Научная статья на тему 'Моделирование процесса самовосстановления полимеров полем высокой частоты'

Моделирование процесса самовосстановления полимеров полем высокой частоты Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

CC BY
100
24
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / POLYMERIC MATERIALS / САМОВОССТАНОВЛЕНИЕ / СЕПАРАТОРЫ / SEPARATORS / УСТАЛОСТНЫЕ РАЗРУШЕНИЯ / FATIGUE DESTRUCTION / АЛГОРИТМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛИАМИДА / POLYAMIDE RECOVERY ALGORITHM / SELF-REGENERATION

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — Филиппенко Николай Григорьевич, Лившиц Александр Валерьевич, Ларченко Анастасия Геннадьевна

Последние десятилетия характеризуются ростом производства полимерных конструкционных материалов и использованием изделий из них во всех отраслях промышленности. Несмотря на декларированные гарантийные сроки эксплуатации, ряд изделий из полиамидных материалов отбраковываются в процессе их эксплуатации до достижения расчетного периода, нормированного производителем. Поэтому одним из возможных способов безаварийной эксплуатации полимерных изделий является их самовосстановление. Это особенно актуально для изделий из полимерных материалов, эксплуатируемых в труднодоступных зонах и узлах машин и механизмов. В связи с этим целью данного исследования стала разработка алгоритма процесса самовосстановления механических свойств изделий из полимерных материалов. Для достижения поставленной цели авторами были определены следующие задачи: определение способов самовосстановления полимерных материалов, обоснование возможности обнаружения повреждений в изделиях из полимерных материалов, алгоритм формирования сигнала, инициирующего процесс восстановления, определение эффективности регенерации материала. Рассматриваются задачи определения условий самовосстановления целостности структуры полимерных материалов. Для нахождения способов определения усталостных разрушений использованы предложенные и развиваемые авторами методы их определения с учетом реальных метео-климатических условий эксплуатации на примере изделий подвижного состава ОАО «РЖД». Благодаря использованию образцов из стеклонаполненного полиамида, найдены необходимые и достаточные показатели определения прочностных характеристик исследуемого материала. Разработан алгоритм самовосстановления и получены экспериментальные соотношения показателей, характеризующих восстановление полимерных материалов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODELING OF THE PROCESS OF SELF-REGENERATION OF POLYMERS IN THE FIELD OF HIGH FREQUENCY

The last decades are characterized by growth of production of polymer materials and the use of products in all industries. Despite the declared warranty service, a number of products of polyamide materials are rejected in the course of their operation to achieve the calculation period normalized by the manufacturer. Therefore, one of the possible ways of accident-free operation of polymer products is their self-regeneration. This is especially true for products from polymeric materials exploited in inaccessible areas and sites of the machinery. In this regard, the aim of this study was the development of the algorithm of the process of self-regeneration of the mechanical properties of polymeric materials. To achieve this goal, the authors identified the following problems: definition of the methods of self-regeneration of polymeric materials, substantiation of the possibility of damage detection in products from polymeric materials, algorithm of signal initiating the recovery process, definition of efficiency of the regeneration of the material. The problem of determining the conditions of the self-recovery of the structure of polymeric materials is discussed. For finding ways to determine the fatigue failures methods of their determination proposed and developed by the authors taking into account the real meteo-climatic conditions of operation on the example of the products of the rolling stock of Russian Railways JSC are used. Using samples of glass fibre reinforced polyamide, the necessary and sufficient indicators determining the strength characteristics of the studied materials are founded. The algorithm of self-regeneration is developed and experimental ratios characterizing recovery of polymeric materials are obtained.

Текст научной работы на тему «Моделирование процесса самовосстановления полимеров полем высокой частоты»

Следует отметить, что в инновационных компаниях либо в проектно-ориентированных компаниях у специалистов могут изменяться обязанности. В этом случае речь может идти не о карте знаний, а об определении компетенций, которые необходимы на данном рабочем месте.

Карта знаний основана на необходимых функциональных обязанностях и включает «обязательные» и «дополнительные» знания. В процессе работ специалист может выявить потребность в новых знаниях и корректировать карту знаний.

В то же время в процессе переподготовки или практической работы могут возникнуть знания, не применимые на данном рабочем месте, но которые могут быть востребованы на другом рабочем месте.

В данном случае можно говорить о необходимости ведения корпоративной базы «компетенций», когда каждый оценивает два фактора по всем предлагаемым компетенциям:

- уровень владения компетенцией;

- уровень потребности в компетенции [6].

Например, компания постоянно открывает

новые филиалы, приобретая помещения в собственность или заключая договоры долгосрочной аренды. Первыми компетенциями, необходимыми в данном случае, являются оценка перспектив локации, оценка реальной стоимости объекта или возможного дохода от локации для определения предельного размера арендной платы. Затем появляется потребность в знаниях по проверке и оформлению документов на переход права собственности, правомочий собственника и так далее.

Кроме того, каждый специалист может определить потребность в дополнительных знаниях, выбирая их из предлагаемого списка (либо добавляя собственные компетенции в список). Если существуют специалисты с высоким уровнем данной компетенции, то необходимо обеспечить обмен знаниями или научение компетенциям. Если в компании нет специалистов, владеющих такими компетенциями, то необходим аутсорсинг знаний.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Hammond, John, Ralph L. Keeney, Howard Raif-fa. Smart Choices: a Practical Guide to Making Better Life Decisions. Harvard Business School Press, 1999.

2. Higgins, James M. 101 Creative Problem Solving Techniques: the Handbook of New Ideas for Busi-ness/ New management publishing company, Inc. 1994.

3. Maurer, Rick. Beyond the Wall of Resistance. Unconventional Strategies, that Build Support for Change. USA, Bard Books, Inc. 1996.

4. Как превратить знания в стоимость: Решения от IBM Institute for Business Value : пер. с англ. / сост. Э.Лессер, Л. Прусак. М. : Альпина Бизнес Букс, 2006. 248 с.

5. Коллисон К. Парселл Д. Учитесь летать: практические уроки по управлению знаниями от лучших научающихся организаций : пер. с англ. М. : Ин-т комплексных стратегических исследований, 2006. 296 с.

6. Коулопоулос Т.М., Фраппаоло. К. Управление знаниями. М. : Эксмо, 2008. 224 с.

УДК 539.538 Филиппенко Николай Григорьевич,

к. т. н., доцент каф. ТРТСиМ Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 638395-149,

e-mail: [email protected] Лившиц Александр Валерьевич,

к. т. н., доцент, зав. каф. ТРТСиМ Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 638395-362,

e-mail: [email protected] Ларченко Анастасия Геннадьевна, аспирант каф. ТРТСиМ Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 638395-149,

e-mail: [email protected]

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА САМОВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ ПОЛЕМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

N. G. Filippenko, A. V. Livchitc, A. G. Larchenko

MODELING OF THE PROCESS OF SELF-REGENERATION OF POLYMERS IN THE FIELD OF HIGH FREQUENCY

Аннотация. Последние десятилетия характеризуются ростом производства полимерных конструкционных материалов и использованием изделий из них во всех отраслях промышленности. Несмотря на декларированные гарантийные сроки эксплуатации, ряд изделий из полиамидных материалов отбраковываются в процессе их эксплуатации до достижения расчетного периода, нормированного производителем. Поэтому одним из возмож-

Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. _Экономика и управление_

m

ных способов безаварийной эксплуатации полимерных изделий является их самовосстановление. Это особенно актуально для изделий из полимерных материалов, эксплуатируемых в труднодоступных зонах и узлах машин и механизмов. В связи с этим целью данного исследования стала разработка алгоритма процесса самовосстановления механических свойств изделий из полимерных материалов. Для достижения поставленной цели авторами были определены следующие задачи: определение способов самовосстановления полимерных материалов, обоснование возможности обнаружения повреждений в изделиях из полимерных материалов, алгоритм формирования сигнала, инициирующего процесс восстановления, определение эффективности регенерации материала. Рассматриваются задачи определения условий самовосстановления целостности структуры полимерных материалов. Для нахождения способов определения усталостных разрушений использованы предложенные и развиваемые авторами методы их определения с учетом реальных метео-климатических условий эксплуатации на примере изделий подвижного состава ОАО «РЖД». Благодаря использованию образцов из стеклонаполненного полиамида, найдены необходимые и достаточные показатели определения прочностных характеристик исследуемого материала. Разработан алгоритм самовосстановления и получены экспериментальные соотношения показателей, характеризующих восстановление полимерных материалов.

Ключевые слова: полимерные материалы, самовосстановление, сепараторы, усталостные разрушения, алгоритм восстановления полиамида.

Abstract. The last decades are characterized by growth of production of polymer materials and the use of products in all industries. Despite the declared warranty service, a number of products of polyamide materials are rejected in the course of their operation to achieve the calculation period normalized by the manufacturer. Therefore, one of the possible ways of accident-free operation of polymer products is their self-regeneration. This is especially true for products from polymeric materials exploited in inaccessible areas and sites of the machinery. In this regard, the aim of this study was the development of the algorithm of the process of self-regeneration of the mechanical properties of polymeric materials. To achieve this goal, the authors identified the following problems: definition of the methods of self-regeneration ofpolymeric materials, substantiation of the possibility of damage detection in products from polymeric materials, algorithm of signal initiating the recovery process, definition of efficiency of the regeneration of the material. The problem of determining the conditions of the self-recovery of the structure of polymeric materials is discussed. For finding ways to determine the fatigue failures methods of their determination proposed and developed by the authors taking into account the real meteo-climatic conditions of operation on the example of the products of the rolling stock of Russian Railways JSC are used. Using samples of glass fibre reinforced polyamide, the necessary and sufficient indicators determining the strength characteristics of the studied materials are founded. The algorithm of self-regeneration is developed and experimental ratios characterizing recovery of polymeric materials are obtained.

Keywords: polymeric materials, self-regeneration, separators, fatigue destruction, polyamide recovery algorithm.

Введение

Конструкционные материалы, в том числе это относится и к полимерным материалам, разрабатываются исходя из парадигмы «предотвращения повреждения», а не «управления повреждением». При этом применение самовосстанавливающихся материалов открылj огромные возможности, особенно в тех случаях, когда необходимо обеспечить надежность материалов на как можно более длительный срок. Кроме того, самовосстановление идеально для материалов, склонных к повреждениям, например в случаях с поверхностными трещинами.

Цель и постановка задач исследования

Последние десятилетия характеризуются ростом производства полимерных конструкционных материалов и использованием изделий из них во всех отраслях промышленности. Как было определено авторами [1, 2], ряд полиамидных материалов в большинстве случаев отбраковываются в процессе их эксплуатации по причинам образования усталостных трещин. Поэтому самовосстановление изделий из полимерных материалов, особенно в труднодоступных зонах, является актуальной задачей.

В связи с этим целью данного исследования стала разработка алгоритма процесса самовосстановления механических свойств изделий из полимерных материалов.

Для достижения поставленной цели авторами были определены следующие задачи:

Определение способов самовосстановления полимерных материалов.

Обоснование возможности обнаружения повреждений в изделиях из полимерных материалов.

Алгоритм формирования сигнала, инициирующего процесс восстановления.

Определение эффективности регенерации материала.

