). Жесткость преобразователей ППН-1 и ППН-2 управляется с помощью подвода к ним постоянного электрического напряжения, что повышает точность их измерений в средах с изменяющимся под действием нагрузки модуля упругости.

Одним из факторов, влияющим на точность измерения Т в ДМ с помощью преобразователей является уменьшение разницы в значениях модуля упругости преобразователя и модуля упругости среды. Поэтому преобразователи ППН-1,2, 3 различны по своим значениям модуля упругости и перекрывают их в интервале 5 • 103 + I • 105 Мпа. Такой интервал значений модуля упругости обусловлен интервалом значений модуля упругости различных ДМ (пластмассы, смолы, и др.), а также тем, что каждый тип ППН должен применяться в зависимости от среды. А для измерения Т в материалах, у которых модуль упругости изменяется при изменении нагрузки, разработано устройство с регулируемым во время его работы модулем упругости.

Работа пьезопреобразователя ППН-1 основана на том, что между верхней поверхностью чувствительного элемента и нижней поверхностью корпуса устроен зазор, равный по величине деформации пьезоэлемента от действия обратного пьезоэффекта при возбуждении ППН. В результате при отсутствии нагрузки ЧЭ не испытывает Т, т.е. не возбуждается. Поэтому в выходной цепи ППН изменение выходного электрического напряжения появится только при действии Т в ДМ. Модуль упругости находится в интервале (70 + 100) 105Мпа.

Работа пьезопреобразователя ППН-2 и ППН-4 основана на колебаниях растяжение-сжатие в противофазе пьезоэлементов, расположенных столбиком так, что общая толщина столбика остается все время постоянной. Благодаря такой колеблющейся системе, ЧЭ получает возможность периодически возбуждаться под действием Т окружающей среды. Модуль упругости ППН-2 находится в интервале (100 + 120) 103Мпа.

Работа ППН-3 основана на возбуждении колебаний изгиба в ЧЭ, благодаря деформациям растяжение-сжатие колебательного характера в противофазе двух других элементов, соосно и между которыми расположен ЧЭ. При отсутствии нагрузки ЧЭ колеблется свободно в пределах паза, устроенного в корпусе преобразователя. Действующие Т среды уменьшают размеры паза. В результате ЧЭ начинает изгибаться и в выходной цепи электрическое напряжение начинает изменятся пропорционально действующим Т. Модуль упругости ППН-3 находится в интервале (5 + 90) 103Мпа.

Разработано оригинальное устройство автоматической корректировки погрешности в измерении Т путем регулирования жесткости преобразователя 22

для измерения Т в средах с изменяющимся под действием нагрузки модулем упругости. Устройство представляет собой ППН-2, снабженный системой регулирующей его жесткость. Жесткость регулируется управлением процесса изменения деформации ППН-2, находящегося внутри твердой сплошной среды. ППН-2, снабженный такой системой обладает меньшей погрешностью, чем без нее.

Таким образом, погрешность измерения Т ППН тем меньше, чем ближе совпадают жесткости материалов преобразователя и среды.

Диапазон линейности преобразования можно расширить за счет возбуждения ППН на антирезонансной частоте (как показывают эксперименты примерно на 60% по отношению к преобразованию на резонансной частоте). Это объясняется увеличением К^ преобразователя на антирезонансной частоте; кроме того, при зажатии преобразователя на антирезонансной частоте также увеличивается его Ко,. Это компенсирует завал выходной характеристики пьезопреобразователя из-за насыщения пьезоэлемента.

Для контроля Т материалов в условиях действия высоких (+20 + +200)°С и низких (до -196вС) температур разработан пьезопреобразователь ППН-4. Причем, в первом случае в качестве ЧЭ применен кварц АТ-среза, а во втором - ниобат лития.

Пьезопреобразователь ППН-4 выполнен по схеме пьезотрансформато-ра, что повышает уровень выходного сигнала; а это важно в условиях действия помех, к которым в данном случае относится и температура.

Разработаны преобразователи контроля вязкости, модуля упругости и влажности, позволяющие реализовать экспресс-методы контроля вышеука-зан-ных параметров прочности материалов.

Работа преобразователя контроля вязкости основана на преобразовании электроэнергии, потребляемой из сети асинхронным электродвигателем, в механическую, т.е. Мвр на валу этого двигателя, являющегося приводом смесителя материалов. Учитывая, что Мвр расплавов прямо пропорционален вязкости Цд растворов (расплавов) материалов в смесителе, его можно легко интерпретировать вязкостью.

Работа преобразователя контроля модуля упругости основаны на зависимости частоты распространяющихся ультразвуковых колебаний от упругих свойств материала, а также на том, что эти колебания происходят в резонансе с колебаниями образца контролируемого материала. Причем,^ определяется по максимуму показаний вольметра, регистрирующего переменное напряжение ультразвукового приемника.

Работа преобразователя контроля гигроскопичности основана на зависимости количества влаги в контролируемом образце от/ультразвуковых колебаний, распространяемых во влажном образце, а также на эффекте Доплера. Конструкция преобразователя позволяет получать движущуюся границу

между влажной и сухой областями контролируемого материала. Ультразвуковые волны проходя эту границу, изменяют/своих колебаний.

В пятой главе изложены результаты исследований методов и устройств исследования и контроля показателей прочности материалов и изделий.

Разработана методика градуировки и учета погрешностей ППН исследований и контроля Т в оценке прочности. Градуировка состоит из 6 последовательных циклов, каждый из которых заключается в увеличении нагрузки нагрузочным устройством от 0 до 100% ступенями через 20%, в снижении нагрузки нагрузочным устройством теми же ступенями. Значения зависимости выходного сигнала преобразователя от нагрузки (разгрузки) обрабатываются методом наименьших квадратов на ЭВМ. По экспериментальным данным определяются расчетные зависимости выходных сигналов преобразователей от нагрузки (разгрузки), а также чувствительность.

В основе методики учёта погрешностей измерений при градуировке преобразователя использован способ экспериментальной оценки параметров погрешностей по ГОСТ 8.009.72., согласно которому погрешность результата измерений оценивалась следующими параметрами: среднеквадратичным отклонением случайной составляющей погрешности - от, В; систематической составляющей погрешности - Ас, В; вариацией выходного сигнала - Ь, В; относительной погрешностью - 8, %.

Анализ зависимостей выходного сигнала преобразователей от Т сжатие-растяжение, изгиба и их совместного действия показывают одинаковую при сжатии и растяжении. При изгибе меньше в 1,5 раза, чем при сжатии-растяжении. Выходной сигнал при совместном действии сжимающих (растягивающих) и изгибающих Т подчиняется принципу суперпозиции, что дает возможность использовать ППН в измерительных схемах с различными комбинациями силовых воздействий. При увеличении электрического напряжения возбуждения увеличивается диапазон линейного участка характеристики, а также . 5Л и диапазон линейности преобразования зависит также и от типа пьезокерамикн, используемой в ЧЭ преобразователя и типа ППН. Установлено, что пьезотрансформаторная схема включения ЧЭ в ППН имеет выше, чем пьезорезонаторная.

Проведены исследования ППН при измерении Т внутри ДМ. Для интерпретации Т, измеренных пьезопреобразователями при одноосной нагрузке в ДМ использовались градуировочные данные, получаемые при нагружении ППН гидростатическим нагружением, а также одноосным между стальными прокладками. Проведена оценка погрешностей измерений в ДМ пьезопреобразователями согласно разработанной методике учета погрешностей. Во всех случаях погрешность не превышает 2%.

Чувствительность преобразователей с податливыми корпусами выше, а диапазон измерения Т меньше, чем у преобразователей с жёсткими корпуса-

ми. Преобразователи с жёсткими корпусами имеют меньшие значения погрешности, чем преобразователи с податливыми корпусами.

Преобразователи типа ППН-2 лучше применять для измерения Т в жёстких ДМ, а ППН-1 и ППН-3 лучше подходят для измерения Т в ДМ с невысокой жесткостью.

Чувствительность пьезопреобразователя по мире увеличения угла его расположения к оси действия измеряемой компоненты напряжений уменьшается. К действию боковых напряжений, нормальных оси преобразователя, а также к сдвиговым нагрузкам пьезопреобразователи нечувствительны.

Исследования пьезопреобразователя ППН-4 на основе ниобата лития для контроля напряжённого состояния конструкционных материалов в условиях действия низких температур (до -196°С) показывают, что зависимость выходного сигнала преобразователя при действии низких температур и при £=25°С хорошо совпадают. Это позволяет сделать вывод о том, что ниобат лития может быть использован в качестве материала ЧЭ преобразователей при низкотемпературном контроле напряжённого состояния конструкционных материалов.

Исследования пьезопреобразователя ППН-4 на основе кварца АТ-среза для контроля напряжённого состояния конструкционных материалов в условиях действия высоких (200°С) температур показывают, что использование термозависимого элемента в цепи возбуждения преобразователя с целью компенсации изменения его чувствительности из-за воздействия температуры, а также кварца АТ-среза в качестве чувствительного элемента, дают хорошие результаты по применению данного преобразователя при высокотемпературном контроле напряжённого состояния конструкционных материалов.

Анализ важнейших характеристик первичного преобразователя контроля вязкости позволяет сделать вывод о том, что момент вращения (используемый для интерпретации вязкости контролируемых материалов) на валу электродвигателя и ток потребляемый им из электросети связаны линейной зависимостью в области номинального режима работы. Вывод подтверждён экспериментальной зависимостью, Мвр=/(1), которая практически линейна.

Шестая глава посвящена практическому применению методов и устройств исследования и контроля показателей прочности материалов и изделий.

Разработана методика измерений Т внутри ДМ с помощью разработанных ППН.

Методика измерений Т пьезопреобразователями в твердых сплошных средах заключается: в градуировке ППН согласно разработанной методике исследования метрологических характеристик пьезопреобразователей; в установке ППН в контролируемую среду. При установке необходимо, чтобы между преобразователем и контролируемой средой был надежный контакт, среда должна быть сплошной - небольшие разрывы (трещины, отслоения) на рабочих поверхностях могут значительно понизить достоверность результа-

тов измерений, рабочие поверхности преобразователя были тщательно очищены от грязи и обезжирены, суммарная площадь преобразователя не превышала 25% площади сечения конструкции, преобразователь рекомендуется устанавливать на расстоянии не менее 2-х диаметров от края сечения конструкции, в противном случае необходимо будет корректировать результаты измерений; в получении преобразователем электрического сигнала, с информацией о Т в контролируемой среде, и определении этих Т с помощью гра-дуировочной характеристики преобразователя.

Sß ППН в среде выше, чем их SR в свободном состоянии, т.к. они являются концентратами Т. Это показывают и экспериментальные данные измерения Т в полимерных материалах: чувствительность пьезопреобразо-вателей в материале №29 24 мВ/МПа, в то время как между прокладками 21 мВ/МПа; в материале №28 6,6 мВ/МПа, в то время как между прокладками 6 мВ/МПа; в материале №27 18 мВ/МПа, в то время как между прокладками 16 мВ/МПа.

Разработаны методики градуировок преобразователей контроля вязкости, модуля упругости и влажности.

Градуировка преобразователя контроля вязкости заключается в использовании дозированных материалов, вязкость которых заранее определена на действующих вязкозиметрах.

Градуировочная характеристика преобразователя контроля модуля упругости выражена в виде формулы у =4/,2/2 р, из которой следует, что модуль упругости пропорционален квадрату частоты резонансных колебаний упругой волны, распространяющейся в образце контролируемого материала, с учбтом размеров и массы образца.

Градуировка преобразователя контроля влажности заключается в зависимости частоты проходящей через образец контролируемого материала упругой волны от скорости поглощения образцом сухого материала влагу в соответствии с эффектом Доплера. Скорость же поглощения влаги уменьшается по мере увлажнения материала.

Таким образом каждому количеству, поглощенной образцом контролируемого материала влаги можно поставить в соответствие свое значение частоты колебаний упругой волны, прошедшей через образец.

Проведены теоретические и натурные исследования внутренних напряжений в образцах из пластмассы при помощи разработанных пьезопреобразо-вателей на Новополоцком НПП «Пластполимир». Получено хорошее совпадение данных о величине Т как теоретически, так и экспериментально.

Проведены измерения Мщ,. преобразователем контроля вязкости в полимерах с различными показателями текучести расплавов (ПТР). На НПП «Пластполимир» результаты измерений подтверждают, что расплавы полиэтиле-нов с меньшим ПТР имеют более высокий Мц,, а следовательно, и вязкость.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе анализа и обобщения научных достижений и собственных научных исследований проблем контроля физико-механических параметров твердого деформируемого тела, нелинейно-упруго работающего под нагрузкой, намечены пути повышения надежности, долговечности и снижения себестоимости изделий из различных материалов, в т.ч. конструкционных материалов электронной техники. Разработаны и внедрены эффективные методы и устройства исследований и контроля физико-механических характеристик твердых напряженно-деформируемых сред, позволяющие проводить инженерную оценку практической прочности с учетом условий эксплуатации последних.

