Республика Казахстан (стр. 4 )

5. Радиационная деструкция.

В то время как свет поглощается, если его частота соответствует частоте поглощения молекулы, энергия радиации поглощается всеми молекулами, вызывая акты ионизации и переводя молекулы в возбужденное состояние. При облучении молекулы не только рвутся, но и сшиваются. В качестве стабилизаторов-антирадов применяют вторичные амины.

6. Гидролитическая деструкция.

Основной метод снижения скорости гидролиза - затруднение доставки агрессивной среды (вода, основания, кислоты, соли) в полимерную матрицу.

7. Механодеструкция полимеров.

Наиболее понятный и наглядный процесс разрушения структуры полимера в результате механического воздействия.

8. Биологическая деструкция полимеров.

Под биологической деструкцией понимают взаимодействие полимеров с бактериями, грибами. При этом идет, как правило, гидролитическое ферментативное разложение полимеров. Поскольку ферменты огромны, то они не могут "залезть" в полимерную матрицу и биораспад полимеров идет с поверхности полимерного изделия. Защититься от биодеструкции можно с помощью покрытий и топографической стабилизации. Последняя заключается в том, что в приповерхностный слой полимерного образца из специального раствора диффундируют химикаты - добавки, которые в приповерхностном слое и на поверхности полимерного изделия создают охранную зону, с которой фермент не реагирует.

Указанные методы защиты от разрушающих воздействий на полимеры могут быть достаточно эффективны, но почти все они имеют одну крайне неприятную особенность – они очень дорогостоящи.

Современный подход к изучению проблем долговечности должен учитывать атомно-молекулярное строение твердых тел. Данные об энергии межатомных связей и межмолекулярных взаимодействий позволят рассчитать теоретическую долговечность полимера матрицы.

При рассмотрении цепи полимерной молекулы состоящей из трех атомов, обозначим их А, В,С, оценим ее долговечность при термической деструкции. Предположим, что частицы в цепи взаимодействуют только со своими ближайшими соседями, причем энергия взаимодействия двух элементов есть функция расстояния между ними. Тогда энергию частицы В можно записать в виде[7,8]:

.

Приближенно принимая

(1)

Следовательно

В соответствии с распределением Гиббса, вероятность для иметь значения в интервале равна:

. (2)

Здесь

- постоянная Больцмана,

- температура.

- нормирующий множитель, называемый интегралом состояний элемента В.

(3)

Зная, что долговечность цепочки обратно пропорциональна , получим:

Термофлуктуационные представления распада молекул полимера были подтверждены прямым наблюдением за развитием разрушения аморфно-кристаллических ориентированных полимерах на всех уровнях структуры молекулы. Увеличение числа атомов в молекуле позволит получить более точную оценку долговечности в результате пиролиза.

ЛИТЕРАТУРА

1.  , , Роценс и статическая усталость армированных пластиков.- Рига., "Зинатне", 1971.

2.  , Блазнов определения долговременной прочности стеклопластиковой арматуры/ Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: Межвузовский сборник / Под ред. . Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2001. - с. 214-219.

3.  , . Механические свойства стеклопластиковой арматуры больших сечений / "Бетон и железобетон", 1964, № 12, с. 532-535.

4.  , . Исследование долговечности стеклопластиковой арматуры. - Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: Межвузовский сборник /Под ред. . - Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2002. - с. 158-163. http://www. *****/index/bijskij _/niokr/nashi_pub/issledov/at_word_doc/207/index. htm

5.  Технология стеклопластика. "Лидер-Композит". -2006. http://www. leader-composite. org/stati/tehnologiya_stekloplastika

6.  Герчин стареют полимеры. – «РТК», -2008. http://*****/baza_znanij2/pochemu_stareyut_polimery/

7.  Муканова долговечности ориентированной полимерной цепи при релаксации напряжений методами статической физики. - Механика и моделирование процессов и технологий, 1995, №1.С.3-6.

8.  , Бучаченко физика молекулярного разрушения и стабилизация полимеров. М.: Наука. 19с.

ТарГУ им. М.Х. Дулати Поступило в редакцию

г. Тараз 18.03.2011г.

__________________________

Механика жӘне технология процесстерін үлгілеу

МЕХАНИКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ТЕХНОЛОГИИ, 2011, № 1,с.46-49

УДК 622.692.4.053: 66.042.945

, ,

ікбаев

О ПРЕДУПРЕЖДЕНИИ ПРОТЯЖЕННЫХ РАЗРУШЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ ПРОВОЛОЧНОЙ ОБМОТКОЙ

Современный этап развития трубопроводного транспорта характеризуется увеличением мощности и пропускной способности трубопроводов, которая достигается повышением рабочего давления и увеличением диаметра труб.

