При этом отражение уменьшается в пределах 3-4% для толстых образцов. Применяемые до сих пор штатные образцы теплоизолирующих покрытий фактически являются непрозрачными, т. к. содержат значительное количество поглощающих примесей металла напыляющих электродов, например, при плазменной методике напыления. Таким образом, указанный эффект объемного нагрева теплоизолирующих покрытий внутренних стенок камеры сгорания не был предметом исследования.
Приведенные теоретические оценки позволяют оценить функцию поглощенной энергии и прогнозировать температуру и тепловой режим нового класса материалов полупрозрачной изоляции в условиях сложного теплообмена в камерах сгорания быстроходных дизелей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Kavtaradze R. Z. Local Heat Transfer in the Piston Engines. Bauman MGTU, 2001. – 592 p.
2. , Мерзликин теплофизика снега и льда. – Ленинград:
Гидрометеоиздат, 1990. –261 с.
3. , Гутиеррес , Сидоров -
ная теплоизоляция для адиабатного двигателя (новая концепция) // Автомобиль
ная промышленность. – № 7. – С.34-36, 2007.
Московская финансово-юридическая академия,
Московский государственный технический университет им. Баумана
В данной работе исследуется ударное взаимодействие упругого тела и упругой изотропной сферической оболочки шарнирно-опертой по контуру. Падающее на оболочку тело моделируется грузом, соединенным с упругим цилиндрическим элементом постоянного поперечного сечения, который перпендикулярно ударяет по круговому сектору оболочки в ее вершине. Взаимодействие считается упругим с постоянной областью контакта. Динамическое поведение точек оболочки описывается безмоментными уравнениями движения. Использование этих уравнений позволяет учесть распространение в мишени с конечной скоростью продольных волн растяжения-сжатия, которые влияют на деформацию материала оболочки вне зоны контакта с ударником.
Динамический контакт ударника и оболочки описывается следующими уравнениями:
, 
,
где r – плотность материала оболочки, a и w – перемещения верхнего и нижнего конца буфера, соответственно, P(t) = Е1a – контактная сила, Е1 – жесткость буфера, t – время с момента удара, – растягивающие силы на границе контактной области, j0 – меридиональная координата точек границы контактной области, j 0 = r0/R1.
В качестве метода решения используется лучевой метод и метод сращивания асимптотических решений на границе контактной области, полученных для малых времен внутри и вне ее.
После удара в оболочке образуется контактная область, размеры которой определяются диаметром цилиндрического ударника, и начинает распространяться продольная волна, фронт которой представляет сферическую поверхность сильного разрыва, расширяющуюся со скоростью G. За фронтом волновой поверхности решение строится в виде степенных рядов, коэффициентами которых служат скачки производных по времени от искомых функций различных порядков, а переменной величиной - время, прошедшее с момента прихода волны в заданные точки оболочки [1]. Для определения коэффициентов лучевого ряда для искомой функции определяющие уравнения мишени дифференцируются по времени, находится их разность на различных сторонах волновой поверхности и для перехода от скачка производной по пространственной координате вдоль прямого луча к скачку производной по времени более высокого порядка применяется условие совместности. В результате описанной процедуры приходим к системе рекуррентных дифференциальных уравнений, решая которую получаем искомые величины с точностью до произвольных постоянных. Они определяются при сращивании решений полученных за волновым фронтом вне области контакта и внутри ее.
В работе получены аналитические выражения для контактной силы и динамического прогиба в месте удара, которые вместе с проведенными численными исследованиями позволяют сделать заключения о влиянии параметров конструкции, в том числе радиуса, толщины и материала оболочки на динамические характеристики взаимодействия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Локтев поперечный удар по круглой ортотропной пластинке // Письма в журнал технической физики. – Т. 31, Вып.18. – СС. 4-9, 2005.
Московская финансово-юридическая академия,
Московский государственный технический университет «МАМИ»
В технологии контроля тонких пленок (металлов, диэлектриков, полупроводников и других материалов) толщиной от нескольких десятков ангстрем применяют различные методы: фотометрический, поляризационный, многолучевой интерференции, рентгеновский и другие. Однако, наиболее чувствительным методом прецизионного измерения толщины и массы тонких пленок, например, при вакуумном напылении, гальваническом осаждении или осаждении из паров различных газов можно назвать метод непрерывного контроля процесса по изменению частоты кварцевого пьезорезонансного элемента (ПРЧЭ), помещенного рядом с рабочей подложкой. Чувствительность кварцевого ПРЧЭ может достигать 3 МГц/мг, а разрешающая способность 10-11 г, что на три порядка выше, чем в других методах.
Метод основан [1-3] на зависимости частоты собственных колебаний кварцевого пьезоэлемента от массы и толщины наносимой на его поверхность тонкой пленки. Чувствительным элементом в этом методе служит пластина пьезокварца кристаллографической ориентации yxl/35015΄ (АТ–срез кварцевого кристалла).
При осаждении тонкой пленки на поверхность пластины ее резонансная частота уменьшается на величину: 
, или 
,
где: fр – резонансная частота пьезоэлемента, ρ – плотность кварцевого элемента, Δf – приращение частоты, S – площадь наносимой пленки, Δm – присоединенная масса, N = f0 h – частотный коэффициент, h – толщина кварцевого элемента, 
и 
- плотность и толщина осажденной пленки.
Из этих уравнений следует, что нанесенная пленка должна изменять частоту пьезоэлемента, действуя одновременно и в качестве дополнительной массы и как дополнительная толщина.
Чувствительность ПРЧЭ к массе и толщине пленок можно оценить по формулам: 
и 
.
Например, для кварцевых пластин кристаллографической ориентации yxl/35015΄ (N = 1666 кГц мм; ρ = 2.65 г/см3): 
,
где: fр – частота (МГц), Δm – масса покрытия (г), Δf – приращение частоты (Гц), S –площадь покрытия (см2),
Этот метод можно применять для контроля пленок толщиной от сотен ангстрем до нескольких микрон, в зависимости от конструкции ПРЧЭ и материала наносимой пленки. Регистрируемое относительное приращение толщины этим методом при толщине ПРЧЭ 0,5 мм (fр ~ 3 МГц) составит ~10-9 мм, а минимально-регистрируемое приращение массы г.
Кроме отмеченных выше особенностей ПРЧЭ важным их достоинством является возможность проведения измерений независимо от направления силы тяжести и расположения в пространстве образца и датчика, широкий рабочий диапазон температур (от сверхнизких до, примерно, +500 0С). Удобство электронной обработки выходного частотного сигнала облегчает возможность автоматизации технологического процесса (3).
Необходимо заметить, что высокие метрологические характеристики ПРЧЭ достигаются при условии соблюдения постоянства температуры, уровня возбуждения и других известных технологических параметров изготовления и эксплуатации пьезорезонансного чувствительного элемента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Безделкин пьезорезонансные чувствительные элементы для датчиков физических величин // Приборы. – № 11(17), 2001.
2. Малов датчики. – М.: Энергоиздат, 1989.
3. Безделкин кварцевых пьезорезонансных чувствительных элементов для измерений толщины и скорости напыления тонких пленок в установках вакуумного напыления // Датчики и системы. – № 7-8, 1999.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОПАСНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБЪЕКТА
Московская финансово-юридическая академия
В основе сценарного логико-вероятностного подхода может находиться безусловная вероятность, условная вероятность (формула Байеса) и характеристическая функция (стохастические индикаторы). Предлагаемый подход позволяет количественно оценить уровень защищенности объекта, путем оценки технической безопасности опасного производственного объекта, в основе которого безусловные вероятности. Пусть у - логическая функция, описывающая функционирование производственного объекта. Степень опасности 
– вероятностная величина, характеризующая возможность невыполнения объекта своей целевой функции с учетом влияния опасных внутренних и внешних воздействий. Обратная величина характеризует уровень защищенности 
. Под оценкой технической безопасности производственного объекта понимается процедура оценки или 
для людей и имущества на объекте.
Оценка проводится с помощью логико-вероятностных моделей. При этом структура системы описывается при помощи функций алгебры логики, а количественная оценка степени опасности проводится с помощью теории вероятности. В качестве аналогичных методов можно отметить: метод деревьев отказов (FTA); метод деревьев событий (ETA); метод анализа опасности и работоспособности (HAZOR); метод проверочного листа (Check-list) и пр.
Эти методы применяются для анализа причин отказов технических систем и прогнозирования развития аварий. В их основе – процедуры формализованного описания сценариев развития аварии в различных формах (таблицы, графы, описание опасностей по эвристическим правилам и пр.). Однако отсутствие адекватного математического аппарата не позволяет использовать эти модели для анализа технической безопасности, поэтому результаты обычно интерпретируются на качественном уровне.
Таким требованиям отвечает сценарный логико-вероятностный метод оценки технической безопасности, позволяющий получить количественные оценки опасности.
Пусть требуется оценить опасность разлива нефти при перекачке нефтепродуктов из танкера в резервуарный парк. Перекачка осуществляется по следующей схеме:
- танкер устанавливается на штатное место и закрепляется швартовыми канатами, согласно схемам учалки судов, которые разработаны для разных типов танкеров;
- танкер заземляют, используя контур заземления причала, при этом электрическое сопротивление защитно-заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом;
- замеряют уровень нефтепродукта в танкерах судна, определяют плотность, температуру, количество нефтепродуктов;
- сотрудник лаборатории отбирает пробы на анализ (соответствие прибывшего нефтепродукта ГОСТу);
- соединяют установку с танкером;
- открывают необходимые задвижки согласно технологической схеме, карты управления задвижками и инструкции по приему-отпуску нефтепродуктов;
- на танкере включают насос и начинают перекачку нефтепродукта из танкера в резервуарный парк.
Разлив нефти может произойти в результате пробоины или разгерметизации систем гидравлики, а также при повреждении трубопровода.
Рассмотрим техногенное происшествие, связанное с разливом нефти при перекачке нефтепродукта в резервуарный парк. Считается, что авария возникла в результате разлива нефти на земную поверхность, являющимся аварийным химически опасным веществом (АХОВ), из-за несвоевременного отключения насосов и переполнения баков резервуарного парка.
1) Сценарий развития опасности. Составляется сценарий развития опасности, представляющий собой логико-вероятностную модель функционирования опасного производственного объекта. Сценарий представляется в виде графа (типа «дерева») и содержит события трех видов: инициирующие (ИС), промежуточные, конечное. Инициирующие события (ИС) описывают внешние воздействия на систему. Промежуточные события получаются путем логической комбинации двух или более событий. Наиболее употребительны: 
конъюнкция событий (событие на выходе наступает только при наличии событий на обоих входах); 
дизъюнкция событий (событие на выходе наступает при наличии хотя бы одного события на одном из входов). Конечное событие описывает опасное состояние системы.
Вероятности инициирующих событий
Наименование исходных и промежуточных событий | Обозначение | Инициирующее событие | Вероятность P(zi=1) |
Обрыв цепей передачи сигнала датчиков объемной дозы заправленного горючего | R1 | z1 | 0,0005 |
Ослабление сигнала выдачи дозы помехами (нерасчетное внешнее воздействие) | R2 | z2 | 0,00001 |
Система автоматической выдачи дозы оказалась отключенной (ошибка контроля исходного положения) | R3 | z3 | 0,0001 |
Отказ усилителя-преобразователя сигнала выдачи дозы | R4 | z4 | 0,0002 |
Отказ расходометра (измерителя потока горючего) | R5 | z5 | 0,0003 |
Отказ датчика уровня нефти в резервуаре | R6 | z6 | 0,0002 |
Оператор не заметил световой индикации о неисправности системы автоматической выдачи дозы (ошибка человека) | R7 | z7 | 0,005 |
Оператор не услышал звуковой сигнализации об отказе системы автоматической выдачи дозы (ошибка человека) | R8 | z8 | 0,001 |
Оператор не знал о необходимости отключения насоса по истечении заданного времени перекачки | R9 | z9 | 0,001 |
Оператор не заметил индикации хронометра об истечении установленного времени перекачки | R10 | z10 | 0,004 |
Отказ датчика времени перекачки | R11 | z11 | 0,00001 |
Отказ автоматического выключателя электропривода насосов | R12 | z12 | 0,00001 |
Обрыв цепей управления насосами подачи нефти | R13 | z13 | 0,00001 |
Отказ средств передачи сигнала от датчиков объемной дозы | RА | zА | |
Отказ средств выдачи сигнала о величине объемной дозы | RБ | zБ | |
Система автоматической выдачи дозы не смогла выдать команду на отклонение насосов | RВ | zВ | |
Оператор не среагировал на неисправность системы автоматической выдачи дозы | RГ | zГ | |
Оператор не среагировал на показания хронометра | RД | zД | |
Оператор не пытался отключить насосную установку в заданное время | RЕ | zЕ | |
Команда на отключение насосной установки не поступала | RИ | zИ | |
Команда на отключение насосов не выполнена | RЛ | zЛ |
2) Функция опасности системы. Составляется функция опасности системы y(z1,…,z13), ее аргументами являются ИС, а значением – конечное (опасное) событие. Каждый кратчайший путь опасного функционирования (КПОФ) представляет собой минимальный набор ИС, конъюнкция (совмещение) которых приводит к опасному состоянию (КПОФ = zi.). Функция опасности системы представляет собой дизъюнкцию КПОФ.
Представим ее в дизъюнктивной нормальной форме:
Из анализа этого выражения получаем кратчайшие пути опасного функционирования (КПОФ):
Используя правила де Моргана
= 
, 
= 
,
получим функции безопасности системы:
3) Функция y(z1,…,z13) заменяется вероятностной функцией. Переходим к вероятностной функции P{y(z1...z13) = 1}, при этом zi заменяем на Ri, а 
– на Qi = 1 - Ri: Но для этого необходимо функцию y(z1...z13) представить в виде бесповторной булевой функции в базисе конъюнкция-отрицание. Инвертируя функцию y, получаем:
,
,
.
Таким образом
,
,
.
4) Значения функции:
.
Таким образом, степень опасности равна 
, а степень защищенности близка к единице.
Для логико-вероятностного анализа исходными являются вероятности ИС:
Ri = P (zi = 1) - вероятность того, что i-е ИС произойдет;
Qi = P(
) - вероятность того, что i-е ИС не произойдет.
Такой подход позволяет построить модель безопасного функционирования опасного производственного объекта, определить «уязвимые места» системы и оценить «вклад» каждого из них, ранжируя их по степени опасности.
ЛИТЕРАТУРА
1. , , Логико-вероятностный метод исследования надежности структурно-сложных систем. – М.: Радио и связь, 1981.
2. Соложенцев логико-вероятностное управление риском в бизнесе и технике. – СПб., 2004
3. Степанов основы обеспечения безопасности жизнедеятельности / Учебное пособие. – М.: ВА РВСН, 2001.
Московская финансово-юридическая академия, МГТУ «МАМИ», г. Москва.
Для изучения изменений, вызываемых ионной бомбардировкой поверхности и приповерхностных слоев твердых тел применяются методы: электронной Оже-спектроскопии (ЭОС); рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС); рассеяния медленных ионов (РМИ); вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС); спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния ионов (РРИ) и другие. Эти методы обладают в каждом конкретном случае определенными преимуществами и недостатками. Однако общим, существенным недостатком являются их ограниченные возможности исследования селективного распыления сложных по составу, многокомпонентных диэлектриков. В этом случае проводятся исследования разными методами, что не всегда возможно. Из всех перечисленных выше методов анализа поверхности материалов наиболее приемлемым, по нашему мнению, является метод ВИМС.
К достоинствами этого метода можно отнести: способность к анализу любых элементов периодической системы и их соединений; высокую чувствительность к большинству элементов (особенно в случае исследования их окислов); отсутствие дополнительных средств воздействия на мишень, кроме ионной бомбардировки частицами нейтральных газов (аргон, криптон, ксенон), результат которой собственно и изучается; высокое быстродействие; возможность послойного анализа поверхности с высоким разрешением на значительную глубину; локальность анализа, доступность модернизации прибора и другие. Недостатки ВИМС в основном связаны с сильной зависимостью коэффициента ионной эмиссии от состава поверхности и его значительное изменение от элемента к элементу периодической системы. Однако, при исследовании диэлектриков (например, пьезокристаллов танталата лития, ниобата лития, галлосиликата лантана) можно ожидать незначительное изменение коэффициента ионной эмиссии в процессе травления, если его величина близка к максимально возможному значению. Такой режим не противоречит прикладной цели исследований - поиск условий травления поверхности с высокой скоростью и минимальным изменением стехеометрического состава образцов. Второй недостаток можно устранить, применяя эталоны с известной концентрацией.
При разработке методики были учтены следующие обстоятельства. Ток вторичных ионов, эмиттированных при распылении мишени, определяется следующим выражением:
,
где: 
– степень ионизации распыленных частиц к-го компонента; 
– коэффициент распыления k-го компонента; 
– концентрация; 
– ток первичных ионов; E – энергия первичных ионов.
С точки зрения процессов селективности травления, интерес представляет отношение Yk(E)/Yn(E), где: 
– коэффициент распыления какого-либо заданного элемента, входящего в состав исследуемого или эталонного образца. Если измерить зависимости 
для всех элементов и их соединений, входящих в состав диэлектрика, при одинаковом режиме источника первичных частиц, (т. е. при одинаковом 
для всех измерений) и неизменной концентрации элементов на поверхности, то получим зависимости:
.
Таким способом можно получить информацию об изменении относительных коэффициентов распыления различных компонент мишени от энергии первичных частиц. Однако для этого необходимо, чтобы в процессе измерения зависимостей 
состав поверхности мишени не успевал измениться. Это возможно реализовать, если за время измерения будет стравливаться менее одного монослоя поверхности, т. е. менее 
атомов/см2 мишени.
Была проведена оценка возможности получения подобного режима распыления. Очевидно, что получение стационарного режима на поверхности достижимо при уменьшении плотности тока первичных частиц. Однако при этом ухудшается точность измерений тока вторичных ионов из-за возрастания статистического разброса вследствие уменьшения числа частиц, приходящих на детектор.
Рассмотрим пути оптимизации процесса распыления. Как известно, относительная статистическая погрешность измерений определяется следующей формулой:
,
где: 
– время элементарного измерения (0,5 с); 
– коэффициент пропускания масс-спектрометра. В то же время из условия стационарности следует:
,
где: 
– время измерения ; 
– общий коэффициент распыления; 
– площадь облучения.
Учитывая изложенное выше и решая систему уравнений относительно , получим:
Оценим величину 
для наихудшего случая (например, измерение тока ионов кислорода, когда 
). Пусть
(танталат лития). Тогда 
.
Разбив весь исследуемый диапазон энергий от 0до 5 кэВ на 130 интервалов, измеряя при каждом значении Е ток вторичных ионов 
в течение 
с можно снять всю зависимость без изменения поверхностной концентрации элементов (стационарный случай). При этом плотность тока первичных бомбардирующих частиц атомов не должна превышать величину:
.
Такая низкая плотность тока распыляющих частиц требует обеспечения высокой чистоты исследуемой поверхности. Поток молекул остаточного газа на поверхность должен быть много меньше скорости их удаления первичным пучком. Отсюда следует, что давление остаточных газов в экспериментальном объеме должно быть менее 
мм рт. ст. Эти условия можно реализовать только при наличии средств высоковакуумной откачки, металлических уплотнений всех фланцев, очистки поверхности камеры от сорбированных молекул газов путем прогрева и возможности введения исследуемого образца в камеру без разгерметизации установки (шлюзование).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
