Дослідження міжмолекулярних взаємодій та структури в епоксиамінних композитах з дисперсними оксидами

With the help of the software package HyprChem, using a method of quantum-chemical modeling, research into intermolecular interactions between epoxyamine grid and oxides of different chemical nature Al2O3, Fe2O3, TiO2, СаО was carried out. To take into account hydroxyl-hydrate surface layer of oxides, molecular complexes of the fragment of epoxyamine grid and hydroxides of metals Al(OH)3, Fe(OH)3, Ti(OH)4, Ca(OH)2 were used as models. As a result of modeling, it was established that Ca(OH)2 molecule forms strong intermolecular bonds and has the greatest influence on the spatial conformation of the epoxyamine fragment. It was shown that a calcium atom is oriented to π-electron cloud of the benzene ring with formation of donor-acceptor bond, and OH-groups form hydrogen bonds with OH-groups of the residue of a molecule of epoxy oligomer in the grid. The studied intermolecular interactions of epoxyamine grid and hydroxides of amphoteric metals Al(OH)3, Fe(OH)3, Ti(OH)4 indicate the formation of low-energy inductive and dipole-dipole (orientation) bonds. It was established that existence of amphoteric hydroxides does not cause a change of the spatial conformation of the grid’s fragment. It was shown that the ability of hydroxides of metals to affect the spatial conformation of a fragment of the epoxyamine grid increases in the series: Ti(OH)3<Al(OH)3<Fe(OH)3<Ca(OH)2. The resulting series coincides with the series, in which basic properties of active Branstad centers (OH-groups) with the central elements Ti4+<Al3+<Fe3+<Ca2+ increase (acidic properties decrease). The influence of the oxide filler on the structure and spatial conformation of epoxyamine grid increases with an increase of basicity (alkalinity) of an oxide. Resistance of composites to aqueous aggressive media depends on the surface acidic-basic properties, dispersion and package density of fillers’ particles in the polymer matrix. When adding strongly basic calcite oxide (CL), chemical resistance of composites decreases by 5 times. In this case, composites with non-homogeneous structure and non-uniform distribution of compacted areas are formed. It was found that when adding amphoteric rutile oxides (RT), alumina (AL) and hematite (HM), the main factors that affect chemical resistance of filled composites include dispersion and package density of fillers’ particles. The calculated parameter a of composites, which describes package density of the filler in the polymer matrix, increases in the series of fillers HM<RT<AL. This series coincides with the series, in which resistance of filled composites in all aggressive media decreases. At an increase in package density of a filler, probability of pegridration of aggressive medium into the material decreases, which is associated with extension of the diffusion path.Методом квантово-химического моделирования исследованы межмолекулярные взаимодействия в композитах на основе эпоксиаминного сетчатого полимера и дисперсных оксидов разной химической природы Al2O3, Fe2O3, TiO2, СаО. Установлены закономерности влияния кислотно-основных характеристик наполнителей на межмолекулярные взаимодействия и пространственную конформацию полимеров. Определены зависимости структурных параметров и свойств композитов от дисперсности и плотности упаковки частиц наполнителей в полимерной матрицеМетодом квантово-хімічного моделювання досліджені міжмолекулярні взаємодії у композитах на основі епоксиамінного сітчастого полімеру і дисперсних оксидів різної хімічної природи Al2O3, Fe2O3, TiO2, СаО. Встановлені закономірності впливу кислотно-основних характеристик наповнювачів на міжмолекулярні взаємодії та просторову конформацію полімерів. Виявлені залежності структурних параметрів та властивостей композитів від дисперсності і щільності упаковки частинок наповнювачів у полімерній матриц

Розробка метода напівадаптивної масштабної трансформації порога при обчисленні рекурентних діаграм

