ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ФНКЦ РР |
||
Авторы заявки предполагают провести комплексное экспериментально-теоретическое исследование, в котором будут сочетаться механические испытания образцов с современным уровнем экспериментальной оснастки, позволяющее в разы увеличить получаемую информационность от натурного эксперимента, с высоким уровнем теоретического моделирования на основе современных расчетных пакетах на высокопроизводительном оборудовании. Каждый образец планируется подвергнуть неразрушающему контролю с различных сторон: проверить реальный химический состав материала и продуктов реакции, определить размер зерен по микрошлифам, определение модуля упругости, предела текучести и др., определение микротвердости, определение внутренней микроструктуры на томографе. На основе разработанной автором бесконтактной методики измерения деформационного состояния планируется разработать расширения этой методики, позволяющей бесконтактно измерять разрушения поверхностного слоя материала под действием агрессивной среды. Ожидается разработка новой системы определяющих соотношений диффузии с учетом коррозионных эфектов. Разработка методов решения взаимно – связанной задачи (уравнение механики и уравнение диффузии). Будет предложено уравнение диффузии, комплексно описывающее процессы порообразования и охрупчивание, в котором процесс деформирования условно делится на две последовательные стадии, разграниченные по времени критерием масштабного эффекта в зависимости от активности химической реакции. Планируется по изменению размера зерен судить о распределении деформации внутри трубчатого образца принятого для экспериментов. Полученную плоскую картину обобщить до пространственного распределения на основе моделирования МКЭ, сформулированного на предложенной теории. Верификацию каждого шага моделирования проводит по результатам томографии. На заключительном этапе выполнения проекта планируется провести комплексное экспериментально – теоретическое исследование деформирование элементов реальных конструкций. Такие широкие исследования в отечественной и зарубежной литературе отсутствуют. Для успешного выполнения проекта в работе примут участие ученые из других специальностей, объединяющие коллектив ученых из специалистов четырех направлений: механика, химия, компьютерного моделирования и экспериментаторов. Коллектив обладает большим разнообразием экспериментальных машин, а так же ставиться задача расширение экспериментальной базы оборудования и методов регистрации деформационного состояния материала. Основную часть расходов в первый год работы планируется потратить на необходимое для проведения проекта оборудование. Остальная часть распределяется между оплатой командировок, публикаций и на поощрение участников проекта. Научные работы автора заявки за последние несколько лет неоднократно побеждали на различных престижных конкурсах (конкурс О.В.Дерипаска, конкурс талантливых ученых МГУ, конкурс НИИ мех. МГУ и др.).
The authors suggest the application to conduct a comprehensive experimental and theoretical study that will combine mechanical test samples with the current level of experimental equipment, which allows to increase by several times to receive information from the field experiment, with a high level of theoretical modeling based on advanced computational packages on high-efficiency equipment. Each sample was subjected to non-destructive testing is planned with various parties: check the actual chemical composition of the material and of the reaction products to determine the grain size on the microsection, the determination of the elastic modulus, yield strength, etc., the definition of micro-hardness, definition of internal microstructure at tomograph. Based on the methodology developed by the author contactless measuring the deformation state of expansion is planned to develop this technique, which allows non-contact measurement of the destruction of the surface layer of the material under the action of aggressive environment. Development of the new system is expected to determine the diffusion ratios taking into account the corrosive effect it. Developing mutually solving methods - related problem (mechanics equation and the diffusion equation). It is prompted diffusion equation, which describes a complex process of pore formation and embrittlement, wherein the deformation process is divided into two successive stages, delimited by time scaling effect criterion depending on the activity of the chemical reaction. As planned change in grain size to judge the distribution of deformation within the tubular sample taken for experiments. The resulting flat pattern generalized to the spatial distribution based on FEM simulation formulated on the proposed theory. Verification of each simulation step carries on the results of imaging. At the final stage of the project it is planned to conduct a comprehensive experimental - theoretical study of the deformation elements of real structures. Such extensive research in domestic and foreign literature. For the successful implementation of the project will bring together scientists from other specialties that combine team of scientists from four specialist areas: mechanics, chemistry, computer modeling and experimental. The team has a large variety of experimental vehicles, as well as put the task of expansion of the experimental base of equipment and methods for detecting strain state of the material. The bulk of expenditure in the first year will be spent on the necessary equipment to carry out the project. The rest of the payment is allocated between the trips, publications, and to encourage project participants. The scientific work of the author of the application in the past few years repeatedly won various prestigious contests (Oleg Deripaska contest talented scientists of Moscow State University, Research Institute of Competition fur. Moscow State University, and others.).
В результaте проведенных экспериментов будут получены новые дaнные об особенностях ползучести и длительной прочности aлюминиевых и титaновых сплaвов. Будут изучены момент обрaзовaния локaлизaции деформaций и дaльнейшее ее рaзвитие в обрaзце. Будут получены как стандартные данные - зависимости от времени продольного удлинения; так и принципиально новые данные - перемещения большого числа точек на образце, поверхностный тензор деформaций, нaпряжения в рaзличных сечениях образца, зaфиксировaн момент появления и процесс развития локaлизaции деформаций ползучести. Полученные дaнные будут предстaвлять большой интерес вследствие того, что обрaзец будет нaходиться в сложном нaпряженном состоянии. Все данные будут измерены в процессе натурного эксперимента нагретого образца (400С - 600С). Подобных данных в открытой печати автору не известны. В теоретической части проектa будут предлoжены новые функционaльные предстaвления для определяющих соотношений, описывaющих процессы деформировaния и рaзрушения при ползучести. Планируется ввести модели, в основе которых имеется возможность описания разрушения. На основе полученных экспериментальных дaнных предполaгaется выявить стaтистически верные критерии появления и рaзвития локaлизaции деформaции. Рaзрaботaнa вероятностнaя модель появления локaлизaции деформaций и определены констaнты этой модели для мaтериaлов, используемых в экспериментaх(сплавы титана и алюминия). Рaзрaботaны определяющие соотношения и промоделировaны процессы ползучести при локaлизaции деформaций в современных пакетах программ (ANSYS, LS-DYNA).
Руководитель проекта с 2005 года участвовал в научной деятельности и являлся участником научных грантов, проводимых в Московском университете. Его первая статья была опубликована на 4-м курсе. C 2005 по 2015 является участником грантов РФФИ: 05-01-00184-а, 08-08-00007-а, 08-08-00142-а, 11-08-00007-а, 11-08-00008-а, 14-08-00528-a, 14-08-00570-a. В 2012-2013 гг. был руководителем научного гранта РФФИ №12-08-31166 “мол_а”, который успешно окончил. По итогам работы было опубликовано 11 работ, из которых 4 включены в перечень ВАК, одна работа включена в SCOPUS и Web of Science. Работы над проектом и итоги были доложены на 10 конференциях (международные и иностранные).
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 июля 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Подготовка и проведение серии экспериментальных исследований на титановом сплаве. Обработка результатов. (этап 1) |
Результаты этапа: Разработаны кинематические и силовые критерии появления шейки в образце. Показано, что наиболее целесообразно использовать критерии, основанные на введении виртуального образца, который деформируется по тому же закону изменения длины от времени, что и реальный образец, но сохраняет однородную деформацию всей рабочей части. Для цилиндрических образцов возможно применение как геометрического так и силовых критериев, для плоских образцов целесообразно применять только силовой критерий. Для цилиндрических образцов получена экспериментальная зависимость радиуса касательной окружности в меcте наибольшего сужения. В области шейки плоского образца равномерность деформации по толщине и ширине не выполняется. Определен относительный интервал времени деформирования, при котором образец деформируется при растяжении равномерно. Показано, что по зависимости времени локализации, полученного по разработанным критериям, от времени до разрушения в серии испытаний можно отбраковывать эксперименты с дефектами в образцах. На основе статистической обработки данных показано, что параметры эксперимента, такие, как время до разрушения, длина при разрушении и время локализации по любому из критериев имеют логнормальное распределение во времени. Для проведения длительных высокотемпературных испытаний была модернизирована экспериментальная установка и реализовано удаленное видеонаблюдение. Было модернизовано программное обеспечение и серверная вычислительная станция, повышена безопасность хранения экспериментальных данных. По тематике проекта было сделано 6 выступлений. Результаты были опубликованы: в двух журналах ВАК РФ, одном журнале RSCI Web of Science и одна статья принята в печать в зарубежном журнале, входящем в базу SCOPUS. Было получено свидетельство на регистрацию программа для ЭВМ, подготовлена и подана заявка на изобретение. | ||
2 | 1 января 2017 г.-30 июня 2017 г. | Статистическая обработка имеющихся экспериментальных данных по растяжению образцов. Разработка моделей выносливости и длительной прочности алюминиевых образцов. |
Результаты этапа: В соответствии с планом работ были проведены / проводятся следующие работы: 1. Закуплен титановый сплав ВТ-6 для изготовления цилиндрических и плоских образцов. 2. Ведутся работы по изготовлению образцов. 3. В момент ожидания титановых образцов, для улучшения статистической точности полученных на первом этапе работы экспериментальных данных на Al образцах, проводятся дополнительные эксперименты на Al образцах для значения напряжения 10МПа. 4. Для проведения запланированных длительных (более суток) экспериментов было реализовано видеонаблюдение, проведены настройки сети и компьютера, реализовано внешнее питание от сети для лампы подсветки и датчика управления фотозаписью. 5. По теоретической части проекта производится разработка теоретических соотношений, позволивших предсказывать момент появления шейки. Работы по этапу будут завершены к июлю 2018 г. | ||
3 | 1 июля 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Проведение серии экспериментальных исследований на титановом сплаве. Обработка результатов. (этап 2) |
Результаты этапа: Проделанная работа по проекту проводилась в теоретическом (разработка различных теоретических моделей для описания процесса локализации деформаций) и экспериментальном (подготовка, проведение и обработка полученных экспериментальных данных длительных высокотемпературных испытаний на титановом сплаве) направлениях, а так же подготовка и опубликование полученных результатов. Построена вероятностная модель для определения момента появления локализации как результат случайного процесса на основе закона нормального распределения. Для вычисления теоретических математического ожидания и среднеквадратического отклонения использовались степенные функции. На примере полученных экспериментальных данных находятся соответствующие константы модели, и производится расчет теоретического времени локализации для конкретного эксперимента. Используя введенный случайный параметр, можно получить наиболее и наименее вероятную теоретическую реализацию процесса образования шейки. Вычислена теоретическая вероятность появления шейки в заданный интервал времени, и описан метод оценки надежности, получено выражение для её вычисления. На основе постулата устойчивости Друккера получено математическое неравенство, характеризующее потерю устойчивости в процессе ползучести растягиваемого образца – дифференциальное уравнение второй степени. На примере использования известных экспериментальных данных о ползучести различных материалов и полученного теоретического критерия были вычислены теоретические значения моментов начала неустойчивого растяжения в этих работах. | ||
4 | 1 января 2018 г.-30 июня 2018 г. | Разработка теоретических моделей появления локализации деформаций. |
Результаты этапа: Был приобретен титановый лист ВТ6 и изготовлены образцы для испытаний. Повышение температуры испытаний до 600*С потребовало модернизации экспериментальной установки. Было проведено 13 испытаний, со средней длительностью одного эксперимента около 3-х недель (и планируется увеличить в будущих экспериментах). Для каждого эксперимента был найден момент локализации деформаций. Экспериментальная работа продолжается, и планируется провести еще около 20-ти экспериментов. По тематике проекта было сделано 5 выступлений. Результаты были опубликованы: в 3-х журналах SCOPUS, одна статья принята в печать в журнале RSCI Web of Science и одна статья принята в журнал ВАК РФ. Было получено свидетельство на регистрацию программы для ЭВМ, подготовлена и подана международная заявка на изобретение PCT. | ||
5 | 1 июля 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Обработка имеющихся данных, опубликование (3й год) |
Результаты этапа: Работы ведутся, в соответствии с грантом окончание этапа 30 июня 2019г. | ||
6 | 1 января 2019 г.-30 июня 2019 г. | Обработка имеющихся данных, опубликование (3й год) |