Однако с увеличением диаметра и рабочего давления длина наблюдаемых протяженных разрушений существенно возросла [1], что наносит большой материальный ущерб и увеличивает время, необходимое на восстановление разрушенного участка, следовательно, и простоя всего газопровода.

Вместе с тем, в настоящее время для изготовления газопроводных труб применяют сталь с пределом прочности 570-600 МПа. При этом остро встает проблема, связанная с повышением аварийности из-за протяженных хрупких и вязких разрушений трубопроводов.

Поэтому исследования, связанные с изучением закономерностей развития и торможения, лавинно распространяющихся трещин, а также разработка простых, но эффективных технических решений позволяющие ограничить масштаб разрушения являются актуальными.

В настоящее время существуют два принципиальных подхода к решению проблемы предотвращения протяженных безостановочных разрушений газопроводов: 1) исключение энергетических условий поддержания процесса стационарного движения трещины по трубе, путем выбора надлежащего уровня значений параметров газопровода (вязкость металла труб, глубины и характер засыпки и т. д.); 2) использование конструктивных элементов, предназначенных для локализаций возникшего разрушения.

Для оценки трещиностойкости магистральных газопроводов на практике в основном используется метод испытания стандартных образцов на ударный изгиб с определением ударной вязкости (KCV), которая является нормативным показателем обеспечения надежности конструкций. Формирование нормативных требований по ударной вязкости для сварных труб большого диаметра осуществляется в зависимости от размеров труб, рабочих параметров трубопроводов и транспортируемого продукта.

В данное время для газопроводов нормируемый показатель ударной вязкости вырос до значения, равного 150 Дж/см2. Разрабатывается вопрос о возможности изготовления труб с ударной вязкостью 200 Дж/см2 и более.

Однако, такое увеличение ударной вязкости труб нового поколения при серьезных методологических недостатках определения данного нормативного показателя, связанное с установлением нормативных ее значении независимо от рабочих параметров и условий эксплуатации трубопроводов, не всегда оправдывает себя. А также не всегда она обеспечивает требуемую надежность магистрального трубопровода и дает положительный результат для ограниченного диапазона температуры, размеров трубопровода и эксплуатационных нагрузок.

Другим решением данной проблемы является разработка и применение конструктивных методов: а) гаситель типа «труба в трубе», надвинутое на трубопровод кольцо с большой толщиной стенки или с повышенной вязкостью нормальной толщины; б) гаситель в виде двух сваренных полуцилиндра и надвинутых на трубопровод; в) гаситель фирмы «Маннесман», изготовленный из трех надвинутых труб с одинаковой толщиной стенки; г) встроенный гаситель трещин.

Широкое использование вышеуказанных видов гасителя ограничено трудоемкостью их изготовления и установки, а также недостаточными данными об эффективности их работы.

В результате проведенных за последнее 5-6 лет исследований предложен принципиально новый способ ограничения протяженных лавинных разрушений труб, основанный на изменения упругих напряжений в вершине движущейся трещины. А также на изменения интенсивности и траектории главных напряжений в ее вершине, которые вызывают закольцовывание и остановку быстроразвивающейся трещины. Таким конструктивным решением является предварительное напряжение корпуса магистрального трубопровода высокопрочной проволокой (проволочный гаситель протяженного разрушения) [3].

Способ предварительного напряжения осуществляется намоткой высокопрочного профиля на корпус трубопровода, выпускаемые промышленностью по обычной технологии, с определенным проектным усилием, шагом и перпендикулярно или под углом к образующей трубопровода.

Основная идея использования высокопрочной проволоки в качестве гасителя протяженного разрушения магистрального газопровода заключается влияние на кинетику трещины, его номинальный напряженности перед устьем трещины, понижение номинальный напряженности вследствие утечки газа, влияние на скорость развития трещины и критическую напряженность в ее вершине.

Для анализа особенностей потери несущей способности и возможности локализации и остановки быстроразвивающейся трещины в корпусе трубопровода проволочным гасителем были проведены испытания моделей обычного (модели А1 и А2) трубопровода и трубопровода с предварительно напряженной проволочной обмоткой с шагом навивки равным 3d, где d – диаметр проволоки при усилиях обжатия равном 0,75Scr (модель Б1) и 0,25 Scr (модель Б2).

Модель представляет собой фрагмент трубопровода длиной 4 м, состоящих из трех равных пролетов и диаметром 0,245 м.

Физико-механические характеристики материалов трубопровода и обмотки определены на образцах – свидетелях и металлографическим анализом согласно ГОСТ и соответствуют, стали Ст08 и Ст15.

Для снижения фактической разрушающей нагрузки на трубопровод его стенки были ослаблены продольными надрезами на глубину, равную половине толщины стенки. Надрезы были произведены в средних пролетах. Давление подавалось компрессором.