A method has been constructed for the threshold semi-adaptive scaling transformation. The method provides calculation of recurrent plots, which adequately map the dynamics of real complex dynamic systems in natural and technical spheres. A new scientific result implies the development of theoretical basis for the method of semi-adaptive scaling transformation of the threshold during calculation of recurrent plots by improvement of linear normalized spaces due to introduction of a scalar product of vectors. The proposed method of threshold transformation provides computation of recurrent plots with increased information content, invariance to parameters of measured state vectors, and irregularity of measurements. We performed tests of operability of the proposed method of semi-adaptive scaling transformation of the threshold based on experimental measurements of concentrations of formaldehyde, ammonia, and carbon monoxide in atmospheric air in a typical industrial city with conventional stationary and mobile sources of pollution.Taking into account the proposed method of semi-adaptive scaling transformation, the obtained results of the calculation of recurrent plots confirmed its operability in general. It was found that the calculation of RP during the semi-adaptive transformation of the threshold for various α angular dimensions of a recurrence cone, equal to 1°, 5°, 10°, and 20°, indicates that accuracy of recurrent plots in detection of dangerous states in dynamic systems increases with a decrease in angular dimensions of a cone. It was established experimentally that the values of angular dimensions of the recurrence cone should be 1–5° for adequate mapping of recurrent states of real dynamic systems with the use of calculated recurrent plotsРазработан метод полуадаптивной масштабной трансформации порога, обеспечивающий вычисление рекуррентных диаграмм, адекватно отображающих особенности динамики реальных сложных динамических систем природной и технической сферы. Новый научный результат состоит в развитии теоретической основы метода полуадаптивной масштабной трансформации порога при вычислении рекуррентных диаграмм путем усовершенствования линейных нормированных пространств за счет введения скалярного произведения векторов. Предлагаемый метод трансформации порога обеспечивает вычисление рекуррентных диаграмм, обладающих повышенной информативностью, инвариантностью к параметрам измеряемых векторов состояний, а также нерегулярности измерений. Проверка работоспособности предлагаемого метода полуадаптивной масштабной трансформации порога произведена на основе экспериментальных измерений концентраций формальдегида, аммиака и оксида углерода в атмосферном воздухе с типового промышленного города при традиционных стационарных и подвижных источниках загрязнений. Полученные результаты вычисления рекуррентных диаграмм с учетом предложенного метода полуадаптивной масштабной трансформации порога в целом подтверждают его работоспособность. Установлено, что вычисление RP при полуадаптивной трансформации порога для различных угловых размеров α конуса рекуррентности, равных 1°, 5°, 10° и 20° свидетельствует о том, что с уменьшением угловых размеров конуса точность рекуррентных диаграмм выявлять опасные состояния в динамических системах возрастает. Экспериментально установлено, что для адекватного отображения рекуррентных состояний реальных динамических систем, с помощью вычисляемых рекуррентных диаграмм, значения величины угловых размеров конуса рекуррентности должны составлять 1–5°Розроблено метод напівадаптивної масштабної трансформації порогу, що забезпечує обчислення рекурентних діаграм, які адекватно відображають особливості динаміки реальних складних динамічних систем природної і технічної сфери. Новий науковий результат полягає в розвитку теоретичної основи методу напівадаптивної масштабної трансформації порогу при обчисленні рекурентних діаграм шляхом удосконалення лінійних нормованих просторів за рахунок введення скалярного добутку векторів. Пропонований метод трансформації порога забезпечує обчислення рекурентних діаграм, які мають підвищену інформативністю, інваріантністю щодо параметрів вимірюваних векторів станів, а також нерегулярності вимірювань. Перевірка працездатності запропонованого методу напівадаптивної масштабної трансформації порогу проведена на основі експериментальних вимірювань концентрацій формальдегіду, аміаку та оксиду вуглецю в атмосферному повітрі типового промислового міста при традиційних стаціонарних та рухомих джерелах забруднень. Отримані результати обчислення рекурентних діаграм з урахуванням запропонованого методу напівадаптивної масштабної трансформації порогу в цілому підтверджують його працездатність. Встановлено, що обчислення RP при напівадаптивній трансформації порогу для різних кутових розмірів α конуса рекурентності, рівних 1°, 5°, 10° і 20° свідчить про те, що зі зменшенням кутових розмірів конуса точність рекурентних діаграм виявляти небезпечні стани в динамічних системах зростає. Експериментально встановлено, що для адекватного відображення рекурентних станів реальних динамічних систем, за допомогою обчислюваних рекурентних діаграм, значення величини кутових розмірів конуса рекурентності повинні складати 1–5

Використання функції невизначеності для виявлення небезпечних станів вектора атмосферних забруднень

The use of estimation of the values of the uncertainty function to identify hazardous states of an arbitrary atmospheric pollution vector is considered. At the same time, it is proposed to estimate the uncertainty function in a fixed-width window moving along the trajectory of the state vector. This allows not only identifying the occurrence of hazardous states of atmospheric pollution, but also determining their radial velocity relative to the monitoring post. Zero radial velocity of hazardous states of atmospheric pollution allows identifying current states of no pollution dispersion in the atmosphere. These states turn out to be especially dangerous, since they lead to the accumulation of pollution and an increase in their concentration in the atmosphere. Verification of the possibility of using the uncertainty function to identify hazardous states of the atmospheric pollution vector was carried out using experimental data. At the same time, formaldehyde, ammonia and carbon monoxide were considered as hazardous components of the state vector of atmospheric pollution. The verification results generally indicate the possibility of using the uncertainty function to identify hazardous states of the atmospheric pollution vector. The use of uncertainty function is found to be invariant with respect to the irregularity of recording of atmospheric pollution at stationary monitoring posts. It is shown that the use of uncertainty function enables the identification of hazardous states characterized not only by exceeding the maximum permissible concentrations, but also by the zero radial velocity relative to the monitoring point. It is experimentally found that in order to identify hazardous states of atmospheric pollution, the window length should be from 4 to 8 readingsРассмотрено использование оценки значений функции неопределенности для выявления опасных состояний произвольного вектора атмосферных загрязнений. При этом оценку функции неопределенности предлагается производить в движущемся по траектории вектора состояний окне фиксированной ширины. Это позволяет не только выявлять моменты возникновения опасных состояний атмосферных загрязнений, но и одновременно определять их радиальную скорость относительно поста контроля. Нулевая радиальная скорость опасных состояний атмосферных загрязнений позволяет выявлять текущие состояния отсутствия рассеивания загрязнений в атмосфере. Указанные состояния оказываются особо опасными, поскольку приводят к накоплению загрязнений и росту их концентрации в атмосфере. Верификация возможности использования функции неопределенности для выявления опасных состояний вектора атмосферных загрязнений проводилась на примере экспериментальных данных. При этом в качестве опасных составляющих вектора состояний атмосферных загрязнений рассматривались: формальдегид, аммиак и оксид углерода. Результаты верификации свидетельствуют в целом о возможности использования функции неопределенности для выявления опасных состояний вектора атмосферных загрязнений. Установлено, что использование функции неопределенности оказывается инвариантным по отношению к нерегулярности регистрации атмосферных загрязнений на стационарных постах контроля. Показано, что применение функции неопределенности обеспечивает выявление опасных состояний, характеризуемых не только превышением предельных допустимых концентраций, но и нулевой радиальной скоростью их перемещения относительно пункта контроля. Экспериментально установлено, что для выявления опасных состояний загрязнения атмосферы протяженность окна должна составлять от 4 до 8 отсчетов регистрацииРозглянуто використання оцінки значень функції невизначеності щодо виявлення небезпечних станів для довільного вектора атмосферних забруднень. При цьому оцінку функції невизначеності пропонується проводити в рухомому по траєкторії вектора станів вікні фіксованої ширини. Це дозволяє не тільки виявляти моменти виникнення небезпечних станів атмосферних забруднень, але і одночасно визначати їх радіальну швидкість щодо поста контролю. Нульова радіальна швидкість небезпечних станів атмосферних забруднень дозволятиме виявляти поточні стани атмосфери, у яких відсутнє розсіювання забруднень у повітрі. Саме такі стани виявляються особливо небезпечними, оскільки призводять до накопичення забруднень та зростання їх концентрації в атмосфері. Верифікація можливості використання функції невизначеності щодо виявлення небезпечних станів вектора атмосферних забруднень проводилася на прикладі експериментальних даних. При цьому в якості небезпечних складових вектора станів атмосферних забруднень розглядалися: формальдегід, аміак і оксид вуглецю. Результати верифікації в цілому свідчать про можливість використання функції невизначеності для виявлення небезпечних станів вектора атмосферних забруднень. Встановлено, що використання функції невизначеності виявляється інваріантним по відношенню до нерегулярності реєстрації атмосферних забруднень на стаціонарних постах контролю. Показано, що застосування функції невизначеності забезпечує виявлення небезпечних станів, що характеризуються не тільки перевищенням граничних допустимих концентрацій, а також нульовою радіальною швидкістю їх переміщення щодо пункту контролю. Експериментально встановлено, що для виявлення небезпечних станів забруднення атмосфери протяжність вікна повина становити від 4 до 8 відліків реєстраці

Розробка кореляційного методу оперативного виявлення рекурентності станів

The correlation method for operative detection of recurrent states in complex dynamical systems at irregular measurements was proposed. The concepts of correlation for the case of the vectors of states of the trajectory of dynamics of complex systems and estimates of vectors correlation for a fixed length fragment moving along the trajectory were generalized. The space with scalar product of states vectors is used to implement the method. Estimation of the magnitudes of correlations of state vectors makes it possible to interpret them as corresponding levels of energy interaction of states vectors and to detect degree of their recurrence. In this case, calculation of the magnitudes of correlation are carried out only based on the known measurements of the state vector and does not require determining the threshold and the method of distance calculation, traditionally used in the methods of recurrent plots. The efficiency of the proposed method was tested on a specific example of experimental data of the actual dynamics of the vector of states of pollution of the urban atmosphere. The following gas pollutants were considered as components of the vector of state: formaldehyde, ammonia and carbon dioxide. The obtained results in general indicate the efficiency of the proposed method. It was established experimentally that the correlation method in case of irregular measurements of atmospheric contaminations ensures the authenticity of detection of recurrent states, corresponding to maximum correlation of states. In this case, the correlation assessment should be conducted for a movable fragment of a trajectory of the states vector. The length of the fragment should not be more than 10 responsesПредложено корреляционный метод оперативного выявления рекуррентных состояний в сложных динамических системах при нерегулярных измерениях. Обобщены понятия корреляции на случай векторов состояний траектории динамики сложных систем и оценки корреляции векторов для движущегося по траектории фрагмента фиксированной протяженности. Для реализации метода используется пространство со скалярным произведением векторов состояний. Оценка величин корреляций векторов состояний позволяет интерпретировать их в качестве соответствующих уровней энергетического взаимодействия векторов состояний и осуществлять выявление степени их рекуррентности. При этом вычисление величины корреляций осуществляется только на основе известных измерений вектора состояний и не требует определения порога и способа вычисления расстояния, традиционно используемых в методах рекуррентных диаграмм. Работоспособность предлагаемого метода проводилась на конкретном примере экспериментальных данных реальной динамики вектора состояний загрязнений городской атмосферы. В качестве составляющих вектора состояний рассматривались газовые загрязнители: формальдегид, аммиак и оксид углерода. Полученные результаты в целом свидетельствуют о работоспособности предлагаемого метода. Экспериментально установлено, что корреляционный метод в случае нерегулярных измерений атмосферных загрязнений обеспечивает аутентичность выявления рекуррентных состояний, соответствующих максимальной корреляции состояний. В этом случае оценка корреляций должна производиться для движущегося фрагмента траектории вектора состояний. При этом протяженность фрагмента должна составлять не более 10 отсчетовЗапропоновано кореляційний метод оперативного виявлення рекурентних станів в складних динамічних системах при нерегулярних вимірах. Узагальненні поняття кореляції для випадку векторів станів траєкторії динаміки складних систем і оцінки кореляції векторів для рухомого по траєкторії фрагмента фіксованої протяжності. Для реалізації методу використовується простір зі скалярним добутком векторів станів. Оцінка величин кореляцій векторів станів дозволяє інтерпретувати їх в якості відповідних рівнів енергетичної взаємодії векторів станів і здійснювати виявлення ступеня їх рекурентності. При цьому обчислення величини кореляцій здійснюється тільки на основі відомих вимірювань вектора станів і не вимагає визначення порогу і способу обчислення відстані, традиційно використовуваних в методах рекурентних діаграм. Працездатність запропонованого методу проводилася на конкретному прикладі експериментальних даних реальної динаміки вектора станів забруднень міської атмосфери. У якості складових вектора станів розглядалися газові забруднювачі: формальдегід, аміак і оксид вуглецю. Отримані результати в цілому свідчать про працездатність запропонованого методу. Експериментально встановлено, що кореляційний метод в разі нерегулярних вимірювань атмосферних забруднень забезпечує автентичність виявлення рекурентних станів, відповідних максимальної кореляції станів. В цьому випадку оцінка кореляцій повинна проводитися для рухомого фрагмента траєкторії вектора станів. При цьому протяжність фрагмента повинна складати не більше 10 відлікі

