Обзор ранее выполненных исследований icon

Обзор ранее выполненных исследований


Смотрите также:
Диссертация
Анализ ранее выполненных документов территориального планирования...
Литература номер 2 за 2010 обзор тематики диссертаций в сфере физической культуры...
Обзор современных исследований в области социальной политики в россии...
По результатам исследований, выполненных в рамках Новой Хронологии А. Т фоменко и Г. В...
4 Основные результаты научно-исследовательских работ, выполненных в 2008 году ивэп дво ран...
В. Д. Шадриков Профессиональные способности...
Правила для авторов журнала «Известия Коми нц уро ран»...
Реферативный сборник...
Реферативный сборник...
Тема урока. Кол-во часов...
Web- сервер цдфэ ниияф мгу : базы ядерно-физических данных в гипертекстовом представлении...



Загрузка...
скачать
ВВЕДЕНИЕ


Обзор ранее выполненных исследований


Древо науки и нелинейных эффектов

Построение научных исследований автора этой монографии, которая подводит итоги его более чем полувековой научной работы совместно с сотрудниками, можно представить в виде «древа науки» (рис.В.1). Корни этого дерева - отрасли народного хозяйства (аграрная и промышленная), пронизывающие почву. Состав почвы: социально – политическая и экономическая обстановка в обществе, создающая своего рода питательную среду для корней. Они вбирают из этой обстановки сиюминутные и перспективные задачи, ориентируясь на финансовую поддержку и общественные интересы общества на данном отрезке исторического развития. После впитывания задач они проходят математическую формулировку (ствол дерева), математическое моделирование с целью поиска новых решений дифференциальных уравнений, свойства которых (нелинейные эффекты) дают возможность отобрать реальные полезные эффекты, могущие иметь практическое приложение.

Далее центральный ствол разветвляется на четыре (в данном случае) сросшихся боковых ствола. Первый ствол – вибрационные устройства и технологии, виброзащита. Второй – вибродиагностика, в свою очередь, разделяющаяся на линейную и нелинейную. Третий и четвертый- это соответственно кавитационные и высоковольтно - плазменные установки и технологии. От каждого ствола вырастают ветви, несущие более узкие технологии, которые могут переплетаться друг с другом, срастаясь. Таинственные процессы, которые происходят в дереве и приводят к появлению различных плодов, зависят не только от почвы, но и от атмосферы: количества солнечных лучей (признания заслуг ученого), количества дождевых осадков (денежных инвестиций), природного климата (престижности научно – исследовательских профессий) и др. Так же, как и в природных условиях, дерево и его продукты подвергаются жесткой проверке на выживаемость, соответствующая ей научная атмосфера должна предъявлять следующие требования к научному продукту.

1. Проверка на новизну (получение патента, публикация статей в журналах с междуна-

родными редколлегиями, доклады на международных симпозиумах и конференци-

ях, конкурсное получение международных грандов).

2. Экспериментальная проверка осуществимости идеи на лабораторном макете.

3. Экономическая оценка целесообразности промышленного внедрения.

4. Проверка работоспособности на полупромышленном и промышленном образцах.

5. Проведение ресурсных испытаний, получение сертификационных документов.

6. Организация и сопровождение эксплуатации.

Нет ни одного корня, ствола и ветви на древе жизни, по которому не пришлось бы двигаться, с которым бы не был связан автор и его ученики, стремясь частично или полностью соответствовать требованиям, описанным выше. В большинстве случаев для выработки инновационных предложений принимались нелинейные эффекты, как неизвестные ранее, так и уже известные. Они были получены как путем математического моделирования, так и экспериментально. Большинство технических решений, описанных в данной монографии, базируются на использовании нелинейных эффектов и, чтобы избежать монотонности, эти термины часто опускаются. На наш взгляд, нелинейный эффект определяется следующими признаками.

- Неожиданность, объективная неизвестность, инакосущность, поразительность, прогрессивность, новизна проявления на старом уровне знаний. В качестве примеров можно привести эффект появления ударных волн при преодолении самолетами сверхзвукового барьера, эффекты самосинхронизации вращающихся роторов, эффекты Тиндаля, Магнуса, Кориолиса, Рийке, Доплера и многие другие.





Рис. В.1. Древо науки.

- Высокая устойчивость в пространстве определяющих параметров и под воздейст -вием внешних возмущающих воздействий.

- Полезность в разнообразных практических приложениях, неожиданность решения практических задач, широкая сфера использования. Такими признаками обладают эффекты кавитационных, высоковольтно-плазменных, лазерных, атомных и других технологий.

- Красота и эстетическое удовлетворение от наблюдения за этими эффектами (приз -

нак не обязательный): Северное сияние, коронные разряды на линиях электропере -

дач, радуга и др.

В процессе исследований нужно заботиться не столько о накоплении любых нелинейных эффектов, сколько о проверке уверенности в их жизненности и возможности практического использования. Академик Трапезников так определяет иерархию научных результатов:

-фундаментальные научные исследования;

- открытия;

-изобретения, вытекающие из фундаментальных научных исследований;

-научные разработки;

-научно-техническая документация, научные консультации.

За рубежом получило большое распространение продажа изобретений не только внутри страны, но и за ее пределами. Промышленность изобретений в капиталистическом мире по своей прибыльности занимает 6 место среди всех отраслей промышленности. Конечный продукт научного труда может оказаться не на должном уровне, если не ставить цель завершить его изобретением. Именно поэтому при получении научных результатов большое внимание уделялось строгой государственной проверке их на новизну, т.е. патентованию.

Хотелось бы также отметить, что, на наш взгляд, наиболее интересные результаты могут быть получены не при упрощенном, абстрагированном подходе, идеализации изучаемого объекта (Мандельштам: идеализация мстит за себя). Они получаются при подходе к изучаемой системе как к сложной и по порядку решаемых дифференциальных уравнений, и по многообразию и взаимодействию эффектов различной физической природы, проявляющихся в ней. Изучая различные виды колебаний, мы, с одной стороны, наталкиваемся на поразительную общность многих закономерностей, описываемых одинаковыми по форме дифференциальными уравнениями. С другой стороны, мы находим качественно отличные эффекты, присущие явлениям различной физической природы.

Очень часто изучаемые процессы являются смешанными по своей физической природе. В них одновременно возникают как механические, так и электрические, химические, оптические и другие процессы. Следовательно, нельзя замыкаться изучением явлений только одной природы, хотя бы даже потому, что современная экспериментальная аппаратура построена на явлениях другой природы. И не только из-за этого, а и потому, что чем больше охват физических явлений, тем плодотворнее исследования и продуктивней получаемый результат.

Так, например, в рамках кавитационной технологии одновременно проявляются электрические нелинейные эффекты в источниках питания; связанные электромеханические нелинейные эффекты в электромеханических излучателях; физические, химические, механические, тепловые, гидродинамические, плазменные эффекты в кавитирующей среде; нелинейные эффекты механического разрушения обрабатываемых материалов и др. Теперь осуществим более детальное движение по стволу «древа науки».

^ Вопросы математического моделирования динамики сложных нелинейных систем

В монографиях [1,2,3] описана разработаная и реализованная гибридная аналогово-цифровая вычислительная машина - ГАЦВМ [Приложение 1], позволяющая решать сложные системы нелинейных интегро-дифференциальных уравнений, описывающих динамические процессы в электромеханических системах, за пределами возможностей известных математических методов. Решающие блоки АВМ работают в звуковом диапазоне частот (200 Гц-20 кГц), чем и обеспечивается высокое быстродействие, не зависящее от порядка решаемых уравнений.

Цель математического моделирования – получение новых свойств решений этих уравнений и их последующее практическое использование. Предложено 25 методов, позволяюших решать нелинейные дифференциальные уравнения Матье-Хилла, Дуффинга, Ван дер Поля, Мейсснера, а также разнообразные нелинейные дифференциальные уравнения (уравнения изгибных, продольных и крутильных колебаний стержней с учетом физической и геометрической нелинейностей, нелинейности из-за цепных усилий, внутреннего и внешнего трения, инерции вращения и поперечного сдвига сечений; система интегро-дифференциальных уравнений, описывающих разрядно-импульсные процессы в высоковольтных плазменных технологических машинах; дифференциальные уравнения, описывающие динамику кавитационной газовой полости в жидкости и др.).