Основные данные для сопоставления результатов испытаний моделей обычного трубопровода и трубопровода с гасителем в виде предварительно-напряженной проволоки приведены в таблице 1.

В модели А1 при достижении внутреннего избыточного давления 1,05 МПа произошел резкий хлопок, и в продольном шве трубы образовалась трещина размерами: длиной 172 мм и шириной 14 мм. Отметим, что в моделях обычного без предварительного напряжения трубопровода имело место значительное по длине раскрытие трещины.

Таблица 1 - Результаты испытаний моделей обычного и предварительно напряженных трубопроводов

	модель
Основные показатели	А1	А2	Б1	Б2
Шаг намотки проволоки	-	-	3d	3d
Фактическое предварительное напряжение в оболочке, МПа	-	-	0,58	1,06
Усилие натяжения, Scr	-	-	0,75 Scr	0,25Scr
Расчетное давление, при котором напряжение в оболочке достигает предела текучести	1,25	1,25	1,42	1,62
Расчетное разрушающее давление, МПа	1,10	1,10	1,58	1,78
Максимальное давление, достигнутое при испытании, МПа	1,05	0,95	1,51	1,70
Длина образовавшихся продольных трещин в стенке модели трубопровода, мм	172	141	46	28
Ширина образовавшихся продольных трещин в стенке модели трубопровода, мм	14,0	12,0	8,0	6,0

Внутреннее избыточное давление, созданное в модели Б2 предварительно напряженного трубопровода, достигло на момент разрушения трубопровода значения 1,70 МПа. Корпус трубы разрушился, и образовалась трещина длиной 28 мм и шириной 6 мм. По концам трещины образовался загиб стенки в кольцевом направлении длиной 3 мм.

Такой характер разрушения объясняется тем, что в момент разрушения скорость раскрытия трещин выше, но проволочный гаситель из-за большого усилия обжатия препятствует дальнейшему развитию трещины, вследствие чего изменяется направление раскрытия трещины, длина ее ограничена шагом навивки проволоки, а разрушение носит локальный характер.

Модель Б1 отличалась от модели Б2 силой предварительного напряжения проволоки, которая составила 0,25 Scr. Предполагалось, что в этом случае напряженная проволока окажет несколько меньшее сдерживающее влияние на протяженность развивающей трещины. Результаты проведенного эксперимента подтвердили это предположение.

Рабочее давление, при котором стала развиваться трещина в модели Б1 предварительно напряженного трубопровода достигло значения 1,51 МПа. Трещина, образовавшаяся в месте надреза стенки, развилась на длину 46 мм и захватила зону двух соседних витков проволоки, также, как и в модели Б2 носила локальный характер, хотя и более протяженный. Разрыв преднапрягающей проволоки при разрушении моделей не произошло. Таким образом, можно считать, что предварительное напряжение может быть использовано в магистральных трубопроводах в качестве сдерживающего фактора лавинному раскрытию трещин в трубопроводе.

Проведенные ранее испытания моделей предварительно напряженных трубопроводов [4], экспериментальные зависимости величин кольцевых напряжений в стенке трубопровода от величины внутреннего избыточного давления в нем и силы предварительного натяжения нити кольцевой обмотки предварительно напряженного трубопровода, также доказывают вывод о том, что предварительно напрягающая стенку трубопровода проволока эффективно может препятствовать протяженному лавинному разрушению трубопровода.

Литература

1. , ,, и др. Работоспособность трубопроводов. – М.: Недра, 2001. ч. 1 и 2.

2.  Остсемин методов оценки локальной прочности и трещиностойкости стальных труб. Авторефер. дис. докт. тех. наук., Челябинск, 19с.

3.  , , Укибаев применения предварительного напряжения в металлических конструкциях нефтеперерабатывающей промышленности. //Наука и образование Южного Казахстана. -2005. №3(43).-С.51-53.

4.  , , Молдагалиев испытания моделей предварительно-напряженных стальных магистральных трубопроводов .// Механика и моделирование процессов технологии. – 2004. -№2. –С. 230-233.

ЮКГУ им. М. Ауезова, Поступило в редакцию

г. Шымкент 30.03.2011г.

_______________________

Механика жӘне технология процесстерін үлгілеу

МЕХАНИКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ТЕХНОЛОГИИ, 2011, № 1,с.50-56

УДК 517.946

РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ФОТОМЕТРИИ МЕТОДОМ МАЛОГО ПАРАМЕТРА

Задачи, в которых требуется на основании информации об объекте, полученной дистанционными методами, сделать заключение о тех или иных свойствах самого объекта или найти (оценить) его количественные характеристики, получили название дистанционные обратные задачи.

Дистанционные обратные задачи, в которых в качестве агента, доставляющего информацию об объекте, используются электромагнитные поля в оптическом диапазоне волн, называются дистанционными обратными оптическими задачами.