Дослідження кислотно-основної рівноваги на поверхні оксидів з різною хімічною природою

The acid-base equilibrium on the surface of CaO, MgO, FeO, Al2O3, Fe2O3, SiO2, TiO2 oxides was studied. As a result of the study, the main provisions have been formulated which made it possible to propose models of surface active centers and schemes of their acid-base equilibrium. The acid-base and energy equilibrium parameters of the active centers in the deprotonation reactions were calculated. Regularities of changes in the acid-base and energy parameters of the active centers were determined depending on the nature of the central element of the crystal lattice, the number of OH-groups and the number of hydration. Acidity of all considered types of active centers depends to a large extent on the nature of the central element, namely its charge and coordination number. It was found that with increase in the coordination number of the central elements with the same charge, pKa of anhydrous centers and the value of their Gibbs free energy in deprotonation reactions increase. Acidity of isolated anhydrous centers increases in a direct proportion as the number of OH groups increases. The obtained regularity preserves for the surfaces of all oxides considered. It was shown for all oxides that when the amount of adsorbed water molecules increases, acidity of the active centers of all types increases and this dependence is identical to the growth of acidity with an increase in the number of OH groups. This indicates identity of the nature of acidity growth with an increase in thickness of hydroxyl and hydration surface layers. The obtained results will ensure prediction of oxide filler behavior in compositions and adjustment of operating properties of composite materialsИсследовано кислотно-основное равновесие на поверхности оксидов СаО, MgO, FeO, Al2O3, Fe2O3, SiO2, TiO2. С использованием квантово-химического моделирования предложены модели безводных и гидратированных активных центров на поверхности оксидов. Установлены закономерности изменения кислотно-основных и энергетических параметров модельных поверхностных активных центров в зависимости от природы центрального элемента кристаллической решетки, количества ОН-групп и числа гидратацииДосліджено кислотно-основну рівновагу на поверхні оксидів СаО, MgO, FeO, Al2O3, Fe2O3, SiO2, TiO2. З використанням квантово-хімічного моделювання запропоновані моделі безводних та гідратованих активних центрів на поверхні оксидів. Встановлені закономірності зміни кислотно-основних та енергетичних параметрів модельних поверхневих активних центрів в залежності від природи центрального елемента кристалічної решітки, кількості ОН-груп та числа гідратаці

Розробка методу частотно-часового подання флуктуацій параметрів газового середовища при пожежі

The method of operative frequency-temporal representation of fluctuations of gaseous media parameters at an early stage of fire at premises was developed. The basic assumptions about the peculiarities of dynamics of hazardous factors of gaseous medium at early ignition at premises were stated. The authors created theoretical framework for development of the method, based on the fact that violation of equilibrium state of gaseous medium is translated by the medium to the zone of sensors’ localization and responds to emergence of an ignition in premises. The fire source in this case is considered a moving source of disturbances and parameters of the medium carry information about temporal and frequency shifts of disturbances. It was shown that these shifts of disturbances are characterized by the correspondent uncertainty function, which is an invariant with respect to the double Fourier transformation, determined by squared modulus of frequency-temporal energy density of the parameter. The proposed method is a further development of frequency-temporal representations of the Cohen class in case of fluctuations of gaseous medium parameters at early ignitions in premises. The main features of the method are its relative simplicity and the use of data in real time. The verification of the developed method was performed based on the experimental data of the main parameters of the gaseous medium at an early ignition of alcohol, paper, wood, and textiles in the simulation chamber.Разработан метод оперативного частотно-временного представления флуктуаций параметров газовой среды на ранней стадии пожара в помещениях. Теоретическая база метода базируется на передаче нарушений равновесного состояния газовой средой в зону чувствительных сенсоров, при этом очаг возгорания рассматривается как движущийся источник возмущений. Отличительными особенностями метода являются сравнительная простота и использование данных в текущем времениРозроблено метод оперативного частотно-часового подання флуктуацій параметрів газового середовища на ранній стадії пожежі в приміщеннях. Теоретична база методу базується на передачі порушень рівноважного стану газовим середовищем у зону чутливих сенсорів, при цьому осередок займання розглядається у вигляді рухомого джерела збурень параметрів. Відмінними рисами методу є порівняльна простота та використання даних в поточному час