Все 25 разработанных методов признаны изобретениями и в 1990 году в Инженерно-технологическом центре Латвийской АН изготовлена малая серия таких вычислительных машин, которые были успешно внедрены в восьми научно-исследовательских организациях Латвии (Рига), России (Москва, Хабаровск, Курск, Пермь), Грузии (Тбилиси), Узбекистана (Ташкент) и Туркмении (Ашхабад).

Вибрационные устройства и технологии [3,4].

Можно утверждать, что механика существенно отстает от радиотехники в полезном использовании нелинейных колебаний. Действительно, в настоящее время промышленностью выпускается целый ряд радиоэлектронных приборов и устройств, основанных на нелинейных эффектах. К ним можно отнести автоколебательные генераторы, выпрямители, лампы тлеющего разряда, умножители, делители, параметроны, параметрические пьезотрансформаторы, нелинейные фильтры и т.д. Область использования нелинейных колебаний в механике гораздо уже, и разработки в этом направлении активно ведутся лишь в последние десятилетия.

Отбор и реализация новых свойств решений сложных нелинейных дифференциальных уравнений (нелинейных эффектов) c использованием ГАЦВМ вначале была использована в рамках вибрационных машин. Вибрационная машина, транспортный агрегат [1] рассматривались как сложные стержневые нелинейные системы с большим числом степеней свободы. Изучались их колебания при силовых, кинематических, параметрических, случайных воздействиях [19,26], включая возбуждение колебаний источниками ограниченной мощности [13].

Традиционно промышленные вибромашины использовали основной резонанс или зарезонансные режимы. Большое внимание было уделено (как и другими учеными) использованию субгармонических колебаний как при моно, так и при бигармоническом возбуждениях. Показана возможность улучшения технических характеристик вибрационных формовочных машин и вибромашин для поверхностного уплотнения бетонных смесей за счет использования асимметричных субгармонических колебаний. Этим разработанный виброуплотнитель принципиально отличается от своих аналогов, являясь улучшенным вариантом поверхностных виброуплотнителей, серийно выпускавшихся Ярославским и Одесским заводами строительных машин [Приложение 2].

Оценивалась перспектива обнаруженного эффекта управления парными обратными субгармоническими колебаниями порядка ½ для разработки управляемых реверсируемых вибраторов-транспортеров.

Предложенные управляемые субгармонические машины обладают более легким запуском в работу, обеспечивают реверсирование движения материала при вибротранспортировке за счет изменения частоты моногармонического вибровозбудителя, прошли лабораторную проверку.

Обнаружен эффект практически полного « схлопывания » зоны неустойчивости на нелинейном резонансе вибрационных машин технологического назначения за счет использования бигармонического возбуждения колебаний. Благодаря этому, вибромашина устойчиво работает на резонансе при изменении массы загрузки обрабатываемой щшы, при флуктуации частоты и напряжения сети, обеспечивает уменьшенное потребление электроэнергии и т. д. Аналогов в зарубежной технике не имеет (Приложение 3).

Бигармонический вибропривод использовался в машинах для мойки деталей автомобильных двигателей и тракторов на автокомбинате №5 г. Риги, а субгармонический виброуплотнитель изготавливался в инженерно-технологическом центре АН Латвии и эксплуатировался на строительных объектах СМУ Калининградрыбпрома, трестов Латвавтодормост и Балтморгидрострой, СМУ Госкомпрома Латвии, РСУ Латвийской АН, РСУ №38 (г. Кисловодск), совхоза «Савиениба» Рижского района и колхоза «Гулбене» Гулбенского района Латвии, комбината Ремстройдеталь (г. Рига) и др.

Изучены опасные и часто проявляющиеся параметрические колебания гибких элементов машин (ремни, цепные передачи) при одновременном учете их геометрической и физической нелинейностей. Обнаружены эффекты вибрационной стабилизации, выполнены проверки на экспериментальных установках.

Малоизученным в научной литературе являлся вопрос об использовании в вибро –

машинах параметрического принципа возбуждения колебаний. Была исследована динамика параметрических вибромашин, сформулированы основные преимущества пара-

метрического возбуждения колебаний вибропривода по сравнению с силовым и кинематическим.

Новизна идей, конструктивных решений и полезность параметрического принципа возбуждения вибраций подтверждены девятью изобретениями, а также публикацией обзорных статей по результатам выполненных исследований в международных научных журналах. Преимущества параметрических вибрационных устройств подтверждены экспериментально на лабораторных моделях машин. Всего новизна принятых конструктивных решений на основе использования нелинейных эффектов в области вибрационных машин защищена 24 авторскими свидетельствами на изобретения.


Вибрационная защита


^ Стыковое соединение отсеков ракет

При разработке ракет – носителей космических аппаратов и межконтинентальных баллистических ракет ( лунный вариант пакетной схемы Р – 7, МБР «Титан – 2») возникали аварии из-за развивающихся в полете продольных колебаний корпуса с частотой первого тона собственных колебаний, которые описаны в книге известного специалиста в области ракетной техники Рабиновича Б.[В.1]. Это явление неустойчивости продольных колебаний впоследствие получило название POGO. М.С. Натанзон [В.2] предложил для уменьшения этих колебаний включить в нижнюю часть топливных трубопроводов специальные демпферы (гидроаккумуляторы), что и принесло положительный результат.

Автором было предложено осуществлять соединение ступеней ракеты с помощью специально спрофилированных стыковочных шпангоутов с нелинейной упругой характеристикой. Это уменьшало амплитуды продольных колебаний ракеты при прохождении через резонанс, предложение было признано изобретением [193].


^ Использование в виброзащитных системах упругих элементов, имеющих два устойчивых положения равновесия.

Предлагаемые виброзащитные системы весьма эффективны при широкополосном воздействии на объект. Причем, если в системе возникают колебания с определенной,

заранее установленной амплитудой, то упругий элемент с двумя устойчивыми положениями равновесия (например, ферма Мизеса, хлопающая мембрана) самопроизвольно теряет устойчивость и защищаемый объект переходит на другой нелинейный режим [223]. При этом амортизируемый объект все время находится в переходном колебательном процессе, амплитуда которого имеет ограниченную амплитуду. Предложен ряд способов реализации упругих элементов с отрицательной жесткостью [221,265].

^ Динамические резонансные гасители колебаний

Характерной особенностью предлагаемых гасителей является применение в их конструкции упругих элементов в виде стержней, работающих одновременно на изгиб и кручение [241]. Стержни имеют различные моменты инерции относительно главных осей поперечного сечения. Благодаря этому реализуется плавная нелинейная упругая характеристика, что обеспечивает уменьшение напряжений в упругих элементах.

Предложены также самонастраивающиеся резонансные гасители колебаний, обладающие повышенной эффективностью гашения вибраций при разгоне и выбеге машины [220].

^ Активные методы гашения вибраций

Отличительной чертой предложенных активных методов является то, что гашение вибраций осуществляется за счет использования энергии колебаний самого виброзащищаемого объекта. На основе преобразования указанной энергии формируется силовое воздействие на объект, являющееся оптимальным с точки зрения гашения вибраций [201,219].

^ Виброзащитные системы с механическими обратными связями

Использование в виброзащитных системах механических обратных связей позволяет существенно повысить эффективность виброизоляции в широком диапазоне частот [221,226].

^ Введение в динамическую систему вибролинеаризующих силовых воздействий

В результате вибролинеаризации нелинейная колебательная система ведет себя как линейная [224]. Один из методов линеаризации успешно внедрен на Арзамасском приборостроительном заводе при стендовых испытаниях приборов [228].