Результаты этапа: Работа по проекту проводилась по нескольким направлениям: экспериментальному (подготовка, проведение и обработка экспериментальных данных длительных высокотемпературных испытаний на алюминиевом и титановом сплавах), теоретическому (разработка различных критериев, моделей и описание процесса локализации деформаций) и технологическому (финализация метода измерения и модернизация экспериментальной базы), а так же подготовка и публикация полученных результатов, и их представление на крупных конференциях. Была закончена обработка проведенных экспериментальных высокотемпературных исследований (34 эксперимента) на образцах из алюминиевого сплава Д16Т на длительную прочность при ползучести (400 *С), длительность испытаний составляла до 10 часов. Закуплен широко распространенный титановый сплав ВТ-6 в листах и прутках, изготовлены образцы. На плоских титановых образцах было проведено 22 испытания, со средней длительностью одного эксперимента около 4-х недель и максимальной длительностью одного эксперимента более 2-х месяцев. Для каждого эксперимента были измерены удлинение рабочей части, профиль образца в течение всего времени деформирования, найден момент локализации деформаций. Для цилиндрических образцов получена экспериментальная зависимость радиуса касательной окружности в месте наибольшего сужения во всех экспериментах для каждого момента времени (приблизительно 10000 измерений). Дополнительно для подтверждения разработанной теоретической модели по экспериментальным значениям момента локализации были проведены 6 испытаний на алюминиевых образцах на длительную прочность при температуре 125 *С. Длительность одного испытания составила до 10 дней. На основе большой базы экспериментальных данных были разработаны соответствующие теоретические модели. Для объективного определения момента локализации в образце разработаны кинематические и силовые критерии появления шейки. Показано, что наиболее целесообразно использовать критерии, основанные на введении виртуального образца, который деформируется по тому же закону изменения длины от времени, что и реальный образец, но сохраняет однородную деформацию всей рабочей части. Для цилиндрических образцов возможно применение как геометрического так и силовых критериев, для плоских образцов целесообразно применять только силовой критерий. Используя радиус касательной окружности в осевом направлении в месте наибольшего сужения для цилиндрических образцов учитывалась неравномерность распределения напряжений по сечению образца. При этом среднее время локализации по силовому критерию при значении порога чувствительности 0.3 МПа и 1.4 МПа составило 60 % и 83 %. Для плоских образцов в области шейки равномерность деформации по толщине и ширине не выполняется, поэтому в критериях одновременно учитывалось утонения по ширине и толщине образца, которое усреднялось из нескольких натурных экспериментов. Было получено, что среднее время локализации составило 60 % и 90 % при значениях порога чувствительности 0.3 МПа и 1.4 МПа соответственно. Предложен вариант отбраковки ”дефектных” экспериментов. Показано, что зависимость времени локализации, полученного по разработанным критериям, от времени до разрушения имеет линейных характер практически для всех рассмотренных параметров. Имеющиеся отклонения от этой линейной зависимости в некоторых экспериментах следует считать дефектом в образце и в дальнейшем из рассмотрения эти “дефектные” образцы следует исключить. Построена вероятностная модель для определения момента появления локализации как результат случайного процесса на основе закона нормального распределения. Для вычисления теоретических математического ожидания и среднеквадратического отклонения использовались степенные функции. На примере полученных экспериментальных данных находятся соответствующие константы модели, и проводится расчет теоретического времени локализации для конкретного эксперимента. Используя введенный случайный параметр, можно получить наиболее и наименее вероятную теоретическую реализацию процесса образования шейки. Вычислена теоретическая вероятность появления шейки в заданный интервал времени, и описан метод оценки надежности, получено выражение для её вычисления. Проведена работа по моделированию длительной прочности в пакете программ ANSYS. Моделирование проводится на примере двух материалов VT01(Титан) и Al-ALLOY(Алюминий). Для идеальных образцов (только рабочая часть) расчета показал, что в рабочей области формируется однородное напряженно-деформированное состояние, а поперечное сечение равномерно по всей длине уменьшается с течением времени. Для образцов, расчетная область которых повторяла реальный образец (с захватами), вычислительный эксперимент показал, что неравномерное деформирование первоначально возникает в зоне начала расширения рабочей части образца, т.