Експериментальне дослідження флуктуацій параметрів газового середовища як ранніх ознак пожежі

The results of the experimental study of fluctuations of dynamics of hazardous factors of gaseous medium at early ignition of combustible materials in the chamber, simulating pressurized premises, are presented. The authors considered a non-traditional approach to research into dynamics of hazardous factors, based on current window estimation of the Pearson lag correlations for fluctuations of the main parameters of gaseous medium as non-stationary processes. In contrast to the known approaches, a given approach makes it possible to perform reliable localization in time of an early ignition of materials in premises. It was established that early ignition of materials has a significant effect on correlations of temperature fluctuations, concentrations of carbon monoxide and smoke in gaseous medium. It was shown that correlations of fluctuations of carbon monoxide and smoke concentrations are most informative for localization of early ignitions. Temperature fluctuations are more informative at localization of early ignition of alcohol and paper. The results of current window evaluation of the Pearson lag correlations show that in the absence of ignitions, fluctuations can be considered uncorrelated. In this case, existence of ignition leads to occurrence of non-stationary fluctuations of correlations.It is indicated that fluctuations of parameters of gaseous medium in the general case are described by autoregression processes of higher order, depending both on the type of combustible material and the stage of ignition development. A sustainable sign of early ignition of combustible materials in the simulation chamber is a significant increase in the correlation interval of non-stationary temperature fluctuations, as well as concentrations of carbon monoxide and smoke in gaseous medium. In equilibrium of gas medium, fluctuations of its parameters have a much smaller correlation interval, characteristic for uncorrelated processesПредставлены результаты экспериментального исследования флуктуаций параметров газовой среды при возгорании в моделирующей камере. Предложен нетрадиционный подход к исследованию динамики опасных параметров среды на основе текущей оконной оценке лаговых корреляций Пирсона. Установлено, что устойчивым признаком раннего возгорания является значительное увеличение корреляции нестационарных флуктуаций температуры, концентрации угарного газа и дыма в газовой средеПредставлені результати експериментального дослідження флуктуацій параметрів газового середовища при займанні в моделюючої камері. Запропоновано нетрадиційний підхід щодо дослідження динаміки небезпечних параметрів середовища на основі поточної віконної оцінці лагових кореляцій Пірсона. Встановлено, що стійкою ознакою раннього займання є значне збільшення кореляції нестаціонарних флуктуацій температури, концентрації чадного газу та диму в газовому середовищ

Дослідження вільної поверхневої енергії епоксидних композитів з використанням автоматизованої системи вимірювань

Results of development of the automated measurement system (AMS) for determining contact wetting angles and calculations of components of free surface energy (FSE) of solid surfaces by the Van Oss-Chaudhury-Good method were presented. It was shown that AMS allows for calculations based on experimental measurement of geometrical parameters of a lying drop on the surface and energy characteristics of test fluids. It was found that the measured contact wetting angles and calculated values of FSE components of surfaces of epoxy polymer composites, steel and glass are adequate and reliable.Based on the conducted measurements and calculations, relationship between FSE, the structure and properties of epoxy polymer composites, filled with rutile, was established. In the course of research that was conducted using AMS, it was found that at an increase of the content of rutile, total FSE (γs), dispersive (γd) and acidic-basic (γab) components of composites increase. Dependences γs and γd on the filler’s content are extreme in character, and γab increases and does not change at a subsequent increase in the amount of rutile. The influence of rutile is represented most vividly by dependences of the acidic (γa) and basic (γb) components, into which the polar (acidic-basic) FSE component γab is disintegrated. It was found that structural transformations are associated with the acidic-basic mechanism of intermolecular and inter-phase interactions in epoxy compositionsРазработана автоматизированная система измерений для определения краевых углов смачивания и расчета компонентов свободной поверхностной энергии (СПЭ) твердых поверхностей методом Ван Осса – Чодэри – Гуда. Определены краевые углы смачивания и значения составляющих СПЭ наполненных эпоксидных полимерных композитов, стали и стекла. Показано, что содержание рутила (TiO2) влияет на структуру и свойства эпоксидных композитов и это наиболее ярко отражается изменением кислотной и основной компонентов СПЭ. Установлено, что структурные преобразования связаны с кислотно-основным механизмом межмолекулярных и межфазных взаимодействийРозроблена автоматизована система вимірювань для визначення крайових кутів змочування та розрахунку компонентів вільної поверхневої енергії (ВПЕ) твердих поверхонь методом Ван Осса – Чодері – Гуда. Визначені крайові кути змочування і значення складових ВПЕ наповнених епоксидних полімерних композитів, сталі і скла. Показано, що вміст рутилу (TiO2) впливає на структуру і властивості епоксидних композитів і це найбільш яскраво відображається зміною кислотної та основної компонентів ВПЕ. Встановлено, що структурні перетворення пов’язані з кислотно-основним механізмом міжмолекулярних і між фазних взаємоді

Аналіз кореляційної розмірності стану газового середовища при ранніх загоряннях матеріалів

We have considered the application of the method of nonlinear dynamic systems in order to analyze and detect the structural patterns in the dynamics of increments in the state of a gas medium generated by early ignitions of materials in a non-sealed chamber. The research method is based on analysis of the correlation dimensionality of increments in the state of a gas medium during ignition of materials. We have theoretically justified the method for evaluating the dynamics of correlation dimensionality of increments in the state of a gas medium at ignition. The considered method for CD evaluation is based on the computation of the Grassberger-Procaccia correlation integral, applied to the gas medium state increments using a sliding window with a fixed width. That allowed us to derive a current estimate of CD increments in the state of the gas medium during ignition of flammable materials in a chamber synchronized with the observation data acquisition rate. We have analyzed the dynamics of correlation dimensionality of increments in the state of a gas medium at early ignition of alcohol, paper, wood, and textiles in a simulation chamber. It was established that for the investigated state of the gas medium during ignition of various examined materials, the dynamics of correlation dimensionality is within 0.1 to 0.6. It is noted that this fact testifies to the fractal structure of the considered increments in the state of a gas medium in a chamber and its chaotic dynamics at the emergence of ignition sites of tested materials. In this case, the fractal structure is not the same, suggesting a "transitional chaos" in the examined state of the gas medium. It was established that current estimates of the correlation dimensionality of increments in the state at the time of materials ignition tend to a sharp increase. A given fact can be used to reliably detect early fires indoors. The results obtained are important for the in-depth studying and understanding of patterns in the structure of dynamics of increments in the state of a gas medium at early ignition. It has been shown the increments in the states of a gas medium at premises characterize it as a chaotic dynamic system with a small fractal dimensionality as opposed to the traditional approach assuming a gas medium being either deterministic or random systemРассмотрено применение метода нелинейных динамических систем для анализа и выявления структурных особенностей динамики приращений состояния газовой среды, генерируемых ранними возгораниями материалов в негерметичной камере. Метод исследования основывается на анализе корреляционной размерности приращений состояния газовой среды при возгораниях материалов. Выполнено теоретическое обоснование метода оценивания динамики корреляционной размерности приращений состояния газовой среды при возгораниях. Рассматриваемый метод оценки КР базируется на вычислении корреляционного интеграла Грассбергера-Прокаччиа, применяемого к приращениям состояния газовой среды с использованием движущегося окна фиксированной ширины. Это позволило получить текущую оценку КР приращений состояния газовой среды при возгорании горючих материалов в камере в темпе поступления данных наблюдения. Проанализирована динамика корреляционной размерности приращений состояния газовой среды при ранних возгораниях спирта, бумаги, древесины и текстиля в моделирующей камере. Установлено, что для исследуемого состояния газовой среды при возгораниях различных тестируемых материалов динамика корреляционной размерности лежит в пределах 0,1 до 0,6. Отмечается, что данный факт свидетельствует о фрактальной структуре рассматриваемых приращений состояния газовой среды в камере и ее хаотической динамике при появлении очагов возгорания тестовых материалов. При этом фрактальная структура оказывается не одинаковой, что свидетельствует о «переходном хаосе» исследуемых состояний газовой среды. Установлено, что текущие оценки корреляционной размерности приращений состояния в момент возгорания материалов имеют тенденцию резкого увеличения. Данный факт может быть использован для надежного выявления ранних возгораний в помещениях. Полученные результаты важны для углубленно изучения и понимания особенностей структуры динамики приращений состояния газовой среды при ранних возгораниях. Показано, что приращения состояний газовой среды в помещениях характеризуют ее как хаотическую динамическую систему с малой фрактальной размерностью в отличие от традиционного подхода, предполагающего газовую среду либо детерминированную, либо случайную системуРозглянуто застосування методу нелінійних динамічних систем для аналізу і виявлення структурних особливостей динаміки приростів стану газового середовища, що генеруються ранніми загоряннями матеріалів в негерметичній камері. Метод дослідження ґрунтується на аналізі кореляційної розмірності приростів стану газового середовища при загоряннях матеріалів. Виконано теоретичне обґрунтування методу оцінювання динаміки кореляційної розмірності приростів стану газового середовища при загоряннях. Розглянутий метод оцінки кореляційної розмірності базується на обчисленні кореляційного інтегралу Грассбергера-Прокаччі, який застосовується до приростів стану газового середовища з використанням рухомого вікна фіксованої ширини. Проаналізовано динаміку кореляційної розмірності приростів стану газового середовища при ранніх загоряннях спирту, паперу, деревини і текстилю в моделюючої камері.Встановлено, що для досліджуваного стану газового середовища при спалахах різних тестових матеріалів динаміка кореляційної розмірності лежить в межах 0,1–0,6. Відзначається, що даний факт свідчить про фрактальну структуру розглянутих приростів стану газового середовища в камері і її хаотичну динаміку при появі осередку загоряння тестових матеріалів. При цьому фрактальна структура виявляється не однаковою, що свідчить про наявність «перехідного хаосу» щодо досліджуваних станів газового середовища. Встановлено, що поточні оцінки кореляційної розмірності приростів стану в момент загоряння матеріалів мають тенденцію різкого збільшення. Даний факт може бути використаний для надійного виявлення ранніх загорянь в приміщеннях. Показано, що прирості станів газового середовища в приміщеннях характеризують його як хаотичну динамічну систему з малою фрактальною розмірністю на відміну від традиційного підходу, який передбачає газове середовище або як детерміновану, або як випадкову систем

Розробка методу частотно-часового подання флуктуацій параметрів газового середовища при пожежі

The method of operative frequency-temporal representation of fluctuations of gaseous media parameters at an early stage of fire at premises was developed. The basic assumptions about the peculiarities of dynamics of hazardous factors of gaseous medium at early ignition at premises were stated. The authors created theoretical framework for development of the method, based on the fact that violation of equilibrium state of gaseous medium is translated by the medium to the zone of sensors’ localization and responds to emergence of an ignition in premises. The fire source in this case is considered a moving source of disturbances and parameters of the medium carry information about temporal and frequency shifts of disturbances. It was shown that these shifts of disturbances are characterized by the correspondent uncertainty function, which is an invariant with respect to the double Fourier transformation, determined by squared modulus of frequency-temporal energy density of the parameter. The proposed method is a further development of frequency-temporal representations of the Cohen class in case of fluctuations of gaseous medium parameters at early ignitions in premises. The main features of the method are its relative simplicity and the use of data in real time. The verification of the developed method was performed based on the experimental data of the main parameters of the gaseous medium at an early ignition of alcohol, paper, wood, and textiles in the simulation chamber.Разработан метод оперативного частотно-временного представления флуктуаций параметров газовой среды на ранней стадии пожара в помещениях. Теоретическая база метода базируется на передаче нарушений равновесного состояния газовой средой в зону чувствительных сенсоров, при этом очаг возгорания рассматривается как движущийся источник возмущений. Отличительными особенностями метода являются сравнительная простота и использование данных в текущем времениРозроблено метод оперативного частотно-часового подання флуктуацій параметрів газового середовища на ранній стадії пожежі в приміщеннях. Теоретична база методу базується на передачі порушень рівноважного стану газовим середовищем у зону чутливих сенсорів, при цьому осередок займання розглядається у вигляді рухомого джерела збурень параметрів. Відмінними рисами методу є порівняльна простота та використання даних в поточному час