^ Средства подрессоривания и виброзащиты транспортных средств

На основе использования методики математического моделирования, изложенной в [1,2], исследовались переходные режимы движения железнодорожных составов с перевозимыми грузами [1,16,17,18]. По результатам выполненных исследований разработан, испытан и внедрен нелинейный амортизатор, уменьшающий продольные колебания груза в вагоне, обусловленные ударами в автосцепку [12].

Изучена динамика разнообразных железнодорожных и транспортных агрегатов, предназначенных для перевозок самолетов, их частей и других тонкостенных конструкций, оптимизированы характеристики средств подрессоривания.

Выполнены исследования по оптимизации параметров нелинейных амортизаторов с мягкой упругой характеристикой [38]. Указаны области их целесообразного применения. Исследовалась вертикальная динамика автомобиля, в конструкции которого использовались совместно как гидравлические, так и резонансные динамические гасители колебаний [25], при этом низкочастотные колебания гасились гидравлическими, а высокочастотные - динамическими гасителями.

Новизна разработанных конструктивных решений в области виброзащиты защищена 16 авторскими свидетельствами на изобретения.

^

Нелинейная вибродиагностика и виброидентификация [7]


Данное научное направление связано разработкой новых нелинейных методов и средств неразрушающего контроля элементов машин и сооружений, базирующихся на использовании нелинейных эффектов для получения информации о поврежденности и обусловлено рядом следующих причин.

На протяжении долгого времени большинство исследований в области технической вибродиагностики было нацелено на решение линейных динамических задач, которые математически описываются системой линейных дифференциальных уравнений. Однако, во многих случаях линейные математические модели принципиально не способны отразить истинное динамическое поведение конструкции, поэтому попытка строить диагностическую процедуру на основе линеаризованных моделей может привести к качественно и количественно неверным результатам. Помимо этого, линейные методы вибродиагностики имеют и ряд других недостатков: низкая чувствительность к возникающим дефектам; ограниченное количество параметров колебаний, которые могут использоваться в качестве диагностических признаков; необходимость наличия эталонного неповрежденного объекта и др. Это ограничивает область их практического применения.
^

Новизна подходов нелинейной вибродиагностики


Впервые сформулирована в приоритетных работах автора [117,118]. Принципиальная новизна нелинейных подходов в вибродиагностике заключается в использовании нелинейных динамических эффектов в качестве системы диагностических признаков, указывающих на возникновение повреждений в конструкции. При этом весьма важно, что в рамках нелинейной теории колебаний может быть получено значительно большее количество эффективных и чувствительных диагностических признаков, нежели в рамках линейной теории. В самом деле, в линейных системах о возникновении дефекта можно судить лишь по изменению частотных и диссипативных характеристик, амплитуд и форм колебаний. В нелинейных же системах количество параметров колебаний, которые могут использоваться в качестве диагностических признаков, неизмеримо возрастает.

К их числу относятся спектральные характеристики колебаний, особенности временных законов движения и фазовых портретов нелинейных режимов, коэффициенты динамического усиления на резонансах, положение границ областей притяжения и существования нелинейных режимов, бифуркационные значения частот, пороговые значения амплитуд вынуждающих сил, эффекты внутренних резонансов, скачки на кривых ускорений, положение особых точек на АЧХ и др.

Более того, все вышеперечисленные свойства могут анализироваться не только на основных резонансах (как в линейных системах), но и на супергармонических, субгармонических и суммарно-разностных комбинационных резонансах, развивающихся при гармоническом, полигармоническом и случайном характере внешнего возбуждения. Высокая чувствительность нелинейных диагностических признаков обусловлена тем, что нелинейные системы способны более резко, чем линейные, реагировать на изменения их параметров.

Первоначально нелинейные свойства рассматриваются как система качественных диагностических признаков, сигнализирующих о наличии дефекта. После установления количественных соотношений между диагностическими признаками и интенсивностью дефекта формируется система количественных диагностических признаков, из числа которых затем выбирается наиболее предпочтительный с учетом его чувствительности к дефекту, интенсивности проявления, удобства измерения, простоты аппаратурной реализации диагностической процедуры. Далее определяются оптимальные параметры тестового диагностического сигнала, обеспечивающие максимальную чувствительность диагностического признака, и проверяется устойчивость выбранного режима диагностики по отношению к различным возмущениям. Синтез каждого нового диагностического признака, его увязка с параметрами технического состояния конструкции и характеристиками тестового воздействия представляют собой сложную поисковую задачу, решение которой в полной мере должно опираться на современную вычислительную технику.

Разработан общий алгоритм нелинейной вибродиагностики как последовательность определенных операций, обеспечивающих наиболее рациональный путь поиска дефектов в технических объектах различной сложности и функционального назначения. Предложены новые подходы нелинейной вибродиагностики, базирующиеся на использовании активизирующих воздействий, искусственном преобразовании линейного объекта контроля в нелинейный, выделении полезного сигнала за счет компенсации мешающей нелинейности и др. Рассмотрены и классифицированы основные типы объектов нелинейной вибродиагностики, синтезированы их математические модели. Методы нелинейной вибродиагностики применимы к механическим и радиоэлетронным объектам четырех типов:

  • объекты, математические модели которых преобразуются из линейных в нелинейные после возникновения повреждения;

  • объекты, математические модели которых являются нелинейными как в дефектном, так и в бездефектном состояниях;

  • линейные объекты;

  • объекты смешанного типа.

Ниже рассмотрены полученные результаты и проанализированы особенности диагностирования основных типов нелинейной вибродиагностики.

Диагностика объектов, математические модели которых преобразуются из линейных в нелинейные после возникновения повреждений

Основополагающим принципом, на котором строится диагностика объектов данного типа, является предложение рассматривать возникающее повреждение как упругую нелинейность конструкции [45,65,240]. Выполнен анализ характерных дефектных состояний машин и их элементов (наличие усталостных трещин в стержневых элементах конструкций, появление непроклеенных зон в многослойных покрытиях, образование зазоров в подвижных соединениях и др.), возникновение которых математически моделируется дополнительными кусочно-линейными членами в исходных дифференциальных уравнениях колебаний. К примеру, изгибные колебания стержня с поперечной трещиной описывается дифференциальным уравнением, учитывающим, что в сечении с трещиной зависимость упругого восстанавливающего момента от угла поворота носит кусочно-линейный характер.

Изложенные подходы реализованы в диагностических процедурах поиска усталостных трещин в стержневых конструкциях, силовых элементах несущих поверхностей летательных аппаратов, лопатках турбин. В основу предложенных вибрационных методов контроля положен анализ супер- и субгармонических резонансных колебаний, возникающих при периодических схлопываниях «берегов» образовавшейся трещины Разработанные нелинейные алгоритмы вибродиагностики отрабатывались экспериментально на стержневых образцах, а также на реальном объекте – крыле самолета ЯК – 40 (работы проводились в Рижском экспериментальном центре ГосНИИ ГА). Эксперименты подтвердили высокую чувствительность предложенных нелинейных методов, которая более чем в десять раз превышает чувствительность традиционных частотно-резонансных подходов. К тому же при использовании нелинейных алгоритмов диагностики отпадает необходимость проведения весьма трудоемкой процедуры паспортизации резонансных частот в процессе эксплуатации диагностируемой конструкции.

Аналогичные нелинейные подходы нашли применение и при диагностике ряда других конструкций. Разработан способ обнаружения дефектов типа «непроклей» между теплозащитной плиткой и корпусом космического корабля [254]. В основу способа положено взаимодействие продольных и крутильных колебаний теплозащитной плитки, приводящее при наличии дефекта (непроклеенной зоны) к возбуждению супергармонической вибрации, по параметрам которой и осуществляется контроль. В многослойном соединении диагностика дефектов типа «непроклей» может осуществляться по нелинейному алгоритму [248], основанному на возбуждении четных гармоник в спектре колебаний системы (вследствие нарушения симметрии упругой характеристики дефектной зоны). Для диагностики дефектов типа «хлопун» в сотовых конструкциях предложен нелинейный метод [62], базирующийся на зависимости частоты колебаний «хлопуна» от силы прижима. Во всех рассмотренных случаях использование в качестве диагностических признаков нелинейных эффектов резко снижает трудоемкость диагностических операций (отпадает необходимость в предварительном эталонировании объекта), упрощаются требования к аппаратуре, повышается чувствительность диагностического признака, уменьшается время диагностической процедуры. При этом не только выявляется факт образования в системе повреждений, но и одновременно с высокой чувствительностью определяется их местоположение и величина.