В подавляющем большинстве случаев дистанционные оптические измерения производятся в естественном солнечном либо в искусственно созданном, но в обоих случаях, некогерентном свете диапазоне частот. Образно говоря, некогерентное световое поле – поле, потерявшее фазу, описание которого целесообразно вести в энергетических терминах фотометрии, таких как световой поток, интенсивность, пространственная освещенность.

Световой поток, приходящийся на единицу площади освещаемой поверхности, называется освещенностью этой поверхности. В астрофизике понятие освещенности является очень важным, так как фактически только эта величина может быть измерена из наблюдений. Действительно, светочувствительный прибор реагирует на количество световой энергии, предварительно прошедшей через его входные отверстия (например, световое окно фотоэлемента), площадь которого известна и постоянна для данного инструмента. Поэтому отсчеты прибора пропорциональны освещенности, создаваемой исследуемым объектом в месте наблюдения, если влияние всех остальных источников излучения исключено.

Форму небесных тел (Солнца, звезд, планет) можно определить, измеряя различные угловые диаметры их дисков. Но многие светила (например, звезды) так далеки от нас, что даже в самые крупные инструменты невозможно определить их угловые размеры. Такие объекты называются точечными. Пока их угловые размеры не определены какими-нибудь специальными методами, освещенность, которую они создают на Земле, является для нас единственной величиной, характеризующей мощность их излучения.

В начале 17 века И. Кеплер (1604 г.) сформулировал один из главных законов фотометрии, согласно которому освещение, создаваемое источником света, меняется обратно пропорционально квадрату расстояния до него. Освещенность и есть потенциал Кеплера.

Обратная задача фотометрии, т. е. потенциала Кеплера, в действительности принадлежит классу некорректных задач [1]. Известно, что математической моделью обратной задачи фотометрии являются нелинейные интегральные уравнения с непрерывным ядром. Подобная задача для потенциала Ньютона была рассмотрена в 1938 году известным математиком Л. Сретенским [2]. Вопрос единственности решении рассматриваемой задачи в классе звездных областей доказаны в работе А. Серикбаева [3].

Решение двумерной обратной задачи потенциала Кеплера рассмотрено в статье [4]. В настоящей статье доказывается существование решения пространственной задачи, как в работе [2], методом мажорантных рядов.

Допустим, что на бесконечной плоскости даны значения потенциала Кеплера некоторого тела с известной заранее постоянной плотностью . Эта задача может быть решена, до известной степени, в том предположении, что заданные на плоскости значения потенциала мало отличаются от значений потенциала некоторой сферы, имеющей вполне определенный радиус и положение по отношению взятой плоскости. По этим значениям мы отыскиваем тело, мало отличающееся от взятой сферы. Для упрощения вычислений, мы считаем, что заданные на плоскости значения потенциала симметричны относительно точки пересечения вертикали центра сферы с плоскостью.

Рассмотрим сферу радиуса , центр которого лежит на оси под плоскостью на расстоянии . Обозначим через неизвестное нам уклонение некоторой точки искомого тела от рассматриваемой сферы. При этом уравнение искомой поверхности в полярных координатах, имеющих полюс в центре шара, запишется так:

. (1)

есть некоторая функция долготы и дополнения широты . Найдем потенциал Кеплера для искомого тела в какой-нибудь внешней точке , выразив его через функцию . С этой целью введем в рассмотрение семейство подобных поверхностей

, (2)

получающихся при изменении параметра от 0 до А. Этими поверхностями внутренность всего искомого тела разделяется на тонкие пленки.

Подсчитаем элемент объема . Обозначая через элемент поверхности сферы радиуса единица, имеем: ; но , и следовательно,

.

Найдем теперь выражение потенциала Кеплера

,

где расстояние от точки до произвольной точки рассматриваемой области ,

.

Если считать плотность , то

. (3)

. (4)

где

- полином Чебышева второго рода (полином Гегенбауэра при ).

Ряд (4) сходится, если . Отсюда, сходимость ряда будет иметь место для тех точек пространства, для которых .

В частности, рассматриваемый ряд будет сходиться во всех точках взятой нами плоскости, если

. (5)

Будем считать в дальнейшем, это условие соблюдается. Подставим выражение (4) в формулу (3), и получим:

(6)

Здесь выражение разложим в ряд по степеням и подставим в (6); получим для потенциала Кеплера следующую формулу:

но есть потенциал Кеплера для сферы радиуса :

,

поэтому в той части пространства, где , имеет место следующее сходящееся разложение потенциала:

.

Это разложение может быть несколько упрощено. Интегрирование по поверхности сферы и интегрирование по переменной могут быть заменены местами. Интегрирование общего члена разложения по переменной может быть выполнено. Тогда мы можем записать потенциал в виде следующего ряда:

(7)

Произведем некоторые преобразование: