автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование процессов и параметров спрейерного охлаждения пружин при высокотемпературной термомеханической обработке

На правах рукописи

Копылов Константин Андреевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И ПАРАМЕТРОВ СПРЕЙЕРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРУЖИН ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКЕ

Специальность 05.02,13 - Машины, агрегаты и процессы (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск - 2013

005546104

005546104

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреж дении высшего профессионального образования «Ижевский государственный технически университет имени М.Т.Калашникова»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Бендерский Борис Яковлевич

Официальные оппоненты: Шаврин Олег Иванович,

доктор технических паук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова», заведующий кафедрой «Производство машин и механизмов»;

Бендер Сергей Анатольевич,

кандидат технических паук.

ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет», доцент кафедры «Теплоэнергетика».

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт механики Уральского отделения РАН»

Защита состоится «23» декабря 2013 года в 12-00 часов на заседании диссертационно го совета Д 212.065.03 ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический упиверси тет имени М.Т.Калашникова» по адресу: 426069 г. Ижевск, ул. Студенческая, 7. Е-та1 dissovet@istu.ni.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ижевский государс венный технический университет имени М.Т.Калашникова».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим на правлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Электронная версия автореферата размещена на официальном сайте Минобрнауки Рос

сии.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических паук, профессор

«20» ноября 2013 года

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время первоочередной задачей машиностроения является улучшение эксплуатационных характеристик технических устройств, поэтому актуальным становится обеспечение требований их повышенной прочности и надежности. Особое внимание здесь необходимо уделить машинам и агрегатам, детали которых работают в условиях циклического на-гружения, что объясняет жесткие требования, связанные с повышенной надежностью, долговечностью, прочностью, предъявляемые к пружинам. Существующая технология изготовления винтовых пружин сжатия, включающая горячую навивку, закалку с последующим отпуском, дробеструйную очистку поверхности имеет ряд недостатков, связанных с нарушением геометрии пружин в процессе закалки, значительным обезуглероживанием поверхностного слоя, что отрицательно сказывается на долговечности работы изделия. Ввиду этого, все большее распространение получают .методы термомсханпческой обработки (ТМО), среди которых широко используется метод высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО).

В работах академика Садовского В.Д., Берштейна М.Л., Прокошкина Д.А., Займовского В.А., Рахштадта А.Г. и других подтверждена перспективность разработки и применения ВТМО, разработаны физические основы ВТМО, созданы методы и технологические способы их реализации. Научной школой академика Академии технологических наук РФ, профессора Шаврина О.И. и его учеников Дементьева В.Б., Редькина Л.М., Маслова Л.Н., Конышева В.Н., Котельнпкова A.B. и других исследованы закономерности влияния технологических и структурных факторов на качество упрочненных деталей, разработано оборудование и комплексные технологические процессы ВТМО для производства пружинных изделий.

Эффективность метода определяется на основании обеспечения технологических параметров за счет реализации режимов нагрева и охлаждения заго-

товки. Однако, эти же процессы влекут за собой возникновение температурных напряжений, что приводит к появлению эффектов поводки и коробления изделия. С одной стороны, их исключение становится трудновыполнимой задачей, ввиду использования способа охлаждения заготовки погружением в заполненную охладителем ванну и может быть решено заменой стадии технологического процесса более перспективным способом - реализацией спрейерного охлаждения. С другой стороны, отсутствие достаточных знаний о происходящих пространственных нестационарных явлениях, характеризующих данный процесс, подчеркивает необходимость разработки научно обоснованного метода определения конструктивных и гидродинамических параметров спрейерной камеры и их связи с процессами охлаждения витков пружины. Вследствие вышесказанного тема диссертации является актуальной.

Объект исследования — цилиндрическая винтовая пружина сжатия.

Предмет исследования — процессы охлаждения пружин при ВТМО.

Цель исследования — научное обоснование конструктивных и гидродинамических параметров спрейерной камеры для охлаждения прутка пружины при ВТМО.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Определение температурного состояния пружины при входе в спрейер-ную камеру на основании исследования процессов охлаждения прутка в окружающей среде после нагрева в индукторе токами высокой частоты (ТВЧ) и взаимодействия навитой пружины с оправкой;

2. Выявление условий охлаждения пружины в спрейерной камере при условии равномерного подвода теплоносителя к поверхности;

3. Исследование процессов спрейерного охлаждения пружины при ВТМО в следующей последовательности:

— определить конструктивные и гидродинамические параметры спрейерной камеры для организации подвода охлаждающей жидкости, обеспечивающие максимальный контакт теплоносителя с поверхностью прутка пружины;

— установить влияние конструктивных и гидродинамических параметров на изменение нестационарного пространственного температурного поля пружины в процессе охлаждения с учетом фазовых переходов теплоносителя.

4. Интегрировать в АМЭУБ СРХ алгоритм и выполнить расчеты, отражающие влияние изменения нестационарного пространственного температурного поля пружины при спрейерном охлаждении на образование областей возможных структур материала;

5. Разработать рекомендации для проектирования конструкции спрейерной камеры с рациональным режимом охлаждения прутка пружины при ВТМО.

Методы исследования. Решение поставленных задач основано на применении эмпирических и теоретических методов, в том числе методов математического моделирования тепловых и гидродинамических процессов с применением современных вычислительных программных средств (программный комплекс

А^УБ).

На защиту выносится:

1. Методика и результаты численного моделирования процессов охлаждения прутка пружины:

1.1. После нагрева ТВЧ, а также взаимодействия пружины с оправкой после навивки;

1.2. В спрсйсре:

— при условии равномерного подвода, теплоносителя для определения времени охлаждения и коэффициента теплообмена, обеспечивающих требуемое снижение температуры в ядре прутка;

— при отсутствии теплообмена для выявления конструктивных и гидродинамических параметров спреперноп камеры, обеспечивающих наибольший контакт теплоносителя с поверхностью пружины;

— с учетом теплообмена и испарения теплоносителя для определения фактической скорости охлаждения.

2. Интегрированный в А^УБ СРХ алгоритм и результаты расчета образования возможных структур материала в зависимости от нестационарного трехмерного температурного поля в прутке пружины;

3. Конструктивные и гидродинамические параметры спрейерных камер, обеспечивающие рациональное охлаждение прутка пружины при ВТМО.

Научная новизна диссертационного исследования и результатов, полученных лично автором, заключается в следующем:

Впервые выявлено два режима, обеспечивающих максимальный контакт теплоносителя с поверхностью прутка в зависимости от числа N используемых для подачи охлаждающей жидкости форсунок, скорости г)дг впрыска теплоносителя, угла ф относительного расположения форсунок и радиуса Я внутренней поверхности спрейерной камеры:

1. Две форсунки, ^'2=4,5 м/с, ф=60°, Я=100 мм;

2. Три форсунки г>з=2,9 м/с, ф=ЪЪ°, Я=70 мм.

Определено, что скорость охлаждения при впрыске теплоносителя из двух форсунок ?'охл2=175 К/с и трех "охлз=169,6 К/с превышает величину критической и позволяет получить требуемое распределение температуры в ядре прутка пружины.

Получено нестационарное трехмерное температурное поле прутка и пружины на оправке до поступления в спрейерную камеру и показано возникновение локального изменения структуры в области контакта прутка 019 мм с оправкой (площадь участка 0,7 мм2, температура области - 957 К при т=5 с).

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечена использованием фундаментальных законов сохранения количества движения, массы, энергии, апробированными методами их решения, использованием сертифицированного программного комплекса А^УБ.

Практическая ценность работы. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании спрейерных камер и модификации уже существующих технологических процессов.

Личный вклад. Автором выполнено исследование процессов охлаждения пружины с использованием методов математического моделирования нестационарных задач теплопроводности, гидродинамики и сопряженного теплообмена, характеризующих основные технологические операции ВТМО.

Апробация работы. Результаты, полученные в диссертации, докладывались на 9 международных и 7 всероссийских научных конференциях: «XXXVI Гагаринские чтения» (г. Москва, 06-10 апреля 2010 г.), «XVIII Туполевские чтения» (г. Казань, 26-28 мая 2010 г.), «XXII Юбилейный семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям» (г. Санкт-Петербург, 22-25 июня

2010 г.), «VII школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е.Алемасова» (г. Казань, 15-17 сентября 2010 г.), «Мавлютовские чтения» (г. Уфа, 26-27 октября 2010 г.), «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (г. Ижевск, 15-18 марта 2011 г.), «Седьмая Всероссийская конференция по внутрикамерным процессам и горению в установках на твердом топливе и ствольных системах (ICOC'2011)» (г. Ижевск, 29-31 марта

2011 г.), «XXXVII Гагаринские чтения» (г. Москва, 05-08 апреля 2011 г.), «XIX Туполевские чтения» (г. Казань, 24-26 мая 2011 г.), «XX Туполевские чтения» (г. Казань, 22-24 мая 2012 г.), «XXIII всероссийский семинар с международным участием по струйным, отрывным и нестационарным течениям» (г. Томск, 26 - 29 июня 2012 г.), «XVI Международная конференция по методам аэрофизических исследований» (г. Казань, 19-25 августа 2012 г.), «VIII школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е.Алемасова» (г. Казань, 1618 октября 2012 г.), «II Всероссийская научно-техническая конференция аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием ''Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса и XXI веке"» (г. Ижевск, 2325 апреля 2013 г.), «Будущее машиностроения России. Шестая Всероссийская

конференция молодых ученых и специалистов» (г. Москва, 25-28 сентября 2013 г.), «XXXIX Гагаринские чтения» (г. Москва, 09-13 апреля 2013 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 26 научных работах, в том числе 4 работы в изданиях ведущих рецензируемых журналов, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 108 наименований. Работа изложена на 161 листе машинописного текста, содержит 70 рисунков, 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы, дана общая характеристика и изложены основные этапы, анализируемые в ходе работы.

В первой главе представлены существующие классификации винтовых пружин по различным признакам, выполнена их консолидация. Отражены теоретические основы и принципы процесса изготовления пружин, описана общая последовательность операций, а также представлен подробный обзор метода ВТМО стали, предложенного Шавриным О.И., который включает следующие основные этапы: нагрев прутка ТВЧ, горячую навивку на оправку и закалку с последующим отпуском.

Рассмотрены теоретические принципы, традиционно используемые для исследования процессов ТМО, приведены особенности и перспективы применения ВТМО. Показано, что эффективность данного метода определяется на основании обеспечения режимов нагрева и охлаждения заготовки, указаны достоинства и недостатки технологии. Для устранения имеющихся несовершенств предлагается осуществить внедрение контролируемого отвода тепла от изделия за счет реализации процесса спрейерного охлаждения пружин. Однако, из-за того, что характерные для него пространственные нестационарные явления изучены

недостаточно и отсутствует их экспериментальная оценка, произведена постановка задач для достижения цели работы.

Во второй главе представлены физические постановки задач теплопроводности, гидродинамики и сопряженного теплообмена, сформулированы допущения, используемые при постановке каждой задачи, осуществлен выбор математических моделей и методов их решения. Для исследования возникающих процессов охлаждения при ВТМО предложена методика изучения их влияния на изменение температуры пружины с учетом нестационарности,- пространствен-ности, нелинейности теплофизических свойств веществ и материалов.

Определение изменения температуры пружины диаметрами прутка 011,19, 28 мм в задачах охлаждения при выходе из индуктора ТВЧ, а также взаимодействия пружины с оправкой и окружающей средой выполнено с учетом нелинейности теплофизических свойств материалов оправки и прутка пружины, использовались следующие условия расчета: начальная температура пружины -1273 К, окружающей среды и оправки - 293 К, степень черноты поверхностей (полированная сталь) - 0,55, материал прутка/пружины - Сталь 60С2, оправки - Сталь 45, контакт оправки с прутком происходит по площадке шириной 1СГ6 м.

Для дальнейшего исследования охлаждения прутка пружины необходима оценка отводимого теплового потока, обеспечивающего заданное распределение температуры в прутке (температура в ядре Гядрл=773 К). Итерационно осуществлен выбор коэффициента теплообмена и времени процесса при условии равномерного охлаждения поверхности пружины с диаметром прутка 011, 19, 28 мм. Решается задача конвективного теплообмена: пружина (начальная температура 1273 К) находится в спрейерной камере, где происходит равномерный теплоотвод.

Для исследования процессов в спрейерной камере рассматриваются следующие постановки:

1. Гидродинамическая постановка. Необходима для оценки гидродинамических параметров обтекания пружины в спрейерной камере и определения низкоскоростных зон в зависимости от выбранных конструктивных и гидродинамических параметров оборудования. В качестве математической модели используется вязкая несжимаемая жидкость, поведение которой описывается системой уравнений Навье-Стокса. Расчетная область представлена на рисунке

Рисунок 1 - Схема расчетной области (а), распределение объемной доли воды Эцгатеп (б), скорости движения теплоносителя г>овт (в) в спрейерной камере

На границах задаются следующие граничные условия:

- «А» нормальная составляющая скорости впрыска теплоносителя (значение скорости изменяется в интервале от 0,5 м/с до 9 м/с);

- «Б», «В» «мягкие» граничные условия;

- поверхности прутка, оправки и спрейера (границы «С») нормальная и касательная составляющие скорости равны нулю.

2. Постановка задачи сопряженного теплообмена. Рассматривается модель взаимодействия теплоносителя с нагретым элементом прутка пружины при охлаждении в спрейерной камере. Математическая модель учитывает конвек-

тивный теплообмен, тешюфизические свойства материала пружины и фазовые переходы теплоносителя (вода-пар). Расчет выполнен в нестационарной двухмерной и трехмерной постановках.

В главе приводятся допущения для перечисленных математических моделей, системы уравнений, начальные и граничные условия.

В третьей главе рассматриваются результаты расчета нестационарных трехмерных полей температуры в пружине при охлаждении на стадиях технологического процесса.

Из рисунка 2 видно, что после нагрева прутка ТВЧ и выхода в окружающую

среду, температура в ядре снизилась на Ди=27,9 К, Д19=12,3 К, Д28=4,43 К за время т=6 с, соответственно.

* 1273

О а ядре прутка диаметром 11 мм при охлаждаемом торце □ а ядре прутка диаметром 19мм при охлаждаемом торце У п ядре прутка диаметром 28мм при охлаждаемом горце

в ядре прутка диаметром 11мм при «охлаждаемом торце Я и ядре прутка диаметром 19мм при насаждаемом торце X а ядре прутка диаметром 28мм при цеохдаждаемом торце

Рисунок 2 - Изменение максимальной температуры в ядре прутка с течением

времени

Из полученного результата (рисунок 2) следует, что влиянием снижения температуры в прутке пружины после нагрева ТВЧ можно пренебречь.

Вычислено нестационарное температурное поле в пружине на оправке. Результаты расчета представлены на рисунке 3.

• в ядре прутка 11 мм О в ядре прутка 19 мм

© п ядре пруток 28 мм ■ на внутренней поверхности оправкп (пруток 11 мм)

□ на внутренне» поверхности оправки (пруток 19 мм) Она внутренней поверхности оправки (пруток 28 мм)

Рисунок 3 - Пространственное распределение температуры в пружине с диаметром прутка 019 мм и оправке при т =5 с (а), изменение максимальной температуры в ядре прутка и на внутренней поверхности оправки с течением

времени (б)

Выявлено, что при навитой на оправку пружине за время т=5 с происходит

)

снижение температуры в ядре прутка на Дц=127,39 К, Д10=17 К, А28=0,88 К и ' повышение температуры на внутренней поверхности оправки, соответственно, I на Ац=112,56 К, Д1Э=135,01 К, Д28=139,46 К. !

При охлаждении пружины в спрейерной камере (рисунок 4) осуществляется окончательный отвод тепла от пружины. Определены значения коэффициента > теплообмена и времени процесса при условии равномерного подвода теплоно- ■ сителя к поверхности пружины и обеспечения требуемого распределения тем- } пературы в сечении прутка - ац^2,4£:-|-3 Вт/(м2 ■ К), а19=9,2£+4 Вт/(м2 • К) \ при т=5 с, для 0 28 мм - а28=1,85£+4 Вт/(м2 • К) при т=7 с.

Таким образом, в третьей главе даны оценки температурного состояния пру- I жины до стадии ее охлаждения в спрейере. |

В четвертой главе рассматриваются результаты расчета процесса спрейер-но го охлаждения пружины.

П I

Температура, К Время: 5 с

772,58

727,94 679,24 630,54 581,84 533,14 484,44 435,75 387,05 338,35

0,200 (м)

1200

5,

1100

I а 1000

с с-

I 5

с 5

II

£ 900

800

700

& пруток - 11 мм У- пруток - 19 мм А пруток - 28 мм

'••А А *

«г к

А.

1 к \

А

2 3 4 Время, с (6)

Рисунок 4 - Пространственное распределение температуры в сечении пружины с диаметром прутка 019 мм при Вт/(м2 • К), т=5 с (а),

изменение максимальной температуры в ядре прутка с течением времени (б)

При решении гидродинамической задачи оценки контакта теплоносителя с поверхностью прутка пружины вводится два коэффициента: обтекания поверхности прутка (А'оп = аконт/360°) и коэффициент, характеризующий низкоскоростную зону (А'з = аз/360°). В формулах для их определения аконт - центральный угол, опирающийся на дугу контакта теплоносителя с поверхностью прутка, где объемная доля воды З^уатек. >0,9 (рисунок 16) паз - центральный угол, опирающийся на дугу контакта теплоносителя, скорость которого ъ'обт <0,001 .м/с с поверхностью прутка (рисунок 1в).

При подаче теплоносителя через одну форсунку со скоростью г>1=0,5-9 м/с, значение А'оп снижается с 0,36 до 0,27, при этом, определен минимум А'з=0,2 (г/х= 1 м/с).

С целью увеличения А'оп проведено параметрическое исследование влияния числа форсунок N. скорости впрыска г>н, угла между форсунками ф и радиуса И внутренней поверхности сирейерной камеры.

Определено, что максимальное значение коэффициентов, достигающих значений Коп=1 и Кз =0,407 обеспечивают две форсунки с параметрами: г;2=4,5 м/с, ф =60°, Я=100 мм, а также К0П=1 и К3=0,511 три форсунки при г;3=2,9

м/с, гЬ =70°, я=55 мм.

Результаты расчета нестационарной двухмерной задачи с учетом фазовых

переходов представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 - График изменения максимальной температуры в ядре (а) и на поверхности прутка вблизи низкоскоростной зоны (б) диаметром сечения 019 мм при охлаждении в спрейерной камере с впрыском теплоносителя со скоростью 1 м/с, распределение объемной доли воды в моменты времени т(1)=1,6 с, г(2)= 3,2 с и т(3)=4,6 с

Из рисунка 5 следует, что локальный минимум значения температуры на поверхности прутка пружины на кривой связан с фазовым переходом воды в пар при т(г)=1,6 с и г(3)= 4,6 с. Локальный максимум при т(2)=3,2 с объясняется разрушением паровой подушки вблизи поверхности прутка пружины и проникновением в данную область теплоносителя.

1210

0

Объемная доля воды -т 1.000е+000 :г 9.000е-001 1 8.000е-001 Ц 7.000е-001 6.000е-001 5.000е-001 4000е-001 3.000е-001 2.000е-001 1.000в-001 8.414е-013

Исследования влияния скорости впрыска на скорость охлаждения материала показали, что при скорости впрыска из двух г'2=4,5 м/с и трех форсунок - г>з=2,9 м/с, скорости охлаждения составили, соответственно, г>охл2=175 К/с и ъ'охлз=169,6 К/с. На основании условия г'охлд' > г'(охл крит) показана возможность использования режимов с данными параметрами при обеспечении пространственного нестационарного температурного поля в прутке пружины.

Для оценки влияния полученного нестационарного трехмерного температурного поля на возможную пространственную структуру материала прутка пружины осуществлена интеграция алгоритма в программный комплекс АКБУБ СРХ.

Расчеты определения возможной структуры материала для пружины с диаметром прутка 019 мм показали:

1. Снижение температуры прутка пружины после выхода из индуктора ТВЧ не оказывает влияния на структуру материала;

2. Локализованное образование мартенситной структуры в области контакта пружины с оправкой (размер площади участка 0,7 мм2, температура области -957 К при т=5 с);

3. Смещение областей более пластичных структур от центра прутка пружины к верхней части сечения при охлаждении прутка на оправке в спрейере;

4. Время возможного полного преобразования аустенитной структуры в мар-тенситную т=3,5 с.

В заключительном разделе главы на основании результатов проведенного исследования дано обоснование выбора конструктивных и гидродинамических параметров: ./V, гдг, ф и Я спрейерной камеры, обеспечивающей рациональный подвод теплоносителя к поверхности охлаждаемой пружины.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе изложено научно-обоснованное решение важной прикладной задачи, характеризующей процессы охлаждения пружины при ВТМО.

Предложенная методика позволяет определять нестационарные пространственные температурные поля в пружине и прутке на каждом этапе технологического процесса, с учетом свойств материала и межфазного взаимодействия теплоносителя с окружающей средой.

В ходе исследования получены следующие результаты и сделаны выводы:

1. Установлено, что охлаждение прутка после нагрева ТВЧ и выхода в окружающую среду несущественно влияет на уменьшение температуры изделия -температура в ядре снижается, соответственно, на Дц=27,9 К, Д1д=12,3 К, Д28=4143 К за время т=6 с. Определено, что за время контакта т=5 с пружины с оправкой происходит уменьшение температуры в ядре прутка на Ди=127,39 К, Д1э=17 К, Д28=0,88 К.

2. Выявлено, что снижение температуры в ядре прутка пружины до 773 К за время т=5 с обеспечат коэффициенты теплоотдачи ац—2,4Е+3 Вт/(м2 ■ К), «19=9,2Е+4 Вт/(м2 ■ К). Для охлаждения пружины с диаметром прутка 0 28 мм требуется т=7 с и аг8=1,85£+4 Вт/(м2 ■ К).

3. Определено, что максимальный контакт теплоносителя с поверхностью прутка пружины обеспечивают следующие конструктивные и гидродинамические параметры: две форсунки, «2=4,5 м/с, ф=60°, Я=100 мм и три форсунки, ?>з=2,9 м/с, ^=55°, Д=70 мм.

4. Установлено, что при выборе конструктивных параметров спрейера, обеспечивающих скорости охлаждения выше критической необходимо использовать две (г;0хл2=175 К/с) или три форсунки (г;0хлз=169,6 К/с).

5. При исследовании влияния охлаждения на изменение структуры материала, отмечена локализация мартенснтной структуры в области контакта при нахождении пружины на оправке (размер площади участка 0,7 мм2, температура области - 957 К при т—5 с) и смещение областей более пластичных структур от центра прутка пружины к верхней части сечения при охлаждении прутка на оправке в спрейсре. Определено, что время возможного полного преобразования аустенитной структуры в мартенситную т=3,5 с.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

- в изданиях, включенных в перечень рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК

1. Бендсрский Б.Я., Копылов К.А. Моделирование процессов теплообмена при изготовлении пружин методом высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) // Химическая физика и мезоскопия. - 2011. - Т.13, М. -С. 28-36.

2. Бендерский Б.Я., Копылов К. А. О выборе условий впрыска теплоносителя спрейером в процессе изготовления пружин методом ВТМО // Интеллектуальные системы в производстве. - 2012. - № 2. - С. 5-9.

3. Копылов К.А. О выявлении низкоскоростных зон в процессе взаимодействия теплоносителя с прутком в спрейере // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2013. - № 1. - С. 95-102.

4. Бендерский Б.Я., Копылов К.А. Моделирование процесса взаимодействия теплоносителя с прутком в спрейерной камере // Автоматизация и современные технологии. - 2013. - № 10. - С. 38-43.

- в рецензируемых изданиях

5. Бендерский Б.Я., Копылов К.А. Исследование гидродинамики и теплообмена процесса изготовления пружин с применением ВТМО // Струйные, отрывные и нестационарные течения: XXII юбилейный семинар с международным участием. - - СПб.: Балт. Гос. Техн. Ун-т; СПбГУ.., 2010. - С. 264-265.

6. Копылов К. А. Математическое моделирование процессов теплообмена при изготовлении пружин с использованием комплекса ANS YS CFX 11 // Струйные, отрывные и нестационарные течения: XXII юбилейный семинар с международным участием. - - СПб.: Балт. Гос. Техн. Ун-т; СПбГУ., 2010. - С.282-283.

7. Копылов К.А. Исследование гидродинамики и процессов теплообмена на примере изготовления пружин с применением ВТМО // Сборник трудов седьмой всероссийской конференции по внутрикамерным процессам и горению ЮОС 2011 (29-31 марта). - Ижевск: ИПМ УРО РАН, 2011. - С.59-66.

8. Бендерский Б.Я., Копылов К.А. Моделирование процесса взаимодействия струи теплоносителя с поверхностью прутка пружины в спрейерной камере // XXIII всероссийский семинар с международным участием по струйным, отрывным и нестационарным течениям. - Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2012. - С.51-53.

9. Копылов К.А. Моделирование процессов гидро-, газодинамики пространства спрейерной камеры, возникающих при охлаждении пружин, изготавливаемых методом ВТМО / / International Conference on the Methods of Aerophysical Research. - Kazan: Abstracts. Pt. II / Ed. V.M. Fomin, 2012. - P.156-158.

10. Бендерский Б.Я., Копылов К.А. Сопряженная задача теплообмена при охлаждении прутка пружины в спрейере // International Conference on the Methods of Aerophysical Research. - Kazan: Abstracts. Pt. II / Ed. V.M. Fomin, 2012. - P.37-39.

- прочие

11. Копылов K.A., Шаклеин A.A. Математическое моделирование процессов теплопроводности при изготовлении пружин с использованием методов ВТМО // Математическое моделирование в образовании, науке и производстве: Тезисы VI Международной конференции. - Тирасполь: Изд-во Приднестр. ун-та., 2009. - С.74.

12. Копылов К.А., Шаклеин A.A. Математическое моделирование технологических процессов при изготовлении пружин с использованием методов ВТМО // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция: Уфимск. Гос. авиац. Техн.ун-т. - Уфа: УГАТУ, 2009. - Т.1. - С.13-14.

13. Копылов К.А. Исследование теплообмена в процессе изготовления пружин с применением ВТМО // XXXVI Гагаринские чтения: международная молодежная научная конференция. Тезисы докладов секции №3 «Механика и моделирование материалов и технологий». - Москва: ИПМех РАН, 2010. - Т.1. -С.53-55.

14. Копылов К.А. Применение комплекса ANSYS для моделирования тепломассообмена при изготовлении пружин // XVIII Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция, 26-28 мая 2010 года: материалы конференции. - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та., 2010. - Т.1. - С.60-61.

15. Копылов К.А. Применения САЕ программ в методике моделирования гидродинамики и теплообмена в процессе изготовления пружин методами ВТМО // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении: Материалы докладов VII школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2010. - С.143-145.

16. Копылов К.А. Математическое моделирование процесса изготовления пружин методом ВТМО средствами программного пакета ANSYS // Математическое моделирование в образовании, науке и производстве: Тезисы VII Международной конференции. - Тирасполь: Изд-во Приднестр. ун-та, 2011. - С.68.

17. Копылов К.А. Решение сопряженной задачи гидродинамики и теплообмена для охлаждения нагретых изделий из металлов в технологических процессах // XXXVII Гагаринские чтения. Научные труды международной молодежной научной конференции в 8 томах. - Москва: МАТИ, 2011. - Т.1. - С.188-189.

18. Жиляев C.B., Кугультинов С.Д., Попов И.В., Копылов К.А. Влияние режимов резания на температуру режущей кромки токарных резцов при обработке титановых сплавов // Вестник ИжГТУ. - Ижевск: Изд-во. ИжГТУ, 2011. С.7-10.

19. Конылов К.А. Исследование гидродинамики при обтекании поверхности прутка теплоносителем // XIX Туполевские чтения: Международная моло-

дежная научная конференция, 24-26 мая 2011 года: материалы конференции. -Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та., 2011. - С.97-99.

20. Копылов К.А. Параметрическое исследование застойных зон в задаче подвода теплоносителя к поверхности прутка пружины // XX Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция, 22-24 мая 2012 года: материалы конференции. - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та., 2012. - Т.2. - С.142-145.

21. Копылов К.А. Повышение эффективности теплоотвода процесса охлаждения пружин при анализе коэффициента обтекания поверхности // XX Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция, 22-24 мая 2012 года: материалы конференции. - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. унта., 2012. - Т.1. - С.273-276.

22. Копылов К.А. Моделирование сопряженного теплообмена в задаче подвода теплоносителя к цилиндрическому телу на этапе охлаждения ВТМО // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении: Материалы докладов VII школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова. Казань, 16-18 октября 2012 г. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та., 2012. - С. 154-156.

23. Бендерский Б.Я., Копылов К.А. Влияние перепада давления в задаче подвода теплоносителя к поверхности прутка пружины в спрейерной камере // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении: Материалы докладов VII школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова. Казань, 16-18 октября 2012 г. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та., 2012. - С. 151-153.

24. Копылов К.А. О выявлении низкоскоростных зон процесса взаимодействия теплоносителя с пружиной в спрейере // Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке [Электронный ресурс]: электронное научное издание: сборник трудов II Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участи-

ем. - Ижевск: Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова», 2013. - С.109-113.

25. Копылов К.А. Коэффициент циркуляции, как один из показателей эффективности подвода теплоносителя к охлаждаемой поверхности // XXXIX Га-гаринские чтения. Научные труды международной молодежной научной конференции. - Москва: МАТИ, 2013. - Т.1. - С.131-132.

26. Копылов К.А. О влиянии угла относительного расположения форсун- • ки на обтекание поверхности теплоносителем // XXXIX Гагаринские чтения. Научные труды международной молодежной научной конференции. - Москва: МАТИ, 2013. - Т.1. - С.87-89.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет имени

М. Т. Кал аш н и кова» (ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова»)

На правах рукописи 04201454736 /)[/ //

Шрь

//А/

Копылов Константин Андреевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И ПАРАМЕТРОВ СПРЕЙЕРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРУЖИН ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКЕ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (машиностроение)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Бендерский Б.Я.

Ижевск - 2013

Сокращения и обозначения

N - число форсунок, используемых для подачи теплоносителя;

1>дг - скорость впрыска теплоносителя через форсунку;

^охллг - скорость охлаждения материала;

vkp - критическая скорость охлаждения материала;

а - коэффициент теплоотдачи;

do к - коэффициент избытка окислителя;

Л - коэффициент теплопроводности материала;

ф - угол относительного расположения форсунок;

р - плотность вещества;

г - время процесса;

R - радиус внутренней поверхности спрейерной камеры;

S - объемная доля вещества;

Т - температура;

х, у, z - декартовые координаты

Re - число Рейнольдса;

Nu - число Нуссельта;

CFD — вычислительная гидродинамика (computational fluid dynamics);

VOF — метод объема жидкости (volume of fluid);

BTMO — высокотемпературная термомеханическая обработка;

ГУ - граничное условие;

КИМ - коэффициент использования металла;

КМГЭ - комплексный метод граничных элементов;

КЭ — конечный элемент;

МКЭ — метод конечных элементов;

САПР — средства автоматического проектирования;

ТВЧ — ток высокой частоты;

ТМО — термомеханическая обработка.

Ч

Содержание

Сокращения и обозначения......................................................1

Введение..........................................................................6

1 Обзор и анализ общих вопросов технологии изготовления пружин ... 12

1.1 Классификация витых пружин ............................................13

1.2 Технология изготовления пружин..........................................16

1.3 Обзор технологии высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) стали............................................................17

1.3.1 Краткая историческая справка развития ВТМО........................17

1.3.2 ВТМО, как основа технологии изготовления пружин..................20

1.3.3 Подготовка и подача заготовки............................................22

1.3.4 Нагрев заготовки ..........................................................22

1.3.5 Навивка калиброванного прутка на оправку............................29

1.3.6 Термическая обработка прутка............................................31

1.3.6.1 Охлаждение водяным душем и водяным потоком....................34

1.3.6.2 Охлаждение масляным душем..........................................35

1.3.6.3 Охлаждение душем водных растворов неорганических и органических соединений..........................................................36

1.3.6.4 Другие методы охлаждения после индукционного нагрева..........38

1.4 Кинетика фазовых переходов материала..................................40

1.5 Постановка проблемы........................................................43

2 Физические и математические модели операций технологического процесса ............................................................................46

2.1 Физические модели тепловых процессов технологии изготовления пружин ............................................................................47

2.1.1 Выход прутка из индуктора ТВЧ. Задачи лучистого теплообмена . . 47

2.1.2 Взаимодействие прутка с оправкой в процессе навивки. Задачи теплопередачи ..................................................................48

2.1.3 Подвод теплоносителя к поверхности прутка. Задачи гидродинамики. 50

2.1.4 Охлаждение прутка в сирейерной камере. Задачи сопряженного теплообмена ....................................................................56

2.1.5 Постановка целей, задач. Ожидаемые результаты......................61

2.2 Математическая постановка задач..........................................63

2.2.1 Теплообмен прутка с окружающей средой после выхода из индуктора 63

2.2.2 Теплообмен прутка с оправкой и окружающей средой при навивке. . 65

2.2.3 Теплообмен прутка с теплоносителем при охлаждении в спрейерной камере........................................................................67

2.2.4 Подвод теплоносителя к поверхности нрутка в спрейерной камере

без учета испарения........................................................68

2.2.5 Взаимодействие теплоносителя с прутком пружины с учетом испарения теплоносителя........................................................72

3 Оценка тепловых потерь прутка пружины за время переходов между

этапами технологического процесса..........................................76

3.1 Алгоритм постановки задач теплообмена средствами программного комплекса А^УБ............................................................76

3.2 Охлаждение прутка пружины при выходе из индуктора ТВЧ..........77

3.2.1 Задание теплофизических свойств материала ..........................78

3.2.2 Построение твердотельной геометрической модели. Особенности ... 79

3.2.3 Построение сеточной модели рассматриваемой геометрии..............81

3.2.4 Постановка начальных и граничных условий............................84

3.2.5 Анализ результатов расчета ..............................................86

3.3 Расчет процессов теплопроводности при навивке прутка на оправку . 88

3.3.1 Задание теплофизических свойств материалов..........................88

3.3.2 Построение твердотельной геометрической модели. Особенности импорта «внешней» геометрической модели....................89

3.3.3 Построение сеточной модели....................... 90

3.3.4 Постановка задачи взаимодействия пружины с оправкой....... 92

3.3.5 Анализ результатов расчета ....................... 93

3.4 Задача выбора коэффициента теплоотдачи и времени процесса охлаждения пружины в сирейерной камере.................. 96

3.4.1 Создание геометрической и построение сеточной модели....... 97

3.4.2 Анализ возможных условий охлаждения пружины .......... 98

3.5 Повитковое охлаждение пружины.....................102

3.6 Основные результаты и выводы......................104

4 Обоснование режимов подвода теплоносителя к поверхности прутка пружины в спрейерной камере..........................106

4.1 Краткая информация об А^УЭ СРХ ..................108

4.2 Верификация программного продукта на примере решения задачи гидродинамики ...............................108

4.3 Решение гидродинамической задачи процесса подвода теплоносителя

к поверхности прутка в сирейерной камере без учета испарения .... 112

4.3.1 Определение условий подвода теплоносителя..............112

4.3.2 Исследование гидродинамических параметров потока жидкости из форсунки спрейерной камеры ......................115

4.3.2.1 Определение области контакта теплоносителя с поверхностью прутка! 17

4.3.2.2 Выявление механизма процесса образования низкоскоростных зон 121

4.3.2.3 Пространственная задача взаимодействия теплоносителя с поверхностью прутка пружины в спрейерной камере............125

4.4 Обсуждение результатов..........................129

4.5 Исследование процесса спрейерного охлаждения пружины при различных условиях подвода теплоносителя.................130

4.5.1 Исследование влияния диаметра форсунки на скорость охлаждения

материала..................................130

4.5.2 Исследование влияния расстояние форсунки от поверхности пружины на скорость охлаждения материала.................132

4.5.3 Исследование влияния количества форсунок и скорости подачи теплоносителя на скорость охлаждения материала............134

4.6 Спрейерное охлаждение витка пружины.................137

4.7 Моделирование структурных превращений пружинной стали 60С2 в процессе спрейерного охлаждения.....................139

4.8 Рекомендации по выбору параметров спрейерной камеры для обеспечения критической скорости охлаждения материала пружины .... 145

Основные результаты и выводы........................149

Список использованных источников......................151

Введение

Актуальность работы. В настоящее время первоочередной задачей машиностроения является улучшение эксплуатационных характеристик технических устройств, поэтому актуальным становится обеспечение требований их повышенной прочности и надежности. Особое внимание здесь необходимо уделить машинам и агрегатам, детали которых работают в условиях циклического на-гружения, что объясняет жесткие требования, связанные с повышенной надежностью, долговечностью, прочностью, предъявляемые к пружинам. Существующая технология изготовления винтовых пружин сжатия, включающая горячую навивку, закалку с последующим отпуском, дробеструйную очистку поверхности имеет ряд недостатков, связанных с нарушением геометрии пружин в процессе закалки, значительным обезуглероживанием поверхностного слоя, что отрицательно сказывается на долговечности работы изделия. Ввиду этого, все большее распространение получают методы термомеханической обработки (ТМО), среди которых широко используется метод высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО).

В работах академика Садовского В.Д., Берштейна М.Л., Прокошкина Д.А., Займовского В.А., Рахштадта А.Г. и других подтверждена перспективность разработки и применения ВТМО, разработаны физические основы ВТМО, созданы методы и технологические способы их реализации. Научной школой академика Академии технологических наук РФ, профессора Шаврина О.И. и его учеников Дементьева В.Б., Редькина JI.M., Маслова Л.Н., Конышева В.Н., Котельникова A.B. и других исследованы закономерности влияния технологических и структурных факторов на качество упрочненных деталей, разработано оборудование и комплексные технологические процессы ВТМО для производства пружинных изделий.

Эффективность метода определяется на основании обеспечения технологических параметров за счет реализации режимов нагрева и охлаждения заготовки. Однако, эти же процессы влекут за собой возникновение температурных

напряжений, что приводит к появлению эффектов поводки и коробления изделия. С одной стороны, их исключение становится трудповынолнимой задачей, ввиду использования способа охлаждения заготовки погружением в заполненную охладителем ванну и может быть решено заменой стадии технологического процесса более перспективным способом - реализацией сирейерного охлаждения. С другой стороны, отсутствие достаточных знаний о происходящих пространственных нестационарных явлениях, характеризующих данный процесс, подчеркивает необходимость разработки научно обоснованного метода определения конструктивных и гидродинамических параметров спрейерной камеры и их связи с процессами охлаждения витков пружины. Вследствие вышесказанного тема диссертации является актуальной.

Объект исследования — цилиндрическая винтовая пружина сжатия.

Предмет исследования — процессы охлаждения пружин при ВТМО.

Цель исследования — научное обоснование конструктивных и гидродинамических параметров спрейерной камеры для охлаждения прутка пружины при ВТМО.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Определение температурного состояния пружины при входе в спрейер-ную камеру на основании исследования процессов охлаждения прутка в окружающей среде после нагрева в индукторе токами высокой частоты (ТВЧ) и взаимодействия навитой пружины с оправкой;

2. Выявление условий охлаждения пружины в спрейерной камере при условии равномерного подвода теплоносителя к поверхности;

3. Исследование процессов сирейерного охлаждения пружины при ВТМО в следующей последовательности:

— определить конструктивные и гидродинамические параметры спрейерной камеры для организации подвода охлаждающей жидкости, обеспечивающие максимальный контакт теплоносителя с поверхностью прутка пружины;

— установить влияние конструктивных и гидродинамических параметров на изменение нестационарного пространственного температурного поля пружины в процессе охлаждения с учетом фазовых переходов теплоносителя.

4. Интегрировать в А^УЭ СРХ алгоритм и выполнить расчеты, отражающие влияние изменения нестационарного пространственного температурного поля пружины при спрейерном охлаждении па образование областей возможных структур материала;

5. Разработать рекомендации для проектирования конструкции енрейерной камеры с рациональным режимом охлаждения прутка пружины при ВТМО.

Методы исследования. Решение поставленных задач основано на применении эмпирических и теоретических методов, в том числе методов математического моделирования тепловых и гидродинамических процессов с применением современных вычислительных программных средств (программный комплекс АШУБ).

На защиту выносится:

1. Методика и результаты численного моделирования процессов охлаждения прутка пружины:

1.1. После нагрева ТВЧ, а также взаимодействия пружины с оправкой после навивки;

1.2. В спрейере:

— при условии равномерного подвода теплоносителя для определения времени охлаждения и коэффициента теплообмена, обеспечивающих требуемое снижение температуры в ядре прутка;

— при отсутствии теплообмена для выявления конструктивных и гидродинамических параметров спрейерной камеры, обеспечивающих наибольший контакт теплоносителя с поверхностью пружины;

— с учетом теплообмена и испарения теплоносителя для определения фактической скорости охлаждения.

2. Интегрированный в А^УБ СРХ алгоритм и результаты расчета образования возможных структур материала в зависимости от нестационарного трехмерного температурного поля в прутке пружины;

3. Конструктивные и гидродинамические параметры спрейерных камер, обеспечивающие рациональное охлаждение прутка пружины при ВТМО.

Научная новизна диссертационного исследования и результатов, полученных лично автором, заключается в следующем:

Впервые выявлено два режима, обеспечивающих максимальный контакт теплоносителя с поверхностью прутка в зависимости от числа N используемых для подачи охлаждающей жидкости форсунок, скорости впрыска теплоносителя, угла ф относительного расположения форсунок и радиуса И внутренней поверхности спрейерной камеры:

1. Две форсунки, г>2=4,5 м/с, ^—60°, Д—100 мм;

2. Три форсунки ^=2,9 м/с, ^>=55°, Я=70 мм.

Определено, что скорость охлаждения при впрыске теплоносителя из двух форсунок г>охл2=175 К/с и трех г>охлз—169,6 К/с превышает величину критической и позволяет получить требуемое распределение температуры в ядре прутка пружины.

Получено нестационарное трехмерное температурное иоле прутка и пружины на оправке до поступления в сирейерную камеру и показано возникновение локального изменения структуры в области контакта прутка 019 мм с оправкой (площадь участка 0,7 мм2, температура области - 957 К при т=5 с).

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечена использованием фундаментальных законов сохранения количества движения, массы, энергии, апробированными методами их решения, использованием сертифицированного программного комплекса АИЗУЭ.

Практическая ценность работы. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании спрейерных камер и модификации уже существующих технологических процессов.

Личный вклад. Автором выполнено исследование процессов охлаждения пружины с использованием методов математического моделирования нестационарных задач теплопроводности, гидродинамики и сопряженного теплообмена, характеризующих основные технологические операции ВТМО.

Апробация работы. Результаты, полученные в диссертации, докладывались на 9 международных и 7 всероссийских научных конференциях: «XXXVI Гагаринские чтения» (г. Москва, 06-10 апреля 2010 г.), «XVIII Туполевские чтения» (г. Казань, 26-28 мая 2010 г.), «XXII Юбилейный семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям» (г. Санкт-Петербург, 22-25 июня

2010 г.), «VII школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е.Алемасова» (г. Казань, 15-17 сентября 2010 г.), «Мавлютовские чтения» (г. Уфа, 26-27 октября 2010 г.), «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (г. Ижевск, 15-18 марта 2011 г.), «Седьмая Всероссийская конференция по внутрикамериым процессам и горению в установках на твердом топливе и ствольных системах (1СОС2011)» (г. Ижевск, 29-31 марта

2011 г.), «XXXVII Гагаринские чтения» (г. Москва, 05-08 апреля 2011 г.), «XIX Туполевские чтения» (г. Казань, 24-26 мая 2011 г.), «XX Туполевские чтения» (г. Казань, 22-24 мая 2012 г.), «XXIII всероссийский семинар с международным участием по струйным, отрывным и нестационарным течениям» (г. Томск, 26 - 29 июня 2012 г.), «XVI Международная конференция по методам аэрофизических исследований» (г. Казань, 19-25 августа 2012 г.), «VIII школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е.Алемасова» (г. Казань, 1618 октября 2012 г.), «II Всероссийская научно-техническая конференция аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием "Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке"» (г. Ижевск, 2325 апреля 2013 г.), «Будущее машиностроения России. Шестая Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов» (г. Москва, 25-28 сентября 2013 г.), «XXXIX Гагаринские чтения» (г. Москва, 09-13 апреля 2013 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 26 научных работах, в том числе 4 работы в изданиях ведущих рецензируемых журналов, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения,