Анотація до роботи:

Безимянний Ю.Г. Акустичне відображення параметрів мезоструктури порошкових та композиційних матеріалів з дефектами і розробка методів прогнозування їх властивостей пружності. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України. – Київ, 2007.

45

Дисертація присвячена актуальній науково-технічній проблемі виявлення кореляцій між вимірюваними акустичними величинами та параметрами мезоструктури реальних багатофазних матеріалів і розробці методів контролю й прогнозування їхніх властивостей. Вивчено закономірності формування акустичних полів у твердих тілах з багаторівневою ієрархічною структурою. Розроблено наукові основи керування інформативністю відображення в цих полях властивостей, структури й дефектності матеріалу. Запропоновано методологію синтезування акустичних методів контролю з підвищеною чутливістю вимірюваного параметру до конкретної властивості матеріалу. Обґрунтовано нетрадиційні діагностичні параметри акустичного поля. Установлено кореляційні залежності між параметрами акустичного поля й характеристиками мезоструктури різних порошкових і композиційних матеріалів. Розроблено оригінальні методи та методики вимірювання й апаратуру, що дозволяють одержувати якісно нову або раніше недоступну інформацію про матеріали та вироби в процесі їхньої розробки, виробництва й експлуатації. Результати роботи апробовано на ряді підприємств України.

1. У результаті спільного аналізу модельних уявлень і експериментальних даних установлено закономірності формування акустичних полів у гетерофазних твердих тілах з багаторівневою будовою й розроблено наукові основи якісно нових акустичних методів прогнозування й контролю властивостей порошкових і композиційних матеріалів з дефектами:

37

– сформульовано принципи підвищення інформативності акустичних вимірювань параметрів мезоструктури гетерофазних твердих тіл з багаторівневою будовою, що полягають у виборі таких величин просторової зони й спектра частот озвучування матеріалу і таких методів обробки одержаної інформації, які забезпечують досягнення найбільшої чутливості вимірюваної акустичної величини до шуканої властивості матеріалу відповідно до реального спектра хвильових розмірів його елементів і масштабу просторового осереднення;

– запропоновано методологію науково обґрунтованого синтезування акустичних методів прогнозування й контролю властивостей, структури або дефектності багатофазних гетерогенних матеріалів, що являє собою комплекс обумовлених особливостями реального матеріалу взаємозалежних рішень з виявлення акустичних величин, які мають найбільшу кореляцію із шуканою властивістю матеріалу, і постановки методик їх коректного вимірювання. Методологія орієнтована на створення акустичних методів контролю підвищеної чутливості до досліджуваної властивості матеріалу.

2. У результаті експериментальних досліджень і моделювання порошкових і композиційних матеріалів підтверджено наявність кореляції параметрів пружних хвиль із властивостями матеріалу: швидкостей поширення – з характеристиками пружності, щільністю, мезодефектністю, а ослаблення енергії – з характеристиками непружності, структури, мезодефектністю. Розширено можливість використання цієї кореляції для визначення вказаних властивостей матеріалів за результатами вимірювання акустичних величин. При цьому вперше встановлено наступне:

– можливе створення умов акустичних вимірювань, за яких зазначені кореляції зберігаються при пористості до 95 % і розмірах пор до кількох міліметрів. При цьому ослаблення енергії пружної хвилі може служити мірою компактування й консолідації матеріалів, у кілька разів більш чутливою, ніж швидкість поширення;

– у матеріалі на основі поліфракційного залізного порошку зменшення швидкості поширення пружної хвилі в діапазоні пористості від 8 до 30 % з високим ступенем кореляції описується кусково-лінійною залежністю. Запропоновано стохастичні та теоретичні функції, що описують це зменшення;

– наявність стохастичної залежності коефіцієнта згасання пружної хвилі від приведеної відносної долі вільної поверхні частинок в порошковому залізі, що описується в діапазоні змін останньої від 50 до 60 % зростаючим квадратним поліномом. Для порошкових матеріалів запропоновано функціональний зв'язок коефіцієнта загасання поздовжньої й поперечної пружних хвиль з пористістю й ефективними розмірами пор;

38

– текстурна анізотропія властивостей пружності порошкового заліза, сформована упакуванням частинок вихідного порошку, описується в рамках гексагональної симетрії структури мезорівня при орієнтації осі симетрії шостого порядку уздовж напрямку пресування або кубічної симетрії – при аналогічній орієнтації осі симетрії третього порядку. Фактор анізотропії може бути визначений за результатами вимірювання трьох незалежних швидкостей поширення пружних хвиль – однієї квазіпоздовжньої і двох квазіпоперечних;

– пружні хвилі у регулярних високопористих стільникових металевих структурах при малих хвильових розмірах товщини стінок комірки поширюються як нормальні в пластині. Швидкість поширення нормальної асиметричної хвилі корелює з товщиною стінок і може бути використана для її контролю;

– у композиційних матеріалах алмаз – карбід кремнію модулі пружності залежать не тільки від концентрації компонентів, але й від морфології й рельєфності поверхонь огранювання зерен вихідних алмазних порошків;

– каркасні композиції з дискретних волокон і порошків нержавіючої сталі малої дисперсності за значеннями ефективного модуля пружності перевершують шаруваті у всьому діапазоні пористості.

3. У результаті експериментальних досліджень і моделювання вперше встановлено кореляцію з властивостями порошкових і композиційних матеріалів таких параметрів акустичних полів: зміни швидкості поширення та зміни коефіцієнта згасання пружної хвилі в залежності від рівня статичного навантаження; резонансних частот коливань елементів структури матеріалу; спектральної характеристики, коефіцієнта гармонік і крутості фронту акустичного сигналу, який пройшов крізь досліджуваний об'єкт. При цьому вперше експериментально встановлено:

– стохастичну залежність коефіцієнта нелінійності акустичного сигналу від приведеної відносної долі вільної поверхні частинок в порошковому залізі, що описується в діапазоні змін останньої від 50 до 60 % зростаючим квадратним поліномом, швидкість зміни якого в кілька разів перевищує відповідну зміну швидкості поширення пружної хвилі;

– кореляційний зв'язок між частотою максимуму спектра пружних коливань ансамблю перемичок і середньостатистичним розміром їхніх довжин у високопористих комірчастих металевих матеріалах зі статистично регулярною структурою. Цей зв'язок описується функцією резонансної частоти згинальних коливань закріпленого на кінцях стрижня від його довжини.

4. Відповідно до запропонованої методології розроблені оригінальні методи одержання даних про властивості багатофазних гетерогенних матеріалів. За своєю інформативністю ці методи перевершують відомі або дають можливість одержувати інформацію про матеріал, раніше недоступну:

39

– метод контролю дефектності контактів у порошкових матеріалах, заснований на вимірюванні відносних змін залежностей швидкості поширення й коефіцієнта згасання пружної хвилі від статичного навантаження, що не перевищує границі пружності матеріалу;

– ультразвуковий спосіб вимірювання модулів пружності в анізотропних середовищах з кубічною системою симетрії; який базується на вимірюванні в одному зразку швидкостей поширення трьох пружних хвиль;

– спосіб визначення якості контактів твердих вкраплень із металевою матрицею, оснований на вимірюванні ефективної швидкості поширення пружної хвилі в матеріалі й урахуванні за результатами обчислення впливу пористості й вмісту вкраплень;

– спосіб контролю якості матеріалу за параметрами відгуку на імпульсний вплив;

– спосіб контролю дефектності керамічних різців, який базується на функціональній і стохастичній залежностях швидкостей поширення поздовжньої і поперечної пружних хвиль від щільності.

5. На підставі отриманих у дисертації результатів проведено розробки, які пройшли дослідно-конструкторську апробацію в умовах виробництва, впроваджені, використаються або готуються до використання:

– оригінальний метод неруйнівного виявлення дефекту, що призводить до катастрофічних наслідків, у двигунах ракети-носія "Зеніт" без його розбирання;

– методи контролю якості порошкових контакт-деталей електричних апаратів;

– прилад для контролю якості й дефектності гетерогенних середовищ;

– методика прогнозування властивостей пружності багатошарових конструкцій, що застосовуються в ультразвуковій терапевтичній апаратурі;

– методика контролю якості прокатних валків, виготовлених методами порошкової металургії.

Публікації автора:

1. Безымянный Ю.Г. Возможности акустических методов при контроле структуры и физико-механических свойств пористых материалов // Порошковая металлургия. – 2001. – № 5/6. – С. 23–33.

2. Безымянный Ю.Г. Использование акустических характеристик для контроля структуры пористых материалов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн. тр. – К., 1999. – С. 93–105.

3. Безымянный Ю.Г., Кущевский А.Е. Опыт совершенствования стандартов на методы определения свойств металлических порошков и спеченных изделий // Порошковая металлургия. – 2003. – № 1/2. – С. 106–113.

40

Дисертантом експериментально показано високу чутливість швидкості поширення та коефіцієнта згасання пружної хвилі до структурного стану пресовок із порошку заліза та обгрунтовано представницький об'єм озвучуваного матеріалу.

4. Безымянный Ю.Г., Козирацкий Е.А. Отображение свойств волокнистых материалов по скорости распространения упругих волн // Акустичний вісник. – 2006 –T. 9, № 1. – С. 15–20.

В результаті теоретичних досліджень дисертантом установлено кореляцію ефективної швидкості поширення пружної хвилі з властивостями матеріалів на основі дискретних волокон і показано можливість використання цієї кореляції для прогнозування ефективних властивостей волокнистих композитів та контролю процесів контактоутворення та компактування.

5. Безымянный Ю.Г., Козирацкий Е.А., Талько О.В. Акустическое отображение внутреннего строения и свойств композиционных материалов и его компьютерная интерпретация // Электронное строение и свойства тугоплавких соединений и сплавов и их использование в материаловедении: Сб.науч.тр. Института проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины. – К., 2004. – С. 111–122.

Дисертантом обгрунтовано принципи акустичного відображення матеріалів із складною структурою за допомогою швидкості поширення та коефіцієнта згасання пружної хвилі та запропоновано комп'ютерну модель прогнозування ефективних властивостей матеріалу за їхніми акустичними характеристиками.

6. Безымянный Ю.Г. Особенности использования акустических методов при контроле качества слоистых материалов // Порошковая металлургия. – 1999. –№ 5/6. – С. 24 –29.

7. Безымянный Ю.Г., Петрищев О.Н. Ультразвуковой метод измерения модулей упругости изотропного твердого тела // Электроника и связь. –2001. – № 13. – С. 107–111.

В результаті теоретичних досліджень дисертантом обгрунтовано методику вимірів двох модулів пружності ізотропного матеріалу в одному експерименті.

8. Безымянный Ю.Г. Особенности акустических измерений при импульсном зондировании материалов, изготовляемых методами порошковой металлургии // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. науч. тр. Института проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины. Сер. "Физико-химические основы технологии порошковых материалов" – К., 2005. – С. 190–201.

41

9. Пористые слоистые и каркасные волокново-порошковые композиции из нержавеющей стали / А.Г.Косторнов, Ю.Н.Подрезов, Ю.Г.Безымянный, А.Л.Мороз, В.Н.Клименко, В.Г.Боровик // Порошковая металлургия. – 2006. – № 1/2. – С. 45–50.

В результаті вимірювань швидкості поширення пружної хвилі дисертантом показано, що каркасні волокнисто-порошкові композиції по ефективному модулю пружності переважають шаруваті у всьому діапазоні пористості.

10. Bezimyanniy Y.G. Applications of Acoustic methods for Quality Control and Testing Ceramic Materials // Ceramica. –2002. – Vol. 69 – p. 67–73.

11. Исследование межчастичных контактов в пористых волокновых материалах из меди на ранних этапах спекания / А.Г.Косторнов, В.Н.Клименко, Ю.Г.Безымянный, В.Г.Боровик // Порошковая металлургия. – 1999. – № 9/10. – С. 13–17.

В результаті експериментальних досліджень дисертантом виявлено кореляцію швидкості поширення пружних хвиль із якістю міжчастинкових контактів в матеріалах на основі дискретних мідних волокон

12. Возможности использования скорости распространения упругой волны для контроля адгезии в алмазных композитах с металлической матрицей / Ю.Г.Безымянный, М.А.Касимов, А.И.Райченко, Т.И.Истомина // Адгезия расплавов и пайка материалов: Сб.науч.тр. Института проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины. – К., 2004. – С. 109–120.

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень дисертантом установлено кореляцію швидкості поширення пружної хвилі з властивостями алмазного композиту з металевою матрицею та запропоновано метод контролю якості з'єднання вкраплення – матриця.

13. Безимянний Ю.Г., Боровик В.Г., Степаненко А.В. Дослідження взаємозв’язку модуля пружності композиту алмаз + SiC з його структурним станом // Доповіді НАНУ. – 2003. – № 2. – С. 90–93.

В результаті експериментальних досліджень дисертантом встановлено кореляцію модуля пружності композиту алмаз + SiC з його структурним станом.

14. Безымянный Ю.Г., Талько О.В. Анализ возможностей акустических методов при контроле контактообразования в порошковых материалах // Электроника и связь. – 2006. – № 1. – С. 48–57.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень дисертантом обгрунтовано акустичні методи контролю процесу контактоутворення порошкових матеріалів, запропоновано, поряд з швидкістю поширення та коефіцієнтом згасання пружної хвилі, використовувати нелінійні характеристики акустичного поля як більш. Установлена кореляція лінійних та нелінійних акустичних параметрів із мірою дефектності контактів порошкового матеріалу.

42

15. Безымянный Ю.Г., Кущевский А.Е., Сиденко Р.В. Акустическое отображение нерегулярности формирования свойств полидисперсного порошкового железа // Электроника и связь. – 2005. – № 28 – С. 78–82.

Дисертантом показано можливості одержання теоретичних та стохастичних залежностей швидкості поширення пружної хвилі від пористості для поліфракційних порошкових матеріалів.

16. Безымянный Ю.Г., Талько О.В. Анализ возможностей акустических методов по выявлению дефектности контактов в порошковых материалах // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2006. – №. 2. – С. 39–45.

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень дисертантом запропоновано оригінальний метод контролю дефектності контактів порошкових матеріалів, який базується на вимірюванні відносних змін коефіцієнту згасання та швидкості поширення пружної хвилі від статичного навантаження.

17. Исследование анизотропии свойств порошкового железа / Ю.Г.Безымянный, В.В.Скороход, О.В.Талько, Г.Р.Фридман // Порошковая металлургия. – 2006. – № 3/4. – С. 88–97.

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень дисертантом показано можливості використання вимірів швидкості поширення пружних хвиль для дослідження текстурної анізотропії властивостей порошкових матеріалів і виявлено закономірності формування анізотропії пружності при допресуванні порошкового заліза.

18. Безымянный Ю.Г. Акустическое отображение материалов с развитой мезоструктурой // Акустичний вісник. – 2006. –T. 9, № 2. – С. 3–16.

19. Возможности неразрушающих методов для контроля качества электрических контактов коммуникационных аппаратов / Ю.Г.Безымянный, Н.И.Гречанюк, Р.В.Минакова, В.М.Срибный // Электрические контакты и электроды: сб. науч. тр НАНУ, Ин-т проблем материаловедения. – К., 2004. – С. 239–251.

В результаті аналізу типових дефектів контакт-деталей дисертантом запропоновано акустичні методи контролю розшарувань та пористості, а також напрямки їхньої апаратурної реалізації.

20. Исследование возможностей ультразвукового контроля элементов двигателя первой ступени ракеты-носителя “Зенит”. Разработка физической модели объекта контроля / Ю.Г.Безымянный, В.Г.Боровик, М.И.Галась, В.И.Трефилов, Г.А.Фролов // Космічна наука і технологія. – 2001. – Т. 7, № 5/6. – С. 3–7.

В результаті моделювання елементів двигуна дисертантом запропоновано оригінальний імпульсний метод контролю шуканого дефекту.

21. Исследование возможностей ультразвукового контроля элементов двигателя первой ступени ракеты-носителя “Зенит”. 2. Результаты ультразвуковой диагностики дефектности двигателя / Ю.Г.Безымянный, В.Г.Боровик, М.И.Галась, В.И.Трефилов, Г.А.Фролов // Космічна наука і технология. – 2002. – T. 8, № 1. – С. 32–36.

43

В результаті експериментальних досліджень дисертантом обгрунтовано оригінальний імпульсний метод контролю шуканого дефекту двигуна першого ступеня ракетоносія "Зеніт" без його розбирання.

22. Контроль геометрических размеров и жёсткости железобетонных конструкций методом ударного возбуждения / В.П.Глуховский, Н.Г.Марьенков, Ю.Г.Безымянный, Ю.В.Набокова // Будівельні конструкції: Міжвідомчий н.-т. збірник. – Державний НДІ будівельних конструкцій. – К., 2001. – Вип. 54. – С. 196–200.

На основі експериментальних досліджень дисертантом запропоновано та обгрунтовано оригінальний метод контролю середовищ, які сильно розсіюють коливальну енергію. Метод базується на ударному збудженні об'єкту контролю та дослідженні параметрів акустичного відгуку.

23. Способ определения прочности материалов: А.с. 1762219 CCCP / Ю.Г.Безымянный, А.Н.Высоцкий, В.А.Кузьменко (CCCP).– № 4812002; Заявл. 10.04.90; Опубл. 15.06.92. Бюл. № 34.

Дисертантом запропоновано та обгрунтовано оригінальний метод контролю матеріалів, який базується на ударному збудженні об'єкту контролю та дослідженні параметрів акустичного відгуку.

24. Пат. 55549 Україна, МКИ G01N29/00. Держ. департ. інтел. власн. Ультразвуковий спосіб визначення характеристик пружності / Ю.Г.Безимянний, В.М.Яковкін. – Заявл. 03.01.01; Опубл. 15.04.03, Бюл. № 4. Дисертантом запропоновано та обгрунтовано оригінальний метод контролю характеристик пружності матеріалів з кубічною симетрією за результатами одного експерименту.

25. Пат. 70156 А Україна, МКИ G01N29/00. Держ. департ. інтел. власн. Датчик хвиль зсуву / Ю.Г.Безимянний Ю.Г., О.В.Талько, Є.Є.Глазков. Заявл. 29.12.03; Опубл. 15.09.04, Бюл. –№ 9.

Дисертантом запропоновано та обгрунтовано оригінальний датчик пружних хвиль зсуву.

26. Безымянный Ю.Г., Вдовиченко А.В., Кузьменко В.А. Некоторые результаты акустических исследований материалов, изготовляемых методами порошковой металлургии. – К., 1994. – 63 с. (Препр. / НАН Украины. ИПМ; 94-4.).

Дисертантом проведено теоретичний та експериментальний аналіз можливостей імпульсних акустичних методів контролю матеріалів, які виготовляють методами неруйнівного контролю.

27. Возможности методов виброакустической диагностики для контроля качества спайки анизотропно-пористых материалов / Ю.Г.Безымянный, А.Н.Высоцкий, Л.Г.Затовский, Л.И.Тучинский // Тез. докл. III Всесоюз. н.т. конф. Вибрация и вибродиагностика. Проблемы стандартизации: – Нижний Новгород, 1991. – С. 98-99.

44

На основі теоретичних та експериментальних досліджень дисертантом встановлено особливості формування акустичних полів в високопористих коміркових матеріалах і запропоновано спектральний метод контролю його елементів.

28. Bezimyanniy Y.G., Burlachenco Y.V. Relation of acoustics characteristics and structure parameters of Foam nichel // Second Int. Conf. “Materials and Coatings for Extreme Perfomances: Investigations, Applications, Ecologically Safe Technologies for Their Production and Utilization” Proceedings of Conferense. Katsiveli-town, Crimea, Ucraine, 2002. – P. 363–367.

Дисертантом обгрунтовано стохастичний зв'язок максимуму частотного спектру приймального акустичного сигналу зі середньостатистичним розміром ансамблю перемичок у пінометалах.

29. Безымянный Ю.Г., Бурлаченко Ю.В. Методические особенности ультразвукового контроля пенометаллов // Тез. докл. междунар. конф. "Новейшие технологии в порошковой металлургии и керамике", Киев, 2003 – С. 410–411.

Дисертантом обгрунтовано метод вимірювання часу поширення приймального акустичного сигналу зі зруйнованою при проходженні досліджуваного матеріалу структурою.

30. Безымянный Ю.Г., Кущевский А.Е., Мешкова Г.А. Акустический контроль порошкового железа // Акустический симпозиум «Консонанс-2005»: Збірник праць. - Київ, 2005 р. – С. 68–73.

Дисертантом показано можливості одержання теоретичних і стохастичних залежностей швидкості поширення та коефіцієнту згасання пружної хвилі від пористості для пресовок з поліфракційного порошку заліза.

31. Безымянный Ю.Г., Гречанюк Н.И. Выявление несплошностей в контакт-деталях электрических аппаратов методами ультразвукового зондирования. // Тез. докл. Междунар. конфер. "Электрические контакты и электроды" "ЭК-2005". Пос. Кацивели, Автономная республика Крым, 2005. – С. 68. Дисертантом проведено теоретичну й експериментальну оцінку можливостей методів ультразвукового зондування для виявлення несуцільностей в сегментах реальних контакт-деталей.