Диагностика объектов, математические модели которых являются нелинейными как в дефектном, так и в бездефектном состояниях

Причинами нелинейности математических моделей механических объектов могут быть различные факторы: наличие в конструкции машины узлов с сухим трением и нелинейным вязким трением, зазоры в соединениях элементов машин, влияние нелинейности упругих опор, наличие соединений с зазорами, соединений типа «предварительный натяг» и др. Радиоэлектронная аппаратура также может содержать в своей структуре элементы с нелинейными вольт - амперными характеристиками (варикапы, вариконды, диоды, индуктивности на ферритовых сердечниках и др.), выпускаемые миллионными тиражами.

Задачи вибродиагностики объектов указанного типа могут быть сформулированы следующим образом. Это, прежде всего, неразрушающий контроль технического состояния кинематических пар с нелинейными упруго-диссипативными характеристиками (оценка ослабления натяга, контроль снижения сил сухого трения и др.), поскольку наличие дефектов такого рода может привести к росту напряжений и отказам. В радиоэлектронике одной из основных задач является сортировка нелинейных электрических элементов по группам качества, которая также может осуществляться на основе нелинейных подходов.

Общий подход к диагностике изначально нелинейных объектов более подробно отработан применительно к механическим системам, содержащим элементы и узлы с сухим трением. Представителями такого класса систем являются рессорные подвески транспортных экипажей, сервомеханизмы с сухим трением, газовые редукторы давления, стрелочные индикаторы, пневмо-гидроцилиндры, золотники, демпферы сухого трения различных приборов и устройств (например, лопаток турбин), электромеханические преобразователи и др. Во всех вышеперечисленных устройствах действующие силы сухого трения существенно влияют на работоспоспособность систем и могут своевременно сигнализировать о начале развития дефекта, появлении износа поверхностей трения или другом виде повреждения. Поэтому, контроль за уровнем сил сухого трения и его отклонением от допустимых значений является актуальной технической задачей.

На основе анализа решений нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих колебания в системах с различными моделями сухого трения (кулоново трение, позиционное трение, трение с падающей характеристикой) при детерминированном и случайном воздействиях, обнаружен ряд новых нелинейных эффектов, а также более подробно рассмотрены ранее известные свойства. Это позволило сформировать информационный банк нелинейных эффектов для систем с сухим трением. Нелинейные эффекты, включенные в банк, предложено рассматривать в качестве идентификационых диагностических признаков, сигнализирующих о наличии дефекта (специфика затухания свободных колебаний, наличие зоны анкилозиса, многоэкстремальность амплитудно-частных характеристик, наличие скачков на фазово-частотной характеристике и кривой ускорений, многорежимность, наличие нечетных гармоник в спектральном составе колебаний, отклонение закона плотности распределения вероятностей от нормального и др.), Приложение 4.

Для построения решающих алгоритмов вибродиагностики и идентификации устанавливалась функциональная взаимосвязь между величиной силы сухого трения той или иной природы и характеристикой нелинейного эффекта, а также параметрами самой динамической системы и внешнего воздействия. По результатам выполненных исследований разработаны новые нелинейные методы вибрационного контроля сил сухого трения. Каждый из разработанной группы идентификационных методов обладает сугубо специфической направленностью на тот или иной вид сухого трения, реализуется при определенном виде колебаний (свободные, вынужденные при силовом, кинематическом или случайном воздействии). Общим и основным достоинством предложенных методов являются высокая точность решающего алгоритма, инвариантность к вязкому сопротивлению или возможность раздельного определения сил сухого и вязкого трения, возможность идентификации различных видов сухого трения и др. Более подробно технческие возможности разработанных методов изложены в Приложении 4.

Предложенный нелинейный подход реализован в диагностических процедурах идентификации сил сухого позиционного трения в рессорных комплектах железнодорожного вагона. Метод диагностики разработан на основе математического моделирования динамики вагона на ГВК. При этом решалась система дифференциальных уравнений вида, описывающих изгибные колебания корпуса и тележек. Причем, система уравнений была осложнена в связи с необходимостью учета сил сухого и вязкого трения в рессорных подвесках, случайного силового воздействия на транспортное средство со стороны рельсового пути, эффектов транспортного запаздывания и ряда других факторов . В основу разработанной диагностической процедуры положен анализ закона плотности вероятности распределения деформаций рессорного комплекта при реальном случайном воздействии рельсового пути. Предложенный метод позволяет идентифицировать силу сухого трения в процессе движения транспортного средства, что является его дополнительным достоинством (наряду с общими преимуществами нелинейных алгоритмов, изложенных выше).

^ Вибродиагностика объектов, математические модели которых являются нелинейными как в дефектном, так и в бездефектном состояниях

Имеется достаточно широкий класс технических объектов, динамическое поведение которых как в дефектном, так и в бездефектном состояниях описывается линейными дифференциальными уравнениями колебаний. В этих условиях, принимая во внимание более высокую чувствительность нелинейных диагностических признаков, предложено преобразовать структуру объекта контроля таким образом, чтобы его математическая модель (на период проведения диагностической процедуры) трансформировалась из линейной в нелинейную.

Рассмотрены различные варианты технической реализации такого рода структурных преобразований объекта диагностирования (ввод в структуру объекта дополнительных нелинейных упругих и диссипативных связей, наложение на элементы системы электромагнитных полей, включение объекта контроля в нелинейный электрический колебательный контур и др.). На основе предложенного подхода разработан ряд новых нелинейных алгоритмов неразрушающего контроля.

^ Бифуркационные методы виброидентификации. На основе анализа решений нелинейных дифференциальных уравнений разработан банк данных нелинейных эффектов, проявляющихся в системах с кусочно-линейными и полиномиальными упругими характеристиками при возбуждении колебаний в зоне основного резонанса. Обнаружен эффект особой чувствительности динамической системы в зоне обратного бифуркационного скачка , положенный в основу нового более чувствительного метода определения содержания влаги в полимерных пористых материалах. В процессе измерений контролируемый материал включается в нелинейный электрический колебательный контур, чем обеспечивается существенное повышение чувствительности к изменению содержания влаги.

^ Метод реализован в нелинейном электрическом влагомере ВМ-2, который использовался в службах технической диагностики НПО «Молния» (Москва, Россия) при проведении работ по определению содержания влаги в теплозащитной изоляции космического корабля «Буран». Необходимость разработки влагомера была обусловлена тем, что в предстартовый период (особенно в ночное время при прохождении туманов через районы стартов) внешняя теплозащита космического корабля впитывала большое количество влаги.

В результате общий вес корабля возрастал, что создавало трудности при взлете. Кроме того, необходимо было учитывать, что после набора высоты имеющаяся в теплозащитном покрытии влага превращалась в лед. Это могло привести к разрушению теплозащитных плиток и прогоранию корпуса космического корабля при его входе в атмосферу. С учетом особой важности данной проблемы на НПО «Молния» были проведены конкурсные испытания влагомеров различных типов (радиометрических, тепловых, виброакустических и др.), представленных ведущими научно-исследовательскими организациями. По результатам конкурсных испытаний был принят нелинейный электроемкостной влагомер, предложенный РТУ (Приложение 5).

После соответствующей переналадки разработанный влагомер может применяться для определения содержания влаги и в некоторых других токонепроводящих материалах (бумага, дерево, кожа, зерно, почва, торф, бетон и др.). Возможно также применение прибора для решения ряда других задач неразрушающего контроля в смежных областях техники: оценки степени изменения механических характеристик (модуля упругости) неметаллических материалов в процессе их старения, определения толщины покрытий, контроля различного вида неоднородностей внутренних включений, непроклея слоистых соединений и др.).

