Совершенствование механических методов оценки технического состояния изделий

Введение 10
1 Обзор литературы 15
2 Объект и методы исследования 25
3 Оценка технического состояния металлических изделий по плотности
распределения твёрдости по Роквеллу 32
3.1 Постановка эксперимента 32
3.2 Обработка экспериментальных данных 36
3.3 Выводы 40
4 Оценка технического состояния бетонных изделий по прочности 41
4.1 Постановка эксперимента 41
4.2 Интерпретация результатов экспериментальных исследований 43
4.3 О смеси распределений 45
4.4 Выводы 49
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 50
6 Социальная ответственность 70
Заключение 80
Список публикаций 81
Список использованных источников 82
Приложение А
Купить

РЕФЕРАТ
Выпускная квалификационная работа 88 с., 12 рис., 20 табл., 53 источника.
Ключевые слова: твердость металла, техническое состояние; случайная величина; плотность распределения; прочность бетона на сжатие; меры положения случайной величины; меры рассеяния случайной величины; корреляционный анализ; суперпозиция распределений.
Объектом исследования являются алгоритмы обработки информации в методах измерения твердости и прочности поверхностного слоя металлических изделий и строительных материалов.
Цель работы - совершенствование механических методов оценки технического состояния изделий на основе анализа твердости и прочности, полученных в результате единичных актов измерений, как случайных величин.
В процессе исследования проводились методы математического и физического моделирования, системного анализа, планирования экспериментов, корреляционного и регрессионного анализа и статистической обработки результатов экспериментальных исследований.
В результате исследования имеются рекомендации и алгоритмы обработки результатов измерений твердости поверхностных слоев
металлических изделий и строительных материалов.
Область применения: дефектоскопия, неразрушающий контроль, диагностика зданий и сооружений.
Экономическая эффективность/значимость работы подтверждена
проведенными результатами теоретических и экспериментальных исследований.
В будущем планируется развить методики применительно к многоканальным сканирующим системам измерения прочности.

Введение
Механические методы испытаний широко применяются в различных отраслях науки и техники. Основными оцениваемыми параметрами в механических методах являются твердость и прочность поверхностных слоев объектов контроля. Указанные параметры непосредственно влияют на безотказность и долговечность технических объектов. Именно поэтому механические методы занимают особое место среди всех методов неразрушающих испытаний промышленных изделий и строительных материалов.
На начальном периоде своего развития методы измерения твердости и прочности материалов лишь с большой натяжкой можно было назвать неразрушающими, так как указанные методы были основаны на внедрении инденторов различного вида в испытуемый материал и последующей оценке его твердости или прочности по параметрам отпечатка. В последующем механические методы испытаний развивались по нескольким направлениям, приобретая признаки, характерные для собственно неразрушающих методов испытаний, среди которых следует отметить низкие уровни физических воздействий, которые не приводят к потере работоспособности испытуемого технического объекта.
Среди указанных направлений следует отметить уменьшение эффективных размеров внедряемых инденторов. В настоящее время применяются методы измерения твердости и прочности для нескольких размерных классов - миллиметры, десятые доли миллиметров, единицы и десятки микрометров, десятки и сотни нанометров. Обоснованно применять для методов измерения твердости и прочности приставки макро, микро и нано.
Второе направление связано с развитием косвенных методов измерения твердости и прочности. В настоящее время наибольшее распространение получили динамический (метод отскока) и акустический методы измерения анализируемых параметров. Приборы, реализующие указанные методы
являются высокопроизводительными, кроме этого приборы позволяют оценивать твердость и прочность в различных шкалах, осуществлять простейшие операции над исходными данными (усреднение, калибровку и т.п.), накапливать и передавать измеряемую информацию в компьютеры.
К третьему направлению относится совершенствование метрологического и алгоритмического обеспечения применительно к обработке информации в механических методах испытаний. Тема диссертационных исследований связана именно с третьим направлением.
В настоящее время среди ученых материаловедов, специалистов по механическим методам неразрушающих испытаний выделяется группа
исследователей из разных стран (Лебедев, Швец, ) которые теоретически и
экспериментально доказывают необходимость рассмотрения оценок твердости и прочности, полученных в результате единичных актов измерений, как случайных величин. В качестве информационных параметров выступают не только средние значения твердости и прочности материалов, но и параметров, характеризующих рассеяние анализируемых случайных величин. Актуальность работ, связанных с совершенствованием механических методов оценки технического состояния изделий на основе повышения их информативности применительно к металлическим изделиям, бетонам и другим строительным материалам не вызывает сомнений и подтверждается анализом литературных источников.
Предмет диссертационных исследований - методы измерения твердости поверхностных слоев изделий из металлов и прочности строительных материалов.
Объект исследований - алгоритмы обработки информации в методах измерения твердости и прочности поверхностного слоя металлических изделий и строительных материалов.
Цель работы - совершенствование механических методов оценки технического состояния изделий на основе анализа твердости и прочности, полученных в результате единичных актов измерений, как случайных величин.
Для реализации указанной цели работы решаются следующие основные задачи:
- доказать гипотезу о том, что твердость по Роквеллу поверхностного слоя испытуемого металлического образца как случайная величина распределена по логнормальному закону;
- экспериментально доказать, что средние значения твердости по Роквеллу по равновеликим фрагментам поверхности испытуемых образцов близки;
- доказать, что для оценки технического состояния испытуемых изделий необходимо использовать не только смещения оценок среднего значения и уровня рассеяния твердости по поверхности, но изменение характера выборочного распределения;
- рассмотреть возможность повышения информативности методов измерения твердости;
- доказать воспроизводимость измерения прочности бетонов на сжатие;
- экспериментально исследовать выборочные плотности распределения прочности бетонов на сжатие.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического и физического моделирования, системного анализа, планирования экспериментов, корреляционного и регрессионного анализа и статистической обработки результатов экспериментальных исследований.
Научная новизна:
- доказана гипотеза о том, что твердость по Роквеллу поверхностного слоя испытуемого металлического образца как случайная величина распределена по логнормальному закону;
- экспериментально доказана гипотеза о близости средних значений твердости по Роквеллу по равновеликим фрагментам поверхности испытуемых образцов;
- доказано, что для оценки технического состояния испытуемых изделий необходимо использовать не только смещения оценок среднего значения и уровней рассеяния твердости по поверхности, но изменение характера выборочного распределения;
- введены понятия информационно-избыточного и информационнодополнительного параметров прочности бетона и продемонстрированы особенности их практического применения;
- доказана воспроизводимость измерения прочности бетонов на сжатие;
- исследованы выборочные плотности распределения прочности бетонов на сжатие.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в результате диссертационных исследований алгоритмы обработки информации и рекомендации позволяют повысить степень доверия к результатам механических испытаний и точность информативных параметров для оценки технического состояния стальных изделий и строительных материалов в процессе их длительной эксплуатации в условиях негативных воздействий.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований использованы при оценке технического состояния колонн, перекрытий и стен нескольких недавно возведенных жилых и производственных зданий и сооружений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на XIX Всероссийской научно-практической конференции «Качество - стратегия XXI века» (Томск 2014), на VI Всероссийской конференции «Рессурсоэффективным технологиями - энергию и энтузиазм молодых» (Томск 2015), на XX Всероссийской научно-технической конференции «Виртуальные и интеллектуальные системы» (Барнаул 2015), на IV Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых «Рессурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее» (Томск 2015).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах, из них 2 статьи опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК.
Основные положения, выносимые на защиту:
- доказательство гипотезы о логнормальном характере распределения твердости по Роквеллу поверхностного слоя испытуемого металлического образца;
- доказательство гипотезы о близости средних значений твердости по Роквеллу по равновеликим фрагментам поверхности испытуемых образцов;
- доказательство необходимости использования не только смещения оценок среднего значения и уровней рассеяния твердости по поверхности, но изменения характера выборочного распределения для оценки технического состояния испытуемых изделий;
- понятия информационно-избыточного и информационнодополнительного параметров прочности бетона и демонстрация особенностей их практического применения;
- доказательство воспроизводимости измерений прочности бетонов на сжатие.
Купить