691.175 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-2-155-162
ОБЪЕМНЫЙ КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ОБРАБОТКЕ ПОЛИМЕРНЫХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В. С. Бычковский, Д. В. Буторин, Д. В. Баканин, Н. Г. Филиппенко, А. В. Лившиц
Иркутский государственный университет путей сообщения;
Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15
Целью данной работы является разработать и обосновать способ объемного контроля температуры полимерного и композиционного материала при автоматизированной высокочастотной обработке. Разработанный способ реализуется путем внедрения термопар в тело образца по форме призмы или куба по определенной схеме их расположения по всему объему. Данная методика проста в реализации и экономически выгодна по сравнению со стоимостью дорогого и специализированного оборудования со сложной конструкцией и самих термопар, имеющих простую конструкцию.
Методами достижения поставленной цели исследований контактного способа объемного контроля температуры полимерного или композиционного образца являются разработка и построение схемы расположения термопар по всему объему так, чтобы выявить наиболее точно температурный спектр полимерного или композиционного образца при автоматизированной высокочастотной обработке. Разработана схема расположения термопар. Следующим методом для достижения поставленной цели стал метод выяснения влияния на точность измерений температуры нагрева образца в зависимости от внедрения в него термопар за счет выполнения в нем отверстий для их установки. Для этого выполнен конечно-разностный математический расчет зависимости температуры образца от количества отверстий под термопары в нем в программном комплексе MSC Patran Sinda. Результаты расчета сведены и представлены на графических данных. Далее был выполнен общий математический расчет по формулам расчета процесса тепло- и массопроводности. Итогами данного расчета стали таблица и графические данные.
По окончании конечно-разностного и общего математического расчета произведен сравнительный анализ полученной погрешности измерения температуры от внедрения термопар в тело образца. Исходя из этого анализа, можно сказать, что разработанная методика применима для дальнейшего исследования автоматизированной
высокочастотной обработки полимерных и композиционных материалов, так как полученные погрешности не превышают допустимых 3 %.
Ключевые слова: полимеры, высокочастотный нагрев, конечно-элементная математическая модель, общая математическая модель.
1. Термовакуумное нанесение самосмазывающегося покрытия полимерных материалов
узлов трения машин и механицизмов транспортного машиностроения / В. С. Бычковсий, Н.
Г. Филиппенко, С. И. Попов, А. С. Попов // Современные технологии. Системный анализ.
Моделирование. 2018. № 2 (58). С. 58–64.
2. Установка для сварки пластмасс. Паспорт УЗП 2500А, 412. 921.055. Завод
«Промышленная электроника Габрово», 1987. 60 с.
3. Development and automation of the device for determination of thermophysical properties
of polymers and composites / D. V. Butorin, D. V. Bakanin, V. S. Bychkovskiy et al. // Advances in
Intelligent Systems and Computing. 2020. Vol. 982. P. 731–740.
4. Чернышов В. Н., Чернышова Т. И. Микроволновые методы и системы контроля
теплофизических характеристик материалов и изделий : монография. Тамбов : Изд-во
ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. 124 с.
5. Кудряшов Ю. Б., Перов Ю. Ф., Рубин А. Б. Радиационная биофизика радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения : учебник для вузов. М. : Физматлит, 2008. 184 с.
6. Лившиц А. В. Управление технологическими процессами высокочастотной электротермии полимеров // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2015. № 3. С. 120–126.
7. Устройство диагностики деталей из полиамидных материалов. Ларченко А.Г., Лившиц А.В., Филиппенко Н.Г., Попов С.И.; заявитель и патентообладатель Иркутский государственный университет путей сообщения; заявл. 05.04.2013; опубл. 10.09.2013.
8. Пат. 2168156 Российская ФедерацияМПК7 G21C17/112. Способ измерения максимальной температуры объекта при нагревании его облучением электронным пучком / А. П. Суржиков, А. М. Притулов, С. А. Гынгазов, Е. Н. Лысенко, Р. С. Шабардин ; заявитель и патентообладатель Томский политехнич. ун-т ; заявл. 15.11.1999 ; опубл. 27.05.2002, Бюл. № 4. 6 с.
9. Калинчев Э. Л., Соковцева М. Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий : справоч. изд. Л. : Химия, 1987. 416 с.
10. ГОСТ 10589–87 Полиамид 610 литьевой. Технические условия. Центр информаций технологий Российская государственная библиотека / под ред. Т. В. ; Web-мастер Козлова Н. В. М. : 2007 [Электронный ресурс]. URL: http//www.rsl.ru (дата обращения 08.04.2020).
11. Исследование изменения температуры полимерного образца при высокочастотном разогреве в зависимости от изменения объема тела и влияния конвекции / В. С. Бычковский, Н. Г. Филиппенко, Д. В. Баканин, А. С. Курайтис // Молодая наука Сибири. 2018. № 1(1). С. 56–63.
12. Палымский И. Б. Численное моделирование сложных режимов конвекции Рэлея-Бенара. Механика жидкости, газа и плазмы : дис. … д-ра физ.-мат. наук. Новосибирск, 2011. 206 с.
13. Разработка методики определения структурных превращений в полимерных материалах / Д. В. Буторин, Н. Г. Филиппенко, С. Н. Филатова и др. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 4 (48). С. 80–86.
14. Results of the complex studies of microstructural, physical and mechanical properties of engineering materials using innovative methods / V. I. Shastin, S. K. Kargapoltcev, V. E. Gozbenko et al. // International Journal of Applied Engineering Research. 2017. Vol. 12, No. 24. P. 15269–15272.
15. Зайдель А. Н. Погрешности измерений физических величин : учебник. Л. : Наука, 1985. 112 с.
16. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен / Б. Гебхарт, И. Джалурия, Р. Махаджан, Б. Саммакия : пер. с английского. Кн. 1. М. : Мир, 1991. 678 с.
17. Брюханов О. Н., Шевченко С. Н. Тепломассообмен : учебник. М. : НИЦ Инфра-М, 2013. 464 c.
18. Цветков Ф. Ф. Тепломассообмен : учебник для вузов. М. : МЭИ, 2011. 562 c.
19. Пат. 2014154288/28 Российская ФедерацияМПК7 RU 155337 U1 на полезную модель. Устройство для определения коэффициентов теплоотдачи / А. А. Александров, А. В. Лившиц, Н. Г. Филиппенко, С. И. Попов, С. Н. Филатова ; заявитель и патентообладатель Иркутский гос. ун-т путей сообщения ; заявл. 10.10.2015 ; опубл. 30.12.2014.
Бычковский Владимир Сергеевич – аспирант, Иркутский государственный университет путей сообщения. Е-mail: bikovskii_vs@mail.ru.
Буторин Денис Витальевич – кандидат технических наук, доцент; Иркутский государственный университет путей сообщения. Е-mail: den_butorin@mail.ru.
Баканин Денис Викторович – аспирант, Иркутский государственный университет путей сообщения. Е-mail: denis.bakan@mail.ru.
Филиппенко Николай Григорьевич – кандидат технических наук, доцент, Иркутский государственный университет путей сообщения. Е-mail: pentagon@mail.ru.
Лившиц Александр Валерьевич – доктор технических наук, профессор, Иркутский государственный университет путей сообщения. Е-mail: livnet@list.ru.