Исследования возможности и алгоритма решения задач регенерации полимерных материалов

Самовосстанавливающиеся материалы - это материалы, способные частично или полностью восстанавливать повреждения, например образовавшиеся трещины. Одним из их самых выдающихся свойств биологических материалов является способность к самовосстановлению и регенерации своих функции после получения внешних ме-

ханических повреждений. В природе самовосстановление может происходить как на уровне единичных молекул (например, восстановление ДНК), так и на макроуровне: срастание сломанных костей, заживление поврежденных кровеносных сосудов и т. д. Эти процессы знакомы всем, однако конструкционные материалы в большинстве случаев не обладают подобной способностью к самовосстановлению.

В настоящее время полимеры (и их композиты) являются наиболее изученной категорией материалов в контексте способности к самовосстановлению. Так, например, для инженерных целей разрабатываются различные стратегии и подходы для создания технологий самовосстановления материалов. Исследования показали, что, в частности, для термопластических полимеров необходимым условием восстановления повреждения является формирование подвижной фазы, которая сможет «затянуть» за счет сил поверхностного натяжения трещину (рис. 1). В зависимости от используемого материала для полимеров (и их соединений) необходимо (избирательно в зоне трещин) создать температуру в пределах 120-230 °С.

Рис. 1. Общий принцип самовосстановления материалов

После возникновения трещины внешнее воздействие (в показанном случае высокочастотное излучение) образует «подвижную фазу». Дальнейшее воздействие излучения и силы поверхностного натяжения производят закрытие

трещины «подвижной фазой». Последующее остывание инициирует процесс иммобилизации (создание неподвижности поврежденной области) после восстановления.

Многочисленные исследования авторов [1, 2] показали, что промышленное оборудование ВЧ-нагрева обладает возможностью избирательного нагрева в полимерных материалах. Более того, именно в местах раздела сред и концентраторах напряжения, которыми и являются образовавшиеся в процессе эксплуатации трещины, будет повышенное воздействие высокочастотной энергии. Все это было принято в рамках данного исследования за основу дальнейших изысканий.

Образовавшиеся микротрещины на поверхности и внутри полимера сопровождаются образованием неоднородностей в материале с газовыми или другими включениями. Высокоэнергетическое воздействие электромагнитным полем вызывает возникновение в данных неоднородно-стях микроразрядов. Модель таких включений при обработки материала электромагнитным полем можно рассматривать как следующую эквивалентную схему замещения, представленную на рис. 2 [3, 4].

Емкость СВ представляет собой включение, образовавшееся в процессе эксплуатации (например газовое). СТ - емкость оставшегося без повреждений полимера, для которого силовые линии поля общие с газовым. Сд - емкость остальной части полимера.

Напряженность электрического поля в включении превышает напряженность поля в остальной части полимера, т. к. диэлектрическая проницаемость полимера ниже проницаемости материала включения.

Согласно схеме замещения напряжение на включении будет определяться следующим образом:

Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. _Экономика и управление_

и =-

■■и

ВЧ ■

(1)

Емкость конденсатора зависит от диэлектрической проницаемости £ материала полимера, площади обкладок и расстояния между ними а?:

С = г'г° ■ ^ . (2)

а

Приняв, что площади обкладок емкостей СВ и СТ равны, т. к. образовавшаяся трещина образует два условно равных по длине противоположных участка разрыва, и приняв за материал включения воздух (£ = 1), можно определить, что:

ив =

1

с

1+Св

■ иВЧ =

и

^^ ■ £ У

(3)

1+

где ат - толщина полимера; ав - толщина включения.

Прикладываемое напряжение вызывает накопление поверхностного заряда на границе включения и остального полимера. При достижении напряжения величины ионизации материала включения иИ произойдет разряд емкости в включении. При этом напряжение разряда будет равно:

иР = иИ

л

+1

(4)

V У

При разряде в газовом или ином включении напряжение иИ падает до величины иК. Величина изменения напряжения АиВ=иИ- иК в большинстве случаев равна АиВ ~ иИ.

