Hats, Yurii

Lytvynenko, Iaroslav

Гац, Юрій Іванович

Литвиненко, Ярослав

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University

Матеріали XІХ наукової конференції ТНТУ ім. І. Пулюя, 2016 5 УДК 519.246 Юрій Гац, Ярослав Литвиненко, к.т.н., доцент Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Україна  ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ДІАГНОСТИЧНИХ ОЗНАК РЕЛЬЄФНИХ УТВОРЕНЬ НА ПОВЕРХНІ НАНОТИТАНУ СФОРМОВАНИХ ВНАСЛІДОК ЛАЗЕРНОЇ УДАРНО-ХВИЛЬОВОЇ ОБРОБКИ  Yurii Hats, Iaroslav Lytvynenko, Ph.D, Assoc. Prof SUBSTANTIATION OF DIAGNOSTIC PROPERTIES CHOICE OF RELIEF FORMATIONS ON THE SURFACE OF NANOTITAN FORMED AS A RESULT OF LASER SHOCK WAVE PROCESSING  На сьогоднішній день дослідження, діагностика та прогноз стану сучасних матеріалів є актуальною задачею. Відомі підходи математичного моделювання дозволяють визначати впорядкованість тріщиноподібних виявлених дефектів та оцінити стан об’єкту з урахуванням впливу параметрів навантажування. Кількісний аналіз таких поверхневих процесів розтріскування та фрагментації визначається можливістю аналітичного опису цього процесу з урахуванням його фізичної природи. Взаємозв’язок між структурними особливостями матеріалів і конструкцій та їх фізико-механічними властивостями може бути встановлений на основі застосування концепції структурних рівнів деформування, яка є одним із напрямків фізичної мезомеханіки [1]. Метою даної роботи є обґрунтування необхідної мінімальної сукупності діагностичних ознак, які є чутливими до процесу рельєфоутворення і можуть бути використані як інформативні ознаки в автоматизованих системах діагностики стану поверхні матеріалу. В даній роботі поверхню розглянуто як складну, ієрархічну систему, яка за умов навантажування (накопичення мікропошкоджень) еволюціонує та адаптується до силового впливу [2,3]. Одним з наслідків такої самоорганізації є утворення деформаційного рельєфу, який є інформативною ознакою стану системи. Відомі спроби математичного опису рельєфоутворення, які дозволяють встановити взамозв’язок деформацій на макро, мезо- та мікрорівнях [4-6]. Існує низка праць присвячених експериментальному аналізу стану поверхонь ряду матеріалів за умов статичного, циклічного та ударно-хвильового навантажування. Проте, загалом математична обробка таких результатів із розробленням процедур їх чисельного автоматизованого аналізу потребує розвитку. Створення сучасних систем обробки та імітації циклічних сигналів рельєфоутворення дає змогу автоматизувати та суттєво інтенсифікувати процедуру їх аналізу, діагностики та прогнозу, відкриває можливість проведення комп’ютерних імітаційних експериментів по їх моделюванню. Відомо, що деформаційні процеси в матеріалі з твердим покриттям та пластичною основою мають циклічну (хвильову) природу. Пластичне течіння матеріалу основи супроводжується виникненням просторово-впорядкованої системи тріщин, яка має циклічний характер в межах аналізованої довжини. На основі цього, множинне розтріскування покриття розглянуто у вигляді циклічного випадкового процесу, що дозволило створити комплексний підхід технічного діагностування пошкодженості нанопокриття на основі положень теорії пластичності, фізичної мезомеханіки та статистичної обробки циклічних процесів множинного розтріскування. Слід зазначити, що «циклічні сегменти рельєфу» утворені на поверхні матеріалу після обробки, не є однаковими, що обумовлено локальною неоднорідністю процесів плавлення - кристалізації і випаровування металу на поверхні матеріалу під час Матеріали XІХ наукової конференції ТНТУ ім. І. Пулюя, 2016 6 обробки. Розвиток цих процесів значною мірою залежить від ударного імпульсу, і тиску в зоні модифікації, які є визначальними при утворенні упорядкованого рельєфу. Зазначені вище особливості обробки аналізованого циклічного сигналу дозволяють охопити всі режими модифікування нанотитану, розглядаючи їх як окремий випадок в рамках єдиного теоретико - методологічного підходу і врахувати широкий спектр можливих атрибутів циклічності (для відображення повторюваності в структурі сигналів) і значну структурну розманітність мінливості рельєфоутворення.  В результаті отриманих розкладів оцінок математичного сподівання процесу рельєфоутворення і їх аналізу на рисунок 1 подана структурна схема в якій приведені відсотки енергетичного вкладу двух коефіціентів рядів досліджуваних ортогональних поліномів, які пропонуються в якості діагностичних ознак. Найбільший вклад вносять два коефіціента ряду Чебишева 99,45% та коефіціенти ряду тригонометричних функцій 99,56%, але у випадку розкладу у ряд тригонометричних функцій ми маємо чотири коефіціенти ( , , , ). З метою мінімізації кількості діагностичних ознак пропонується використовувати два коефіціенти ряду Чебишева. Базис Лагера(один ряд коефіціентів)Базис Кравчука(один ряд коефіціентів)Базис Чебишева(один ряд коефіціентів)Базистригонометричних функцій(два ряда коефіціентів)Енергетичний вклад двух коефіціентів ряду75,12%Енергетичний вклад двух коефіціентів ряду78,39%Енергетичний вклад двух коефіціентів ряду99,45%Енергетичний вклад двух коефіціентів ряду99,56%Розклади оцінок математичного сподівання, дисперсії lmˆkС kС kС kk ,BA Рис. 1. Структурна схема дослідження розкладів оцінок математичного сподівання процесу рельєфоутворення у ряди по ортогональних базисах  Розроблений в роботі математичний підхід можє бути використаний при створенні спеціального програмного забезпечення для потреб технічної діагностики поверхні нанотитанових імплантатів після високоенергетичної обробки. Використання такого підходу дозволяє забезпечити розробку не тільки експрес-методу діагностування, але і спрогнозувати стан поверхні модифікованих матеріалів. Звичайно, вказані задачі вимагають подальших наукових досліджень. Список використаних джерел 1. Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V. The plastic shear channeling effect and the nonlinear waves of localized plastic deformation and fracture // Physical Mesomechanics,  (2010) 13  (5-6) , pp. 215-232. 2. Varvara Romanova , Ruslan Balokhonov, Olga Zinovieva A micromechanical analysis of deformation-induced surface roughening  in surface-modified polycrystalline materials // Meccanica, 2016, Volume 51, Issue 2, pp 359-370. 3. A.V. Panin, M.S. Kazachenok, A.I. Kozelskaya, R.R. Hairullina, E.A. Sinyakova Mechanisms of surface roughening of commercial purity titanium during ultrasonic impact treatment // Materials Science and Engineering: A, Volume 647, 28 October 2015, Pages 43–50. 4. I. V. Lytvynenko, P. O. Maruschak, S.A. Lupenko Processing and modeling of ordered relief at the surface of heat-resistant steels after laser irradiation as a cyclic random process // Automatic Control and Computer Sciences 48 (1), 1-9. 5. I. V. Lytvynenko, P. O. Maruschak Analysis of the state of the modified nanotitanium surface with the use of the mathematical model of a cyclic random process // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 2015, Volume 51, Issue 3, pp 254-263. 6. I. Lytvynenko, P. Maruschak, and A. Menou, “Using Mathematical Model of Cyclic Random Process for Diagnostics of Nanotitanium Surface Condition after High-Energy Treatment,” in Proc. of the Intern. Symp. on Operational Research and Applications, Marrakech, Morocco, May 8–10, 2013, pp. 678–684.  1A 2A 1B 2B

Substantiation of diagnostic properties choice of relief formations on the surface of nanotitan formed as a result of laser shock wave processing

http://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/123456789/17349/2/Conf_2016_Hats_Y-Substantiation_of_diagnostic_properties_5-6.pdf

Substantiation of diagnostic properties choice of relief formations on the surface of nanotitan formed as a result of laser shock wave processing

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University