Нелинейный электроемкостной принцип контроля реализован и в другом разработанном приборе – влагомере ММ-5 , предназначенном для определения содержания влаги в мазуте. Прибор сертифицирован Латвийским национальным центром стандартизации и метрологии и внедрен в ряде теплоэнергетических предприятий Латвийской Республики ( котельные городов Вентспилса, Валмиеры, Мадонны, Резекне, Айзкраукле, Кегумса, Яунпагастса. ) Технические характеристики влагомера ММ-5 приведены в Приложении 6. Упрощенный вариант влагомера ММ-5 -электроемкостной влагомер “SARGS” может использоваться в бытовых условиях, например, для сигнализации о появлении влаги в овощехранилище, для контроля влаги в трудно доступных местах, для аварийной сигнализации об утечках опасных жидкостей и внедрен на фирмах Израиля, Японии, США, Финляндии, Испании, Италии, Бельгии, Германии, России, Эстонии, Латвии (Приложение 7 ).

На основе бифуркационного подхода построен и ряд других методов неразрушающего контроля. Разработана оригинальная процедура неразрушающего контроля крыла летательного аппарата, изготовленного из неметаллического композитного материала [120]. Неразрушающий контроль базируется на возбуждении изгибных колебаний диагностируемого крыла. При этом для повышения чувствительности регистрируемого отклика в структуру диагностической установки введена дополнительная нелинейная упругая связь, которая реализована на базе активных электронных блоков, включаемых в систему измерения и возбуждения колебаний крыла.

Математически динамика такой конструкции описывается дифференциальным уравнением в частных производных, которое осложняется нелинейными граничными условиями, учитывающими взаимодействие диагностируемого крыла с дополнительной упругой опорой. Анализ динамики такой конструкции показал, что при настройке на бифуркационную частоту обратного скачка система наиболее чусвтвительно откликается на изменение ее параметров. На этой основе разработан метод вибрационного контроля, предполагающий последовательную регистрацию двух бифуркационных диагностических признаков – величины скачкообразного изменения амплитуды колебаний крыла и спектральных вибрационных характеристик. Первый из указанных диагностических признаков дает интегральную оценку снижения жесткости крыла (за счет старения материала, разбалтывания конструкции, образования трещин и других факторов), в то же время второй признак позволяет зафиксировать образование в конструкции усталостных трещин.

Еще одним примером эффективности бифуркационных методов неразрушающего контроля может служить нелинейный вибрационный вискозиметр.Упругая система предложенного вискозиметра образована туго натянутыми струнами, которые, с целью преобразования эквивалентной упругой характеристики из линейной в нелинейную, размещены в однородных полях постоянных магнитов. Наивысшая чувствительность контроля вязкости достигается, если в основу диагностической процедуры положить регистрацию амплитуды колебаний на бифуркационной частоте, сответствующей первой форме резонансных колебаний системы.

Вискозиметр, разработанный на основе данного подхода, отличается повышенной чувствительностью, которая в 1,5 – 1,8 раза превышает чувствительность традиционных линейных вибрационных методов. Один из вариантов прибора, построен по нелинейному принципу и предназначен для определения комплексного параметра, характеризующего остаток ресурса смазочных масел в картерах двигателей.
^

Нелинейные вибрационные методы измерения расхода жидкости.

Изучено влияние протекающей жидкости на вынужденные изгибные колебания трубопровода, взаимодействующего со специально введенными в структуру системы дополнительными нелинейными упругими опорами. Математически задача свелась к дифференциальному уравнению в частных производных, осложненному наличием дополнительных членов, учитывающих Кориолисовы и центробежные инерционные нагрузки от движущейся жидкости, а также нелинейные силовые характеристики дополнительных упругих опор и основания.


По результатам динамического анализа такой системы вскрыты особенности проявления вибрационного эффекта Кориолиса на основном, супер- и субгармонических резонансных режимах (специфическое искажение формы и спектральных характеристик колебаний потоком протекающей жидкости). Обнаруженные нелинейные свойства положены в основу новых высокочувствительных методов вибрационной расходометрии, не требующих использования датчиков, погруженных внутрь трубопровода. Последнее обстоятельство особенно важно при измерении расхода агрессивных жидкостей и многофазных потоков. Эффективность разработанных нелинейных методов подтверждена экспериментально на лабораторном вибростенде.

Если по техническим условиям не требуется определение массового расхода, а достаточно проконтролировать объемный расход нейтральных или химически агрессивных жидкостей, содержащих твердые включения, возможно применение вихревых шариковых расходомеров. В основу принципиального устройства этих расходомеров положен нелинейный эффект образования вихря в воронке. Расходомеры предназначенны для учета расхода молока, пива и других жидкостей.

Техническое описание и основные характеристики вихревых шариковых расходомеров приведены в Приложении 8.

Контроль давления воздуха в пневматических шинах.

Разработаны вибрационные методы экспресс - контроля давления воздуха в пневматических шинах без вскрытия вентиля. Метод базируется на анализе колебаний специального вибробойка, взаимодействующего с контролируемой шиной. При этом для обострения отклика системы на тестовое воздействие в упругую систему вибробойка введена нелинейность кусочно-линейного типа.

Разработано несколько технических модификаций прибора для определения давления воздуха в шинах:

- прибор, выполненный в виде пистолета, стреляющего специальным бойком в контролируемую шину (давление определяется по характеру нелинейных колебаний бойка);

- прибор с автономным ударником (давление в этом случае определяется по анализу упругих колебаний самой шины).

Технические характеристики этого варианта прибора приведены в Приложении 9, а прибора для определения степени заполнения различных резервуаров (звуковые весы) - в Приложении 10.
^

Вибродиагностика объектов смешанного типа


К объектам смешанного типа относятся машины и устройства, динамическое поведение которых в дефектном состоянии описывается системой дифференциальных уравнений, имеющих в своем составе несколько разнотипных нелинейных функций (например, геометрически нелинейная балка с трещиной, приводящей к билинейной зависимости упругого восстанавливающего момента от угла поворота, гидравлические амортизаторы с сухим трением и нелинейным вязким трением, ротор с поперечной трещиной, установленный на нелинейных упругих опорах и др.).

Процедура технической диагностики таких объектов осложняется тем, что при тестовом гармоническом воздействии на систему в ней могут одновременно появляться нелинейные свойства, присущие различным нелинейностям. При этом один из нелинейных откликов может выступать как помеха, мешающая идентификации другого нелинейного сигнала, характеризующего дефект. Предложены вибрационные алгоритмы распознавания «полезной» нелинейности (нелинейности дефекта) и свойственного ей отклика на фоне мешающих нелинейностей, присущих изначально исправному объекту (ввод в структуру диагностируемой системы дополнительных компенсирующих нелинейных элементов, использование корректирующих силовых воздействий и др.). Изложенные подходы реализованы при решении ряда конкретных технических задач.

^ Вибродиагностика трещин в тонкостенных конструкциях.

Предложен новый подход к обнаружению усталостных трещин в упруго-нелинейных тонкостенных конструкциях, (например, в фюзеляжах и несущих поверхностях самолетов и вертолетов, корпусах судов на воздушной подушке и подводных крыльях и др.), основанный на модификации импедансного метода.

Данный прибор позволяет с высокой чувствительностью обнаруживать не вышедшие на поверхность трещины в стрингерном наборе крыльев летательных аппаратов ( Приложение 11 ).

^ Вибродиагностический прибор использовался в рамках Международного научного проекта Европейского Союза JOU2-CT92-0091 для неразрушающего контроля лопастей ветряных энергоустановок [138] совместно с коллективами ученых Англии ( лаборатория им. Резерфорда), Дании, Нидерландов, Болгарии. Прибор также внедрен на ряде ведущих авиационно-космических предприятий России: на НПО «Молния» - при разработке космического корабля «Буран», в ЦАГИ – при дефектации силовых элементов конструкции самолета ИЛ-86, в Рижском отделении ГосНИИ Гражданской авиации – при дефектации самолета ТУ-134, в СибНИА, в КБ им. Туполева, в Израиле(г. Кармиель). Прибор награжден серебряной медалью ВДНХ СССР, отмечен почетным дипломом Международной выставки в Пловдиве (Болгария).

^ Вибродиагностика трещин в роторах.

Исследовалась динамика медленно вращающегося ротора с поперечной трещиной, взаимодействующего с нелинейными упругими опорами. Математически задача свелась к системе нелинейных дифференциальных уравнений, осложненных наличием гироскопических членов. Анализ решений системы уравнений, выполненный с помощью АЦВК, позволил обнаружить ряд новых нелинейных свойств такой системы, являющихся результатом взаимодействия изгибных и продольных колебаний ротора, имеющего поперечную трещину (возбуждение в спектре колебаний комбинационных гармоник с некратными частотами, возникновение биений во временных реализациях колебаний ротора и др.).

На основе использования обнаруженных нелинейных эффектов разработаны новые методы диагностики усталостных трещин, базирующиеся на приложении к вращающемуся ротору дополнительных силовых воздействий (гармонических или импульсных). Исследования выполнялись совместно с учеными лаборатории диагностики и проектирования Университета Кобе (Япония). Предложенные методы отличаются высокой чувствительностью и хорошей помехозащищенностью к наличию в системе «мешающих» нелинейностей упругих опор. Эффективность и работоспособность разработанных диагностических процедур подтверждена экспериментально на лабораторном вибростенде, изготовленном и отлаженном на базе Университета Кобе. По результатам исследований опубликованы статьи, написанные в соавторстве с японскими учеными проф. С.Яно [119, 125].

Предложен также ряд других нелинейных вибрационных методов диагностики трещин в роторах, отличающихся повышенной чувствительностью к возникающим повреждениям.

^ Вибродиагностика усталостных трещин в гибких геометрически нелинейных стержнях.

Класс объектов диагностирования, при вибрационном воздействии на которые необходимо считаться с влиянием на динамический отклик геометрической нелинейности, достаточно широко распространен в технике. К их числу можно отнести протяженные участки трубопроводов, крылья некоторых типов летательных аппаратов, лопасти вертолетов и ветряных энергоустановок, антенны морских судов и другие тому подобные стержневые элементы, характеризующиеся достаточно большой гибкостью.

Влияние усталостных трещин в такого рода конструкциях на основе нелинейных алгоритмов диагностики, затруднено из-за возможного проявления в системе нелинейных свойств , присущих двум различным типам нелинейностей (геометрической нелинейности стержня и локальной упругой нелинейности от образовавшейся трещины). Поэтому отрабатывались подходы по распознаванию нелинейности трещины и свойственного ей отклика на фоне «мешающей» геометрической нелинейности стержня.

Решение уравнений, описывающих колебания, показало, что возникновение усталостной трещины способствует реализации в системе новой совокупности нелинейных свойств (самовозбуждение субгармонических режимов, появление в частотном спектре супергармонических колебаний порядка 3/1, четных гармонических составляющих и др.), принципиально невозможных в исходной неповрежденной конструкции.

Обнаруженные особенности колебаний положены в основу нового нелинейного метода вибрационного контроля, позволяющего идентифицировать трещину и свойственный ей динамический отклик в условиях мешающего влияния вибрационных эффектов, вызванных геометрической нелинейностью диагностируемого стержня. Достоинством предложенного подхода являются высокая чувствительность к возникновению повреждений и хорошая помехозащищенность.

В результате выполненной работы 34 нелинейных эффекта были введены в диагностику машин и механизмов. Новизна подходов была подтверждена 53 изобретениями, патентами и апробировалась в ведущих авиационно-космических фирмах.


Содержание предлагаемой монографии


Данная монография не соответствует строгим классическим канонам, предъявляемым к этой форме изложения материала. Объясняется это следующими обстоятельствами. Она обращена не только к научным сотрудникам, инженерам, студентам, но и к бизнесменам. Трудно представить себе бизнесмена, который взял бы на себя труд прочесть монографию от начала до конца в попытке найти то, что его заинтересует.

Поэтому первая глава, являясь своеобразным обращением к ним, в краткой сжатой форме без математических выкладок и научных построений излагает сущность предлагаемых вопросов. Эта глава является своеобразным развернутым содержанием изложенного материала, с указанием того, где можно найти более подробные сведения (либо в ранее опубликованных работах, либо в тексте книги, либо в приложениях). Этой же цели частично подчинено и введение.

В последующих главах следуют исследования и результаты в самых различных, и, казалось бы, далеких друг от друга областях. Но всех их объединяет то, что они из общих корней, общего ствола « древа науки», они, в большинстве своем, основаны на использовании нелинейных эффектов в средах различной физической природы. Наличие многих стволов и ветвей на « древе « объясняется быстрой сменой обстановки в обществе, при которой нельзя было останавливаться на одних и тех же задачах и уклоняться от новых, которые в условиях ограниченного государственного финансирования ставила жизнь.

Естественно, что изложенные вопросы имеют различную глубину проработки – от идей до внедрения. Самые разработанные идеи изложены в конце монографии в виде коротких рекламных проспектов.

Во второй главе изложены вопросы акустической кавитации. В ней показано, что кавитационный пузырек является одновременно и нелинейным механическим осциллятором, и микрохимическим реактором, и генератором ударных волн, и импульсных струй, и, возможно, микрореактором водородной энергетики. Весь комплекс нелинейных эффектов, сопровождающих кавитацию, не может не вызвать удивления и интереса у специалистов разных научных отраслей, что еще более усиливается широтой практического использования этих эффектов. Приведены теоретические методы расчета акустической кавитации, дано описание ультразвуковой аппаратуры

Вопросам гидродинамической кавитации посвящена третья глава. Рассмотрены вопросы вихреобразования и сопровождающие их эффекты в таких, казалось бы, далеких друг от друга явлениях как атмосферные смерчи и кавитация. Кратко изложены вопросы, связанные с критериями подобия потоков, формами кавитации.

Приведены основные типы гидродинамических кавитационных агрегатов, включая агрегаты, разработанные в РТУ.Автору трудно было остаться в стороне от развернувшейся дискуссии по поводу нового направления в полезном использовании кавитации - разработке и использовании тепловых кавитационных агрегатов. По мнению сторонников этого направления, оно является одной из разновидностей водородной энергетики.

^ В четвертой главе рассмотрены гипотезы, объясняющие природу кавитационного разрушения металлов, органических материалов. Приведены фотографии, иллюстрирующие характер вызываемых разрушений и краткие данные по использованию кавитации в гальванотехнике (работы проводились на заводе ВЭФ) и в нанотехнологиях.

«Царем» природы, по мнению микробиологов, как ни велика биологическая активность и энергия человеческого разума, следует считать мир бактерий. Одна бактерия за сутки может произвести несколько триллионов (1012) себе подобных. Они размножаются со « скоростью звука», а их споры могут переноситься в межпланетном пространстве давлением света без потери способности к размножению. Поэтому актуальной задачей является изыскание нетрадиционных методов как уничтожения микробов, чему посвящена часть этой главы, так и использования их полезных свойств (седьмая глава).

Методы, приборы и аппаратура для изучения кавитации изложены в пятой главе. Рассмотрены вопросы измерения содержания газов в жидкостях, методы исследования кавитации и, в особенности – акустические. Описана используемая аппаратура, приведены характеристики шумов, сопровождающих кавитацию.

^ Шестая глава посвящена описанию чудесного переплетения всей гаммы нелинейных эффектов, возникающих при высоковольтно - плазменном разряде в жидкости. Кратко раскрыта физика каждого эффекта, приведена сложная система нелинейных дифференциальных уравнений, описывающая взаимодействие различных подсистем высоковольтно-плазменного агрегата. Решение этой системы на аналого-цифровом вычислительном комплексе позволило реализовать ряд новых технических решений, описанию которых посвящена седьмая глава.

В ней изложены такие разработки, как впервые в мире реализованная бездоковая очистка подводной части судна, «искусственная лошадь», «искусственный крот», высоковольтно - плазменный импульсный вибровозбудитель, «гидравлический лазер», установка для очистки сопел распылительных форсунок дизельных двигателей ( Приложение 12 ). Результаты испытаний этой установки на заводе «РЭЗ» приведены в Приложении 13.

Уже в начале 19 века среди ученых возникли разговоры об угрозе «азотного голода». Несмотря на его значительное содержание в воздухе были трудности с тем, чтобы связать его, заставив вступить в соединения с другими веществами. Становилось очевидным, что основного вещества - селитры, вывозимой из чилийской пустыни Атакана, хватит ненадолго.

Одна из возможностей ликвидировать угрозу «азотного голода» открывается в получении азота непосредственно из воздуха. Описаны выполненные исследования по «захвату» азота из воздуха с помощью высоковольтно - плазменной установки, приведены описания других разработок. Все они изготовлены и прошли практическую проверку. Кратко описаны начатые эксперименты по разрушению прочной клеточной стенки дрожжей, что может компенсировать нехватку белков, дефицит которых ощущает более половины населения планеты.

Вода и огонь всегда являлись врагами. ^ В восьмой главе они выступают как союзники: вода, являясь своеобразным катализатором, улучшает горение жидких топлив. Это становится возможным благодаря проявлению нелинейного эффекта - взрыва капли топлива внедренными в нее глобулами воды, а также обусловлено реализацией суммы других нелинейных эффектов, сопутствующих кавитационной обработке топлива с водой. Технология сжигания кавитационно подготовленной водо-мазутной эмульсии была внедрена в котельных городов Мадонны и Резекне (Приложение 14).

Рассмотрены другие виды гибридных топлив, описаны разработанные лазерные и фотоэлектрические измерители уровня горючего в баках.

Измерение расстояний с помощью лазеров возможно тремя методами: методом импульсной дальнометрии, методом использования модулированных по амплитуде или по поляризации лучей лазеров непрерывного действия (сдвиг по фазе отраженного сигнала пропорционален расстоянию), методом интерферометрии. Функциональные электронные схемы реализации этих методов достаточно сложны.

Описываются разработанные в РТУ нетрадиционные лазеры-дальномеры, использующие дешевые бытовые мини-лазеры и типовые электронные измерители длины выходящей ленты. Это позволяет повысить точность измерений и сделать ее независимой от дальности. Так, немецкий лазерный дальномер ХАСТ 0530 имеет достаточно большую для точных измерений ошибку ( ±3мм ) в пределах 0,2-20 м, что в три-шесть раз больше, чем у разработанных. В Приложении 15 дана методика расчета экономии от комплекса предлагаемых мероприятий по модернизации котельных, использующих в качестве топлива мазут.

^ Содержанием девятой главы является рассмотрение свойств воды - одного из самых загадочных веществ планеты. Ключевым в подходе является то обстоятельство, что вода рассматривается как “коктейль,” в котором могут содержатся почти все элементы периодической системы Менделеева, механические примеси, растворенные газы.

Вода имеет более сложную формулу, нежели Н 2О, образуя ассоциаты различной степени сложности, чем и объясняются ее различные аномальные свойства. Ряд этих свойств лежит на грани мистики и фантастики: вода в ряде исследований представляется нам как живая субстанция.

Рассмотрены вопросы активации воды – целенаправленного изменения ее свойств путем использования нелинейных эффектов кавитационных и высоковольтно - плазменных технологий. При этом проявляется поразительная многоликость этих технологий.

Если в предыдущих главах высоковольтно- плазменный агрегат, обладающий многофакторным воздействием, например, был преимущественно то «кувалдой» (очистка судна без постановки в док), то виброударным стендом, то «кротом» (очистка наслоений в трубопроводах), то «искусственной лошадью» (производство органических удобрений), то ударным штампом и т.д., то теперь этот агрегат выступает в роли своеобразного скальпеля.

Этот скальпель производит филигранную работу: он режет водородные связи, объединяющие молекулы, разъединяет сами молекулы (на самом деле это воздействие является еще более сложным), тем самым упрощая структуру водных ассоциатов и меняя свойства воды.

Описаны медицинские, биологические, технические эффекты, возникающие при использовании активированной воды, которые вскрывают ее новые, пока, к сожалению, не использованные возможности, которые так легко и так нужно использовать в условиях малых стран. Новые взгляды на воду несут в себе, по сути, новый взгляд на окружающий нас мир.

^ В десятой главе ставится вопрос о необходимости промышленного налаживания выпуска на основе нелинейных эффектов кавитации гуматов для использования в самых различных направлениях и, в первую очередь – для производства жидких удобрений. Промышленный выпуск гуминовых веществ позволил бы производить не только органические, но и широкую гамму минерально-органических удобрений, ликвидировав зависимость страны от поставок зарубежных фирм. Рассмотрены вопросы плодородия почв и гумуса, экстраординарная роль фульвокислот как мощного эликсира жизни.

Приведен элементный состав и функциональные группы, главные фрагменты, молекулярные массы и полидисперсность гуминовых веществ, их влияние на рост растений, химическое строение молекул.

Изложены характеристики торфа как основного природного образования, из которого чаще всего получают гуминовые вещества. Описание прибора для экспресс-определения влаги в торфе содержится в Приложении 16. Приведена традиционная схема получения гуматов.

Структура и описание отдельных агрегатов кавитационного мини-завода, установленного в г. Вентспилсе, изложены в одиннадцатой главе. Впервые в Прибалтике с использованием высокой технологии ( кавитационной) начат выпуск нетрадиционного нового продукта - жидких гуминовых удобрений. Анализ качества продукта отражен в Приложениях 17, 18. Характеристика еще одного продукта – экологических гранул, получаемых на основе кавитационной переработки торфа, дана в Приложении 19, отзывы в прессе – в Приложении 20. С привлечением высококвалифицированных специалистов в области сельского хозяйства проведены вначале биологические тестовые испытания выпускаемых удобрений, которые потом переросли в фазу полевых испытаний. Приведены результаты испытаний на различных сельскохозяйственных культурах, включая такую важную культуру, как рапс, крайне необходимую для производства биотоплива. Сравнение и экономическая оценка традиционных и кавитационного метода получения гуматов является содержанием Приложения 21.

Вопросы, связанные с получением более высоких технических показателей выпускаемой продукции строительной отрасли за счет использования добавок на гуминовой основе, полученных кавитационным методом, изложены в двенадцатой главе. Рассмотрены вопросы изменения вязкости буровых растворов, повышения пластичности глиняных масс при формовке кирпичей и др. В Приложении 22 дана оценка возможного экономического эффекта от использования гуминовых добавок при производстве ряда строительных материалов.

Теоретические разработки (новые методы математического моделирования колебаний сложных нелинейных механических систем, новые свойства решений нелинейных дифференциальных уравнений) опубликованы в 8-ми монографиях и книгах, 87-ми статьях (из них 34 - в рецензируемых зарубежных и академических журналах “Прикладная механика”, “Механика твердого тела”, “Машиноведение”, “Приборостроение”, “Машиностроение”, “Дефектоскопия”, JSME International Journal”, Journal of Sound JSME International Journal”, “Journal of Sound and Vibration”, “International Applied Mechanic”, “Russian Journal of Nondestructive Testing”, “Russian Journal of Machine Science” и др.)

На основе выполненных теоретических разработок приняты новые технические решения в области нелинейной вибродиагностики виброзащиты и нелинейных вибромашин, кавитационных и высоковольтно- плазменных технологий, новизна которых защищена 117 авторскими свидетельствами на изобретения. Осуществлено 39 внедрений в Латвии и за ее пределами, из которых 20 защищены авторскими свидетельствами.

На рис. В.2, В.3, В.4 изображены карты наиболее важных внедрений, на которых также отмечены города, с научными организациями которых проводились совместные научные работы.

Результаты работ докладывались в Софийском горно-минералогическом институте (Болгария), Чешском техническом университете (Прага, Чехия), Будапештской Высшей технической школе (Венгрия), Высшей экономической школе в Лодзи (Польша). Разработки экспонировались на Международных научно-технических и промышленных выставках в Гамбурге (Германия, 1993), Ганновере (Германия, 2002), Тампере (Финляндия, 2002), Вильнюсе (Литва, 2002 и 2003), Минске (Белоруссия, 2003), а также были представлены на Днях Латвии в Нидерландах (март 2002). Регулярно, начиная с 2000 года, разработки демонстрировались на проводимых в Латвии Международных выставках “Baltic Industry” и “Baltic Dynamics”.

Автор хранит добрую память о своих первых учителях:

- Главном конструкторе гидросамолетов, на которых было установлено несколько рекордов, профессоре И. В. Четверикове;

- известном математике профессоре М. Д. Дольберге;

- профессоре Н. В. Бутенине, по книгам которого занимались студенты многих ВУЗов;

- профессоре В. Ф. Болховитинове - Главном конструкторе одного из первых реактивных самолетов (самолет БИ-1, 1942г.).

Эти люди отличались не только высоким профессиональным мастерством, но и высокими человеческими качествами. В Египте страной правили жрецы (ученые). Возможно, что, если бы в каждой стране в правительство кроме политиков и бизнесменов входили бы ученые, у наций этих стран было бы меньше бед.

При написании монографии в значительной мере использовались результаты в области нелинейной теории колебаний и динамики машин, полученные П. М. Алабужевым, В.А. Асташевым, В. И. Бабицким, Ф. Я. Балицким, И. А. Биргером, В. Л. Бидерманом, И. И. Блехманом, В. В. Болотиным, В. Л. Вейцем, Я. А. Вибой, И. И. Вульфсоном, Р. Ф. Ганиевым, М. Д. Генкиным, М. Ф. Диментбергом, Ф. М. Диментбергом, М. В. Закржевским, П.Л. Kапицей, В. Каннингхемом, Г.В. Каудерером, В. Клюевым, А. Е. Кобринским, К. С. Колесниковым, В. Л. Крупениным, Б. И. Крюковым, М. З. Коловским, В. О. Кононенко, Э. Э. Лавенделом, В. А. Лазаряном, П. С. Ландой, Ю. А. Митропольским, Р. Ф. Нагаевым, Ю. И. Неймарком, Я. Г. Пановко, П. П. Пархоменко, Г. С. Писаренко, А. К. Плахтиенко, Б. И. Рабиновичем, В. Л. Рагульскене, К. М. Рагульскисом, А. Б. Ройтманом, А. Г. Соколовой, В. А. Светлицким, Г. Б. Сердюком, С. П. Тимошенко, А. Тондлом, Б. П. Умушкиным, Л. М. Ушкаловым, М. И. Фейгиным, К. В. Фроловым, З. Е. Филером, Т. Хаяси, М. В. Хвингия, В. Шемплинской-Ступницкой, Г. Шмидтом, А. Л. Штейнвольфом и многими другими.

Глубокая благодарность руководству Рижского технического университета – ректору проф. И. Кнетсу, проректору по научной работе проф. Л. Рыбицкому и директору Института механики проф. Я. Вибе за постоянную поддержку и помощь в работе. Особая благодарность рецензентам проф. Я. Вибе и проф. А. Чате за ценные замечания, сделанные при просмотре рукописи.

Написание этой монографии было бы невозможно без совместной работы со своими учениками, защитившими кандидатские и докторские диссертации. В их числе Наумов Н.В., Барабанов Ю.В., Мельников Г.Ф., Ратнер Б.С., Чистяков Э., Набока Е.М., Бересневич В.И., Окс А. Б., Лушников Б.В., Беловодский В.Н.

Необходимо также отметить вклад научных сотрудников Малгина В.Э., Магоне М., Красноперова Э., Ожиганова В., Гуревича Г., Шаргородского В. и подключившегося в самое трудное время Якушевича В.А. Его увлеченность, трудолюбие, разносторонние практические навыки во многом обеспечили успехи в проведении многих экспериментов.

Подпараграфы 6.3.2, 7.3.3 написаны совместно с Бересневичем В.И., подпараграф 7.6.2 - с Малгиным В.Э., глава 12 и подпараграфы 4.4.1, 4.4.2, 4.4.4, 11.1.9, 11.1.10 - с Якушевичем В.А. Он также принимал участие в проведении экспериментов, описанных в подпараграфах 7.3.5, 7.5.4, 7.5.5, 9.6.2 - 9.6.4. Параграф 7.4 и подпараграф 7.6.1 написаны совместно с Гуревичем Г. В подпараграфе 4.4.3 использованы результаты работ, выполненных Л.Межуле и Т. Юхна.





Рис. В.2. Карта внедрения разработок НИЛ «Нелинейные эффекты колебательных систем» на предприятиях Риги.

Принятые обозначения:

▲ субгармонический поверхностный виброуплотнитель (1 – трест «Латавтодормост», 2 – трест «Мостострой-5», 3 – СМУ «Латрыбпром», 4 – трест «Балтморгидрострой», 5 – СМУ Госкомпрома Латвии, 6 – РСУ Латвийской АН, 7 – комбинат «Ремстройдеталь»);

приборы для оценки качества мазута (1 – ТЭС-2; 2 – Болдерайский деревоперерабатывающий комбинат);

▼ диагностическая система PDS-10 (1 – Рижский экспериментальный центр CL AVIATEST);

◄ сигнализатор наличия влаги „SARGS” (1 – Рижский экспериментальный центр CL AVIATEST).




Рис. В.3. Карта внедрения разработок НИЛ «Нелинейные эффекты колебательных систем» на предприятиях Латвии.

Обозначения: приборы для оценки качества мазута; модернизация теплоэнергетических узлов на основе использования водомазутных эмульсий; субгармонический поверхностный виброуплотнитель; ۩ мини-завод для производства гуминовых удобрений; аграрные испытания гуминовых удобрений; совместные научные работы по использованию гуминовых веществ для улучшения характеристик кирпичей.



Рис. В.4. Карта внедрения разработок НИЛ «Нелинейные эффекты колебательных систем» за рубежом.

Обозначения: средства вибродиагностики машин; специализированные аналоговые вычислительные средства; высоковольтно-плазменная технология очистки корпуса судна; субгармонический поверхностный виброуплотнитель;сигнализатор наличия влаги „SARGS”; ۞ научно-техническое сотрудничество.


Автор выражает свою признательность за помощь в работе, советы и консультации проф. Э. Бекерису, проф. М. Клявиньшу, проф. Кампарсу В., проф. О. Кукурсу, проф. Г. Телышевой, проф. В. Ноллендорфсу, проф. М. Даугавиетису, ассистенту М. Калныне, А. Натре, А. Милову, Е. Арайсу, И. Думиньшу, Ю.Иостонсу, М. Лейтансу, а также приезжавшими в Ригу для ознакомления с работами научно-исследовательской лаборатории «Нелинейные эффекты колебательных систем» проф. М. Армада, проф. Т. Акинфиеву (Испания), проф. Гао Цинь Линю (Китай, Пекинский университет), Йос Геритсену (Голандия), Джордии Вали и Франческо Монталти (Италия, Университет г.Болоньи), Маркусу Янсонсу (Канада), Дункану Гилмару (Австралия), Ю.Миколайчуку (ГосНИИ Гражданской авиации, Россия) и др.

Большая благодарность жене Цыфанской Н. за понимание, постоянную поддержку и помощь в работе.


Литература

В.1. Рабинович Б.И. Неустойчивость жидкостных ракет и космических аппаратов и некоторые фрагменты борьбы с ней. - Москва: Институт космических исследований РАН, 2006.

В.2. Натанзон М.С. Продольные колебания ракет. Москва: Машиностроение, 1977.




Скачать 431,87 Kb.
оставить комментарий
этой монографии
Дата28.09.2011
Размер431,87 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

плохо
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх