автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Совершенствование метода контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения

На правах рукописи

004603499

Михайлова Екатерина Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ И ПРОГНОЗА ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ РЕГИСТРАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Специальность 05.11.13 - «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 СЕН 2010

Барнаул 2010

004608499

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Иванов Вадим Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Маркин Виктор Борисович

доктор физико-математических наук, профессор

Поляков Виктор Владимирович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН

Защита состоится 7 октября 2010 г. в 11 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.004.06 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, ауд. 127.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Автореферат разослан ССК/£¿>/>.<12010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

'/У

Д.Е. Кривобоков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Технический прогресс настоящего времени был бы немыслим без широкого распространения полимерных композиционных материалов. Однако более чем полувековая практика использования этих материалов выявила существенный недостаток - прочностную усталость или старение, которое выражается в ухудшении их эксплуатационных свойств при воздействии механического напряжения, а также других физических и химических факторов.

Технико-экономическая эффективность примеиения новых конструкционных материалов во многом зависит от их прочности, жесткости и целостности при заданных режимах эксплуатации в течение всего срока службы. Поэтому вопрос кошроля процесса разрушения и прогнозирования долговечности является одним из важнейших для решения задач материаловедения и важной частью проектирования различных конструкций. Известны случаи разрушения отдельных элементов конструкций по причине низкой достоверности прогнозирования их долговечности. Во многих странах практикуются длительные испытания композиционных материалов, по срокам соизмеримые со сроками службы изделий. Однако, этот путь весьма не оптимален. Поэтому становится понятным то особое место, которое занимают методы контроля процесса разрушения и прогноза долговечности, основанные на экспериментах ограниченной продолжительности. Эти методы позволяют на основе некоторых модельных представлений о механизмах разрушения и экспресс-испытаний образцов, осуществлять контроль разрушения материалов и давать надежную оценку долговечности изделий из полимерных композитов при различных режимах их эксплуатации.

Одним из таких методов является метод, основанный на регистрации импульсного электромагнитного излучения (ЭМИ). Суть этого метода состоит в том, что на основе записи кинетической кривой накопления микроповреждений структуры (импульсов ЭМИ) композитов и из модельных представлений об этом процессе определяются кинетические константы разрушения, а затем рассчитывается ресурс долговечности изделий при различных режимах их эксплуатации. Однако в настоящее время отсутствует последовательное использование кинетических представлений для контроля процесса разрушения и прогноза долговечности полимерных композиционных материалов.

Метод электромагнитной эмиссии позволяет регистрировать отдельные импульсы электромагнитного излучения, определять их форму, оценивать время «проскока» микротрещины, скорость ее распространения в материале, регистрировать в реальном масштабе времени кинетику накопления микротрещин. Однако не исследованы ни частота, ни скорость генераций импульсов ЭМИ, ни стадийность процесса накопления микроповреждений структуры в полимерных композитах данным методом.

Изложенное свидетельствует об актуальности выбранной темы диссертационных исследований.

Идея работы заключается в использовании закономерностей накопления микроновреждешш структуры композитов и особенностей частоты и скорости генерации импульсов ЭМИ для контроля процесса разрушения композитов и прогноза их долговечности.

Цель работы - совершенствование метода контроля процесса разрушения и прогноза долговечности полимерных композиционных материалов, основанного на возникновении импульсного ЭМИ, для проведения контроля стадий разрушения композитов и оперативного определения долговечности.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

1. Разработать кинетическую модель накопления микроповреждений структуры композиционных материалов при сложных режимах нагружения, расширяющую температурный диапазон и учитывающую масштаб их разрушения.

2. Исследовать частоту, скорость генерации импульсов электромагнитного излучения, сопровождающего процесс рождения микроповреждений структуры полимерных композитов при различных режимах нагружения и стадийность процесса накопления микроповреждений.

3. Усовершенствовать метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности фенолоформальдегидных композиционных материалов на основе экспресс-испытаний образцов, учитывающий частоту и скорость генерации импульсов ЭМИ и сложные режимы нагружения.

Объектом исследования является процесс разрушения композиционных материалов.

Предметом исследования является совершенствование метода контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов, основанного на регистрации импульсного ЭМИ.

Методы исследовании

- анализ и обобщение научно-технической информации по методам исследования разрушения композиционных материалов;

- использование кинетической теории усталостной прочности и долговечности полимерных композиционных материалов, построенной на основе кинетической концепции прочности твердых тел акад. РАН С.Н. Журкова, теории размерностей и подобия, физики прочности композиционных материалов;

- системный анализ и обобщение результатов регистрации импульсного электромагнитного излучения при нагружении образцов композиционных материалов,

- методы математической статистики при обработке экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, с использованием современного программного обеспечения.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

- предложена кинетическая модель накопления микроповреждений структуры полимерных композиционных материалов, отличающаяся от ранее известных тем, что она включает в себя скорректированное, не чувствительное к

масштабу разрушения кинетическое уравнение прочности (Журкова-Ратнера), кинетические константы разрушения материала, масштабно нечувствительные концентрационный критерий разрушения и условие необратимости накопления повреждений структуры материала;

- исследована частота и скорость генерации импульсов электромагнитного излучения, возникающего при нагружении фенолоформальдегидных композиционных материалов;

- исследовано влияние режимов нагружения, способов изготовления, термической обработки и состава полимерных композитов на кинетические константы их разрушения;

- усовершенствован метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности полимерных композитов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения при зарождении трещин, позволяющий осуществлять контроль процесса разрушения при любых неизотермических режимах нагружения и более точно определять долговечность композитов за счет возможности нагружении образцов с любой постоянной скоростью при разных значениях температуры. Контроль стадий разрушения осуществляется по частоте и скорости генерации импульсов ЭМИ, по кинетической кривой накопления импульсов определяются кинетические константы композитов ио , у , определяется температура «размягчения» и рассчитывается долговечность материала.

Научные положения, выносимые на защиту:

- кинетическая модель накопления микроповреждений структуры полимерных композиционных материалов, включающая в себя нечувствительное к масштабу разрушения скорректированное кинетическое уравнение прочности Журкова, - Ратнера; условие необратимости разрушения и концентрационный критерий разрушения, адекватна экспериментальным данным на уровне достоверности 95% и позволяет с хорошей точностью определять число циклов до разрушения композитов, изготовленных на основе фенолоформальдегидных смол, при сложных неизотермических режимах нагружения;

- частота и скорость генерации импульсов ЭМИ зависят от величины приложенного напряжения, частота возникающего электромагнитного излучения уменьшается непосредственно перед разрушением, а скорость генерации импульсов растет; кинетические константы композитов ¿/ и у зависят от состава, технологии изготовления, термообработки и способа нагружения композитов;

- метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности полимерных композиционных материалов состоит в на1ружении образцов с любой постоянной скоростью при разных значениях температуры. Контроль процесса разрушения осуществляется по частоте и скорости генерации импульсов ЭМИ, по кинетической кривой накопления импульсов определяются кинетические константы (У0 , у , определяется температура «размягчения» материала и рассчитывается долговечность материала.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций основывается на:

- использовании апробированных методов классической механики разрушения, физики прочности полимерных композиционных материалов, теории размерностей и подобия, методов статистического анализа и обработки экспериментальных результатов;

-удовлетворительном совпадении результатов теоретического расчета долговечности композиционных материалов, полученных по параметрам импульсной электромагнитной эмиссии при трещинообразовании, и результатов экспериментальных исследований;

- применении статистических критериев для оценки адекватности экспериментальных данных модельным представлениям.

Личный вклад автора состоит в исследовании частоты, скорости генерации ЭМИ, кинетических констант композитов и температуры «размягчения»; разработке численных методов обработки экспериментальных данных, их анализе и обобщении; совершенствовании метода контроля разрушения и прогноза долговечности композитов.

Научное значенне работы состоит в разработке совокупности положений, позволяющих сформулировать кинетическую модель накопления микроповреждений структуры полимерных композитов, учитывающую масштаб разрушения и температуру «размягчения»; в установлении закономерностей изменения частоты и скорости генерации импульсов электромагнитного излучения композитов, находящихся под нагрузкой, которые способствуют углублению знаний о действии механического нагружения на материалы и расширению представлений о механизме генерации импульсного электромагнитного излучения композитов.

Практическая ценность работы определяется возможностью использования полученных результатов и усовершенствованного метода электромагнитного излучения для определения основных кинетических констант прочности на стадии изготовления и испытания композиционных материалов, контроля стадий разрушения по частоте и скорости генерации импульсов ЭМИ, а также для прогнозирования ресурса долговечности композитов.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты работы использованы при разработке автоматизированной системы измерений в Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка метода, оборудования и изучения динамики разрушения композитов на основе анализа электромагнитной эмиссии» в рамках Федеральной целевой программы «Разработка, восстановление и организация производства стратегических, дефицитных и импортозамещающих материалов и малотоннажной химии для вооружения, военной и специальной техники на 2009-2011 годы и на период до 2015 года».

На основе проведенных исследований разработан способ определения долговечности композиционных материалов при циклических нагрузках.

Научные результаты используются в учебном процессе в Кузбасском государственном техническом университете при подготовке студентов по специальности 130401 «Физические процессы горного или нефтегазового производства».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на Международном симпозиуме Восточно-азиатских стран но полимерным композиционным материалам и передовым технологиям «Композиты XXI века» (Саратов, 2005); VI Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (Кемерово, 2005); ХШ Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 2005); Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, автоматизация» (Барнаул, 2006); Международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития'2007» (Одесса, 2007); VII Международной научно-нрактической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах» (Кемерово, 2007). XII Международной научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Кемерово, 2008); Второй международной научно-практической конференции «Измерения в современном мире-2009» (Санкт-Петербург, 2009).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов и заключения, изложенных на 137 страницах текста, содержит 40 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 168 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, определены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе приведен обзор исследований различных научных школ проблемы контроля процесса разрушения и прогнозирования долговечности полимерных композиционных материалов. Представлены основные положения о разрушении как кинетическом процессе накопления микроновреждений.

Проблема контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композитных материалов является в настоящее время одной из главных проблем материаловедения, поскольку составляет важнейшую часть проектирования различных конструкций.

Несмотря на многообразие подходов к контролю процесса разрушения и описанию долговечности полимеров и композитных материалов, они пока не могут с достаточной для инженерных расчетов точностью описать влияние изменения действующих напряжений, температуры, частоты нагружения на процесс разрушения материалов, особенно в сложных неизотермических условиях

нагружения. Однако отправной точкой всех современных исследований по вышеуказанной проблеме является представление об универсальном механизме образования элементарных повреждений материалов.

Наиболее универсальной моделью элементарного акта разрушения и перехода процесса накопления микроповреждений структуры материалов на стадию макроскопического разрушения является кинетическая модель С.Н. Жур-кова. Она опирается на наиболее общие кинетические закономерности разрушения, присущие всем материалам. Однако широкому ее использованию при контроле разрушения и прогнозе долговечности полимерных композитных материалов в сложных условиях нагружения препятствует отсутствие систематических исследований данной проблемы. И главным препятствием на пути решения проблемы контроля разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов является отсутствие простого и надежного экспресс - метода определения кинетических констант разрушения.

Классическая методика определения кинетических констант разрушения С.Н. Журкова состоит в длительных испытаниях образцов композитов при различных температурах. При этом на результаты обработки экспериментальных данных существенное слияние оказывают вариации физико-механических свойств материала от образца к образцу. Существующий метод определения кинетических констант разрушения образцов горных пород, напрямую неприменим для полимерных композитов в силу существования температуры «размягчения» и зависимости кинетических параметров таких материалов от температуры. Наиболее простыми и надежными методами исследования кинетического процесса накопления микротрещин в материалах являются методы электромагнитной и акустической эмиссии.

Метод электромагнитной эмиссии позволяет регистрировать отдельные импульсы электромагнитного излучения, определять их форму, оценивать время «проскока» микротрещины, скорость ее распространения в материале, регистрировать в реальном масштабе времени кинетику накопления микротрещин.

Проведенный анализ существующих методов контроля процесса разрушения и оценки долговечности в условиях простого нагружения при различных температурах показал, что, несмотря на многообразие подходов к описанию процесса разрушения и определения долговечности полимеров и композиционных материалов, они пока не описывают с достаточной для инженерных расчетов точностью поведение материалов во всем диапазоне изменения напряжений и температур, особенно при малых напряжениях и малых временах, когда скорость нагружения сопоставима со скоростью звука в исследуемом материале.

Кроме того, по результатам рассмо!ренных литературных данных можно сделать вывод, что применение существующих методов контроля процесса разрушения и оценки долговечности нередко связано с необходимостью больших временных и финансовых затрат. Поэтому совершенствование методов контроля процесса разрушения и прогноза долговечности изделий из композиционных материалов должно идти по пути сокращения трудоёмкости работ, сокращения времени и финансов, для чего необходимо развивать бесконтактные экспресс-

методы, не требующие внедрения в объем материала. В связи с этим представляется перспективным развитие методов контроля процесса разрушения, основанных на регистрации импульсного электромагнитного излучения (ЭМИ). Проведение подобных исследований способствовало бы развитию теории разрушения, позволило бы проводить более точную и достоверную диагностику состояния материалов в конструкциях, особенно при циклических нагрузках, т.к. при практическом использовании композиты чаще подвергаются именно таким нагрузкам.

В заключении первой главы на основе анализа рассмотренных работ сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе приведена теоретическая модель накопления микроповреждений структуры и импульсного электромагнитного излучения полимерных композиционных материалов при их нагружении.

В качестве кинетической модели накопления микротрещин и формирования очага разрушения использовалась модель, обобщающая кинетические представления, развиваемые школой академика С.И. Журкова. Кинетическая модель включает в себя уравнение для скорости трещинообразования, концентрационный критерий разрушения и условие необратимости разрушения Бейли. Однако этой модели присущи некоторые недостатки. Л именно: узкий температурный диапазон и отсутствие в модели масштабной зависимости времени до разрушения испытываемых образцов от их размера.

Устранить данные недостатки позволяет учет зависимости кинетических констант разрушения от температуры:

где Т - температура, К; Тт - температура, близкая к температуре размягчения

фено лофор м ал ьдеги дны х композиционных материалов; ^ - энергия активации разрушения; у - структурно-чувствительный коэффициент.

Для устранения другого недостатка рассмотрено механическое подобие процессов разрушения на разных масштабных уровнях, исходя из основных представлений теории размерностей и подобия.

Получено, что кинетическая модель накопления повреждений структуры композитов для сложных неизотермических условий нагружения имеет следующий вид:

и0 = и0о-т/тт)

у = у(\-Т/Тт),

(О (2)

(3)

7 лг J TwU'eXP

о гоЧ-

(ya(t)-U0) kT

dt = N\

(5)

JV* _

критическая концентрация трещин с размером i на i-том масштаб-

где

ном уровне разрушения; V - объем очага разрушения; Lc=21,5 - масштабный коэффициент; ц = 10"13 с - период тепловых колебаний атомов, к - постоянная Больцмана; г, - время до разрушения на ¡-том масштабном уровне; сг(0 -приложенное напряжение.

Уравнение (3) представляет собой скорректированное кинетическое уравнение С.Н. Журкова для скорости трещинообразования, уравнение (4) есть концентрационный критерий разрушения, а уравнение (5) - условие необратимости накопления повреждений структуры материала.

Поскольку yi -- y(l -Tj /Тт), UQ,- ~UQ{\ - Г1 /Тт), то параметры Тт, у, Uq для каждого материала могут быть найдены из эксперимента по методу наименьших квадратов из выражений:

( s V s \ (S у s Л

I7) ЦОоЛ - № Е7-,2

\i=1 Л/=1 _ / V./-1 A/-I /

i/,

о

f v л2 ( s ^

ZT-i Х7?

\<=1 У Vi=l У

(6)

7 $ > ХЙ V<=i 2 -s (S Л I*;2 \i=1 У

¡=1 -й N (s ^ 1^0« V;=i У

(7)

Ir.O-^j

У='

1=1

(8)

10-^/7-J2 /-=1

где 5 - число испытаний образцов при различных температурах 7^; С/0, у - кинетические константы разрушения, экстраполируемые для абсолютного нуля температуры.

Кинетическая модель (3) - (5) нечувствительна к масштабному уровню разрушения, учитывает подобие процессов разрушения на разных уровнях, а кинетические константы (У0 и у , найденные на образцах для пятого масштаб-

ного уровня разрушения, могут быть использованы в различных условиях на-гружения (объемное, одноосное сжатие-растяжение) для прогноза разрушения на любом иерархическом уровне.

Показано также, что кинетические константы разрушения материала для определённой температуры могут быть определены экспресс - испытаниями образцов при циклическом иагружении путём регистрации числа накопленных микроповреждения структуры материала (числа импульсов ЭМИ) на нескольких первых циклах нагружения.

В третьей главе приведены результаты теоретических исследований параметров импульсов и частоты электромагнитного излучения при разрушении композитов.

Сделаны выводы, что импульсы радиоизлучения при распространении трещины имеют характерную колоколообразную форму, обусловленную ростом дипольного момента и заряда в её вершине в процессе движения и релаксацией зарядов - после остановки.

Основной частотой, которая определяет протяженность спектра и частотный диапазон излучения, является частота, определяемая временем релаксации (2^,"') заряда на берегах трещины. Для малых трещин их приведенный размер ^тах =т»'тр практически не влияет на протяженность спектра и форму спектральной плотности. При больших ятах приведенный размер влияет на величину условного периода колебаний спектральной плотности в её затухающей части и определяет величину затухания излучения в области частот 0-:-г},"'. В этой области значений <7П1ах наблюдается сжатие спектральной характеристики в сторону малых частот с ростом атт ■

В четвертой главе приведены результаты исследования особенностей импульсного ЭМИ при разрушении фенолоформальдегидных композиционных материалов, которые нашли широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства (радио- и электротехника, машиностроение, горное дело, строительство). Исследовались порошковые фенопласты Т214, 0203, Т250, Т266, Т110, 0122 и тскстолиты НТК, ПТМ, ПТН, изготовленные в соответствии с техническими условиями.

Исследования образцов композиционных материалов проводились на установке (рис.1), позволяющей регистрировать импульсы электромагнитной эмиссии длительностью от 0,1 мке до 100 мс, записывать их форму, определят!, характеристики каждого отдельного импульса, время нарастания, время релаксации зарядов, считать полное число импульсов за определенный промежуток времени, регистрировать частоту ЭМИ, записывать диаграмму нагружения, отслеживать кинетику процесса накопления повреждаемостей струкгуры на основе счета импульсов электромагнитной эмиссии.

Рис 1. Блок-схема лабораторной установки для изучения разрушения образцов методом ЭМИ:1 -- экранированная ячейка с образцом и датчиком электромагнитной эмиссии; 2 - нагружающее устройство; 3 - блок фильтров; 4 -широкополосный усилитель; 5 - запоминающий осциллограф; 6 - счетчик импульсов, частотомер

Приведены результаты исследования частоты импульсного ЭМИ композиционных материалов, полученные при одноосном нагружении образцов и синхронной регистрации нагрузки и импульсов ЭМИ. Нагружение образцов производилось со скоростью 105-10й Па/с. Измерение и обработка результатов эксперимента состояли из получения осциллограмм импульсов ЭМИ, регистрации их количества и характеристик нагружения; получения зависимостей частоты ЭМИ от разрушающей нагрузки и последующим их анализом.

При исследовании частоты возникающего электромагнитного излучения установлено, что для различных образцов диапазон частот отличается, однако, можно выделить три стадии разрушения образцов композиционных материалов. Например, для образца фенопласта Ol22 на первой стадии 1 (до 0,6 стр) импульсы ЭМИ регистрируется на частотах до 670 кГц. Это характеризует начало разрушения и образования микротрещин (рис.2).

На этой стадии по мере роста нагрузки увеличивается максимальная амплитуда импульсов. Частота сначала увеличивается, а к концу стадии снижается. Это связывается с этапом зарождения микротрещин.

700 1 600 ■ 500 §00 ' ¡00 < J00 ' "юо ■ 0 '

g

JLU

/0 60 50 И 40 |30 S20 10 0

1С

0,1 0,2 0.3 0.4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,5

ff

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 aia

Рис.2. Изменение частоты ЭМИ фенопласта 0122

Рис.3. Изменение скорости генерации импульсов ЭМИ фенопласта 0122

Вторая стадия - II соответствует нагрузкам 0,6-0,9 стр. На данной стадии импульсы регистрируются на частотах ~150 кГц. Это связано с накоплением микротрещин и слиянием их в более крупные трещины. Амплитуда сигнала электромагнитного излучения при возникновении более крупных трещин увеличивается, а частота, будучи обратно пропорциональной размеру трещин, снижается.

Третья стадия III (0,9-0,99 ор) соотносится с процессом формирования зоны магистральной трещины и нарушением сплошности образца. Частота импульсов ЭМИ уменьшается до 10 кГц.

Как следует из результатов эксперимента, в процессе нагружения частота импульсного электромагнитного излучения изменяется. Перед непосредственным разрушением образца (при 0,90- 0,99 ор) наблюдается снижение частоты ЭМИ.

Для образцов тексголитов Г1ТН, ГГГМ, ПТК также наблюдается аналогичная зависимость частоты импульсов ЭМИ от нагрузки. Но происходит некоторое смещение первого этапа в область более низких нагрузок Для образцов текстолита первый этап наблюдается при нагрузках до 0,2 ор, второй этап: 0,20,4 <тр, третий этап 0,5- 0,99 <тр.

В главе также приведены исследования изменения скорости генерации импульсов ЭМИ при нагружении композитов.

11а начальном этапе нагружения импульсы выделяются с «низкой» скоростью генерации (до 30 имп/с). Затем, при достижении нагрузки ~(0,6-0,9)ор, скорость генерации импульсов увеличивается до 60 имп/с, а при нагрузках ~ (0,9-0,99)ар скорость генерации импульсов увеличивается до 200 имп/с.

При сравнении полученных зависимостей с зависимостями изменения частоты ЭМИ можно отметить, что малой скорости генерации импульсов (до на!рузок ~ 0,6ср) соответствуют высокочастотные импульсы. На следующей стадии скорость генерации импульсов увеличивается, но при этом уменьшается их частота. На третьей стадии, когда существенно снижается несущая способность образца, скорость генерации импульсов резко возрастает, снижаются со-

ответствующие им частоты, и появляются импульсы самой низкой частоты (рис.2,3).

На характер зависимостей скорости генерации импульсов ЭМИ от величины приложенной нагрузки влияют такие факторы, как термообработка, технология изготовления, а для текстолитов - ориентация волокон относительно действующего напряжения.

0,1 0,2 0.3 0,4 0,5 0.6 0,7

0,1 0,2. 0.3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 С Ср

Рис.4. Совмещенный график скорости генерации импульсов ЭМИ

для образцов фенопласта Т266, подвергнутых термообработке(1) и без неё (2)

Рис.5. Скорость генерации импульсов ЭМИ для текстолита ПТМ, нагружаемого поперек слоев (I) и вдоль слоев (2)

Для образцов, подвергнутых термообработке, характерна более «низкая» скорость генерации импульсов в процессе всего нагружения, но непосредственно перед разрушением скорость генерации импульсов в них несколько больше, чем у образцов без термообработки (рис.4).

Скорость генерации импульсов ЭМИ для образцов, изготовленного прессованием, в течение всего нагружения больше, чем у образцов, изготовленных литьевым способом.

При нагружении поперек слоев текстолитов ПТМ и ПТН скорость генерации импульсов больше, чем при нагружении вдоль слоев (рис.5). При нагружении вдоль слоев выделение импульсов происходит с «низкой» скоростью до нагрузок ~ 0,8ар. Далее наблюдается некоторое увеличение скорости генерации импульсов ЭМИ и образец разрушается.

Из анализа сигналов ЭМИ следует, что по мере приближения состояния образца к моменту нарушения сплошности, во-первых, скорость генерации импульсов ЭМИ увеличиваются, а спектр излучения сдвигается в низкочастотную область. Так, если в интервале нагрузок до ст = 0,6стр сигналы ЭМИ регистрируются в частотном диапазоне до 1000 кГц, а скорость генерации достигает 30 имп/с, то при на1рузке а >0,6ар происходит уменьшение частоты сигналов до 100 кГц и скорость генерации импульсов увеличивается до 60 имп/с, а далее (при ст > О,90р) частота снижается до 10 кГц, скорость генерации увеличивается

до 200 имп/с. Таким образом, смещение частоты ЭМИ в область низких частот и увеличение скорости генерации импульсов перед разделением образца на части позволяет диагностировать приближение к стадии его разрушения.

Исследование долговечности показало, что кинетические кривые, полученные при циклических режимах нагружения, практически мало отличаются по форме от кинетических кривых, получаемых при нагружснии с постоянной скоростью вплоть до полного разрушения образцов. Это связано с тем, что в соответствии с моделью накопления повреждений структуры композитов, число микротрещин, накапливаемых за полупериод нагружения и за полупериод разгрузки (при условии, что скорость на1ружепия и скорость разгрузки одинаковы), теоретически совпадают. Поэтому качественно накопление повреждений в каждом цикле происходит таким образом, как если бы образец находился под воздействием непрерывно возрастающей нагрузки.

Кроме того, проведенный анализ кинетических констант разрушения фенопластов, полученных по кинетическим кривым накопления импульсов электромагнитного излучения в режимах одноосного растяжения, однооеггого сжатия и циклических нагрузок позволяет сделать вывод о согласии результатов для кинетических констант разрушения исследованных материалов, полученных при различных режимах нагружения, на высоком уровне значимости.

В главе приведен расчет долговечности (определено число циклов до разрушения) для различных типов материалов и установлено их удовлетворительное соответствие с экспериментальными данными.

Приведенные в главе результаты ггроверки по Р-критерию Фишера адекватности модели при 5 % уровне значимости свидетельствуют, что предлагаемая модель ггакопления микроповреждений структуры композита находится в хорошем соответствии с экспериментальными данными и может быть использована для кон троля процесса разрушеггия и определения числа циклов до разрушения композиционных материалов.

В пятой главе предлагается метод контроля процесса разрушения, основанный на измерении частоты и скорости генерации импульсов ЭМИ, и способ прогноза долговечности композиционных материалов, основанный на разработанной модели накопления числа микроповреждений, представленной во второй главе. Способ позволяет повысить точность и уменьшить трудоемкость процесса (определения долговечности) композиционных материалов.

Усовершенствованный метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов заключается в следующем.

1. Образец испытывается на лабораторной установке. При непрерывном наблюдении процесса разрушения материала регистрируют возникающее электромагнитное излучение.

2. По измеренным параметрам определяют частоту ЭМИ и скорость генерации импульсов для данного момента времени.

3. Сравнивая полученные значения частоты и скорости генерации ЭМИ с табличными значениями этих величин для данного материала, можно определить на какой стадии разрушения находится образец.

4. По измеренным параметрам: количеству импульсов ЭМИ М,, возникающему в образце за первый цикл натружения, амплитуде нагружения, частоте нагружения определяются энергия активации разрушения £/ и структурно-чувствительный коэффициент у , исходя из которых находятся средние значения кинетических констант разрушения для данного композиционного материала.

5. Определяют число циклов до разрушения образца (долговечность), используя формулу:

ЧГ<Тл /4

ехр

кТ У

V---------/■-. л

Гал

о

кТ

(9)

ехр

кТ

Л

Для исследуемых фенопластов установлено, что если частота излучения ЭМИ в диапазоне 500-1000 кГц (до 0,6 ар) и скорость генерации импульсов имеет значение до 30 имп/с образец находится на первой стадии разрушения. Диапазон частот в пределах 100-500 кГц, а скорость генерации импульсов в пределах 30-60 имп/с (при нагрузках (0,6-0,9)ар) характеризует вторую стадию процесса разрушения. Когда же частота снижается до —10 кГц, а скорость генерации импульсов возрастает до 200 имп/с образец находится в предразрушаю-шей стадии.

При использовании формулы (9) и полученных кинетических констант, возможно рассчитать число циклов до разрушения композитных материалов при любых заданных значениях температуры, частоты нагружения, амплитудной нагрузки и заданном масштабном коэффициенте.

Предложенный способ имеет ряд преимуществ, которые заключаются в том, что скорость на]ружения выбирается любой. Это дает возможность повысить точность определения 0 у т.к. не пренебрегают единицей в уравнении

(9). Кроме того, снижается влияние температурных эффектов, что также повышается точность определения 1} , у , а, следовательно, и число циклов до

разрушения материала. Нагружение образца производится только при возрастающей нагрузке. Это позволяет не выполнять полный цикл нагружен ие-разгрузка при циклическом испытании, что дает возможность, не снижая точности определения числа циклов до разрушения материала образцов, избежать трудоемких испытаний.

В главе рассмотрена также возможность использования предлагаемого метода в натурных условиях (на угольных шахтах) для контроля процесса разрушения кровли горной выработки, упрочненной скрепляющим составом на основе фенолоформальдегидной смолы.

Применение упрочняющих составов обеспечивает надежное укрепление неустойчивых пород, полностью исключает аварийные остановки, связанные с куполообразованием и вывалами пород и угля, повышает безопасность труда.

Установлено, что скорость генерации импульсов ЭМИ в упрочненных объемах горных выработок соответствует уровню генерации импульсов, полученному в лабораторных условиях. При этом, переход контролируемого параметра, например, скорости генерации импульсов ЭМИ, к опасному интервалу (что соответствует ~0,9<тр для лабораторных образцов), характеризует наступление предразрушающей стадии и возможности вывалов пород и угля.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования метода контроля процесса разрушения упрочненных скрепляющим составом горных выработок, что повышает безопасность труда.

Совершенствование метода ЭМИ и его использование на стадии изготовления композитов способствует повышению качества и надежности выпускаемой продукции. Применение метода ЭМИ для контроля процесса разрушения увеличивает безопасность различных техногенных объектов и увеличивает срок их службы.

Предлагаемый усовершенствованный метод позволяет производить контроль стадий разрушения материала, повысить точность определения кинетических констант и числа циклов до разрушения материала, а также повысить производительность и снизить трудоемкость контроля разрушения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи совершенствования метода контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения при их нагружении, заключающееся в оперативном проведении контроля разрушения, значительном снижении трудоемкости определения числа циклов до разрушения, и имеющее существенное значение для химической, горнодобывающей и оборонной отраслей промышленности страны.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Разработанная кинетическая модель накопления микроповреждений структуры полимерных композитных материалов и импульсного электромагнитного излучения, включающая в себя кинетическое уравнение для скорости микротрещинообразования С.Н. Журкова - С.Б. Ратнера, скорректированное для любого масштабного уровня разрушения, концентрационный критерий разрушения и условия необратимости накопления микротерщин, позволяет определить число циклов до разрушения полимерных композитных материалов при любом неизотермическом циклическом нагружении образцов. При этом данная модель нечувствительна к масштабу разрушения и применима к образцам материалов любых линейных размеров.

2. Впервые теоретически и экспериментально исследована частота импульсного электромагнитного излучения фенопластов и текстолитов. Перед непосредственным разрушением образцов фенопластов (при 0,90- 0,99 ор) наблюдается снижение частоты ЭМИ. Смещение частоты ЭМИ в область низких частот перед разделением образца на части позволяет диагностировать приближение к стадии его разрушения.

3. Впервые исследована скорость генерации импульсов электромагнитного излучения при разрушении фенопластов и текстолитов. При этом установлено, что для всех образцов скорость генерации импульсов ЭМИ резко увеличивается непосредственно перед разрушением. Для рассматриваемых порошковых фенопластов и текстолитов на характер зависимостей скорости генерации импульсов от величины приложенной нагрузки влияют такие факторы, как технология изготовления, термообработка, а также ориентация волокон относительно действующего напряжения.

4. Установлено, что кинетические константы £/ и у зависят от способа

нагружения: средние значения энергии активации разрушения полимерных композитов в режиме растяжения оказываются меньше, чем в режиме сжатия, что обусловлено локальным ростом температуры в зоне пластическою течения образцов при растяжении, средние же значения структурно-чувствительного коэффициента при растяжении оказываются в 3-4 раза больше, чем при сжатии, что связано с различием пределов прочности композитов на растяжение и сжатие.

5. На основе проведенных исследований предложен совершенствованный метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов, заключающийся в том, что по частоте и скорости генерации импульсов ЭМИ проводится контроль стадийности разрушения, по параметрам импульсов определяются кинетические константы , ^ и рассчитывается

число циклов до разрушения. Отличительной особенностью метода является возможность контроля разрушения по измерениям частоты и скорости генерации импульсов ЭМИ, повышенная информативность, высокая производительность контроля.

6. Предложен способ определения числа циклов до разрушения образцов композиционных материалов при циклических нагрузках, основанный на разработанной модели накопления повреждений структуры композиционных материалов, заключающийся в том, что образец нагружают с постоянной скоростью, не вызывающей заметное изменение температуры, вплоть до разрушения. При этом регистрируют число импульсов электромагнитной эмиссии за фиксированный промежуток времени. По измеренным параметрам определяют кинетические константы прочности, температуру «размягчения» и рассчитывают долговечность материала при циклических нагрузках.

7. Результаты проверки адекватности модели при 5 % уровгге значимости по Р- критерию Фишера свидетельствуют, что предлагаемая модель накопления микроповреждений структуры материала находится в хорошем соответствии с

экспериментальными данными и может быть использована для определения числа циклов до разрушения композиционных материалов.

8. Предложенный метод использован в Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН при разработке автоматизированной системы измерений. Эффективность разработанного метода подтверждена результатами его использования для оценки физико-механических свойств образцов при проведении исследований по изучению разрушения композиционных материалов в научно-исследовательской лаборатории кафедры теоретической и геотехнической механики КузГТУ.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Черникова, Т. М. Исследование усталостной прочности материалов при циклических нагрузках / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, В. И. Климов, Е. А. Михайлова // Вест. КузГТУ.- 2005. - № 2. - С. 73-75.

2. Черникова, Т. М. О кинетике разрушения материалов при их растяжении / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Вест. КузГТУ.-- 2005. -№ 2. - С. 75-77.

3. Михайлова, Е. А. Контроль процесса разрушения композиционных материалов на основе изменения частоты импульсного электромагнитного излучения при нагружении / Е. А. Михайлова // Ползуновский вестник. -2010. -№2.-С. 78-81.

в прочих изданиях

4. Черникова, Т. М. Использование метода ЭМИ в качестве эффективного средства для исследования разрушения материалов / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Измерение, контроль, автоматизация» ИКИ-2006-Барнаул: АлтГТУ, 2006. - С 43-45.

5. Черникова, Т. М. Совершенствование метода прогноза долговечности материалов на основе экспресс-испытаний образцов / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах: матер. VII Междунар. науч.-практ. конф.-Т. 1. - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2007 - С. 177-178.

6. Черникова, Т. М. Бесконтакный контроль разрушения материалов / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах: материалы VII Междунар. науч.-пракг. конф,- Т.1. - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2007 - С. 220-222.

7. Черникова, Т. М. О контроле разрушения материалов на основе спектрального анализа ЭМИ / Т. М.Черникова, В. В.Иванов, Е. А.Михайлова // "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири": материалы XII Междунар. науч.-практ. конф. - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2008 - С. 145-146

8. Черникова, Т. М. Анализ импульсного электромагнитного излучения, возникающего при нагружении композитов / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, В. И. Климов, Е. А. Михайлова // Доклады Междунар. симпоз. «Композиты XXI века».- Саратов: Изд-во Саратовского гос. техн. ун-та, 2005. - С. 372-376.

9. Черникова, Т. М. Исследование формы импульсов электромагнитного излучения при разрушении материалов / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Сб. научн. трудов по материалам междунар. науч.-практич. конф. «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития. '2007»,- Т. 1- Одесса: Черноморье, 2007-С. 50-52.

10. Черникова, Т. М. Спектры электромагнитного излучения при разрушении материалов / Т. М. Черникова, В. В.Иванов, В. И. Климов, Е. А. Михайлова // Докл. междунар. симпоз. «Композиты XXI века». — Саратов: Изд-во Саратовского гос. техн. ун-та, 2005. - С. 367-371.

11. Иванов, В. В. Спектральный анализ электромагнитного излучения при разрушении горных пород / В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах».-Кемерово: Изд-во ГУ КузГТУ, 2005. -С. 166-168.

12. Черникова, Т. М. Об использовании в методе ЭМИ спектрального анализа излучения / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Тез. докл. XIII Всерос. науч.-техн. конф. «Методы и средства измерений физических величин». - Нижний Новгород: ННИМЦ «Диалог», 2005. - С. 19.

13. Черникова, Т. М. Спектральный анализ электромагнитного излучения при нагружении материалов / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Сб. научн. трудов по материалам междунар. науч.-практ. конф. «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте^ОО?».- Т.1.-Одесса: Черноморье, 2007. - С. 86-87.

14. Михайлова, Е. А. Об измерении интенсивности ЭМИ при нагружении композитов / Е. М. Михайлова, Т.М. Черникова.// Сб. науч. тр. междунар. на-учн.-практ. конф. «Измерения в современном мире-2009». - СПб: Изд-во политехи. ун-та, 2009. - С. 43-45.

Подписано в печать ¿о.ог. 1 ■

Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ . ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ И ПРОГНОЗА ДОЛГОВЕЧНОСТИ

ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Исследования процесса разрушения твердых тел и долговечности полимерных композиционных материалов.

1.2. Методы оценки стадий разрушения и долговечности в условиях простого нагружения при различных температурах.

1.3. Методы регистрации процесса накопления микроповреждений структуры композитов.

1.4. Современное состояние проблемы контроля процесса разрушения материалов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения.

1.5. Выводы. Цель и задачи исследований.

2. КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НАКОПЛЕНИЯ МИКРОПОВРЕЖДЕНИЙ СТРУКТУРЫ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ НАГРУЖЕНИИ.

2.1. Кинетическая модель накопления повреждений структуры композитов при неизотермических режимах нагружения.

2.2. Определение кинетических констант разрушения и температуры размягчения композиционных материалов при нагружении.

2.3. Выводы.

3. ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСОВ ЭМИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Форма импульса ЭМИ, обусловленного распространением трещин.

3.2. Время релаксации заряда на берегах трещины.

3.3. Спектры электромагнитного излучения отдельных трещин в ближней зоне.

3.4. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ И КИНЕТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ РАЗРУШЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1. Исследуемые образцы.

4.2. Лабораторная установка.

4.3. Исследование частоты импульсного электромагнитного излучения композиционных материалов.

4.3.1. Исследование частоты импульсного электромагнитного излучения фенопластов.

4.3.2. Исследование частоты импульсного электромагнитного излучения текстолитов.

4.4. Изменение скорости генерации импульсов ЭМИ при нагружении композитов.

4.5. Анализ амплитуды и частоты сигналов ЭМИ.

4.6. Исследование долговечности композитов.

4.7. Сравнение средних значений кинетических констант разрушения в режимах растяжения, сжатия и циклических нагрузок.

4.8. Проверка адекватности модели накопления микроповреждений структуры композиционных материалов экспериментальным данным.

4.9. Выводы.

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА

РАЗРУШЕНИЯ И ПРОГНОЗА ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЭКСПРЕСС-ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ.

5.1. Контроль процесса разрушения композиционных материалов на основе импульсного ЭМИ.

5.2. Пример применения метода контроля разрушения для образцов композиционных материалов.

5.3. Прогноз долговечности образцов из композиционных материалов.

5.4. Пример прогноза долговечности композиционных материалов при циклическом нагружении.

5.5. Применение метода ЭМИ для контроля разрушения упрочненного скрепляющим составом угольного массива.

5.6. Выводы.

Актуальность работы. Технический прогресс настоящего времени был бы немыслим без широкого распространения полимерных композиционных материалов. Однако более чем полувековая практика использования этих материалов выявила существенный недостаток - прочностную усталость или старение, которое выражается в ухудшении их эксплуатационных свойств при воздействии механического напряжения, а также других физических и химических факторов.

Технико-экономическая эффективность применения новых конструкционных материалов во многом зависит от их прочности, жесткости и целостности при заданных режимах эксплуатации в течение всего срока службы. Поэтому вопрос контроля процесса разрушения и прогнозирования долговечности является одним из важнейших для решения задач материаловедения и важной частью проектирования различных конструкций. Известны случаи разрушения отдельных элементов конструкций по причине низкой достоверности прогнозирования их долговечности. Во многих странах практикуются длительные испытания композиционных материалов, по срокам соизмеримые со сроками службы изделий. Однако, этот путь весьма не оптимален. Поэтому становится понятным то особое место, которое занимают методы контроля процесса разрушения и прогноза долговечности, основанные на экспериментах ограниченной продолжительности. Эти методы позволяют на основе некоторых модельных представлений о механизмах разрушения и экспресс-испытаний образцов, осуществлять контроль разрушения материалов и давать надежную оценку долговечности изделий из полимерных композитов при различных режимах их эксплуатации.

Одним из таких методов является метод, основанный на регистрации импульсного электромагнитного излучения (ЭМИ). Суть этого метода состоит в том, что на основе записи кинетической кривой накопления микроповреждений структуры (импульсов ЭМИ) композитов и из модельных представлений об этом процессе определяются кинетические константы разрушения, а затем рассчитывается ресурс долговечности изделий при различных режимах их эксплуатации. Однако в настоящее время отсутствует последовательное использование кинетических представлений для контроля процесса разрушения и прогноза долговечности полимерных композиционных материалов.

Метод электромагнитной эмиссии позволяет регистрировать отдельные импульсы электромагнитного излучения, определять их форму, оценивать время «проскока» микротрещины, скорость ее распространения в материале, регистрировать в реальном масштабе времени кинетику накопления микротрещин. Однако не исследованы ни частота, ни скорость генерации импульсов ЭМИ, ни стадийность процесса накопления микроповреждений структуры в полимерных композитах данным методом.

Изложенное свидетельствует об актуальности выбранной темы диссертационных исследований.

Идея работы заключается в использовании закономерностей накопления микроповреждений структуры композитов и особенностей частоты и скорости генерации импульсов ЭМИ для контроля процесса разрушения композитов и прогноза их долговечности.

Цель работы - совершенствование метода контроля процесса разрушения и прогноза долговечности полимерных композиционных материалов, основанного на возникновении импульсного ЭМИ, для проведения контроля стадий разрушения композитов и оперативного определения долговечности.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

1. Разработать кинетическую модель накопления микроповреждений структуры композиционных материалов при сложных режимах нагружения, расширяющую температурный диапазон и учитывающую масштаб их разрушения.

2. Исследовать частоту, скорость генерации импульсов электромагнитного излучения, сопровождающего процесс рождения микроповреждений структуры полимерных композитов при различных режимах нагружения и стадийность процесса накопления микроповреждений.

3. Усовершенствовать метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности фенолоформальдегидных композиционных материалов на основе экспресс-испытаний образцов, учитывающий частоту и скорость генерации импульсов ЭМИ и сложные режимы нагружения.

Объектом исследования является процесс разрушения композиционных материалов.

Предметом исследования является совершенствование метода контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов, основанного на регистрации импульсного ЭМИ.

Методы исследования

- анализ и обобщение научно-технической информации по методам исследования разрушения композиционных материалов;

- использование кинетической теории усталостной прочности и долговечности полимерных композиционных материалов, построенной на основе кинетической концепции прочности твердых тел акад. РАН С.Н. Журкова, теории размерностей и подобия, физики прочности композиционных материалов;

- системный анализ и обобщение результатов регистрации импульсного электромагнитного излучения при нагружении образцов композиционных материалов;

- методы математической статистики при обработке экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, с использованием современного программного обеспечения.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

- предложена кинетическая модель накопления микроповреждений структуры полимерных композиционных материалов, отличающаяся от ранее известных тем, что она включает в себя скорректированное, не чувствительное к масштабу разрушения кинетическое уравнение прочности (Журкова-Ратнера), кинетические константы разрушения материала, масштабно нечувствительные концентрационный критерий разрушения и условие необратимости накопления повреждений структуры материала;

- исследована частота и скорость генерации импульсов электромагнитного излучения, возникающего при нагружении фенолоформальдегидных композиционных материалов;

- исследовано влияние режимов нагружения, способов изготовления, термической обработки и состава полимерных композитов на кинетические константы их разрушения;

- усовершенствован метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности полимерных композитов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения при зарождении трещин, позволяющий осуществлять контроль процесса разрушения при любых неизотермических режимах нагружения и более точно определять долговечность композитов за счет возможности нагружении образцов с любой постоянной скоростью при разных значениях температуры. Контроль стадий разрушения осуществляется по частоте и скорости генерации импульсов ЭМИ, по кинетической кривой накопления импульсов определяются кинетические константы композитов ио , у , определяется температура «размягчения» и рассчитывается долговечность материала.

Научные положения, выносимые на защиту:

- кинетическая модель накопления микроповреждений структуры полимерных композиционных материалов, включающая в себя нечувствительное к масштабу разрушения скорректированное кинетическое уравнение прочности Журкова-Ратнера, условие необратимости разрушения и концентрационный критерий разрушения, адекватна экспериментальным данным на уровне достоверности 95% и позволяет с хорошей точностью определять число циклов до разрушения композитов, изготовленных на основе фенолоформальдегидных смол, при сложных неизотермических режимах нагружения;

- частота и скорость генерации импульсов ЭМИ зависят от величины приложенного напряжения, частота возникающего электромагнитного излучения уменьшается непосредственно перед разрушением, а скорость генерации импульсов растет; кинетические константы композитов и у зависят от состава, технологии изготовления, термообработки и способа нагружения композитов;

- метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности полимерных композиционных материалов состоит в нагружении образцов с любой постоянной скоростью при разных значениях температуры. Контроль процесса разрушения осуществляется по частоте и скорости генерации импульсов ЭМИ, по кинетической кривой накопления импульсов определяются кинетические константы 1/0 , у , определяется температура «размягчения» материала и рассчитывается долговечность материала.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций основывается на:

- использовании апробированных методов классической механики разрушения, физики прочности полимерных композиционных материалов, теории размерностей и подобия, методов статистического анализа и обработки экспериментальных результатов;

-удовлетворительном совпадении результатов теоретического расчета долговечности композиционных материалов, полученных по параметрам импульсной электромагнитной эмиссии при трещинообразовании, и результатов экспериментальных исследований;

- применении статистических критериев для оценки адекватности экспериментальных данных модельным представлениям.

Личный вклад автора состоит в исследовании частоты, скорости генерации ЭМИ, кинетических констант композитов и температуры «размягчения»; разработке численных методов обработки экспериментальных данных, их анализе и обобщении; совершенствовании метода контроля разрушения и прогноза долговечности композитов.

Научное значение работы состоит в разработке совокупности положений, позволяющих сформулировать кинетическую модель накопления микроповреждений структуры полимерных композитов, учитывающую масштаб разрушения и температуру «размягчения»; в установлении закономерностей изменения частоты и скорости генерации импульсов электромагнитного излучения композитов, находящихся под нагрузкой, которые способствуют углублению знаний о действии механического нагружения на материалы и расширению представлений о механизме генерации импульсного электромагнитного излучения композитов.

Практическая ценность работы определяется возможностью использования полученных результатов и усовершенствованного метода электромагнитного излучения для определения основных кинетических констант прочности на стадии изготовления и испытания композиционных материалов, контроля стадий разрушения по частоте и скорости генерации импульсов ЭМИ, а также для прогнозирования ресурса долговечности композитов.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты работы использованы при разработке автоматизированной системы измерений в Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка метода, оборудования и изучения динамики разрушения композитов на основе анализа электромагнитной эмиссии» в рамках Федеральной целевой программы «Разработка, восстановление и организация производства стратегических, дефицитных и импортозамещающих материалов и малотоннажной химии для вооружения, военной и специальной техники на 2009-2011 годы и на период до 2015 года».

На основе проведенных исследований разработан способ определения долговечности композиционных материалов при циклических нагрузках.

Научные результаты используются в учебном процессе в Кузбасском государственном техническом университете при подготовке студентов по специальности 130401 «Физические процессы горного или нефтегазового производства».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на Международном симпозиуме Восточно-азиатских стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям «Композиты XXI века» (Саратов, 2005); VI Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (Кемерово, 2005); XIII Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 2005); Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, автоматизация» (Барнаул, 2006); Международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2007» (Одесса, 2007); VII Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах» (Кемерово, 2007). XII Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово, 2008); Второй международной научно-практической конференции «Измерения в современном мире-2009» (Санкт-Петербург, 2009).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов и заключения, изложенных на 137 страницах текста, содержит 40 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 168 наименований.

5.6. Выводы

1. Совершенствован метод контроля процесса разрушения композиционных материалов на основе импульсного электромагнитного излучения образцов, предоставляющий возможность проводить диагностику разрушения в образце на основе совместного анализа скорости генерации импульсов и частоты ЭМИ.

2. Предложен способ определения долговечности образцов композиционных материалов при циклических нагрузках, основанный на разработанной модели накопления микроповреждений структуры материала, заключающийся в том, что образец нагружают с любой постоянной скоростью, не вызывающей заметное изменение температуры, вплоть до разрушения. При этом регистрируют число импульсов электромагнитной эмиссии за фиксированный промежуток времени. По измеренным параметрам определяют кинетические константы прочности и рассчитывают долговечность материала при циклических нагрузках.

3. Повышение точности определения долговечности материалов достигается измерением кинетической зависимости числа импульсов на первом цикле нагружения, нахождением по измеренным параметрам ЭМИ кинетических констант и прогнозом долговечности материала.

4. Результаты исследований используются при разработке автоматизированной системы измерений в Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН и в учебном процессе ГУ КузГТУ при подготовке студентов по специальности 130401.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи совершенствования метода контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения при их нагружении, заключающееся в оперативном проведении контроля разрушения, значительном снижении трудоемкости определения числа циклов до разрушения, и имеющее существенное значение для химической, горнодобывающей и оборонной отраслей промышленности страны.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Разработанная кинетическая модель накопления микроповреждений структуры полимерных композитных материалов и импульсного электромагнитного излучения, включающая в себя кинетическое уравнение для скорости микротрещинообразования С.Н. Журкова - С.Б. Ратнера, скорректированное для любого масштабного уровня разрушения, концентрационный критерий разрушения и условия необратимости накопления микротерщин, позволяет число циклов до разрушения полимерных композитных материалов при любом неизотермическом циклическом нагружении образцов. При этом данная модель нечувствительна к масштабу разрушения и применима к образцам материалов любых линейных размеров.

2. Впервые теоретически и экспериментально исследована частота импульсного электромагнитного излучения фенопластов и текстолитов. Перед непосредственным разрушением образцов фенопластов (при 0,90-0,99 ар) наблюдается снижение частоты ЭМИ. Смещение частоты ЭМИ в область низких частот перед разделением образца на части позволяет диагностировать приближение к стадии его разрушения.

3. Впервые исследована скорость генерации импульсов электромагнитного излучения при разрушении фенопластов и текстолитов. При этом установлено, что для всех образцов скорость генерации импульсов ЭМИ резко увеличивается непосредственно перед разрушением. Для рассматриваемых порошковых фенопластов и текстолитов на характер зависимостей скорости генерации импульсов от величины приложенной нагрузки влияют такие факторы, как технология изготовления, термообработка, а также ориентация волокон относительно действующего напряжения.

4. Установлено, что кинетические константы С/ и у зависят от способа нагружения: средние значения энергии активации разрушения полимерных композитов в режиме растяжения оказываются меньше, чем в режиме сжатия, что обусловлено локальным ростом температуры в зоне пластического течения образцов при растяжении, средние же значения структурно-чувствительного коэффициента при растяжении оказываются в 3-4 раза больше, чем при сжатии, что связано с различием пределов прочности композитов на растяжение и сжатие.

5. На основе проведенных исследований предложен совершенствованный метод контроля процесса разрушения и прогноза долговечности композиционных материалов, заключающийся в том, что по частоте и скорости генерации импульсов ЭМИ проводится контроль стадийности разрушения, по параметрам импульсов определяются кинетические константы Ц , у и рассчитывается число циклов до разрушения. Отличительной особенностью метода является возможность контроля разрушения по измерениям частоты и скорости генерации импульсов ЭМИ, повышенная информативность, высокая производительность контроля.

6. Предложен способ определения числа циклов до разрушения образцов композиционных материалов при циклических нагрузках, основанный на разработанной модели накопления повреждений структуры композиционных материалов, заключающийся в том, что образец нагружают с постоянной скоростью, не вызывающей заметное изменение температуры, вплоть до разрушения. При этом регистрируют число импульсов электромагнитной эмиссии за фиксированный промежуток времени. По измеренным параметрам определяют кинетические константы прочности, температуру «размягчения» и рассчитывают долговечность материала при циклических нагрузках.

7. Результаты проверки адекватности модели при 5 % уровне значимости по F - критерию Фишера свидетельствуют, что предлагаемая модель накопления микроповреждений структуры материала находится в хорошем соответствии с экспериментальными данными и может быть использована для определения числа циклов до разрушения композиционных материалов.

8. Предложенный метод использован в Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН при разработке автоматизированной системы измерений. Эффективность разработанного метода подтверждена результатами его использования для оценки физико-механических свойств образцов при проведении исследований по изучению разрушения композиционных материалов в научно-исследовательской лаборатории кафедры теоретической и геотехнической механики КузГТУ.

1. Журков, С. Н. Кинетическая природа прочности твердых тел/ С. Н. Журков // Вестник АН СССР. - 1968. - Вып.З. - С. 46-52.

2. Регель, В. Р. Кинетическая природа прочности твердых тел / В. Р. Ре-гель, А. И. Слуцкер, Э. И. Томашевский. М. : Наука, 1974. - 560 с.

3. Тамуж, В. П. Микромеханика разрушения полимерных материалов / В. П. Тамуж, В. С. Куксенко. Рига: Зинатне, 1978. - 294 с.

4. Бартенев, Г. М. Прочность и механизм разрушения полимеров / Г. М. Бартенев. М. : Химия. - 1984. - 274 с.

5. Бартенев, Г. М. Релаксационные свойства полимеров / Г. М. Бартенев, А. Г. Бартенева. М. : Химия, 1992. - 383 с.

6. Гольдман, А. Я. Прогнозирование деформационно-прочностных свойств полимерных и композиционных материалов / А. Я. Гольдман. Л. : Химия, 1988.-271 с.

7. Ратнер, С. Б. Механическое разрушение пластмасс как процесс деструкции полимеров / С. Б. Ратнер. -М.: НИИТЭхим, 1989. 97 с.

8. Ратнер, С. Б. Физическая механика пластмасс: как прогнозируют ра-ботостойкость / С. Б. Ратнер, В. П. Ярцев. М.: Химия, 1992. - 320 с.

9. Бугло, С. Т. Усталостная прочность и выносливость пластмасс / С. Т. Бугло, С. Б. Ратнер. М.:НИИТЭхим, 1989. - 82 с.

10. Композиционные материалы. В 8- ми томах. М.: Мир, М.: Машиностроение, 1978.

11. Болотин, В. В. Некоторые математические и экспериментальные модели процессов разрушения / В. В. Болотин // Пробл. прочности. 1971. - № 2. - С. 13-20.

12. Болотин, В. В. Статистическая теория накопления повреждений в композиционных материалах / В. В. Болотин // Механика полимеров. 1976. -№2.-С. 247-255.

13. Куксенко, В. С. Концентрационный критерий укрупнения трещин в гетерогенных материалах / В. С. Куксенко, Л. Г. Орлов, Д. И. Фролов // Механика композитных материалов. 1979. - № 2. - С. 195-201.

14. Журков, С. Н. Концентрационный критерий объемного разрушения твердых тел / С. Н. Журков, В. С. Куксенко, В. А. Петров // В кн. "Физические процессы в очагах землетрясений" // М. : Наука. 1980. - С. 43-46.

15. Журков, С. Н. Физические основы прогнозирования механического разрушения / С. Н Журков, В. С. Куксенко, В. А. Петров // ДАН СССР.- 1981. -Т.259. № 6.- С.1350-1353.

16. Определение констант термофлуктуационного уравнения прочности и параметров трещин на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения горных пород / В. В. Иванов и др. // Изв. АН СССР. Физика Земли.1990. -№ 5. — С. 78-84.

17. Куксенко, В. С. Концентрационный критерий укрупнения трещин в гетерогенных материалах / В. С. Куксенко, Л. Г. Орлов, Д. И. Фролов // Механика композ. материалов. 1979. -№ 2. - С. 195.

18. Петров, В. А. Термодинамический подход к микромеханике разрушения твердых тел / В. А. Петров // ФТТ 1983. - Т.25.- В.10. - С. 3110-3113.

19. Куксенко, В. С. Модель перехода от микро- к макроразрушению твердых тел / В. С. Куксенко // Сб. "Физика прочности и пластичности". Л. : Наука, 1986.-С. 36-41.

20. Тканые конструкционные композиты / Ф. Скардино и др..- М. : Мир,1991. -430 с.

21. Армирующие химические волокна для композиционных материалов / Г. И. Кудрявцев и др..- М. : Химия, 1992. 328 с.

22. Волоконные композиционные материалы / И. Д. Тот и др.. М. : Металлургия, 1978.-239с.

23. Углеродные волокна // под ред. С. Симамуры. М. : Мир, 1988.320 с.

24. Поверхности раздела в полимерных композитах // под ред. Э. Плюде-мана. М. : Мир, 1978. - 294 с.

25. Регель, В. Р. Исследования по физике прочности композитных материалов. Обзор / В. Р. Регель // Механика композ. материалов. 1979. - № 6. - С. 999-1020.

26. Регель, В. Р. К вопросу о температурно-временной зависимости прочности адгезионных контактов металл-полимер / В. Р. Регель, А. М. Лексовский, О. Ф. Киреенко // Механика полимеров-1977. № 3. - С. 544-547.

27. Тихонов, А. А. Температурно-временная зависимость адгезионной прочности для системы полимер полимер / А. А. Тихонов, А. А. Тагер, Е. С. Степанов // Механика полимеров. - 1968. - № 4. - С. 665-671.

28. Исследование адгезионной прочности эпоксидного полимера с углеродным, стеклянным и стальным волокном / Г. Д. Андреевская и др.. // Механика полимеров. 1974. - № 1. - С. 37-42.

29. Журков, С. Н. Дилатонный механизм прочности твердых тел / С.Н. Журков // Физика тв. тела. 1983. - Т.25. - № 10. - С. 3119-3123.

30. Петров, В. А. Дилатонная модель термофлуктуационного зарождения трещины / В .А. Петров // Физика тв. тела. -1983. -Т.25. № 10. - С. 3124-3127.

31. Шевелев, В. В. К термофлуктуационной теории хрупкого разрушения материалов / В. В. Шевелев, Э. М. Карташев // Физика тв. тела. 1989. - Т.31. — №9.-С. 71-75 .

32. Мелькер, А. И. О двух типах дилатонов / А. И. Мелькер, А. В. Иванов // Физика тв. тела. 1986. - Т. 28. - № 11. - С. 3396-3402.

33. Мелькер, А. И. Разрывы флуктуаций и уединенные волны / А. И. Мелькер // Физика тв. тела. 1988. - Т.30. - № 11. - С. 3407-3411.

34. Лэм, Дж.Л. Введение в теорию солитонов / Дж.Л. Лэм. М.: Мир, 1983.-294 с.

35. Ньюэл, А. Солитоны в математике и физике / А. Ньюэл. М. : Мир, 1989.-324 с.

36. Разрушение М. : Мир, Т.7, ч.П, 1976. - 469 с.

37. Гуль, В. Е. Структура и прочность полимеров / В. Е. Гуль М. : Химия, 1978.-326 с.

38. Скудра, А. М. Ползучесть и статическая усталость армированных пластиков / А. М. Скудра, Ф. Я. Булаве, К. А.Роценс. Рига : Зинатне, 1971. -238 С.

39. Гольдман, А. Я. Прочность конструкционных пластмасс / А. Я.Гольдман Л. : Машиностроение, 1979. - 320 с.

40. Серенсен, С. В. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность / С. В. Серенсен, В. П. Когаев, Р. М. Шнейдерович. М. - 1975488 с.

41. Томашевская, И. С. Возможность предсказания момента разрушения горных пород на основе флуктуационного механизма роста трещин / И. С .Томашевская, Я .Н. Хамидуллин // Докл. АН СССР. 1972. - Т.207 - Вып.З. -С.580-582.

42. Олдырев, П. П. Долговечность полиметилметакрилата при стационарном и ступенчатом неизотермических режимах циклического нагружения / П. П. Олдырев, В. М. Парфеев // Механика полимеров. 1975. - № 5. - С. 795803.

43. Олдырев, П. П. О накоплении повреждений в стеклопластике при циклическом растяжении сжатии / П. П. Олдырев // Механика полимеров. -1971.-№5.-С. 881-885.

44. Парфеев, В. М. Суммирование повреждений при нестационарном циклическом нагружении стеклопластиков / В. М. Парфеев, П. П. Олдырев, В. П. Тамуж // Механика композ. материалов. 1979. - № 1. - С. 65-72.

45. Парфеев, В. М. Оценка поврежденности стеклопластика при циклическом изгибе / В. М. Парфеев, П. П. Олдырев // Механика полимеров. 1977. - № 6. - С. 1058-1061.

46. Апинис, Р. П. Прогнозирование усталостной долговечности стеклопластика при стационарном и нестационарном циклическом нагружении /

47. Р. П. Апинис, С. Л. Скалозуб // Механика композ. материалов. 1983. - № 1. -С.138-145.

48. Ильюшин, А. А. Об одной теории длительной прочности / А. А. Ильюшин // Известия АН СССР. Механика тв. тела. 1967. - № 3. - С. 21-35.

49. Зезин, Ю.П. Влияние скорости деформирования на механические свойства полимерных материалов на основе целлюлозы / Ю. П.Зезин, Ю. И. Козырев, Н. И. Малинин // Механика композ. материалов. 1983. - № 6. - С. 1090- 1094.

50. Зезин, Ю.П. Энергетический критерий длительной прочности полимерных материалов / Ю. П. Зезин, Ю. Я. Барт, М. А. Тунда // Механика композ. материалов. 1987.- № 4. - С. 729-733.

51. Олдырев, П. П. Влияние среднего напряжения цикла на многоцикловую усталость армированных пластиков при осевом нагружении / П. П. Олдырев // Механика композ. материалов. 1984. - № 5. - С. 850-859.

52. Олдырев, П. П. Влияние влаги на многоцикловую усталость армированных пластиков / П. П. Олдырев // Механика композ. материалов. 1983. - № 3. - С. 446-456.

53. Олдырев, П. П. Изменение свойств стеклотекстолита при циклическом растяжении — сжатии / П. П. Олдырев, В. П. Тамуж // Механика полимеров. 1967. - № 5. - С. 864-872.

54. Олдырев, П. П. Уточнение методики определения усталостной долговечности полимерных материалов по температуре разогрева / П. П. Олдырев, В. М. Парфеев, В. И. Комар // Механика полимеров. 1977. - № 3. - С. 906-913.

55. Олдырев, П. П. О корреляции между статической и усталостной прочностью армированных пластиков / П. П. Олдырев // Механика полимеров. 1973. - № 3. - С. 468^167.

56. Олдырев, П. П. Многоцикловая усталость композитных материалов/ П. П. Олдырев, В. П. Тамуж // Журн. Всесоюзн. хим. общества им. Д.И. Менделеева. 1989. - Т. 24. - № 5. - С. 545-552.

57. Барейшис, И. П. Прогнозирование усталостной долговечности полимерных и композитных материалов / И. П. Барейшис, Г. С. Синицкас, А. П. Стирбис // Механика композ. материалов. 1983. - № 6. - С. 1010-1015.

58. Саркисян, H. Е. Приближенная модель прогнозирования анизотропии многоцикловой усталостной прочности композиционных материалов / H. Е. Саркисян // Механика композ. материалов. 1986. - № 5. -С. 914-919.

59. Yang, J. N. An exploratory study for fatigue of composite under spectrum loading / J. N. Yang, Du. Shfiiyi // J. Composite Materials. 1983. - Vol. 17, Nov.-P. 511-526.

60. Yang, J. N. Fatigue and residual strength degradation for graphite / epoxy composites under tension compression ciclic loading / J. N. Yang // J. Composite Materials. - 1978. - Vol. 12. - P. 19-39.

61. Усталость слоистых композитов с различными схемами армирования. 2. Плоское напряженное состояние и расчетная модель / Я. А. Андерсон и др.. // Механика композ. материалов. 1989. - № 4. - С. 608-616.

62. Андерсон, Я. А. Разрушение косоугольного армированного композита при осевом нагружении / Я. А. Андерсон, В. А. Лимонов, В. П. Тамуж // Механика композ. материалов. 1990. - № 2. - С. 231-236.

63. Терегулов, И. Г. Метод расчета на усталость слоистых композитных оболочек и пластин / И. Г. Терегулов, Э. С. Сибгатуллин // Механика композ. материалов. 1990. - № 5. - С. 871-876.

64. Латишенко, В. А. Диагностика жесткости и прочности материалов / В. А. Латишенко. Рига, 1968. - 320 с.

65. Латишенко, В. А. Методы и средства изучения повреждаемости композитных материалов / В. А. Латишенко, И. Г. Матис // Механика композ. материалов. 1979. - № 2. - С. 344-350.

66. Регель, В. Р. Изучение кинетики разрушения композиционных материалов / В. Р. Регель, А. М. Лексовский, О. Ф. Поздняков // Механика композ. материалов. 1979. - № 2. - С. 211.

67. Закревский, В. А. Механизм механоэмиссии полимеров / В. А. Закрев-ский, В. А. Пахотин // Физика тв. тела. 1978. - Т. 20. - № 2. - С. 371-377.

68. Куров, И. Е. К вопросу о регистрации разрушения композитного материала методом механоэмиссии / И. Е. Куров, A.B. Мовшович // Механика композ. материалов. 1982. - № 4. - С. 746-749.

69. Куров, И. Е. Роль ионизационных процессов при разрушении эпоксидных полимеров / И. Е. Куров, А. В. Мовшович, В. П. Новожилов // Механика композ. материалов. 1983. - № 4. - С. 579-582.

70. Куров, И. Е. Механоэмиссия углепластиков / И. Е. Куров, А. В. Мовшович, В. П. Новожилов // Механика композ. материалов. 1981. - № 2. — С. 345-349.

71. Куров, И. Е. Взаимосвязь эмиссионных и прочностных свойств композитных материалов с дисперсными частицами в полимерной матрице / И. Е. Куров, А. В. Мовшович // Механика композ. материалов. 1985. - № 4. - С.749-751.

72. Исследование проникающего излучения при адгезионном и когезион-ном разрушении твердых тел / Ю. П. Топоров и др.. // X Юбилейный Всесоюзный симпозиум по механоэмиссии и механохимии твердых тел : тез. докладов. М. - 1986. - С. 22.

73. Хаттон, П. Акустическая эмиссия / П. Хаттон, Р. Орд // Методы не-разрушающих испытаний. М. : Мир, 1972 - С. 27-58.

74. Грешников, В. А. Акустическая эмиссия / В. А. Грешников, Ю. Б. Дробот. М. - 1976. - 272 с.

75. Исследование параметров сигналов акустической эмиссии для исследования процессов разрушения полимерных композиционных материалов / В. В. Лукша и др.. // Акустическая эмиссия материалов и конструкций. — Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1989. С. 164-169.

76. Хорошавина, С. Г. Изучение процессов рассеянного разрушения композиционных материалов по результатам акустоэмиссионных испытаний / С. Г. Хорошавина, И. В. Викторова, А. Ю. Щеглов // Техн. диагн. и неразр. контроль. 1992. - № 3. - С. 73-79.

77. Связь между параметрами акустических сигналов и размерами разрывов сплошности при разрушении гетерогенных материалов / Д. И.Фролов и др.. // Механика композ. материалов. 1980. - № 5. - С. 907-911.

78. Фролов, Д. И. Изучение динамики слияния микротрещин методом акустической эмиссии / Д. И. Фролов, Р. Ш. Килькеев, В. С. Куксенко // Механика композ. материалов. 1981. - № 1.-С. 116-120.

79. Викторова, И. В. Идентификация механизмов разрушения волокнистых композитов по акустико-эмиссионным испытаниям / И. В. Викторова, С. Г. Хорошавина, А. Ю. Щеглов // Механика композ. материалов. 1989. - № 4.-С. 617-622.

80. Суворова, Ю. В. Рассеянное разрушение волокнистых композитов с учетом эксплуатационных и технологических факторов / Ю. В. Суворова, И. В. Викторова // В кн. Физика и механика разрушения композиционных материалов.-Л.: Наука, 1986,-С. 185-196.

81. Некоторые особенности использования метода акустической эмиссии при изучении фрагментации одиночных волокон в полимерной матрице / Ю. А. Горбаткина и др.. // Механика композ. материалов. 1993. - Т. 29. - № 6. - С. 734-740.

82. Переверзев, Е. С. Прогнозирование прочности органопластика при статическом нагружении методом акустической эмиссии / Е. С. Переверзев,

83. Д. Г. Борщевская, Т. Я. Эвина // Техн. диагн. и неразр. контроль. 1993. - № 1.- С.43-45.

84. Лысак, Н. В. Об акустнко-эмиссионной оценке прочности материалов при малоцикловом нагружении / Н. В. Лысак // Техн. диагн. и неразр. контроль. 1992. - № 3. - С. 18-25.

85. Детков, А. Ю. Опыт применения метода акустической эмиссии при неразрушающем контроле композиционных материалов / А. Ю. Детков, А. И. Потапов. Л, 1979. - 40 с.

86. Петров, В. А. Прогнозирование методом акустической эмиссии работоспособности металлполимерных деталей машин / В. А. Петров, А. Е. Башкарев, В. В. Носов // Механика композ. материалов. 1989. - № 2. - С. 254-261.

87. Половников, П. В. Характер акустической эмиссии и долговечность хрупких композитных материалов при постоянной нагрузке / П. В. Половников, В. В. Трофимов // Механика композ. материалов. № 3. - С. 542-546.

88. Шлякцу, М. И. Некоторые закономерности акустической эмиссии бетонов при статическом нагружении / М. И. Шлякцу // В кн. «Физика прочности композиционных материалов: материалы III Всесоюзн. семинара» // Л.- 1979.-С. 235-241.

89. Применение метода акустической эмиссии для анализа процессов деформации и разрушения композиционных материалов / Е. А. Кулешова и др..//Акустическая эмиссия материалов и конструкций. Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1989.-С. 169-180.

90. Применение метода акустической эмиссии для изучения кинетики микро- и макроразрушения гетерогенных материалов / А. М. Лексовский и др.. // Акустическая эмиссия материалов и конструкций. Ростов н/Д: Изд-воРГУ, 1989.-С. 180-187.

91. Шарко, А. В. Современное состояние и перспективы развития акустических методов контроля прочностных свойств конструкционных материалов / А. В. Шарко // Дефектоскопия. 1983. - № 5. - С. 72-87.

92. Крюков, И. И. Амплитудно-временной теневой метод ультразвуковой дефектоскопии / И. И. Крюков // Заводская лаборатория. 1990. - № 4. - С. 60-63.

93. Рапопорт, Ю. М. Ультразвуковая дефектоскопия строительных деталей и конструкций / Ю. М. Рапопорт М., 1975 129 с.

94. Крюков, И. И. Диагностика прочностных свойств пенопластов по двум ультразвуковым параметрам / И. И. Крюков, О. О. Карапетян, В. П. Гнюб-кин // Механика композ. материалов. 1993. - Т.29. - № 2. - С. 274-281.

95. Мирошниченко, М. И. Излучение электромагнитных импульсов при зарождении трещин в твердых диэлектриках / М. И.Мирошниченко, В. С. Куксенко//Физика тв. тела. 1980. - Т.22.-В.5. - С. 1531-1533.

96. Дерягин, Б. В. Адгезия твердых тел / Б. В. Дерягин, Н. А. Кротова, В. П. Смилга. М. : Наука, 1973. - 279 с.

97. Килькеев, Р. Ш. Электрические эффекты и зарождение трещин в ЩГК / Р. Ш. Килькеев, В. С. Куксенко // Физика тв. тела. 1980. - Т.22. - № 10.-С. 3133-3138.

98. Динамика трещин и электромагнитное излучение нагруженных горных пород / В. В. Иванов и др.. // Физ.-техн. пробл. разр. полезн. ископ. -1988. № 5. - С. 20-27.

99. Алексеев, Д. В. Теория формы электромагнитного импульса, генерируемого движущейся трещиной / Д. В. Алексеев, П. В. Егоров // Физ.-техн. пробл. разр. полезн. ископ. 1993. - № 6. - С. 3-5.

100. Алексеев, Д. В. Механизмы электризации трещины и электромагнитные предвестники разрушения горных пород / Д. В. Алексеев, П. В. Егоров, В. В. Иванов // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископ. 1992. - № 6. - С. 2732.

101. Головин, Ю. И. Быстропротекающие процессы в пластически деформируемых щелочно-галоидных кристаллах / Ю. И. Головин, А. А. Шибков // Физика тв. тела. 1987. - Т.28. - № 11.

102. Заряжение берегов трещины и работа разрушения щелочно-галоидных кристаллов / В. М. Финкель и др.. // Физика тв. тела. 1986. - Т. 9. -№ 9.

103. Электромагнитное излучение вершины трещины при разрушении ионных кристаллов / Н. И. Гершензон и др.. // ДАН СССР. 1986. - Т. 288. -№ 1. - С. 75-78.

104. Нестационарное электрическое поле быстрой трещины скола в монокристаллах LiF / Ю. И. Головин и др.. // Физика тв. тела. 1985. - Т. 27. -В. 4.-С. 1110-1115.

105. Иванов, В. В. Физические основы электромагнитных процессов при формировании очага разрушения в массиве горных пород / В. В. Иванов: дис. . д-р. техн. наук. Кемерово. - 1994. - 360 с.

106. Егоров, П. В. Энергетические характеристики разрушения горных пород и композиционных материалов / П. В; Егоров и др..// Геомеханические основы подземной разработки полезных ископаемых. Сб. научн. тр. Кемерово, 1995.-С. 4-10.

107. А. с. № 1408053 МКИ3 Е 21 В 49/00 Способ определения скорости развития зародышевой трещины и ее стартовой длины / В. В. Иванов, JI. А. Колпакова, П. В. Егоров (СССР). № 4131792 / 22-03; заявл. 08. 10. 86; опубл. 07. 07. 88, Бюл. № 25.

108. А. с. № 1476133 МКИ3 Е 21 С, 39/00 Способ оценки склонности горных пород к динамическому разрушению / П. В. Егоров, Г. Я. Новик, В. В Иванов и др (СССР). № 4299752 / 23-03; заявл. 30. 06. 87; опубл. 30. 04. 89, Бюл. № 16.

109. А. с. № 1550138 МКИ3 Е 21 С 39/00 Способ определения скорости развития трещины / В. В.Иванов, А. И. Шиканов, JL А. Колпакова и др (СССР). -№ 4430065 /23-03; заявл. 09.03.88; опубл. 15.03.90, Бюл. №10.

110. А. с. № 1714432 МКИ3 G01 №3/32 Способ определения скорости ускоренного распространения трещины в образце / П. В. Егоров, В. В. Иванов, Л. А. Колпакова и др (СССР). № 4796796 / 28; заявл. 19.02.90; опубл. 23.02.92, Бюл. № 7.

111. А. с. № 1703815 Е 21 С 39/00 Способ определения степени уда-роопасности массива горных пород / А. С. Денисов, А. А. Малыиин, В. В.

112. Иванов и др (СССР). № 463068 / 03; заявл. 12.01.89; опубл. 07.01.92, Бюл. № 1.

113. А. с. № 1809052 РФ, МКИ3 Е 21 С 39/00 Способ оценки склонности горных пород к динамическому разрушению / П. В. Егоров, Г. Я. Новик, В. В. Иванов и др. № 4892317 / 03; заявл. 18.12.90; опубл. 15.04.93, Бюл. № 14.

114. Пат. № 2020476 Российская Федерация G 01 N 29/14 Способ определения долговечности образцов из композиционных материалов / П. В. Егоров, В. В. Иванов, JI.A. Колпакова и др. №4937079/28; заявл. 14.05.91; опубл. 30.09.94, Бюл. № 18.

115. Определение кинетических констант прочности и критического размера разрушения композиционных материалов на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения при их разрушении / В. В. Иванов и др.. // ПМТФ. — 1994. — Т. 35. — № 4. С. 153-159.

116. Херстовская статистика временной зависимости электромагнитной эмиссии при разрушении горных пород / Д.В. Алексеев и др.. // Физ.-техн. пробл. разр. полезн. ископ. 1993. - № 5. - С.45-49.

117. Алексеев, Д. В. Херстовская статистика потока импульсов при разрушении композитов / Д. В. Алексеев, Т. М. Черникова // Композиты в народное хозяйство России: тез. докл. междунар. научн.- техн. конф. - Барнаул: АлтГТУ, 1995.-С. 16.

118. Шемякин, Е. И. О свободном разрушении твердых тел / Е. И. Шемякин // Докл. АН СССР. Т.300. - Вып.5. - С. 1090-1094.

119. Егоров, П. В. О некоторых закономерностях импульсного электромагнитного излучения щелочно-галоидных кристаллов и горных пород / П. В. Егоров, В. В. Иванов, Л. А. Колпакова // Физ.-техн. проблемы разраб. полезн. ископаемых. 1988. - № 1. - С. 67-70.

120. Пимонов, А. Г. Имитационная модель процесса трещинообразова-ния в очагах разрушения горных пород / А. Г. Пимонов, В. В. Иванов // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископ. 1990. - № 3. - С. 34-37.

121. Алексеев, Д. В. Механизмы формирования квазистационарного электрического поля в нагруженных горных породах / Д. В. Алексеев, В. В. Иванов, П. В Егоров. // Физ.- техн. пробл. разраб. полезн. ископ. 1993. - № 2 -С. 3-6.

122. Алексеев, Д. В. Персистентность накопления трещин при нагруже-нии горных пород и концентрационный критерий разрушения / Д. В. Алексеев, П. В. Егоров // Докл. АН (Россия). 1993. - Т.ЗЗЗ. - № 6. - С. 769-770.

123. Климов, В. И. Электромагнитное излучение при нагружении композиционных материалов / В. И. Климов, В. В. Иванов, Т. М. Черникова и др. // Композиты в народное хозяйство России: тез. докл. междунар. научн.-техн.конф. - Барнаул: АлтГТУ, 1995. - С.35.

124. Черникова, Т. М. Исследование усталостной прочности материалов при циклических нагрузках / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, В. И. Климов, Е. А. Михайлова // Вест. КузГТУ.- 2005. № 2. - С. 73-75.

125. Черникова, Т. М. О кинетике разрушения материалов при их растяжении / Т. М. Черникова, В. В. Иванов, Е. А. Михайлова // Вест. КузГТУ.-2005.-№2.-С. 75-77.

126. Климов, Контроль разрушения и долговечности композиционных материалов /В. И. Климов, Т. М. Черникова//Кемерово: КузГТУ, 1997. 151 с.

127. Иванов, В. В. Кинетика разрушения и усталостная прочность полимерных композиций./ В. В. Иванов, В.И. Климов, Т.М. Черникова Кемерово: ГУ КузГТУ, 2003.- 233 с.

128. Алексеев, Д. В. Херстовская статистика накопления дефектов при разрушении полимерных композитов. / Д. В. Алексеев, П. В. Егоров, В. И. Климов // В кн. "Структура и динамика молекулярных систем", ч.З.- Москва-Казань Йошкар-Ола, 1996. -С. 163-164.

129. Хатиашвили, М. Г. Об электромагнитном эффекте при трещинообра-зовании в щелочно-галоидных кристаллах и горных породах / Н. Г. Хатиашвили // Известия АН СССР. Физика Земли. 1984. - № 9. - С. 13-19.

130. Поиск электромагнитных предвестников землетрясений / под. ред. Гохберга М.Б. М. : ИФЗ АН СССР, 1988. - 243 с.

131. Характеристики источников электромагнитного излучения в массиве горных пород / И. Л. Гуфельд и др.. // Напряжённо-деформированное состояние массивов горных пород: сб. научн. тр. ИГД СО АН СССР. - Новосибирск, 1988.-С. 70-76.

132. Головин, Ю. И. Быстропротекающие электрические процессы в пластически деформируемых щелочно-галоидных кристаллах / Ю. И. Головин, А. А. Шибков // ФТТ. 1987. - Т. 28. - В. 11. - С. 3492-3499.

133. Колмаков, В. В. Разработка метода и аппаратуры контроля трещино-образовання в горных породах по параметрам естественного электромагнитного излучения / В. В. Колмаков: автореф. дис. . канд. техн. наук. Кемерово, 1989.- 18 с.

134. Касьян, М. В. Изменение спектров эмиссионных сигналов при развитии трещин и разрушении горных пород / М. В. Касьян, В. А. Робсман, Г. Н. Никогосян // Доклады АН СССР. 1989. - Т. 306. - № 4. - С. 826-830.

135. Курленя, М. В. Стадийность процесса разрушения на основе исследования ЭМИ-излучения / М. В. Курленя, Г. Е Яковицкая, Г. И. Кулаков // ФТПРПИ.- 1991.-№ 1.-С. 41-49.

136. Курленя, М. В. Спектрально-временной анализ электромагнитной эмиссии при трещинообразовании горных пород / М. В. Курленя, Г. И. Кулаков, Г. Е. Яковицкая // ФТПРПИ. 1993. - № 1. - С. 3-13.

137. Судьенков, Ю. В. Электромагнитное излучение при разрушении пье-зоэлектриков субмикросекундными импульсами давления / Ю. В. Судьенков // Журнал техн. физики. 2001. - Т.71. - Вып. 12. - С. 101-103.

138. Подобие в процессах разрушения горных пород на различных масштабных уровнях / B.C. Куксенко и др.. // АН СССР. Физика Земли. 1990. -№6. С. 66-70.

139. Алабужев, П. М. Теория подобия и размерностей. Моделирование / П. М. Алабужев, В. Б. Геронимус, JI. М. Минкевич // М. : Высш. шк., 1968. -205 с.

140. Тамм, И. Е. Основы теории электричества / И. Е. Тамм. М. : Наука, 1976.-616 с.

141. Сканави, Г. И. Физика диэлектриков / Г. И. Сканави. М. : Гос. изд-во физико-мат. лит., 1958.- 907 с.

142. Смайт, В. Электростатика и электродинамика / В. Смайт. М. : Мир, 1962,- 730 с.

143. Харкевич, А. А. Спектры и анализ / А. А. Харкевич. М. : Изд-во физико-мат. лит., 1962 - 236 с.

144. Губкин, А. Н. Физика диэлектриков / А. Н. Губкин. М. : Высш. шк., 1971.-269 с.

145. Фенопласты. Каталог//Черкассы: НИИТЭХИМ, 1979.-40 с.

146. Болотин, В. В. Механика композитных материалов и конструкций из них / В кн.: Болотин В. В., Гольденблат И. И., Смирнов А. Ф. Строительная механика, современное состояние и перспективы развития М., 1972. - С.65-98.

147. Разрушение. 2ч. //М. : Мир, 1975. С.521-615.

148. Михайлова, Е. А. Об измерении интенсивности ЭМИ при нагруже-нии композитов/ Е. А. Михайлова, Т. М. Черникова.// Тр. междунар. научн.прак. конф. «Измерения в современном мире-2009». СПб: Изд-во политехи, ун-та, 2009. -С.34-35.

149. Хан, Г. Статистические модели в инженерных задачах / Г. Хан, С. Шапиро. М. : Мир, 1969. - 395 с.

150. Мюллер, П. Таблицы по математической статистике / П. Мюллер, П. Нойман, Р. Шторм. М. : Финансы и статистика, 1982. - 278 с.

151. Михайлова, Е. А. Контроль процесса разрушения композиционных материалов на основе изменения частоты импульсного электромагнитного излучения при нагружении / Е. А. Михайлова // Ползуновский вестник. 2010. -№2.-С. 78-81.

152. Методическое руководство по применению технологии упрочнения неустойчивого горного массива нагнетанием фенолоформальдегидного скрепляющего состава // Прокопьевск, 1991. 37 с.