1. На основе анализа предложенной математической модели, отражающей взаимосвязь механической нагрузки пьезоэлектриков и возникающей при этом Е, получены выражения частотных постоянных для ППН с закрепленными и свободными чувствительными элементами (ЧЭ), а также параметров эквивалентной схемы ППН для оценки прочности материалов и изделий. Использование незакрепленного чувствительного элемента в пъезо-преобразователях приводит к увеличению частоты колебаний в два раза. Согласно теоремы Котельникова именно увеличение в два раза частоты колебаний (резонансных в данном случае) позволяет передавать информацию без искажений (без изменений) и с максимальной скоростью, что и приводит к увеличению чувствительности. ППН кроме ЧЭ содержит ряд необходимых элементов, которые вызывают резонансы ниже самых низких резонансов отдельного пьезоэлемента, закрепление ЧЭ ведет к уменьшению частоты колебаний более чем в 2 раза./, ППН-1 с незакрепленным пьезоэлементом 800 Гц, а с закрепленным - 200 Гц, ППН-2 с незакрепленным пьезоэлементом 700 Гц, а с закрепленным - 200 Гц. Показано, что ППН имеют меньшую на/,; чем на/ на 25...30%, но обладают большим диапазоном линейного преобразования на 55...60%. Увеличение/ППН (в диапазоне сгг/а до/) ведет к увеличению его ивьа, и 5/е. Например, преобразователь одного типа при возбуждении напряжением 10В на частоте 200Гц имеет при Т= 0 - 11ных = 3,595В и = 9,2мВ/МПа; преобразователь другого типа при возбуждении напряжением 10В на частоте 200 Гц имеет при Т= 0 - 17шх = 0,998В и - 4,2мВ/МПа, а при возбуждении на частоте 700 Гц при 74) - Ъгвнл = 1,169В и = 12мВ/Мпа.

2. Анализ зависимости выходного сигнала ППН сжатия - растяжения, изгиба и их совместного действия показывают одинаковую чувствительность при сжатии - растяжении. Выходной сигнал при совместном действии сжимающих (растягивающих) и изгибающих Т подчиняется принципу суперпозиции. При увеличении ид<„ увеличивается диапазон линейного участка выходной характеристики на 10... 12%, а также в зависимости от схемы

включения ЧЭ. Так увеличение 1/йт на 1В ведет к увеличению на 0,85 -1,0мВ/МПа при резонансной схеме включения и на 1,8...2мВ/МПа при трансформаторной схеме включения. и диапазон линейности преобразования зависят также и от типа пьезокристалла, используемого в ЧЭ, а также уменьшается по мере увеличения угла расположения ППН к оси действия измеряемой компоненты Т: увеличение угла в два раза ведет к уменьшению в 1,8...2 раза. К действию боковых напряжений, а также к сдвиговым нагрузкам ППН нечувствительны.

3. На основе анализа модели НДС твердого тела обоснована методология инженерной оценки практической прочности. Разработан метод контроля напряженного состояния для инженерной оценки прочности твердых деформируемых сред с использованием ППН-1, 2, 3, 4. ППН обладают избирательностью к полезному сигналу за счет того, что направление 11ша выбирается одинаковым с направлением действия на ППН измеряемой компоненты Т, возможностью регулирования жесткости за управления его электроупругостью, а также работоспособностью в широком диапазоне температур -196...200°С.

4. Показано, что ППН с податливыми корпусами выше, а диапазон измерения Т меньше, чем у ППН с жесткими корпусами. ППН с жесткими корпусами имеют меньшее значение погрешности, чем с податливыми корпусами. Так ППН -1 с жестким корпусом имеет максимальное отклонение Т 0,3 и 0,8%, а с податливыми корпусами - 0,68% и 1,49%, соответственно при одноосном и гидростатическом нагружениях. с жестким корпусом 22 мВ/МПа, диапазон измерения механических напряжений от 0 до 6 МПа, с податливыми -179 мВ/МПа, диапазон измерения от 0 до 0,4 МПа. Разработан ППН, снабженный системой управления его собственной жесткости для уменьшения погрешности измерений. Установлено, что ППН-2 лучше применять для измерения механических напряжений в жестких ДМ, а ППН-1 и ППН-3 лучше подходят для измерения напряжений в средах с невысокой жесткостью.

5. Проведены исследования ППН при измерении Т внутри полиэти-ленов, смол, стеклопластиков и др. Для интерпретации Т, измеренных пьезо-преобразователями при одноосной нагрузке в ДМ использовались градуиро-вочные данные, получаемые при нагружении преобразователей гидростатическим нагружением, а также одноосным между стальными прокладками. Произведена оценка погрешностей измерений в различных ДМ, согласно разработанной методике учета погрешностей. Например, а (В), Ас (В), Ь (В), 5 (%) при нагружениях в полиэтиленах № 27 и № 28 равны, соответственно, 0.0030 и 0.0031,0.0042 и 0.0043, 0.0015 и 0.0019, 0.0047 и 0.0048; для ППН-3 при нагружении в эпоксидной смоле равны, соответственно, 0.008, 0.0066, 0.0046,0.0092.

б. Разработана методика измерения механических напряжений при оценке прочности твердых деформируемых сред. Проведены теоретические и натурные исследования внутренних напряжений в образцах из полимеров при помощи разработанных приборов. Получено хорошее совпадение данных о величине Т, как теоретически так и экспериментально. Так согласно теоретическим расчетам внутренние напряжения в одном из образцов полимерных материалов равны 2,ЗМПа. Согласно измерениям с помощью ППН 2,6МПа. Разница в 0,ЗМПа приходится на величину искажения Т в образце, вызванного ППН. Проведена аттестация ППН на основе созданной программы и методики метрологической аттестации. Согласно полученных свидетельств об аттестации относительные погрешности и вариации показаний для ППН-1, 2,3 составили соответственно 3,5% и 1,9%; 2,1% и 1,1%; 0,5% и 0,2%.

7. Разработаны экспресс - методы и устройства исследований и контроля физико-механических характеристик материалов и изделий (вязкости, модуля упругости, гигроскопичности), учитывающих условия эксплуатации, а также условия переработки полимерных материалов в изделия, методики их применения. На основе анализа теории асинхронных электродвигателей и собственных исследований получена закономерность (формула), позволяющая использовать с учетом паспортных данных серийно выпускаемые отечественной промышленностью электродвигатели в качестве первичного преобразователя Т]в. Формула отражает зависимость Цв исследуемых материалов от I, потребляемого электроприводом смесителя, в котором смешиваются расплавы (растворы) этих материалов, т.е. т^ = /(К1), где К коэффициент, учитывающий паспортные данные электродвигателя. Метод контроля и исследования модуля упругости основан на зависимости его от /г колебаний упругой волны, возбуждаемой в материале, а гигроскопичности - на использовании эффекта Доплера. Методы и устройства исследования и контроля характеристик прочности материалов и изделий, рекомендации и техпроцессы внедрены на НПП «Пластполимер», ПО «Полимир», а также в учебном процессе Полоцкого госуниверситета. Подтвержденный годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы, приведенный к установленному курсу Нацбанка РБ составляет 1,26 млрд. рублей или 109,5 тыс. У-е.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах.

1. Зубцов В. И. Метод неразрушающей оценки прочности материалов электронной техники с применением пьезоэффекта // Известия высших учебных заведений. Сер. Машиностроение. - 2005. - № 2. - С.8-13.

2. Зубцов В.И. Определение напряженного состояния деформируемых материалов с применением аналого-цифровой пьезосистемы // Известия высших учебных заведений. Сер. Машиностроение. - 2005. - № 3. - С.12-15.

3. Зубцов В. И. Частотно - резонансный метод измерения модуля упругости материалов // Инженерная физика. - 1999. - №1. - С. 3-4.

4. Зубцов В.И. Разработка метрологического обеспечения пьезоэлектрических измерительных датчиков статических механических напряжений внутри деформируемых материалов // Инженерная физика.-2005.- № 1. -С. 25-33.

5. Зубцов В.И. Математическое моделирование измерительного пьезопреоб-разователя контроля напряженного состояния внутри деформируемых материалов // Инженерная физика. - 2004. - № 4. - С. 21-30.

6. Зубцов В. И. Пьезоэлектрический контроль прочности. - Новополоцк: ПГУ, 1999- 147с.

7. Зубцов В. И. Пьезоэлектрический метод и средство измерения модуля упругости конструкционных материалов // Энергетика. Известия Вузов и энергетических объединений СНГ. - 1998. - №4. - С.36-38.

8. Зубцов В. И. Ультразвуковой метод и средство оценки гигроскопичности материалов // Экологические системы и приборы. - 1999. - №1. - С.30-32.

9. Зубцов В. И. Методы и средства оценки прочностных характеристик // Приборы. Справочный журнал. -1999. - №7. - С. 38-43.

10.3убцов В. И. Измерение вязкости расплавов (растворов) полимерных и упругих конструкционных материалов // Приборы и системы управления. -

1999. - №7. - С.40-41,

11.Зубцов В. И. Контроль напряжённого состояния твердеющих материалов пьезоэлектрическими датчиками при высоких температурах II Приборы и системы управления. -1999. - №10. - С.33-35.

12.Зубцов В. И. Устройство контроля механических напряжений в условиях глубокого холода // Приборы. Справочный журнал. -1999. - №10. - С. 1923.

13.Зубцов В. И. Экспресс-метод контроля модуля упругости // Контроль. Диагностика. - 1999. - №11. - С. 25-26.

14.Зубцов В. И. Пьезоэлектрическое устройство контроля напряжённого состояния // Контроль. Диагностика. -1999. - №12. - С. 29-31.

15.3убцов В.И., Васюков A.B. Датчики давления с использованием тензо- и пьезоэффекгов Н Приборы и системы управления. - 1999. - №12. - С. 2934.

1б.Зубцов В. И. Экспресс-метод определения вязкости расплавов (растворов) твердеющих материалов // Контроль. Диагностика. - 2000. - №3. - С. 36-38.

17.3убцов В.И. Негэнтропийный принцип передачи информации измерительными датчиками механических напряжений // Контроль. Диагностика. -

2000.-№10.-С. 15-17.

18.3убцов В.И. Физические основы работы пьезорезонансных аналоговых преобразователей и расширение диапазона линейности измерения // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. - 2000. - №2. -С. 57-61.

19.Зубцов В.И. Оценка прочности гигроскопичных материалов с использованием эффекта Доплера // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. - 2000. - №1. - С. 51-53.

20.3убцов В.И. Увеличение диапазона линейности измерения пьезопреобра-зователей контроля механических напряжений // Контроль. Диагностика. -2000.-№2.-С.49-51.

21.Зубцов В.И. Метод и средство оценки прочности гигроскопичных материалов // Контроль. Диагностика. -2000. - №1. - С. 31-33.

22.3убцов В.И. Электрические преобразователи контроля напряженного состояния материалов с использование пьезоэффекта // Энергетика. Изв. Вузов и энерг.объед. СНГ. - 2000. - №4. - С. 34-42.

23.3убцов В.И. Механизм передачи информации пьезодатчиками механических напряжений // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. - 2000. - №9. - С. 44-48.

24.3убцов В.И., Баранов В.В. Пьезотрансформаторные преобразователи контроля статических механических напряжений И Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. - 2000. - №1. - С. 45-48.

25.3убцов В.И. Математическое моделирование процессов колебаний пьезо-пластины с целью разработки преобразователей // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. Фундаментальные науки. - 2004. -№ 12.-С. 111-120.

26.3убцов В.И. Методика градуировки и метрологических исследований пье-зодатчиков механических напряжений // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. - 2002. - № 12. - С. 38-40.

27.3убцов В.И. Пьезоэлектрические устройства для получения информации о напряженном состоянии внутри деформируемых сред // Приборы и системы управления, контроль, диагностика. - 2002. - №11. - С. 34-37.

28.Зубцов В.И., Баранов В.В. Увеличение точности измерения механических напряжений внутри контролируемых сред специально разработанными для этого датчиками // Приборы и системы. Управление. Контроль, Диагностика. - 2004. - №3. - С. 33-40.

29.Zubzov V., Baranov V., Emelyanov V. Piezocrystal Transformers for Measuring Static Mechanical Stresses in Situ // Proceedings of SPIE International Symposium. - Cannes (France), 2002. - P.815-820.

ЗО.Зубцов В.И. Неразрушающая оценка прочности деформируемых материалов // Приборы и системы. Управления, Контроль, Диагностика. - 2005. -№1. -С. 28-32.

31.3убцов В.И. Организация и планирование испытаний пьезопреобразовате-лей механических напряжений И Приборы и средства автоматизации. -2002. - Х°12. - С.61-67.

32.3убцов В.И. Увеличение диапазона измерений статических, механических напряжений внутри контролируемых сред // Приборы и системы. Управления, Контроль, Диагностика. - 2003. - №11. - С. 32-35.

ЗЗ.Зубцов В.И., Пузына O.A., Завистовский В.Э. Контроль напряженно-деформируемого состояния материалов при высоких и низких температурах // Механика - 99: Материалы 2 Белорусского конгресса - Минск, 1999. -С. 82.

34.3убцов В.И. Акустика при определении влажности оценке прочности пористых материалов // Механика - 99: Матер. 2. Белор. конгр. - Минск, 1999.-С.330.

35.Баранов В.В., Зубцов В.И. Расширение диапазона измерения пьезотранс-форматорных преобразователей // Геодезия, картография и кадастры: Матер. междунар. НТК. - Новополоцк, 2000. - С. 58-60.

36.Баранов В.В., Зубцов В. И. Передача информации и избирательность пье-зодатчиков механических напряжений // Геодезия, картография и кадастры: Матер, междунар. НТК. — Новополоцк, 2000 - С. 60-62.

37.Фомица JI.H., Зубцов В.И. Использование пъезопреобразователей для измерения постоянных механических напряжений в твердых сплошных средах.// Приборы и системы управления - 1985. - №12. - С. 19-20.

38.А. с. 1064165 СССР. Устройство для измерения нормальных механических напряжений / В.Я. Гришунин, Л.Н. Фомица, В.И. Зубцов // Б.И. - 1983. - №.

39.А. с. 1428952 СССР. Преобразователь механических напряжений / В.И. Зубцов, А .Г. Платонов // Б.И. - 1986. - №37.

40.А. с. 945687 СССР. Устройство для измерения постоянных н медленно изменяющихся механических напряжений / JI.H. Фомица, В.И. Зубцов // Б.И.-1982. - №27.

41.А. с. 1486910 СССР. Способ контроля кинетики пропитки жидкостью пористого материала / В.И. Зубцов, А.П. Кулеш // Б.И. - 1989. - №22.

42.Пат. 2054 C1 BY. Устройство для измерения постоянных или медленно изменяющихся механических напряжений / В.И. Зубцов, М.М. Юрцевич, A.C. Селиханович // Афщыйны бюлетэнь. - 1998.- №33.

43.Пат. 1207U BY; Устройство контроля механических напряжений / В.И. Зубцов, В.В. Баранов // Афщыйны бюлетэнь. - 2003.- №5.

44.3убцов В.И. Электрический метод определения вязкости полимерных и других твердеющих материалов // Энергетика. Изв. Вузов и энергетическое объединение СНГ. - 1999.- №2,-С. 28-31.

45.3убцов В.И. Аналого-цифровая система получения информации о напряженном состоянии деформируемых сред с использованием пъезоэффекта// Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. Фундаментальные науки. - 2005. № 4. - С. 53 - 56.

Зубцов Владимир Иванович

Методы определения физических свойств деформируемых материалов с применением пьезо- и электрических систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 23.09.2005г. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага типографская № 2. Печать офсетная. Усл. печ. л. 2.0. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ № 430.

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Калужский филиал 248600, г. Калуга, ул. Баженова, 4.

№204 6 1

РНБ Русский фонд

2006-4 22377

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора технических наук, Зубцов, Владимир Иванович

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ УПРУГИХ СВОЙСТВ ПЬЕЗОМАТЕРИАЛОВ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ ПОСРЕДСТВОМ ФИЗИКО

МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ.

1.1 Объект научно-исследовательских испытаний.

1.2. Уравнения пьезоэлектрического эффекта.

1.3. Задачи для электроупругих материалов и изделий, решаемые посредством физико-механических испытаний. .3.1. Статические задачи для электроупругих материалов.

1.3.2. Двумерные статические задачи для пьезоэлектрических материалов.

1.3.3. Статические задачи изгиба пьезоэлектрических пластин.

1.3.4. Колебания тел из пьезоматериалов.

1.3.5 Колебания пьезопластин.

1.3.6. Колебания пьезоцилиндров и пьезосфер.

1.4. пьезопреобразователи механических величин.

1.4.1. Важнейшие электрические и механические характеристики пьезопреобразователей.

1.4.2. Чувствительность и управляемая избирательность пьезопреобразователей механических величин.

1.4.3. Анализ применения пьезопреобразователей для исследования силовых механических полей.

1.5. Распространение волн в пьезоэлектрических средах.

1.6. ПАВ-преобразователи.

1.6.1. Тсрмочувствитслыюстъ Г1АВ-нриборов.

1.6.2. Тспзочувствитсльпость ПАВ-приборов.

1.6.3. ПАВ-прсобразоватсли.

1.6.4. Эквивалентная схема пьезопреобразователей.

1.7. Выводы.

ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЙРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИИ. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И

ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ.

2.1. Общие положения.

2.2. Анализ частотных характеристик

11бе3011реобразователей при сжатии и растяже11ии.

2.3. Анализ параметров эквивалентной схемы пьезопреобразователей.

2.4. Чувствительность пьезопреобразователей.

2.5. Управляемая избирательность пьезопреобразователей.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕФОРМИРУЕМЫХ

МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Метод исследования и контроля напряженного состояния.

3.2. Экспресс-метод контроля вязкости расплавов растворов).

3.3. Экспресс-метод контроля модуля упругости.

3.4. Экспресс - метод контроля гигроскопичности.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4 ИЬЕЗО- И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1. Классификация разработанных преобразователей исследования и контроля физико-механических свойств материалов.

4.2. Увеличение диапазона линейности измерения пбезопреобразователей.

4.3. Мбезопреобразователи исследования и контроля напряженного состояния.

4.3.1. Преобразователь 11Г1Н-1 с использованием колебаний растяжения-сжатия.

4.3.2. Преобразователь ППП-2 с использованием колебаний растяжения-сжатия в противофазс.

4.3.3.11реобразователь IIIIH-3, основанный па колебаниях изгиба чувствительного пьезоэлемента.

4.3.4. Система исследований и контроля напряженного состояния в пелииейпо-упругой среде с автоматической корректировкой погрешности измерений.

4.3.5. Преобразователь IIIII1-4 для работы в широком диапазоне температур.

4.4. Электрическая система исследований и контроля вязкости.

4.5. Частотно-резонансная система исследований и контроля модуля упругости.

4.6. Система исследований и контроля гигроскопичности.

4.7. Аналого-цифровая система получения информации о напряженном состоянии деформируемах материалов с использовнием пьезоэффекта.

4.8 выводы.

ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЬЕЗО-И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ.

5.1 Методика исследования метрологических характеристик пьезопреобразователей контроля напряжённого состояния.

5.2. зависимость выходных характеристик пьезопреобразователей от вида деформаций.

5.3. зависимость выходных характеристик пьезопреобразователей от величины возбуждающего электрического напряжения.

5.4. Сравнение работы пьезопреобразователей при разных видах нагружения в различных деформируемых материалах.

5.5 Влияние поперечных механических напряжений на пьезопреобразователи в материале.

5.6. Влияние сдвиговой нагрузки на работу преобразователей.

5.7 Влияние низких температур (до-196°С) на работу пьезопреобразователей исследования и контроля механических напряжений.

5.8 Влияние высоких температур (до +200°С) i ia работу пьезопреобразователей исследований и контроля i механических напряжений.

С# 5.9 Анализ важнейших рабочих характеристик первичного преобразователя вязкости.

5.10 Зависимость Мвр на валу электродвигателя от потребляемой мощности.

5.11. Выводы.

ГЛАВА 6 ПРИМЕНЕНИЕ ПЬЕЗО- И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ.

6.1. Характеристика композитных материалов.

6.2. Анализ напряженного состояния экспериментального образца материала на основе полиолефинов.

6.3. Разработка методики исследования и контроля напряженного состояния в деформируемых материалах.

6.4. Статические испытания для исследования и контроля £ напряженного состояния деформируемых материалов, предназначенных для изготовления металлопластовых конструкций.

6.5. Измерение моментов вращений в различных полимерах.

6.6 Особенности контроля модуля упругости деформируемых материалов.

6.7. Применение преобразователя для контроля гигроскопичности деформируемых материалов.

6.8. Внедрение пьезопреобразователей в производство.

6.9. Выводы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертация по физике, на тему "Методы определения физических свойств деформируемых материалов с применением пьезо- и электрических систем"

Улучшение качества изделий различных отраслей промышленности с одновременным уменьшением эксплуатационных затрат и экономией сырьевых и топливно-энергетических ресурсов определяется надежностью конструкционных материалов и несущих элементов конструкций. Прогнозирование надежности тесно связано с оценкой их прочности - способности противостоять разрушению.

Существуют два различных механизма разрушения материалов: хрупкое разрушение путем отрыва, происходящее внезапно при относительно небольших деформациях, и пластическое разрушение путем среза (сдвига). Первое разрушение характерно для линейно-упругих материалов, второе - для упруго-пластичных.

Для современной техники характерно применение большого ассортимента различных конструкционных материалов (металлов, сплавов, армированных пластиков и других полимеров), условия работы которых также разнообразны (высокие температуры, глубокий холод, интенсивные динамические нагрузки). Поэтому их механические свойства в разных условиях применения также различны.

Прочность - очень широкое понятие даже в сфере материаловедческих наук. Под прочностью понимается свойство твердых тел сопротивляться разрушению, а также пластической деформации под действием внешних нагрузок. Критерии прочности строятся на основании полученных в эксперименте при обобщенных условиях предельных величин удельных нагрузок - напряжений, предшествующих разрушению и распределенных в контролируемом объеме материала по известному и по возможности простому закону. Опорными точками классических теорий прочности являются характеристики пределов прочности при простом статическом механическом напряжении: пределы прочности при одноосном растяжении Тр, сжатии Тс, сдвиге ттах. Для анизотропного тела к каждой оси симметрии относят по одной из вышеупомянутых характеристик прочности.

Предел прочности, помимо свойств материала, зависит от температуры и условий деформации. Зависимость предела прочности от условий деформации приводит к тому, что следует учитывать значение деформации, развивающейся к моменту разрушения (разрыва) материала Sp. Это значение Sp зависит от материала, величины деформирующей силы и скорости нарастания деформирующей силы. При одноосном растяжении Sp определяется как относительное удлинение при разрыве.

При заранее заданных условиями эксплуатации значениях Тр или ер) время воздействия деформирующей силы, при котором происходит разрушение материала, не может быть произвольным. Тогда прочность может характеризоваться также долговечностью тр временем от начала действия деформирующей силы до разделения образца материала на части.

Известно, что множество материалов сочетают в себе свойства упругости и вязкости. Причем, проявление в большей степени упругости или вязкости зависит от скорости нагружения.

В связи с этим особое значение приобретает определение удельной работы деформации до разрыва о

Если разрушение материала происходит при ударе (резкое действие нагрузки), то работу, затраченную на разрушение и отнесенную к единице поверхности разрушения, называют удельной ударной вязкостью.

Таким образом, анализируя этот метод оценки прочности можно выделить следующие недостатки: определение Ар, тр, Sp процесс трудоемкий, трудность их точного измерения, невозможность применения к эксплуатируемым изделиям, т.к. метод разрушающий.

Несовершенство вышеописанной оценки прочности можно объяснить тем, что большинство материалов сочетают в себе как упругие свойства, так и вязкие, а также имеют нелинейную и неоднозначную связь между напряжениями и деформациями. К таким материалам относятся, например, полимеры. Факт сочетания упругих и вязких свойств в материалах известен ещё со времен Максвелла, который предложил наиболее простую модель (есть и другие) такого сочетания. Согласно этой модели, после приложения сил в телах наступает упругая деформация, а затем в течение всего времени действия сил будет развиваться вязкое течение, следствием которого является необратимая деформация - та часть общей деформации, которая не исчезает после прекращения действия сил.

Предложенная Максвеллом модель воспроизводит (с определённой степенью точности) поведение упруго-вязких материалов при деформации, которое описывается дифференциальным уравнением dS .1 dT JT dt у dt rib где S - деформация; у - модуль упругости; T - механическое напряжение; вязкость. о 1 рис.1. Модель Максвелла

1 (IT

Выражение---этого уравнения описывает упругие свойства, а у dt

T/r|b -вязкие.

Упругая деформация S возникает мгновенно при каждом данном значении напряжения Т, и скорость изменения деформации поэтому определяется скоростью изменения напряжения dS = l^dT dt у dt '

При постоянном действующем напряжении (Т = const) dT/dt = 0. Уравнение принимает вид dS/dt = Т/т]ь .

Отсюда следует, что под действием постоянного напряжения происходит вязкое течение множества неметаллических и металлических материалов, таких как полимеры, бетон, смолы, медь, алюминий и др.

Как уже упоминалось, множество материалов сочетают в себе свойства упругости и вязкости. Причем, проявление упругости или вязкости зависит от скорости нагружения. Анализ дифференциального уравнения показывает, что у множества материалов под действием постоянного напряжения наряду с проявлением упругих деформаций происходит вязкое течение в период всего времени действия напряжений.

Пусть мы имеем дело с процессом релаксации напряжения при сохранении постоянного удлинения (растяжения) образца материала dt

По понятным причинам, напряжение в конце концов упадет до нуля. При этом дифференциальное уравнение примет вид

JdT

Т dt ~ r,b *

Из этого следует, что напряжение и скорость изменения напряжения в образце материала определяются модулем упругости и коэффициентом вязкости. Эти характеристики являются отображением соответственно упругих и пластических свойств материалов и не зависят от характера деформаций, зависящих в свою очередь от условий эксплуатации.

Модуль упругости - это коэффициент пропорциональности между напряжением при упругой деформации (закон Гука). Коэффициент вязкости - это коэффициент пропорциональности между напряжением сдвига и скоростью сдвига при пластической деформации расплава (раствора) материала (закон Ньютона).

Предельное (предшествующие разрушению) состояние материала в значительной мере определяется такими характеристиками, как модуль упругости у и удельная работа Ар, необходимая для возникновения новой поверхности в материале. Эту работу, отнесённую к единице возникшей поверхности, и называют удельной ударной вязкостью материала А .

Более того, в зависимости от удельной работы материалы могут быть подразделены на группы.

Если Ар <1, то материал можно считать хрупким, квази- хрупким при 1<Ар<100, пластичным, если Ар>100. Наиболее широко применяются в технике материалы, обладающие высокими значениями ^уАр и статической прочности при кратковременном нагружении, характеризуемой пределом прочности Тр.

Проявление вязкого течения под действием механической нагрузки в твердых материалах было открыто более ста лет назад, получило название крип или ползучесть и происходит крайне медленно. Поэтому контролировать вязкость лучше в расплавах или растворах материалов и потом использовать эту информацию для прогнозирования или оценки свойств твердого состояния соответствующих материалов.

Оценка же вязкости, проявляемой в твердых материалах по измеренной вязкости расплавов (растворов) этих материалов или по удельной ударной вязкости, является пока предметом дальнейших исследований.

Известно, что прочность материала во многом снижается при наличии в нем пор, микротрещин и трещин, которые эффективно можно оценивать, контролируя способность накопления влаги материалом (гигроскопичность). Информация о гигроскопичности также важна и при подготовке материалов к оценке физико-механических свойств.

Таким образом, на основании вышеизложенного, в связи с практической целесообразностью неразрушающего контроля в качестве основного показателя прочности материалов и изделий следует использовать, то значение механического напряжения, которое предшествует необратимому формоизменению, а не разрушению материала, а также модуль упругости, коэффициент вязкости и гигроскопичность (пористость) - дополнительных характеристик для учета условий эксплуатации.

Существуют разнообразные методы определения напряженного состояния - как разрушающие, так и неразрушающие. Среди них наиболее широкое распространение получили ультразвуковые методы, основанные на поглощении ультразвуковых волн в контролируемом изделии и применяемые практически к любым материалам - металлам, неметаллам, магнитным и немагнитным изделиям, оптически прозрачным и непрозрачным средам. Однако, эти методы позволяют получать только обобщенную информацию о напряженном состоянии деформируемых материалов. Большое распространение в технике получил традиционный метод - определение механических напряжений путем измерения деформаций с использованием теории упругости.

Известно, что у большинства материалов (некоторые металлы, стеклопластики, пластмассы, бетоны и др.) связь между деформациями и напряжениями нелинейна и неоднозначна. Поэтому для них оказываются непригодными методы, основанные на определении напряженного состояния путем измерения деформации.

Напряженное состояние в этом случае целесообразно аттестовать путем измерения напряжений измерительными пьезоэлектрическими преобразователями. В связи с этим возникает необходимость разработки метода непосредственного измерения механических напряжений с помощью пьезоэффекта, а также разработки средств контроля напряженного состояния изделий с помощью преобразователей на основе новых пьезокерамических материалов.

Для определения модуля упругости, например, в пластмассах используют реласакционные кривые напряжения, многократно полученные в течение длительного времени.

В бетоне модуль упругости обычно вычисляют по его зависимости от сопротивления сжатию, исходя из предположения, что между ними существует однозначная корреляционная связь. Исследования показывают, что при одинаковой прочности модуль упругости бетона меняется в широких пределах.

Исследование вязкости, например, расплавов полимеров проводят на приборах, называемых вискозиметрами, которые бывают капиллярными и ротационными. Используют также и динамические методы. Обработка экспериментальных данных при этом очень трудоемка, и выполняют ее обычно с привлечением автоматизированных систем.

При подготовке конструкционных материалов к оценке технологических свойств нужно учитывать зависимость их от влажности (содержание свободной влаги, выраженное в процентах к массе).

Повышенное содержание влаги приводит к образованию микротрещин в изделиях, что ведет к снижению прочности. В связи с этим представляет интерес оценка прочности пористых материалов путем определения их гигроскопичности (способности увлажняться в среде влажного воздуха).

Многие материалы способны поглощать (сорбировать) влагу из окружающего воздуха. Влага первоначально накапливается в поверхностном слое, а затем располагается в объеме материала в результате диффузии.

В полимерах, например, влага оказывает влияние на их физико-механические свойства. А если учесть, что некоторые полимеры поглощают из окружающей среды до 10 % влаги, то понятно, что влияние становится значительным. Гигроскопичность полимеров часто приходиться определять из кривых кинетики сорбции путем графического построения. Такой метод продолжительный, кроме того, речь здесь может идти о конкретном полимере.

Вышеизложенное ставит вопрос о разработке новых оперативных экспресс-методов контроля физико-механических характеристик, являющихся эксплуатационными показателями конструкционных материалов и изделий из них, а также определяющих условия переработки обширного класса материалов - полимерных.

В связи с исследованиями пьезоэффекта, проведенными в нашей стране и за рубежом, а также созданием новых пьезоэлектриков, интерес к пьезопреобразователям возрастает все более и более. Повышенные пьезоэлектрические свойства элементов из современной пьезокерамики позволяют создавать преобразователи различных размеров и форм, имеющие высокие измерительные характеристики, простую конструкцию, высокую добротность, безгистерезисность, химическую и радиационную стойкость, компактность, технологичность, монолитность, низкую стоимость и серийнопригодность, управляемую избирательность к полезному сигналу.

В заключение выражаю глубокую признательность проф. М.И. Киселеву, благодарность проф. В.А. Груздеву и Л.Н. Фомице за научные консультации. В процессе работы над диссертацией соискатель получил существенную помощь со стороны профессоров Д.Н. Лазовского и Ф.И. Пантелеенко, которым также выражает благодарность. Кроме того, соискатель благодарен с.н.с. НПО «Пластполимер» Т.П. Хватовой, В.Д. Румянцеву, B.C. Василенко, Е.И. Евдокимову за ценные замечания и предложения.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Надежность изделий различных областей науки и техники определяется показателями качества конструкционных материалов и несущих элементов конструкций, а ее увеличение снижает эксплуатационные затраты и экономит сырьевые и топливно-энергетические ресурсы, что в настоящее время для предприятий различной области промышленности входит в число первостепенных задач. Прогнозирование надежности с целью уменьшения затрат тесно связано с оценкой прочностных характеристик материалов. В значительной мере эти проблемы могут быть решены применением неразрушающих методов и устройств для инженерной оценки прочности материалов, изделий из них, элементов конструкций и самих конструкций, в том числе во время их эксплуатации.

Критериями в классической теории прочности являются характеристики прочности при простом статическом нагружении: пределы прочности при одноосном растяжении Тр, сжатии Те, предел прочности при сдвиге ттах . Применительно к конструкционным материалам и изделиям различных отраслей промышленности в зависимости от свойств материала и условий эксплуатации дополнительно необходимо учитывать: максимальную относительную деформацию Sp., время от начала до разрушения тр и удельную работу

Sp деформации до разрыва, определяемую как Ар=/ T(s)dS , где Т о механическое напряжение, S - деформация.

Анализируя возможности комплексный оценки прочности, можно выделить следующие недостатки: точное определение Ар,тр, Sp, - процесс сложный и трудоемкий, сами характеристики условны, невозможность применения к эксплуатируемым изделиям, так как метод разрушающий. Для реализации неразрушающего контроля, в связи с его практической целесообразностью, следует использовать в качестве основного показателя прочности материалов и изделий то значение механического напряжения Т, которое лишь предшествует пластической деформации S.

Как известно твердое тело сочетает в себе как упругие, так и вязкие свойства. Согласно модели Максвелла, эти характеристики описываются дифференциальным уравнением: d S/dt=dT/y • dt+T/r| в (1), где S -деформация; у - модуль упругости; Т - механическое напряжение; r|R -вязкость.

При T=const реализуются условия вязкого течения T=}a-dS/cit (Закон Ныотона); видно что г|в - это коэффициент пропорциональности между нагрузкой и скоростью деформации, если же S=const уравнение (1) принимает вид: l/T-dT/dt=-y/r|B. Из чего следует, что механическое напряжение Т и dT/dt (скорость изменения напряжений) зависят от модулей упругости и вязкости. Поскольку у и г|в являются константами, их можно рассматривать в качестве физических характеристик материала. Следовательно, эти характеристики являются не условными, а исчерпывающими, когда речь не идет о разрушении материала при оценке прочности. Кроме того, использование у и г|„ в качестве показателей оценки прочности согласуется с законом термодинамики, т.к. определяет время релаксации (т=г]в/у).

Использование в качестве базовых прочностных характеристик, предела упругости Туп, модуля упругости, вязкости, гигроскопичности, вместо предела прочности Т„, относительной деформации Sp, времени до разрушения хр и удельной работой деформации разрушения Ар позволяет проще, более оперативно, достоверно, без разрушения образцов материала и во время его эксплуатации получать информацию для инженерной оценки прочности деформируемых материалов, под которой будем подразумевать практическую механическую прочность, то есть предельную способность материала сопротивляться пластической деформации при воздействии внешних механических нагрузок. Под инженерной оценкой прочности понимается общая оценка способности сопротивляться максимальным эксплуатационным нагрузкам.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнялась в соответствии с НИР "Разработка методов исследования внутренних напряжений в композиционных материалах на основе полиолефинов", входившей в этап Т2 задания 02.07 целевой комплексной научно-технической программы Министерства химической промышленности СССР 01Д.013 "Разработка технологии и создание промышленного производства высоконаполненных и композиционных труб, листов, машиностроительных, строительных и других изделий из них"; 5-летней госбюджетной НИР "Исследование электрофизических свойств легированных полупроводниковых материалов и пьезоэлектриков с целью изготовления приспособлений (устройств) неразрушающего контроля оптомикроэлектроники", входившую в программу фундаментальных исследований НАН Б "Разработка и исследование новых принципов образования перспективных опто- и микроэлектронных систем сохранения, переработки и обработки информации"; с 3-летней госбюджетной НИР «Разработка научных основ и методов исследования формообразования диэлектриков в процессах микромонтажа изделеий электронной техники», выполняемую в соответствии с государственной программой фундаментальных исследований (ГПФИ) «Материал»; планами Министерства образования РБ Полоцкого госуниверситета и целого ряда других НИР, выполняемых Полоцким госуниверситетом по заказу промышленных предприятий.

Цели и задачи исследования. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи механической нагрузки пьезоэлектриков и возникающей напряженностью электрического поля, а так же характера взаимодействия контролируемой твердой среды с устройствами контроля, разработать и освоить на промышленных предприятиях новые методы и системы исследования и контроля физико-механических свойств материалов и изделий с учетом условий эксплуатации последних, обеспечивающих повышение надежности, экономию сырьевых, топливно-энергетических и трудовых ресурсов.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ электроупругости пьезоэлектриков, а также пьезопреобразователей механических величин на их основе. Установить взаимосвязи различных механических нагрузок и условий нагружения с возникающими при этом в пьезокристаллах электрическими полями, а также физико-механическими свойствами контролируемой среды и особенностями конструкций преобразователей контроля механических напряжений Т при оценке прочности деформируемых материалов (ДМ).

Исследовать факторы, влияющие на точность измерения пьезопреобразователей и позволяющие контролировать ими механические напряжения Т (предел упругости) внутри деформируемых материалов. Исследовать метрологические характеристики пьезопреобразователей, используя разработанную методику метрологической аттестации.

2. Разработать математическую модель пьезопреобразователей напряжения (ППН) контроля и исследования механического напряжения Т при оценке прочности ДМ, обеспечивающих высокую чувствительность, линейность измерения, избирательность и возможность использования их в зависимости от свойств контролируемой среды.

Разработать метод контроля механических напряжений в инженерной оценке прочности ТТС и измерительные ППН, способные функционировать в широком диапазоне температур (-200.+200)°С; освоить их на промышленных предприятиях.

4. Создать программу и методику метрологической аттестации пьезопреобразователей механических напряжений в оценке прочности. Провести метрологическую аттестацию преобразователей.

5. Разработать метрологическое обеспечение пьезопреобразователей механических напряжений внутри ДМ.

Методология и методы проведенного исследования. Методология исследований включает установление взаимосвязей механического нагружения пьезоэлектриков с возникающей при этом напряженностью электрического поля, разработку экспресс - методов и устройств исследования и контроля в инженерной оценке практической прочности твердых сплошных сред; программы метрологической аттестации, устанавливающей методику проведения метрологических исследований пьезопреобразователей напряжения; отработку техпроцесса изготовления пьезопреобразователей и систем исследования и контроля.

Проведены: исследования напряженного состояния внутри ДМ в широком диапазоне модулей упругости, что является очень сложной задачей и необходимым условием определения прочности конструкционных материалов и изделий, а также представляет огромный иетерес для физики твердого тела, материаловедения, теории упругости, пластичности и ползучести, влияния деформационных свойств (сжимаемости) ТСС на достоверность контроля их напряженного состояния; чувствительности пьезокристаллов к деформациям растяжения, сжатия, изгиба; исследования влияния электрического напряжения возбуждения UB0J6. на выходной сигнал пьезопреобразователей напряжения, функционирование пьезопреобразователей напряжения при разных видах нагружения и в различных по упругим свойствам средах с последующим проведением сравнительного анализа; исследования влияния высоких и низких температур (-196 * +200)°С на работу пьезопреобразователей напряжения; сравнительный анализ напряженного состояния полимеров по теоретическим и экспериментальным результатам; испытания и анализ важнейших характеристик и особенностей применения устройств экспресс - контроля. Для выполнения исследований использовали микроскоп МИМ-7, цифровой вольтметр В7-27А, частотомер 43-33, электронный мост, генераторы переменного напряжения ГЗ-Ш, ГЗ-1Э1,ГЗ-104, нагружающее механическое устройство ТК-14-250, ПЭВМ, электропривод 4А80А4УЗ, грузопоршневые манометры МТ-600, МП-60, сдвиговой прибор ВСВ-25, мегоомметр МИ-07, барометр - анероид, термошкафы, микрометры и др.

Научная новизна и значимость полученных результатов.

• Разработана математическая модель, отражающая взаимосвязь механической нагрузки в пьезоэлектриках с возникающей при этом напряженностью электрического поля, которая позволяет прогнозировать в разрабатываемых пьезопреобразователях существенное для точности измерения характеристики: чувствительность, линейность, диапазон измерения, управление избирательностью и электроупругостыо, возможность учета упругих свойств контролируемой среды, определение частотных постоянных и параметров эквивалентной схемы.

• Впервые показано, что использование незакрепленного чувствительного элемента приводит к максимальному повышению чувствительности за счет увеличения частоты резонанса в пьезопреобразователях механических напряжений, представляющих устройства отображения информации о напряженном состоянии контролируемого объекта. Согласно теоремы Котельникова именно увеличение в два раза частоты колебаний (резонансных в данном случае) позволяет передавать информацию без искажений (без изменений) и с максимальной скоростью, что и приводит к максимальному увеличению чувствительности.

• Впервые установлено, что диапазон линейности преобразования расширяется за счет возбуждения ППН на частоте антирезонанса fa на 5060% по отношению к пьезопреобразователю напряжения на частоте резонанса fr, что объясняется увеличением коэффициента электромеханической связи (Ксв) на fa и компенсацией завала АЧХ пьезопреобразователя напряжения.

• Показано, что пьезопреобразователя напряжения обладают избирательностью к полезному сигналу за счет выбора вектора напряженности электрического поля (Е), совпадающего с направлением измеряемой компоненты механического напряжения Т. Другие компоненты механического напряжения Т хоть и вызывают заряды, но они быстро стекают и не могут быть измерены, т.к. в их направлении не обеспечиваются динамические колебания.

• Впервые предложен оригинальный тип пьезопреобразователей напряжения, который снабжен системой, управления его электроупругости, выравнивающей сжимаемости пьезопреобразователей напряжения и контролируемой среды, что особенно важно при исследованиях сред с нелинейной зависимостью S=f(T), где модуль упругости изменяется при изменениях механических напряжений Т. При этом погрешность измерения уменьшается, т.к. уменьшается искажение силового поля вокруг пьезопреобразователей напряжения.

• Экспериментально установлено, что чувствительность (SR) пьезопреобразователей напряжения увеличивается с повышением амплитуды, а также частоты электрического напряжения возбуждения (U1(0,.) и уменьшением его жесткости. Причем, связь чувствительности Sr с напряжением возбуждения Ubo3. прямо пропорциональная, а с жесткостью -обратно пропорциональная; повышение напряжения возбуждения UB0J. ограничивается нелинейностью, а уменьшение жесткости - прочностью и диапазоном измерения пьезопреобразователей напряжения. Показано, что в пьезоэлектриках системы ЦТС нелинейность проявляется при Е=300 В/см. Чувствительность Sr пьезопреобразователей напряжения в материале выше, чем в свободном состоянии на величину концентрации механического напряжения Т вокруг пьезопреобразователей напряжения и составляет 1015%.

• Конструкции разработанных пьезопреобразователей напряжения обладают высокой чувствительностью Sr (до 180^-^-), различны по мВ своим жесткостям и перекрывают ее в диапазоне 5-103 1-105МПа, что дает возможность использовать различные типы пьезопреобразователей напряжения в зависимости от жесткости среды для повышения точности измерения.

• Создана программа и методика метрологической аттестации пьезопреобразователей напряжения. В метрологическом обеспечении пьезопреобразователей напряжения типа ППН при статических испытаниях прочности ТСС измеренные механические напряжения Т интерпретировались градуировочными данными, полученными при гидростатическом и одноосном нагружениями пьезопреобразователей напряжения. Таким образом, определены относительная погрешность (8,%) и среднеквадратичное отклонение случайный составляющей (с, В) измерения механических напряжений Т в материалах: 8 для всех пьезопреобразователей напряжения и ТСС < 2,5%, а а - < 0,0028В.

• Исследовано влияние высоких и низких температур на работу пьезопреобразователей напряжения. Установлено, что использование кристаллов ниобата лития обеспечивает работоспособность пьезопреобразователей напряжения при температурах -196 . +80°С, а кристаллов кварца- - 20 .+200°С.

• Разработано метрологическое обеспечение пьезопреобразователей механических напряжений внутри ДМ.

Теоретически выведена и экспериментально подтверждена формула, позволяющая использовать с учетом паспортных данных серийно выпускаемые отечественной промышленностью асинхронные электродвигатели, в качестве первичного преобразователя вязкости (г|„), которая находится в прямопропорциональной зависимости от потребления электрического тока (I): r|B=f(K||-I), где Кц - коэффициент, учитывающий паспортные данные электродвигателя. Модуль упругости определяется по квадрату резонансной частоты fr2 упругих колебаний контролируемого материала, а гигроскопичность - использованием эффекта Доплера.

Практическая значимость полученных результатов. Полученные в работе результаты использованы при инженерной оценке практической прочности материалов и изделий различных отраслей промышленности, представляющих интерес для различных отраслей современной науки и техники а также при решении материаловедческих задач по определению условий переработки полимерных материалов в изделия.

1. Созданы и освоены метод и устройства инженерной оценки прочности материалов и изделий. Внедрение разработанных метода и устройств контроля, рекомендаций, позволило уменьшить в 3-5 раз остаточные напряжения, возникающие в металлопластовых трубах и приводящие к их растрескиванию, и тем самым увеличить их прочность. Применение метода и устройств контроля напряженно-деформируемого состояния в оценке прочности железобетонных плит перекрытий позволило получить расчетные данные для увеличения мощности установки сорбента — носителя на Новополоцком ПО «Полимир».

2. Разработана методика исследований напряженно-деформируемого состояния полимеров при литье под давлением, позволившая оценить прочность и изучить влияние внутренних напряжений на условия переработки силанольно-сшивающего полиэтилена. Результаты исследований внедрены при освоении в производстве полимерпых композиций на НПП «Пластполимер», а также в учебном процессе Полоцкого государственного университета.

3. Выработаны рекомендации по проектированию пьезопреобразователей напряжения для оценки прочности в условиях плотного прилегания контролируемой среды, способных работать при высоких и низких температурах -196 . +200°С, а также по использованию их в зависимости от упругих свойств контролируемых сред. Исследования, выполненные по контролю напряженного состояния посредством разработанных устройств пьезопреобразователей напряжения ППН-1, 2, 3, 4, показали возможность использования измеренных механических напряжений Т для оценки прочности полимеров, имеющей важное значение в определении условий их переработки в изделия и эксплуатации.

5. Разработана методика метрологических исследований устройств контроля и проведена оценка погрешности свободных преобразователей (при градуировке) и помещенных в контролируемую среду. Погрешность результата измерений оценивалась следующими параметрами: среднеквадратическим отклонением случайной составляющей погрешности о[/?], равным 0,005; 0,002; 0,0005; систематической составляющей погрешности Дс[#], равной 0,0085; -0,004; 0,004; вариацией выходного сигнала в[В], равной 0,005; 0,004; 0,002: относительной погрешностью 5[%], равной 2, 1; -0,9; -0,43, соответственно для пьезопреобразователей напряжения ППН-1; ППН-2 и ППН-3. Определены также погрешности измерения механических напряжений Т в ДМ, интерпретированных градуировочными данными, полученными при нагружении преобразователей гидростатическим давлением и одноосным нагружением. Здесь, в отличие от оценки погрешностей измерений при градуировке, были использованы только 2 параметра погрешностей, наиболее часто употребляемые в технике измерений: относительная погрешность и среднеквадратическое отклонение случайной составляющей, которые во всех случаях не превышают, соответственно 2,5%, и 0,002 В.

6. Проведена метрологическая аттестация пьезопреобразователей механических напряжений ППН, подтверждающая достоверность результатов. Получены свидетельства метрологической аттестации, согласно которым наиболее часто используемые при оценке погрешностей измерений параметры: относительная погрешность и вариация выходного сигнала - равны, соответственно, для ППН-1 -3,1% и 0,005В; для ППН-2 - 0,9% и 0,004В: для ППН-3 - 0,43% и 0,002В.

7. Подтвержденный годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на научно - производственном предприятии «Пластополимер», приведенный к установленному курсу Нацбанка РБ составляет 1,26 млрд. руб. или 109,5 тыс. у.е.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• результаты теоретических и экспериментальных исследований пьезопреобразователей напряжения, созданных на основе предложенной математической модели, с закрепленными на концах и свободными пьезокристаллами; в т.ч. полученные выражения для частотных постоянных пьезорезонаторов и динамических параметров эквивалентной схемы. Установлено, что пьезопреобразователи контроля напряженного состояния в оценке прочности деформируемых сред с закрепленными пьезокристаллами имеют частоту колебаний f в 2 раза меньше, чем со свободными.

• пьезопреобразователи механических напряжений для оценки прочности конструкционных материалов, выполненные как параметрические датчики с пьезотрансформаторной схемой токовыводов, у которых отсутствуют акустические взаимодействие с контролируемой средой, способные измерять статические механические напряжения внутри этой среды за счет модуляции входного сигнала переменным напряжением внешнего источника.

Личный вклад соискателя. В настоящей работе систематизирован и обобщен более, чем 20 - летний опыт соискателя по созданию и внедрению рациональных метода и устройств контроля напряженного состояния в инженерной оценке практической прочности твердых сплошных сред, экспресс - методов и устройств контроля физико-механических свойств, учитывающих условия эксплуатации материалов и изделий, а также определяющих условия переработки полимерных материалов в изделия на НПП «Пласполимер» и Новополоцком ПО «Полимир» и других предприятиях и учреждениях.

Основные результаты работ автором получены самостоятельно. При выполнении работы соискателем проведены теоретические исследования и экспериментальные работы по созданию предложенных методов и средств инженерной оценки практической прочности материалов и изделий. Разработаны и внедрены в производство техпроцессы и устройства для осуществления исследовательских испытаний материалов при определении физико-механических свойств ДМ. При создании методов и устройств контроля прочностных характеристик автором выполнены исследования взаимодействия механических нагрузок пьезоэлектриков с возникающей при этом напряженностью электрического поля Е, изучено влияние высоких и низких температур на работоспособность пьезопреобразователей напряжения.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на следующих научно -технических конференциях, симпозиумах и конференциях: «Неразрушающие физические методы и средства контроля». (Минск, 1981).; «Положение бетонных смесей и технологические задачи». (Юрмала, 1982); XII конференция молодых ученых и специалистов Прибалтики и Белорусской ССР по проблемам строительных материалов и конструкций. Рига, 1984; XI научно - технической конференции по итогам научно - исследовательских работ. (Новополоцк, 1984); «Экспериментальные исследования инженерных сооружений». (Новополоцк, 1986); «Исследование напряженного состояния железобетонных конструкций в строительстве» (Львов, 1987); «Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения», (Новополоцк, 1993); «Ученые и специалисты народному хозяйству», Могилев, 1995), «Научное и аналитическое приборостроение», (Минск, 1995); «Современные проблемы радиотехники, электроники и связи», (Минск, 1995); «Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин», (Новополоцк, 1995); «Экспериментальные исследования и испытания сооружений», (Москва, 1998); «Нелинейные явления в сложных системах», (Минск, 1995);

Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике» (Минск, 1998); «Методы технического диагностирования и прогнозирования остаточного ресурса конструкций и оборудования, работающего под давлением», (Новополоцк, 1999); «Ультразвуковая техника и технология», (Минск, 1999); «Belarus Congress on theoretical and applied mechanics», (Minsk, 1999); «Актуальные проблемы прочности», (Витебск, 2000); «Геодезия, картография и кадастры», (Новополоцк, 2000); «Современные проблемы микроэлектроники», (Новополоцк, 2000); «Полимермаш - 91», (Киев, 1991); «Использование современных физических методов», (Хабаровск, 1987); «Ресурсосберегающие и экономически чистые технологии», (Гродно, 1996); «Актуальные проблемы прочности», (Калуга, 2004).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, списка условных обозначений и сокращений, общей характеристики работы, шести глав, выводов, списка использованных источников и 2-х приложений. Работа содержит 284 страницы, из них рисунки на 54 страницах, таблицы на 12 страницах, 23 страницы списка литературных источников. Приложения 27 страниц, содержащие программу метрологической аттестации, расчеты подтвержденной технико-экономической эффективности внедрения работ по диссертации, акты внедрения, свидетельства метрологической аттестации.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Основные результаты, полученные в работе сводятся к слендующему:

1. На основе анализа предложенной математической модели, отражающей взаимосвязь механической нагрузки пьезоэлектриков и возникающей при этом Е, получены выражения частотных постоянных для ППН с закрепленными и свободными чувствительными элементами (ЧЭ), а также параметров эквивалентной схемы ППН для оценки прочности материалов и изделий. Использование незакрепленного чувствительного элемента в пъезопреобразователях приводит к увеличению частоты колебаний в два раза. Согласно теоремы Котельникова именно увеличение в два раза частоты колебаний (резонансных в данном случае) позволяет передавать информацию без искажений (без изменений) и с максимальной скоростью, что и приводит к увеличению чувствительности. ППН кроме ЧЭ содержит ряд необходимых элементов, которые вызывают резонансы ниже самых низких резонансов отдельного пьезоэлемента, закрепление ЧЭ ведет к уменьшению частоты колебаний более чем в 2 раза./J, ППН-1 с незакрепленным пьезоэлементом 800 Гц, а с закрепленным — 200 Гц, ППН-2 с незакрепленным пьезоэлементом 700 Гц, а с закрепленным - 200 Гц. Показано, что ППН имеют меньшую Sr на/а; чем наfr на 25.30%, но обладают большим диапазоном линейного преобразования на 55.60%. Увеличение/ППН (в диапазоне от fa до fr) ведет к увеличению его ивых, и Sr. Например, преобразователь одного типа при возбуждении напряжением 10В на частоте 200Гц имеет при Т= 0 - ивых = 3,595В и Sr = 9,2мВ/МПа; преобразователь другого типа при возбуждении напряжением 10В на частоте 200 Гц имеет при 74) - Uebix = 0,998В и SR = 4,2мВ/МПа, а при возбуждении на частоте 700 Гц при Т= 0 - Umax = 1,169В и Sr = 12мВ/Мпа [1,2,13,25,47,48].

2. Анализ зависимости выходного сигнала ППН сжатия - растяжения, изгиба и их совместного действия показывают одинаковую чувствительность при сжатии — растяжении. Выходной сигнал при совместном действии сжимающих (растягивающих) и изгибающих Т подчиняется принципу суперпозиции. При увеличении Ue03 увеличивается диапазон линейного участка выходной характеристики на 10. 12%, а также Sr в зависимости от схемы включения ЧЭ. Так увеличение Ueo3 на 1В ведет к увеличению Sr на 0,85 - 1,0мВ/МПа при резонансной схеме включения и на 1,8.2мВ/МПа при трансформаторной схеме включения. SR и диапазон линейности преобразования зависят также и от типа пьезокристалла, используемого в ЧЭ, а также уменьшается по мере увеличения угла расположения ППН к оси действия измеряемой компоненты Т: увеличение угла в два раза ведет к уменьшению Sr в 1,8.2 раза. К действию боковых напряжений, а также к сдвиговым нагрузкам ППН нечувствительны.

3. На основе анализа модели НДС твердого тела обоснована методология инженерной оценки практической прочности. Разработан метод контроля напряженного состояния для инженерной оценки прочности твердых деформируемых сред с использованием ППН-1, 2, 3, 4. ППН обладают избирательностью к полезному сигналу за счет того, что направление Ue03 выбирается одинаковым с направлением действия на ППН измеряемой компоненты Г, возможностью регулирования жесткости за управления его электроупругостью, а также работоспособностью в широком диапазоне температур -196.200°С.

4. Показано, что SR ППН с податливыми корпусами выше, а диапазон измерения Г меньше, чем у ППН с жесткими корпусами. ППН с жесткими корпусами имеют меньшее значение погрешности, чем с податливыми корпусами. Так ППН -1 с жестким корпусом имеет максимальное отклонение Т 0,3 и 0,8%, а с податливыми корпусами - 0,68% и 1,49%, соответственно при одноосном и гидростатическом нагружениях. Sr с жестким корпусом 22мВ/МПа, диапазон измерения механических напряжений от 0 до бМПа, с податливыми - 179мВ/МПа, диапазон измерения от 0 до 0,4МПа. Разработан ППН, снабженный системой управления его собственной жесткости для уменьшения погрешности измерений. Установлено, что ППН-2 лучше применять для измерения механических напряжений в жестких ТСС, а ППН-1 и ППН-3 лучше подходят для измерения напряжений в средах с невысокой жесткостью.

5. Проведены исследования ППН при измерении Т внутри поли-этиленов, смол, стеклопластиков и др. Для интерпретации Т, измеренных пьезопреобразователями при одноосной нагрузке в ТСС использовались градуировочные данные, получаемые при нагружении преобразователей гидростатическим нагружением, а также одноосным между стальными прокладками. Произведена оценка погрешностей измерений в различных ТСС, согласно разработанной методике учета погрешностей. Например, О (В), Дс (В), b (В), 6 (%) при нагружениях в полиэтиленах № 27 и 28 равны, соответственно, 0.0030 и 0.0031, 0.0042 и 0.0043, 0.0015 и 0.0019, 0.0047 и 0.0048; для ППН-3 при нагружении в эпоксидной смоле равны, соответственно, 0.008, 0.0066, 0.0046, 0.0092 . Разработаны системы исследований и контроля напряженного состояния в нелинейно-упругой среде с автоматической корректировкой и систем.

6. Разработано метрологическое обеспечение, которое заключается

• в градуировке методом 66 точек, представляющей следующую совокупность действий:

- определение количества (в данном случае 6) экспериментальных точек, исходя из характера экспериментальной кривой, диапазона и точности измерения;

- нагрузка и разгрузка преобразователей (прямого и обратного хода характеристик);

- 6 циклов ступенчатого нагружения, где прямой и обратный ход характеристики дает 11 точек, при умножении которых на 6 (6 циклов) получают 66 точек; в разработке методики метрологических исследований, представляющей следующую совокупность действий:

- использование градуировки "методом 66 точек";

- построение аппроксимирующей прямой по двум параметрам, являющимся функциями входной величины, (тангенс угла наклона к оси абсцисс и постоянная величина, представляющая собой точку пересечения этой прямой с осью ординат), вычисленным по экспериментальным значениям входных и выходных величин, минимизируя выражение для дисперсии на основании положения теории погрешностей (сумма погрешностей отдельных измерений данной серии стремится к нулю). Затем относительно этой прямой линии (идеальный случай градуировочной характеристики) определяются параметры погрешности реальной градуировочной кривой; в использовании градуировочной характеристики, полученной гидростатическим или одноосным нагружением, для интерпретации механических напряжений внутри контролируемых материалов и изделий из них;

• в учете искажений измеряемых механических напряжений пьзопре-образователями, помещенными внутри среды, как инородными включениями, выработке рекомендаций по применению того или иного типа пьзопреобразователя в зависимости от жесткости контролируемой среды, используя оценку погрешностей. Погрешность измерения механических напряжений внутри контролируемых материалов с использованием ППН состоит из погрешности градуировки и самих измерений, интерпретированных данной градуировкой.

Использование градуированной характеристики, полученной гидростатическим нагружением для интерпретации механических напряжений, предпочтительнее, чем характеристики одноосного нагружения, так как условия работы ППН, находящегося внутри среды, более близки к условиям его работы при гидростатическом нагружении, чем при одноосном, и, следовательно, измерения в первом случае будут более достоверны, чем во втором.

7. Разработана методика измерения механических напряжений при оценке прочности твердых деформируемых сред. Проведены теоретические и натурные исследования внутренних напряжений в образцах из полимеров при помощи разработанных приборов. Получено хорошее совпадение данных о величине Т, как теоретически так и экспериментально. Так согласно теоретическим расчетам внутренние напряжения в одном из образцов полимерных материалов равны 2,ЗМПа. Согласно измерениям с помощью ППН 2,6МПа. Разница в 0,ЗМПа приходится на величину искажения Т в образце, вызванного ППН. Проведена аттестация ППН на основе созданной программы и методики метрологической аттестации. Согласно полученных свидетельств об аттестации относительные погрешности и вариации показаний для ППН-1, 2, 3 составили соответственно 3,5% и 1,9%; 2,1% и 1,1%; 0,5% и 0,2% .

Разработаны экспресс - методы и системы исследований и контроля физико-механических свойств материалов (вязкости, модуля упругости, гигроскопичности), учитывающих условия эксплуатации, а также условия переработки полимерных материалов в изделия, методики их применения. На основе анализа теории асинхронных электродвигателей и собственных исследований получена закономерность (формула), позволяющая использовать с учетом паспортных данных серийно выпускаемые отечественной промышленностью электродвигатели в качестве первичного преобразователя вязкости. Формула отражает зависимость вязкости исследуемых материалов от тока, потребляемого электроприводом смесителя, в котором смешиваются расплавы (растворы) этих материалов, т.е. rjb = f(KI), где К коэффициент, учитывающий паспортные данные электродвигателя. Метод контроля и исследования модуля упругости основан на зависимости его от fr колебаний упругой волны, возбуждаемой в материале, а гигроскопичности - на использовании эффекта Доплера. Методы и системы исследования и контроля физико-механических свойств материалов, рекомендации и техпроцессы внедрены на НПП «Пластполимер», ПО «Поли-мир», а также в учебном процессе Полоцкого госуниверситета. Подтвержденный годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы, приведенный к установленному курсу Нацбанка РБ, составляет 1,26 млрд. рублей или 109,5 тыс. у.е.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора технических наук, Зубцов, Владимир Иванович, Москва

1. Аронов B.C. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектрической керамики. - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 270 с.

2. Агранович З.С., Деревянко Н.И. Электроупругие поля прямого пье-зоэффекта при деформировании пьезокерамических тел // Прикладная механика.- 1974.- Т. 10, №9.- С.3-8.

3. Алексеев Б.Н., Дианов Д.Б., Карузо С.П. Стержневой пьезопреобра-зователь клиновидной формы с поперечной поляризацией пьезокерамики // Акустический журнал.- 1977,- Т.23, №1.- С. 1-8.

4. Андрущенко В.А., Вовкодав И.Ф., Карлаш В.Л. Исследование коэффициента электромеханической связи в круглых пьезокерамических пластинах // Прикладная механика.- 1975.- T.l 1, №4.- С.42-48.

5. Баженов В.М., Улитко А.Ф. Исследование динамического поведения пьезокерамического слоя при мгновенном электрическом нагружении // Прикладная механика,- 1975. T.l 1, №1.- С.22-27.

6. Баженов В.М., Улитко А.Ф. Определение высвобождаемой электрической энергии при мгновенном разряде пьезокерамического слоя // Прикладная механика.- 1975.- T.l 1, №12.- С.67-74.

7. Борисейко В.А., Гринченко В.Т., Улитко А.Ф. Соотношение электроупругости для пьезокерамических оболочек вращения // Прикладная механика.- 1976.- Т. 12, №2.- С.26-33.

8. Борисейко В.А., Улитко А.Ф. Осесимметричные колебания тонкой пьезокерамической сферической оболочки // Прикладная механика.- 1974.- Т. 10, № 4.- С.3-10.

9. Боровков О.В., Кучеров И.Я. Пьезоэлектрическое взаимодействие упругих колебаний с носителями заряда в системе пьезоэлектрическая пластинка-полупроводник // Украинский физический журнал.- 1971.- Т. 16, № 10.- С. 1618-1623.

10. Боровков О.В., Кучеров И.Я. Электрическое поле, сопровождающее упругие волны в пьезокерамичеекой пластине // Украинский физический журнал. 1975.- Т.20, №4.- С.591-595.

11. Бугуславская С.Н., Романенко Е.В., Холод Л.И. Использование пьезоэлектрического эффекта в акустических измерениях // Акустический. журнал. 1971.- Т. 17, №2.- С. 10-16.

12. Наблюдение поперечных поверхностных волн на цилиндрической поверхности кристалла // Васькова В.И., Викторов И.А., Каекина Т.М. //Акустический журнал. 1977.- Т.23, №6.- С. 11-16.

13. Вековищева И.А. Плоская задача теории упругости тела с учетом электрического эффекта // Журнал прикладной механики и техники. -1970.- Т.2, №2. С.6-13.

14. Вековищева И.А. Пространственная задача теории упругости анизотропного тела с учетом электрического эффекта // Изв. АН АрмССР Механика. 1970.- Т.23, №4.- С.38-43.

15. Вековищева И.А. Вариационные принципы в теории электроупругости // Прикладная механика. 1971.- Т.7, №9.- С.29-33.

16. Вековищева И.А. Теория изгиба тонких пьезокерамических пластин // Изв. АН АрмССР Механика. 1972.- Т.25, №4.- С.30-39.

17. Вековищева И.А. Полиноминальные решения плоской задачи теории упругости // Прикладная механика. 1973.- Т.9, №1.- С.10-14.

18. Вековищева И.А. Распределение деформаций и электрического поля в электроупругом полупространстве при прямом пьезоэффекте // Прикладная механика. 1973.- Т.9, №12.- С.48-52.

19. Вековищева И.А. Изгиб прямоугольной пьезоэлектрической пластинки, защемленной по контуру // Изв. АН АрмССР Механика. -1973.- Т.26, №3.- С.58-63.

20. Вековищева И.А. Теория изгиба тонких пьезоэлектрических пластин. Вывод естественных краевых условий // Изв. АН АрмССР Механика. 1974.- №6.- С.38-43.

21. Вековищева И.А. Изгиб тонких пьезоэлектрических пластин поддействием электрических зарядов // Прикладная механика. -1974.- Т. 10, №3.- С.56-60.

22. Вековищева И.А. Изгиб тонкой прямоугольной пьезоэлектрической пластинки, опертой по всему контуру // Изв. АН АрмССР Механика. 1974.- №6.- С.57-67.

23. Вековищева И.А. Две краевые задачи об изгибе тонкой пьезокера-мической пластинки // Изв. АН АрмССР Механика. 1975.- №3.-С.35-46.

24. Вековищева И.А. Плоская задача об электроупругости для пьезоэлектрической пластинки // Прикладная механика. 1975.- Т. 11, №2.-С.85-89.

25. Вековищева И.А. Изгиб прямоугольной пьезоэлектрической пластинки с двумя защемленными сторонами // Изв. АН АрмССР Механика. 1975.- №2.- С.68-71.

26. Викторов И.А. Поверхностные волны на цилиндрических поверхностях кристаллов // Акустический журнал. 1974,- Т.20, №6,- С. 49-52.

27. Викторов И.А., Талашев А.А. Распространение реллеевских волн на границе пьезоэлектрика и полупроводника // Акустический журнал. -1972.- Т. 18, №2.- С. 19-23.

28. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.:: Наука, 1981.-238 с.

29. Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Релея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966. 219 с.

30. Гилинский И.А., Попов В.В. Возбуждение акустоэлектрических волн в пьезоэлектриках внешними источниками // Журнал технической физики. , 1976.- Т.46, №6.- С.23-24.

31. Исследование планарных колебаний прямоугольных пьезокерами-ческих пластин // Гринченко В.Т., Карлаш В.Л., Мелешко В.В., Улитко А.Ф. // Прикладная механика. 1976.- Т. 12, №5.- С.71-78.

32. Зубцов В.И. Датчик для измерения механических напряжений в грунтах // Экспериментальные исследования инженерных сооружений: Тезисы доклада. Всесоюзной научной конференции. Ново-полоцк.- 1986.-С. 188

33. Желудев И.С. Физика кристаллических диэлектриков М.: Наука,1968.- 198 с.

34. Зубцов В.И. Разработка пьезоэлектрических преобразователей для измерения статических механических напряжений в твердых сплошных средах: Дис. . канд. техн. наук. Минск: 1988 - 164 с.

35. Зубцов В.И., Фомица JT.H., Использование пьезопреобразователей для измерения постоянных механических напряжений в твердых сплошных средах // Приборы и системы управления. 1985.- № 12. С.41-43.

36. Зацаринный В.Н. Прочность пьезокерамики // Ростов-на-Дону, изд. Рос. Гос. ун-т. 1979.- 208 с.

37. Ивина Н.Ф., Касаткин Б.А. Нормальные волны в анизотропном пье-зоактивном волноводе // Дефектоскопия. -1975.- № 4.- С.27-33.

38. Исследование радиальных колебаний тонких пьезокерамических дисков при неравномерном пьезоэлектрическом нагружении / Кар-лаш В.Л., Клюшниченко В.П., Крамаров Ю.А., Улитко А.Ф. // Прикладная механика.-, 1977.- Т.13, №8.- С.56-62.

39. Касачевская Е.А., Касачевский Л.Я. Возбуждение упруго-электромаг-нитных волн в пьезоэлектриках. // Украинский физический журнал. 1973.- Т. 18, №3.- С. 11-15.

40. Космодамианский А.С., Кравченко А.П., Ложкин В.Н. Действие точечного электрического заряда на границе пьезоэлектрической полуплоскости, ослабленной эллиптическим отверстием // Изв. АН АрмССР. Механика. 1977.- Т.ЗО, №1.- С. 13-20.

41. Космодамианский А.С., Ложкин В.Н. Обобщенное плоское напряженное состояние тонких пьезоэлектрических пластин // Прикладная механика. 1975.- T.l 1, №5.- С.45-53.

42. Космодамианекий А.С., Ложкин В.Н. Квазистатическая задача термоупругости для анизотропного слоя с учетом пьезо- и пироэлектрических эффектов // Изв. АН АрмССР. Механика. 1977.- Т.ЗО, №1.- С. 18-20.

43. Космодамианекий А.С., Ложкин В.Н. Обобщенное плоское напряженное состояние тонких пьезоэлектрических пластин // Прикладная механика. 1975.- Т. 13, №10.- С.75-79.

44. Электронное затухание и усиление волн Лэмба в пьезополупровод-никах / Коцаренко Н.Я., Кучеров И.Я., Островский И.В., Протопопова Л.Ф. // Украинский физический журнал. 1971.- Т. 16, №10.-С.38-43.

45. Кудрявцев Б.А., Партон В.З., Ракитин В.И. Механика разрушения пьезоэлектрических материалов // Прикладная математика и механика. 1975.-Т.39, № 1- С.49-53.

46. Кудрявцев Б.А., Партон В.З., Ракитин В.И. Механика разрушения пьезоэлектрических материалов // Прикладная математика и механика. 1975.- Т.39, №2.- С.58-62.

47. Кудрявцев Б.А., Ракитин В.И. Периодическая система трещин на границе пьезоэлектрика и твердого проводника // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1976.- №2.-С.84-89.

48. Кудрявцев Б.А. Механика пьезоэлектрических материалов.: Обзор технической информации. М.: ВИНИТИ, 1978.-65 с.

49. Кулиев Ю.Н. Термодинамические основы пьезотермоупругости (физические уравнения состояния) // Изв. АН АзССР Сер. физико-технические и математические науки. 1976.- №5.- С. 39-45.

50. Кулиев Ю.Н., Кулиев М.Я. О распределение волн Лява в пьезоэлектрических средах // Изв. АН АзССР Сер. физико-технические и математические науки. 1976.- №6.- С. 19-22.

51. Кулиев Ю.Н., Рахматулин Х.А' Продольный удар по пьезокерамическому стержню // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. -1972.-№2.- С.117-122.

52. Кучеров И.Я., Островский И.В. Возбуждение поперечных волн в пластинах CdS и влияние проводимости на их затухания // Украинский физический журнал. 1971.- Т.16, № 2,- С.49-53.

53. Кучеров И.Я., Федорченко A.M. Влияние пьезоэффекта на квазиупругие волны в органических кристаллах // Украинский физический журнал. -1971.- Т. 16, № 9.- С.67-69.

54. Клюев В.В. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. М.: Машиностроение, 1975. -369 с.

55. Лазуткин В.Н. Колебания полого пьезокерамического шара // Акустический журнал. 1971.- Т. 17, №4.- С.88-92.

56. Лазуткин В.Н., Цыганов Ю.В. Аксиально-симметричные колебания и электрический импеданс пьезокерамических колец с радиальной поляризацией // Акустический журнал. 1971.- Т. 17, №3.- С.94-99.

57. Ложкин В.Н., Олейник Л.Н. Напряженное состояние пьезоэлектрической пластины с эллиптическим отверстием // Механика твердого тела: Республиканский межведомственный сборник. -М., 1976.-Вып. 8.- С.127-130.

58. Лямшев Л.М., Шевяхов Н.С. Рассеяние плоской аксиально-сдвиговой волны круговым пьезополупроводниковым цилиндром // Акустический журнал. 1977.- Т.23, №1.- С.95-105.

59. Мадорский В.В., Устинов Ю.А. Симметричные колебания пьезоэлектрических пластин // Изв. АН АрмССР Механика. 1976.- Т.29, №5.- С.51-58.

60. Мадорский В.В., Устинов Ю.А. Построение системы однородных и анализ корней дисперсионного уравнения антисимметричных колебаний пьезоэлектрической плиты // Журнал прикладная механика и техническая физика. 1976.- №6.- С.38-45.

61. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. -М.: Энергия, 1978. 245 с.

62. Мэзон У. Методы и приборы ультразвуковых исследований.-М.: Мир, 1960. Т. 1.- 592 с.

63. Мусхелешвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. Изд. 5-е. М.: Наука, 1966. 118 с.

64. Окадзаки К. Пособие по электротехническим материалам. М.:: Машиностроение, 1979. 432 с.

65. Осадчий Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М.: Машиностроение, 1979. 579 с.

66. Партон В.З., Кудрявцев Б.А. Динамическая антиплоская задача для пьезоэлектрической среды // Труды Московского институтата химического машиностроения. 1974.- Вып. 56.- С.3-13.

67. Поверхностные акустические волны /Под ред. Олинера М.: Мир,1981.-289 с.

68. Фомица JI.H., Зубцов В.И. Пьезоэлектрические датчики для измерения механических напряжений // Экспериментальные исследования инженерных сооружений: Тезисы доклада Всесоюзной научной конференции.,- Новополоцк, 1986. 187 с.

69. Фомица Л.Н., Зубцов В.И. Система для измерения механических напряжений в нелинейно-упругой среде // Экспериментальные исследования и испытания строительных металлоконструкций: Тезисы доклада Всесоюзной научной конференции. Львов, 1987. -176 с.

70. Фомица Л.Н., Зубцов В.И. Пьезоэлектрический датчик для измерения напряжений в бетоне // Реология бетонных смесей и технологические задачи: Тезисы доклада Всесоюзного научного симпозиума. -Рига, 1982.-98 с.

71. Ракитин В.И. Дисковидная трещина на границе пьезоэлектрика и твердого тела // Труды Московского института химического машиностроения. М., 1974.- Вып. 56.- с. 14-22.

72. Сыромолотное И.Е. Анализ тензочувствительных акустоэлектрон-ных устройств // Пьезотехника и акустоэлектроника. Омск: Омский политехнический институт, 1983.- С.144-149.

73. Трофимов А.И. Пьезоэлектрические преобразователи статическихнагрузок. -М.: Машиностроение, 1979. 128 с.

74. Улитко А.Ф. К теории колебаний пьезокерамических тел. Тепловые ^ напряжения в элементах конструкции // Республиканский межведомственный сборник. 1975.- Вып. 15.- С.90-99.

75. Фесенко Е.Г., Данцингер А.С. Новые пьезокерамические материалы. Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет, 1983.-159 с.

76. Фомица Л.Н. Полупроводниковые преобразователи для измерения напряжений -Минск: Высшая школа, 1982.-122 с.

77. Черепанов Г.П. Инвариантные Г-Интегралы и некоторые их приложения в механике // Прикладная математика и механика. -1977.- Т.41, № 3.- С.99-112.

78. Черных Г.Г., Банков В.Н., Поздняков П.Г. К расчету собственных частот крутильных колебаний кварцевых пьезоэлементов // Кристаллография. 1971.- Т. 16, № 4.- С.92-95.

79. Щ 81. Пасынков Р.Е., Серова А.И. Пьезоэлектрические материалы и ихприменение в электроакустике // Новые пьезоактивные материалыи их применение в ультрозвуковой технике: Тез. докл. Всесоюзной научной конференции. Л., 1979. - С.58 .

80. Проектирование датчиков для измерения механических величин./ Е.П.Осадчий. М.: Машиностроение, 1979. - 479 с.

81. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергия, 1978. - 245 с.

82. Мэзон У. Методы и приборы ультразвуковых исследований. М.: Мир, 1960.-Т.1.-592 с.

83. Саммал О.Ю. Напряжение в бетоне, прогнозирование технических ресурсов в бетонных и железобетонных конструкциях и сооружениях. Таллин: Валгус, 1980. - 203 с.

84. Трофимов А.И. Разработка и исследование пьезоэлектрических устройств для измерения статических давлений (усилий): Дис. . канд. техн. наук. Томск: ТПИ, 1972. - 25 с.

85. Трофимов А.И., Кербель Б.М. Пьезоэлектрические преобразователи с точечным приложением усилий // Изв. вузов СССР. Сер. Приборостроение. 1976.- №9. - С. 17 - 19.

86. Трофимов А.И., Кербель Б.М. Применение пьезоэлектрических преобразователей для измерения механических напряжений в нагруженных средах // Изв. вузов СССР. Сер. Приборостроение.1978.- №4. С.41- 42.

87. Сидорчук В.Ф. Исследование и совершенствование прямого метода измерений давлений в грунтах: Дис. . канд. техн. наук.- Москва, 1977.-23 с.

88. Полякова А.П. Деформация полупроводников и полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1979.- 262 с.

89. Пьезоэлектрическая керамика / Яффе Б., Кук У., Яффе Г. М.: Мир, 1974.-288 с.

90. Окадзаки К. Пособие по электрическим материалам.- М.: Энергия,1979.-432 с.

91. Нуберт Т.Г. Измерительные преобразователи неэлектрических величин. М.: Энергия, 1970. - 360 с.

92. Трофимов А.И. Пьезоэлектрические преобразователи статических нагрузок. -М.: Машиностроение, 1979. 128 с.

93. Иванов Г.А. Применение пьезокварцевого микровзвешивания для исследования физико-химических свойств: Дис. . канд. техн. наук. -М.,1977.- 14 с.

94. Гик Л.Д. Измерение вибраций. Новосибирск: Наука, 1978. - 291 с.

95. Жоховский М.К. Теория и расчет приборов с неуплотненным поршнем. М.: Изд. Стандартов, 1976. - 331 с.

96. Плискин Ю.С., Сучков Ю.С. Вибрационно-частотные преобразователи. М.: Энергия, 1978. - 274 с.

97. Агейкин Д.И., Костина Е.М. Датчики контроля и регулирования. М.: Машиностроение, 1965. 580 с.

98. Добровольский В.А., Заблонский К.И. Детали машин. М.: Машиностроение, 1972. - 503 с.

99. А. с. 513276 СССР. Пьезоэлектрическое устройство для измерения усилий / А.И. Трофимов, Б.М. Кербель // Б.И. 1976. -№ 17.

100. А. с. 501305 СССР. Устройство для измерения усилий / А.И.Трофимов, Б.М. Кербель // Б.И. 1976. - № 4.

101. А. с. 581393 СССР. Устройство для измерения усилий / А.И.Трофимов ,В.В. Попов // Б.И. 1976. - № 43.

102. Ю4.Якубов Р.А. Исследование и разработка пьезоэлектрических преобразователей для измерения статических и динамических нагрузок: Дис. канд. техн. наук. Баку, 1977. - 22 с.

103. Агранович З.С., Деревятко Н.И. Электроупругие поля прямого пьезоэффекта при деформировании пьезоэлектрических тел // Прикладная механика. 1975.- № 9. - С.57-60.

104. Юб.Баженов В.М., Улитко А.Ф. Исследование динамического поведения пьезокерамического слоя при мгновенном электрическом нагружении // Прикладная механика. 1975.- № 22. - С. 17 - 20.

105. А. с. 315963 СССР. Устройство для измерения механических давлений / И.Г. Минаев , А.И. Трофимов .// Б.И. 1977.- № 29.

106. Минаев И.Г., Трофимов А.И. Применение пьезоэлектрических преобразователей для измерения статических давлений // Изв. Вузов СССР, Сер. Приборостроение. 1978. - № 6. - С.34-35.

107. Ю9.Малов В.В., Плужников В.М. Новые пьезо- и сегнетоматериалы и их применение.- М.: Энергия, 1969. 155 с.

108. Ю.Трофимов А.И. , Минаев И.Г. Повышение стабильности пьезоэлектрических устройств для измерения статических давлений (усилий). Изв. Вузов СССР. Сер. Приборостроение. 1978.- № 9. -С.23 - 25.

109. Ш.Минаев И.Г., Трофимов А.И. Пьезоэлектрические датчики статических давлений (усилий). Томск: Изд. ЦНТИ, 1971. - 157 с.

110. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. -М.: Высшая школа, 1976. 315 с.

111. ПЗ.Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1977. - 462 с.

112. Долицкий И.Н. Разработка и исследование модуляционных измерительных преобразователей переменных давлений: Дис. . канд. техн. наук. Ленинград, 1974. - 21 с.

113. Смагин А.И., Мильштейн Б.Г. Исследование основной метрологической характеристики кварцевых частотных термометров // Измерительная техника. 1975.- № 7.- С.60 - 61.

114. А. с. 302629 СССР. Способ измерения статической силы / Л.В Григорьев.//Б.И. 1977.-№ 15.

115. А. с. 514212 СССР. Устройство для измерения усилий / В.В.Малов, В.Н. Симонов // Б.И. 1976. - № 8.

116. А. с. 351300 СССР. Пьезоэлемент дифференциального частотного пьезодатчика механических величин / В.В.Малов, М.С.Хлыстунов //Б.И. 1974.-№27.

117. А. с. 336640 СССР. Пьезодатчик усилий / В.В.Малов, А.Н. Алексеев // Б.И. 1974. - № 14.

118. А. с. 464812 СССР. Способ контроля физических характеристик пленочных материалов / В.В. Малов, Ю.П. Якунин // Б.И.- 1975.-№ 11.

119. Вековищева И.А. Изгиб тонких пьезоэлектрических пластин под действием электрических зарядов // Прикладная механика. 1974.- № 3.-С.81 -84.

120. Смирнов Е.В. Упругие чувствительные элементы из кварцевого стекла // Приборы и системы управления. 1975. - № 10. - С.48 -49.

121. Усачев В.В. Пьезоэлектрический преобразователь с колебаниями изгиба // Электронная техника. Радиокомпоненты. 1988.- № 4. -С.71 - 82.

122. А. с. 296037 СССР. Дифференциональный пьезоакселерометр с частотным выходом / В.В. Малов, В.М. Плужников, М.С. Хлыстунов//Б.И.- 1977,- № 8. С.135.

123. А. с. 340969 СССР. Дифференциальный пьезоакселерометр / В.В, Малов В.М. Плужников // Б.И. -1978. № 18.

124. Богуславская С.Н., Романенко Е.В., Холод Л.И. Использование пьезоэлектрического эффекта в акустических измерениях // Акустический журнал. 1977.- № 2.- С.97 - 99.

125. Усачев В.В. К исследованию напряженного состояния пьезоэлектрических преобразователей с колебаниями изгиба. Электронная техника. Радиокомпоненты. 1978.- № 3. - С.76 - 79.

126. Блох В.И. Теория упругости. Харьков: Изд. Харьковского государственного университета, 1964. - 98 с.

127. Подильчук Ю.М. Трехмерные задачи упругости. Киев: Навукова думка, 1979.- 202 с.

128. Кажис Р.И. Ультразвуковые информационно-измерительные системы. -Вильнюс: Москлас, 1986. 305 с.

129. Гольденблат И.И., Копнов В.А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1968. -190 с.

130. Баранов Д.С. Тензометрические приборы для исследования строительных конструкций под редакцией,- М.: Стройиздат., 1974. -165 с.

131. Петрашень И.Р. Совершенствование методики измерения напряжений в фунте: Дис. . канд. техн. наук. М.: 1975. - 20 с.

132. Хейфиц В.З. Измерение напряжений в грунтах. М.: Информэнер-го, 1978.-С. 32.

133. Хейфиц В.З., Петрашень И.Р. Датчики напряжений грунта // Труды 7 Международного конгресса по прикладной механике. Механика грунтов и фундаментостроения. М.: Стройиздат.- 1977.- 239 с.

134. Ярославский М.И., Смагин А.Г. Конструирование, изготовление и применение кварцевых резонаторов. М.: Энергия, 1971. - 168 с.

135. Трофимов А.И. Измерительные преобразователи механических величин. Томск: Изд. Томского политехнического института., 1979. - 126 с.

136. МО.Долицкий И.Н Измерение Импульсных давлений пьезоэлектрическими и модуляционными преобразователями // Импульсные давления: Тезисы доклада Всесоюзного научного симпозиума. М., 1973. - С.49 - 51.

137. А. с. 756220 СССР. Устройство для весового дозирования / А.И.Трофимов, О.С. Шлигов // Б.И. 1980. - № 30.

138. А. с. 781620 СССР. Пьезоэлектрический преобразователь / А.И. Трофимов, А.С. Шлигов // Б.И. 1980. - № 40.

139. А. с. 726435 СССР. Устройство для весового дозирования материалов / А.И. Трофимов, О.С. Шлигов // Б.И. 1980. - № 13.

140. А. с. 779829 СССР. Пьезоэлектрический манометр / А.И.Трофимов, О.С. Шлигов // Б.И. 1980. - № 42.

141. Трофимов А.И., Кербель Б.М. Пьезоэлектрический преобразователь низкочастотных вибраций // Вибрационная техника: Тез. Всесоюзного совещания. Тбилиси, 1978. - С.7.

142. А. с. 945687 СССР. Устройство для измерения постоянных и медленно меняющихся механических напряжений / JI.H. Фомица, В.И. Зубцов //Б.И.- 1982.-№3.

143. А. с. 1064165 СССР. Устройство для измерения нормальных механических напряжений / В.Я. Гришунин, J1.H. Фомица, В.И. Зубцов //Б.И.- 1983.-№8. «

144. Фомица JI.H., Зубцов В.И. Пьезоэлектрический датчик для измерения напряжений в бетоне // Реология бетонных смесей и технологические задачи: Тезисы доклада Всесоюзного научного симпозиума. Рига, 1982. - С. 98.

145. Смажевская Е.Г., Фельдман Н.В. Пьезоэлектрическая керамика. -М.:: Советское радио, 1971. 200 с.

146. Лаврененко В.В. Пьезоэлектрические трансформаторы. М.: Энергия, 1975.- 112 с.

147. Глюкман Л.И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы. М.: Радио и связь, 1981. - 152 с.

148. Ненец Я., Сережен С.В., Стреляев B.C. Прочность пластмасс. М.: Машиностроение, 1978. 336 с.

149. Скудра A.M., Булаве Ф.Я. Прочность армированных пластиков. -М.:: Химия, 1984.-212 с.

150. Плужников В.М., Семенов B.C. Пьезокерамические твердые схемы. М.: Энергия, 1971. - 168 с.

151. Клюев В.В. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. М.: Машиностроение, 1976. - 369 с.

152. Фомица Л.Н., Зубцов В.И. Использование пьезоэлектрических преобразователей для измерения постоянных механических напряжений в твердых сплошных средах // Приборы и системы управления. 1985.- № 12. - С. 27 - 28.

153. Фомица Л.Н. Методы определения напряженного состояния бетона в элементах железобетонных конструкций: Дис. . канд. техн. наук. Харьков, 1968. - 25 с.

154. Гузь А.Н., Махогорт Ф.Г. Основы ультразвукового неразрушающего метода измерения напряжений в твердых телах. Киев: На-вукова думка, 1974. - С. 19 - 22.

155. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1972.-735 с.

156. Семенов B.C. Датчики тепловых величин в АСУТП. М.: Изд. Московского инженерного физического института, 1982. - С. 100.

157. Шнейдер Ю. А. и др. Датчики давления из электропроводных полимерных материалов. Приборы и системы управления. N.2 1972.- С.40-41.

158. В.И. Зубцов Датчик для измерения механических напряжений в грунтах // Экспериментальные исследования инженерных сооружений: Тезисы доклада на Всесоюзной научной конференции. -Новополоцк, 1986. С. 187.

159. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. -М.: Высшая школа, 1976. 315 с.

160. Смагин А.Г., Ярославский М.И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. М.: Энергия, 1970. - 488 с.

161. А. с. №1428952. СССР. Преобразователь механических напряжений. / В.И. Зубцов, А.Г. Платонов // Б.И. 1986. - №37.

162. Зубцов В.И. Методы и средства контроля параметров для описания реологических свойств полимеров // Ресурсосберегающие и экономически чистые технологии: Тезисы доклада на 2 Международной научной конференции. Гродно, 1996. - С.47.

163. А. с. 1486910. Способ контроля кинетики пропитки жидкостью пористого материала / А.П. Кулеш, В.И. Зубцов // Б.И. 1989. - № 22.

164. Зубцов В.И., Юрцевич М.М. Функциональный анализ напряженного состояния сплошных нелинейно-упругих сред // Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике: Тез. докл. Международной конф. Минск, 1995. -С.71.

165. Пат. 2054 CI BY. Устройство для измерения постоянных или медленно изменяющихся механических напряжений / В.И .Зубцов, М.М. Юрцевич // Афщыйны бюлетэнь. 2003. -№5.

166. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов. Л.: Химия, 1983. -287с.

167. Электротехника / Ю.М. Борисов., Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. -М.:: Энергоатомиздат, 1981. -548с.

168. Ахвердов И. Н. Основы физики бетона. М.: Стройиздат, 1985.-464с.188.3убцов В.И. Пьезоэлектрический контроль прочности Новополоцк: Полоцкий государственный университет, 1999.- 147 с.

169. Зубцов В.И. Методы и средства оценки прочностных характеристик // Приборы. Справочный журнал. 1999.- №7.- С.38-43.190.3убцов В.И. Частотно резонансный метод измерения модуля упругости материалов // Инженерная физика. - 1999.- №1.- С. 6465.

170. Зубцов В. И. Контроль напряжённого состояния твердеющих материалов пьезоэлектрическими датчиками при высоких температурах.// Приборы и системы управления. 1999.- №10.- С.33-35.

171. Зубцов В.И. Измерение вязкости расплавов (растворов) полимерных и упругих конструкционных материалов // Приборы и системы управления. 1999. - №7. - С.40-41.

172. Зубцов В. И. Увеличение диапазона линейности измерения пьезопреобразователей контроля механических напряжений // Контроль. Диагностика.- 1999. №12 . - С.37-39.

173. Зубцов В.И. Метод и средство оценки прочности гигроскопичных материалов // Контроль. Диагностика. -2000. №1. - С.31-33.

174. Зубцов В.И. Электрические преобразователи контроля напряженного состояния материалов с использованием пъезоэффекта //

175. Энергетика. Изв. Вузов и энергетических объединений СНГ. -2000. №4. - С.34-42.204.3убцов В.И. Механизм передачи информации пъезодатчиками механических напряжений // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2000.- №9.- С.46-48.

176. Расширение диапазона измерения пъезотрансформаторных преобразователей / В.В. Баранов, В.И. Зубцов // Геодезия, картография и кадастры: Материалы Международной научно-технической конференции. Новополоцк, - 2000. - С.46-48.

177. Передача информации и избирательность пъезодатчиков механических напряжений / В.В. Баранов, В.И. Зубцов // Геодезия, картография и кадастры: Материалы Международной научно-технической конференции. Новополоцк, - 2000.- С.51-53.

178. Ультразвуковой способ контроля модуля упругости конструкционных материалов / В.И.Зубцов // Экспериментальные исследования инженерных сооружений: Материалы Международной научно-технической конференции. М., 1998. - С.28-29.

179. Ультразвуковой метод и средство оценки гигроскопичности материалов / В.И. Зубцов, В.Ф. Янушкевич // Ультрозвуковая техника и технология: Материалы Международной научно-технической конференции.-Минск, 1999. С.81-82.

180. Контроль напряженно-деформированного состояния материалов при высоких и низких температурах / В.И. Зубцов // Механика-99: Материалы 2-го Белорусского конгресса по теоретической и прикладной механике. Минск, 1999. - С.82-83.

181. Акустика при определении влажности в прочности пористых материалов / В.И. Зубцов // Механика-99: Материалы 2-го Белорусского конгресса по теоретической и прикладной механике. -Минск, 1999. С.330.

182. Физические основы пъезорезонансных преобразователей механических напряжений / В.И. Зубцов, А.В. Васюков // Актуальные проблемы прочности: Материалы Международной научно-технической конференции. Витебск, 2000. - С. -413-414.

183. Зубцов В.И. Неэнтропийный принцип передачи информации измерительными датчиками механических напряжений // Контроль. Диагностика, 2000. - № 10. - С. 15-18.

184. Зубцов В.И. Баранов В.В. Пъезотрансформаторные преобразователи контроля статических механических напряжений // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2000.- №1.- С.45-48.

185. Зубцов В.И. Васюков А.В. Датчики давления с использованием тензо- и пъезоэффектов // Приборы и системы управления. 1999. - №12.- С.31-33.

186. Зубцов В.И., Баранов В.В. Увеличение точности измерения механических напряжений внутри контролируемых сред специально разработанными для этого датчиками // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2004. - №3. - С.33-40.

187. Зубцов В.И. Математическое моделирование процессов колебаний пьезопластины с целью разработки преобразователей // Вестник

188. Полоцкого государственного университета. Сер. Фундаментальные науки. 2004. - №11. - С.111-120.

189. Пат. 1207U BY. Устройство контроля механических напряжений /

190. B.И. Зубцов, В.В. Баранов // Афщыйны бюлетэнь. 2003. - №5.

191. Zubzov V., Baranov V., Emelyanov V. Piezocrystal Transformers for Measuring Static Mechanical Stresses in Situ II- Proceedings of SPIE International Symposium. Cannes( France), 2002. - P.815-820.

192. Зубцов В.И. Математическое моделирование измерительного преобразователя контроля напряженного состояния внутри деформируемых материалов // Инженерная физика. 2004. - №4. С. 21-30.

193. Зубцов В.И. Метод неразрушающей оценки прочности материалов электронной техники с применением пьезоэффекта // Известия высших учебных заведений. Сер. Машиностроение. -2005. №2.1. C.8-13.

194. Зубцов В.И. Неразрушающая оценка прочности деформируемых материалов // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагно-стика.-2005.-№1.-С.28-32.

195. Зубцов В.И. Пьезоэлектрический метод и средство измерения модуля упругости конструкционных материалов // Энергетика. Известия Вузов и энергетических объединений СНГ. 1998. -№4. -С.36-38.

196. Зубцов В.И. Метод оценки прочности материалов электронной техники с применением пьезоэффекта // Актуальные проблемы прочности: Тез. докл. на Международной конф. -Калуга, 2004. -С.47.

197. Сегнетоэлектрические материалы: Тез. докл. на Международной конф. -Минск, 2004. -С.70-71