е. у галтели, что полностью соответствует полученным к настоящему времени экспериментальным данным. Так же получено, что распределение напряжений по сечению в зоне шейки круглого образца не равномерно с максимальным значением в середине образца. На основе постулата устойчивости Друкера получено математическое неравенство, характеризующее потерю устойчивости в процессе ползучести растягиваемого образца – дифференциальное неравенство второй степени. На примере использования известных экспериментальных данных о ползучести различных материалов и полученного теоретического критерия были вычислены теоретические значения моментов начала неустойчивого растяжения в этих работах. Для сравнения данной теории с экспериментальным значением момента локализации были проведены несколько испытаний с применением разработанного метода измерений, из которых были получены эти экспериментальные значения. Анализ показал, что экспериментальный момент локализации происходит всегда в области неустойчивости по данной теории и в основном спустя половину времени, за которое накапливается поврежденность, приводящая к локализации деформаций. Моделирование деформации и локализации деформаций было проведено алгоритмами глубокого обучения. В качестве исходных данных выступали серии фотографий проведенных экспериментов. Методом градиентного бустинга на деревьях решений промоделированы значения длины образца, однако алгоритм потерял обобщающую способность и в дальнейшем использовались только алгоритмы, основанные на нейронных сетях. Проведено моделирование деформаций с помощью нейронных сетей. Были получены несколько нейронных сетей, обладающих практически одинаковыми минимальными значениями средней ошибки предсказания. Далее поверх нейронных сетей была добавлена множественная линейная регрессия, сглаживающая кривые и лучше повторяющая искомые зависимости. Это позволило снизить относительную ошибку предсказания с 7-12 % до значений менее 4 %. Наиболее интересным представляется моделирование локализации деформаций в образце т.к. дальнейшее деформирование рабочей зоны образца происходит в основном в зоне локализации при сложном напряженном состоянии вплоть до разрушения. Моделирование времени локализации проводилось двумя способами: одной нейросетью, содержащей 4 выходных нейрона - по нейрону на каждое значение времени локализации и четырьмя различными нейросетями с одним выходным значением каждая. В первом случае ошибка составила порядка 10 %, а во втором около 1.5 %, поэтому целесообразнее использовать нейронную сеть с одним выходом, а так же моделировать безразмерное время локализации. В проведенных экспериментальных исследованиях применялся разработанный бесконтактный метод измерения, на который получен российский Патент на изобретение. Одобрена и опубликована международная заявка PCT на изобретение. Для обработки данных экспериментов с образцами цилиндрической форма и плоских образцов были реализованы два комплекса программ. На комплексы получены два Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ. Экспериментальная база была существенно модернизирована. Для проведения запланированных длительных высокотемпературных испытаний вокруг нагревательной камеры было реализовано видеонаблюдение, позволившее контролировать протекание высокотемпературного эксперимента дистанционно (через интернет) в любой момент времени. Для удаленного управления реализовано интеллектуальное устройство, позволяющее включать и выключать нагревательную печь удаленно, а так же следить за скачками электричества и в случае аварийного пропадания питания в автоматическом режиме заново включать нагрев. Для повышения ресурса осветительной лампы внутри печи, был сделан контроллер, управляющий включением лампы так, чтобы незадолго до отправки сигнала фотоаппарату он также включал лампу. Повышена надежность освещения - в печь была поставлена вторая дублирующая лампа, включаемая параллельно с первой. Реализовано безопасное хранение всего архива экспериментальных данных на RAID массиве, построенное на NAS QNAP. Для увеличения вычислительной мощности закуплен дополнительный процессор и 4-ре сервера общего применения с многоядерными процессорами Intel Xeon, всего 48 физических ядер и 60Гб оперативной памяти. За весь период работы по проекту было опубликовано 23 работы, из которых: Web of Science (Q2) – 1; SCOPUS – 6; RSCI Web of Science – 2; ВАК РФ – 3. Сделано 18 выступлений, из которых международных – 8 конф., всероссийских – 5 конф. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".