Отсюда можно сделать вывод, что показателем наличия дефектов в изделиях из полимерных материалов, при их обработке высокочастотным электрическим полем, могут быть микроразряды, возникающие на поверхностях трещин (включений). При этом падение напряжения в момент разряда вызовет изменение электрофизических показателей работы электротермического ВЧ-оборудования. Наиболее информативным показателем работы ВЧ-оборудования, как было неоднократно доказано [5], является 1ан - анодный ток. Необходимо также отметить, что любое электротермическое оборудование штатно снабжено таким устройством контроля. Поэтому авторами за стимулирующий сигнал начала регенерирования полимера был принят показатель динамического изменения анодного тока 1упр ан работы ВЧ-генератора, указывающего на наличие дефектов в полимерных материалах.

ш

Восстановление изделия (после диагностики) ведется при выбранных заранее режимах ра-

боты I

ан регенерации

на ВЧ-оборудовании, с после-

дующим повторным контролем качества обработки.

Алгоритм самовосстановления изделий из полимерных материалов показан на рис. 3.

Начало

Ввод исходных данных

- ан регенерации

Загрузка технологического устройства

Включение пресса

I

Пуск СУ

Включение режима НАГРЕВ

I

Авт. ввод 1уп

, в блок

Включение ВЧ-обработки в режим регенерации

Проверка качества ВЧ-регенерации

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Отключение режима «НАГРЕВ» Отключение АСУ

,_ т _,

Разгрузка пресса оператором Конец ^

Рис. 3. Алгоритм самовосстановления изделий из полимерных материалов

Экспериментальные исследования восстановления прочностных характеристик образцов полиамида марки ПА-66 производились с использованием методики в соответствии с нормативными требованиями [6, 7]. Образцы помещались в смоделированные условия эксплуатации, соответствующие реальным условиям Западной и Восточной Сибири. Для этого в ходе настоящих ис-

£

т

следований была определена кинетика разрушений полиамидных материалов в процессе их эксплуатации [8]. Также были найдены наиболее опасные факторы, влияющие на трещинообразо-вание, что и послужило основанием построения моделей эксплуатации. Результаты практических испытаний представлены на диаграммах (рис. 4, 5).

Анализ полученных данных доказывает, что прочностные характеристики образцов полиамида марки ПА-66 (используемого для изготовления сепараторов подшипников буксовых узлов подвижного состава) после ВЧ-обработки не только были восстановлены, но и в ряде случаев превысили свои первоначальные значение. Объясняется это особенностью полиамида впитывать влагу (до 8 %), снижая свои прочностные характеристики даже в процессе хранения.

Более того, в ходе исследований было определено, что после ВЧ-восстановления армирую-

щие нити стекловолокна в местах их выхода на поверхность оплавляются (рис. 6. поз. 1) в процессе электротермического нагрева, «сшивая края» и создавая «напряженную арматуру», стягивающую изделие из полиамида. Такие образования снижают проницаемость поверхности материала.

Структура отчетливо видна на снимке, сделанном в ходе исследований (рис. 6).

Вывод

В результате проведенных исследований авторами была разработана методика и алгоритм самовосстановления полимерных материалов. На примере стеклонаполненного полиамида ПА-6 алгоритм самовосстановления полимерных материалов полем высокой частоты был апробирован, с удовлетворительными результатами, на промышленной установке электротермического нагрева модели УЗП 2500.

т

к

115 110 105 100 95 90 85 80

Лето - осень

Осень

Зима

Зима-весна

□ Твердость до моделирования метеуословий

□ Твердость после моделирования метеоусловий

□ Твердость после ВЧ-обработки

Весна Годовые сезоны

Рис. 4. Результаты измерений твердости образцов

с^ 75 3 75

II 70

й 65

§ 60

со ^

£ 55

Я

И 50

«

^ 45 40 35 30

Лето-осень

Осень

Осень-зима

Зима

Зима-весна

Весна

Годовые метео-сезоны

О Вязкость до моделирования метеоусловий ■ Вязкость после моделирования метеоусловий О Вязкость после ВЧ-воздействия

Рис. 5. Результаты измерений ударной вязкости образцов

Рис. 6. Структура поверхности восстановленного

полиамида

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лившиц А.В., Машович А.Я. Филиппенко Н.Г. Аспекты электротермической обработки материалов электромагнитным полем высокой частоты // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. Вып. 2. (30). С. 135-140.

2. Попов С. И., Лившиц А. В., Филиппенко Н. Г., Восстановление подшипников буксовых узлов подвижного состава // Научные исследования

и их практическое применение. Современное состояние и пути развития-2012 : сб. научн. тр. SWorld. Вып. 3. Т. 2. Одесса, 2012. 499 с.

3. Martin D. Hager, Greil P., Leyens C., Sybrand van der Zwaag and Ulrich S. Schubert. «Self-Healing Materials» // Advanced Materials. 2010. 223 с.

4. Swapan Kumar Ghosh, Self-healing Materials: Fundamentals, Design Strategies, and Applications // Wiley-VCH, 2009. С. 312

5. Филиппенко Н.Г. Математическая модель процесса высокочастотной обработки полимерных материалов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. Вып. 1 (33). С. 76-79.

6. ГОСТ 10589-87 Полиамид 610 литьевой. Введ. 1988-07-01. М. : Изд-во стандартов, 1987. 12 с.

7. ГОСТ 22372-77. Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Введ. 1978-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1977. 12 с.

8. Ибатуллин И.Д. Кинетика усталостной повреждаемости и разрушения поверхностных слоев: монография. Самара : Изд-во Самар. гос. техн. ун-т, 2008. 387 с.

УДК 331.108.2 Бобкова Наталья Геннадьевна,

доцент кафедры финансового менеджмента, Байкальская международная бизнес-школа, Иркутский государственный университет, тел: 89149309093, e-mail: [email protected]

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПЕРСОНАЛОМ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

N. G. Bobkova

HUMAN RESOURCE MANAGEMENT SYSTEM IN THE MODERN CONDITIONS

Аннотация. В связи с переходом российской экономики к инновационному типу развития проблема эффективного кадрового менеджмента, направленного на повышение результативности и производительности труда сотрудников, является достаточно актуальной. Связано это с тем, что человеческий капитал становится одним из решающих нематериальных факторов конкурентоспособности как страны в целом, так и отдельно взятого предприятия. По этой причине насущной является задача повышения эффективности системы управления персоналом в условиях новой экономики. Обобщены теоретические подходы к кадровому менеджменту. Сделан вывод о том, что в системе управления персоналом изменился объект управления, что приводит к необходимости пересмотра методов и содержания функций управления. Изменяется парадигма управления персоналом, которая обусловливает необходимость управления человеком как носителем интеллектуально капитала, формируемого в результате взаимодействия с другими элементами социально-экономической системы. Персонал рассматривается как объект инвестиций, эффективность которых должна быть измерена. Проанализированы существующие подходы и методы оценки эффективности системы управления персоналом. Выявлены их недостатки и ограничения: они не ориентированы на стратегическое управление персоналом и, как следствие, на создание стоимости компании. Сделан вывод о необходимости использования нового подхода к управлению персоналом в ответ на изменения, произошедшие в самом объекте управления. Данный метод должен учитывать временной характер оценки, а также позволять системно оценивать эффективность системы управления персоналом.

Ключевые слова: управление персоналом, система управления персоналом, эффективность системы управления персоналом.

Abstract. The problem of the effective human resource management leading to increase in labor productivity is important due to the transition of the Russian economy to innovation type of development. Human capital becomes one of the most important intangible assets both in country and company competitiveness. For this reason, the problem of increasing the effectiveness of human resource management system in the conditions of new economy is significant. In the article, the-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.