Инженерные науки

Е. А. Повеликина, Д. Н. Свешников РАСЧЕТНО – ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В ТЕПЛООБМЕННОМ ОБОРУДОВАНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CFD ПРОГРАММ
ОАО «ОКБМ им. И.И. Африкантова», г. Н.Новогород

Внедрение программ вычислительной гидродинамики в практику проектирования позволит сократить сроки и стоимость работ по созданию и оптимизации оборудования за счет отказа от дорогостоящих натурных экспериментов в пользу малозатратных верификационных экспериментов и обоснования конструкции по результатам расчетов с использованием CFD программ.
В данной работе исследуется возможность адекватного описания пульсаций температур, обусловленных неустойчивой конвекцией и турбулентностью теплоносителя путем сравнительного анализа расчетных и экспериментальных данных; представлены результаты компьютерного моделирования температурного режима элементов оборудования в зонах сложного тепломассообмена на модели коллектора теплообменника.

Д. В. Пресняков, Е. В. Щедрина, Н. Н. Попов, В. Ф. Ларькин, А. А. Аушев, Т. И. Сысоева, В. Н. Веселов, Е. Б. Суворова, А. А. Костылева ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПЕРСПЕКТИВНОГО СПЛАВА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ СИСТЕМЫ Ti-Ni-Nb С ШИРОКИМ МАРТЕНСИТНЫМ ГИСТЕРЕЗИСОМ В ЛИТОМ И ПРЕССОВАННОМ СОСТОЯНИИ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров, Нижегородской обл.

Перспективность материалов с памятью формы, которые обладают рядом уникальных свойств и могут использоваться в качестве новых конструкционных и функциональных материалов для разработки устройств и изделий из них в различных отраслях техники и медицины, является общепризнанной.
В данной работе приведены результаты исследований различных свойств перспективного сплава с памятью формы системы Ti-Ni-Nb с широким мартенситным гистерезисом в литом и прессованном состоянии.
В результате электронно-зондового анализа определен элементный качественный и количественный состав сплава Ti-Ni-Nb в состоянии поставки; выделено несколько фазовых структур, в которых находятся элементы сплава. Выявлены сходство и различия в микроструктуре сплава в литом и прессованном состоянии. В результате рентгеноструктурного анализа определены основные фазы и исследована кинетика мартенситного превращения в сплаве Ti-Ni-Nb в литом и прессованном состоянии после различных видов и режимов термообработки, а также зарегистрированы температуры фазовых превращений.
На испытательной машине UTS-100К со скоростью деформации ε~1,2·10^–3 с^–1 проведены механические испытания на растяжение образцов сплава Ti-Ni-Nb после различных видов и режимов термообработки и определены средние значения основных механических характеристик, которые в прессованном состоянии в 1,2-3 раза больше, чем в литом. В основном выявлено статистически значимое влияние состояния сплава на механические характеристики σ_ф, σ_т^МПФ, σ_в, ε₀^max, δ для различной термообработки. Определены термомеханические характеристики сплава Ti-Ni-Nb в литом и прессованном состоянии после различных видов и режимов термообработки. В ряде случаев выявлено статистически значимое влияние состояния сплава на ТМХ для различной термообработки.
Полученные данные свидетельствуют о целесообразности применения сплава Ti-Ni-Nb с эффектом памяти формы в разработках института, а именно: термомеханическом соединении трубопроводов и обратном клапане в системе газового наполнения, размыкателе электрических цепей в системах автоматики, устройстве безопасности для перерезания при возникновении пожара жгутов системы кольцевой разводки и др.

Е. А. Рыбкин МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЕ УПРОЧНЕНИЕ РЕЗЦОВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г.Саров, Нижегородской обл.

Цель работы – увеличение износостойкости резцов под влиянием магнитно-импульсного поля.
Исследования проводились на проходных резцах, оснащенными напайными твердосплавными пластинами Т30К4. Углы заточки: α=8°, γ=10°, φ=60°, φ₁=60°.
Для эксперимента было взято 10 резцов, 8 из них подвергались намагничиванию. Намагничиваемые резцы устанавливались в специальную оправку, после чего вместе с оправкой помещались в соленоид магнитной катушки. В связи с неоднородностью магнитного поля в полости соленоида применялось 4-е схемы намагничивания резцов. По каждой схеме выполнялось два цикла намагничивания, с перерывом между циклами 5 мин. Длительность импульса составляла 0,5с. После намагничивания резцы устанавливались на 24 ч в деревянные подставки.
При обработке закаленных деталей с твердостью поверхности 36,5…41,5 HRC резцами намагниченными и не намагниченными, были подобраны оптимальные режимы резания согласно справочной литературы.
Намагниченность образцов наблюдалась весь период при проведении экспериментов и являлась неизменной даже после обработки деталей. Намагниченность резцов изменилась только после их переточки, она уменьшилась в среднем на 6,56%, что свидетельствует о глубине упрочненного слоя.
В ходе эксперимента были получены зависимости износа резцов (наблюдаемого со стороны главной задней поверхности) от времени работы и схемы намагничивания.
У ненамагниченных резцов износ вершины, главной режущей кромки, а так же главной задней поверхности происходит неравномерно и он гораздо больше, в отличие от намагниченных резцов (при равном времени работы). Вершина, главная режущая кромка и главная задняя поверхность у резцов, не обработанных импульсным магнитным полем (в отличие от обработанных по наиболее оптимальной схеме) имеют сколы и выкрашивания.
По итогам проведенного эксперимента видно, что стойкость намагниченных резцов в 1,5-2 раза больше, чем у ненамагниченных. Планируемый экономический эффект согласно ориентировочным расчетам – экономия 35% денежных средств при изготовлении деталей.

Г. Ю.Самсонов, А. А. Аушев, В. С. Дрожжин, М. Д. Куваев, С. А. Куликов, И. В. Пикулин, Н. Н. Попов, В. И. Пухова, О. Н. Романова, А. Н. Ховрин ПОЛУЧЕНИЕ НАНОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ ВОЛЬФРАМА С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ МЕХАНОАКТИВАЦИИ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г. Саров, Нижегородской обл.

В последнее время особый интерес вызывают материалы с нанокристаллической структурой. Это обусловлено возможностью значительной модификации и даже принципиального изменения свойств известных материалов при переходе в наноструктурное состояние. Довольно распространенным способом получения таких материалов является компактирование нанодисперсных порошков с последующим спеканием. Одним из способов получения таких порошков является механическая обработка промышленных порошков микронных размеров на высокоэнергичных мельницах.
В докладе представлены исследования процессов получения нанодисперсного порошка вольфрама на планетарной мельнице МПЛ-3. В экспериментах, представленных в докладе, исследовалось влияние на процесс измельчения следующих факторов: коэффициента заполнения мелющей гарнитурой объема размольного барабана, наличия дисперсионной среды, ее вида и количества, коэффициента нагрузки на измельчаемый материал. Результаты экспериментов определялись по изменению удельной поверхности порошка, которая измерялась БЭТ методом на газовом хроматографе ГХ-1. Изучение изменения формы и состояния частиц порошка проводилось на электронном микроскопе MIRA LMU. В результате экспериментов получен нанодисперсный порошок вольфрама с удельной поверхностью 7,19 м²/г, состоящий из агломерированных частиц. Минимальный размер таких частиц 10 – 15 мкм.

А. Н. Тарабанов РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ТРАНСПОРТНОГО ТУННЕЛЯ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ КОМПЛЕКСУ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ БРИКЕТОВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» г.Саров, Нижегородской обл.

В настоящее время в институте используются независимые линии по изготовлению и хранению брикетов. Линии проектировались практически основателями института 40 лет назад. Рассматривая их, мы понимаем, что оборудование устарело и не отвечает современным требованиям безопасности. Одним из главных требований является заключение всего технологического процесса в замкнутый объем, исключив прямой контакт персонала с изделием. По этой причине было принято решение разработать единый комплекс, где все технологические процессы будут проходить внутри него. А объединит все линии и установки, представленный в данном докладе, транспортный туннель.
Транспортный туннель к технологическому комплексу для изготовления и хранения брикетов исключает возможность выброса опасных веществ в атмосферу при разгерметизации обжимных приспособлений, в процессе передачи изделия между независимыми линиями и установками комплекса и повысит безопасность обслуживающего персонала и экологической обстановки окружающей среды.

Е. В. Халдеев, Л. А. Андреевских, Н. Н. Жбанова, А. В. Пахомов, Ю. В. Шейков АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ ВВ ПРИ ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г.Саров, Нижегородской обл.

В докладе представлена разработка автоматизированного комплекса (АК) для исследований взрывчатых веществ (ВВ) при тепловых воздействиях, являющихся важнейшим направлением изучения ВВ с точки зрения безопасности обращения на всех этапах их жизненного цикла.
Основные требования к АК для исследований свойств ВВ при тепловых воздействиях состояли в следующем:

• управление нагревом экспериментальных образцов (сборок) с ВВ в динамическом (от 0,1 до 10°С в минуту) и изотермическом режимах от 0 до 360°С с отклонением температуры от требуемой не более на ±1% (мощность усилителя от 4 кВА до 10 кВА);
• измерение температуры не менее чем по четырем точкам с погрешностью не более ±2,0°С;
• создание архивов полученных экспериментальных данных;
• минимальный период опроса измерительных каналов не более 500 мс;
• мобильность (возможность быстрого монтажа (демонтажа) аппаратуры для проведения экспериментов на разных рабочих местах (внутренние полигоны ВНИИЭФ), отсутствие дополнительных устройств преобразования и питания, общая масса комплекса не более 20 кг).

Проведенные тестирования АК и эксперименты по исследованию теплового взрыва сборок, состоящих из пластифицированных ВВ с различной геометрией, показали, что разработанный АК соответствует заявленным требованиям и позволяет проводить следующие исследования ВВ:

• возникновение теплового взрыва ВВ;
• работоспособность ВВ при высокотемпературном нагреве;
• индукционный период до начала интенсивного разложения ВВ и др.

Автоматизированный комплекс позволяет повысить эффективность исследовательских и экспериментальных работ при исследовании свойств ВВ при тепловых воздействиях.

К. Г.Чуркин ПРОБЛЕМЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЭМС УСТРОЙСТВ
ПО «СТАРТ» г. Заречный, Пензенской обл.

Для конструирования и проектирования МЭМС устройств используются следующие пакеты программ: T—FLEX CAD, Ansys, Tanner Pro, CoventorWare.- T—FLEX CAD используется в основном для создания трехмерных моделей МЭМС устройств. Данная САПР отличается простотой создания моделей, возможностью экспортирования готовых моделей в форматах поддерживаемых большинством САПР и возможностью быстрого создания конструкторской документации.- программный комплекс Ansys представляет собой многоцелевой пакет для решения сложных проблем физики и механики. Программа распологает широким перечнем расчетных средств, которые могут учесть разнообразные конструктивные нелинейности; допускают наличие больших деформаций и углов поворота; позволяют выполнить интерактивную оптимизацию. К основным недостаткам данного комплекса относится его высокая стоимость.- система автоматизированного проектирования Tanner Pro предназначена для проектирования интегральных схем и компонентов микросистемной техники. В основном используется для конструирования и моделирования схем обработки информации, получаемой от чувствительных элементов МЭМС датчиков.- система автоматизированного проектирования CovertonWare позволяет выполнять проектирование микроэлектромеханических систем двумя способами : снизу вверх и сверху вниз. Использования того или иного способа определяется в основном временем имеющимся на проведения разработки. При проектировании сверху вниз среднее время проектирования составляет около одной недели. При проектировании снизу вверх это время составляет около трех месяцев, однако позволяет создавать модели подсистем разрабатываемой микросистемы,не имеющихся в библиотеках моделей пакета.Немаловажной проблемой конструирования и моделирования МЭМС устройств является недостаточное количество информации о механических свойствах используемых материалов. В то время как их электрические свойства представлены в широком объеме, что обусловлено их длительным использованием в полупроводниковых технологиях. Для решения этой проблемы необходимо проведение исследований тех свойств материалов, которые еще мало изучены, но представляют интерес в связи с возможным использованием данных материалов для создания МЭМС.Так же к проблемам конструирование МЭМС относится отсутствие в нашей стране даже базовой нормативной документации (ГОСТов, ОСТов) для МЭМС. Использование международных стандартов затруднительно и не всегда возможно. Так, например их использование не является возможным для изделий, областью применения которых является оборонная промышленность. Таким образом, на данном этапе развития МЭМС технологий в нашей стране необходимо объединение усилий всех организаций занимающихся данной тематикой. В 2009 году предприятия ПО «Старт» и «Совтест АТЕ» выступили с инициативой по созданию ассоциации «МЭМС-Россия». В июне 2010 года эта ассоциация была официально зарегистрирована и начала свою работу. Главная цель ассоциации – обмен информацией между ее участниками, поиск возможных партнеров для участия в совместных проектах (в том числе и международных), представление и защита интересов производителей МЭМС (содействие увеличению их доли на российском рынке), взаимодействие иностранных производителей МЭМС с российскими коллегами, с целью передачи и внедрения современных технологий производства МЭМС на отечественных предприятиях.

А. А. Шильников, Н. Н. Аладышева АНИЗОТРОПНОЕ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КВАРЦА НА ГЛУБИНУ БОЛЕЕ 250 МКМ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г.Саров, Нижегородской обл.

Проведено исследование возможности изготовления чувствительного элемента кварцевого резонатора сложной формы на основе монокристаллического кварца методом глубокого плазмохимического травления. Установлены оптимальные параметры процесса плазмохимического травления кварцевых пластин в плотной фторуглеродной плазме. Получена объемная структура чувствительного элемента датчика механических величин с отклонением стенок пазов от нормали к поверхности пластины не более 10°, с минимальной шириной пазов 80 мкм. Разработана технология глубокого анизотропного травления кварцевых пластин на глубину более 250 мкм.