ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ ФРАКТАЛЬНОГО АНАЛІЗУ ДО ВИВЧЕННЯ ЗМІНИ ВЛАСТИВОСТЕЙ МЕТАЛУ

Автор(и)

  • Olga Shtopfel Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Ukraine
  • Marjana Rabkina Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, Київ, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.58(2).2019.189335

Ключові слова:

фрактальна розмірність, анізотропія металу, поверхні руйнування, механічні випробування

Анотація

В роботі описується застосування методу фрактального аналізу на прикладі структури високоякісної конструкційної вуглецевої сталі марки 20К (вміст вуглецю 0.16-0.24 %), яка використовувалась для виготовлення обичайок ректифікаційних колон. Всі експерименти проводились при температурі від -50 oС до +50 oС. За марочником сталі властивості зразка змінюються не суттєво, а отже і похибка експерименту зводиться до мінімальної.

Метод фрактального аналізу в роботах з оцінки якості металопродукції зарекомендував себе, як новий якісний підхід, який базується саме на зміні структури металу і є інваріантним при різних збільшеннях фотографії структури зразка. Метод фрактального аналізу може бути застосований до будь якого типу та класу металу, але у попередніх роботах і в цій, обраний метал із переважно ферито-перлітною структурою. Підґрунтям вибору саме ферито-перлітних металів є мета започаткування єдиного підходу вивчення певного типу металу з використанням фрактального аналізу.

У роботі проаналізовано результати різних типів випробувань, надані порівняльні характеристики їх фрактальних розмірностей. Проведено випробування зразків на короткочасний розтяг та ударний вигин. Ударний вигин дає найбільш чутливі показники щодо структурного стану металу, в той час, як випробування на короткочасний розтяг описує енергетичні зміни. Методом фрактального аналізу досліджено тимчасові криві при ударному навантаженні і відповідні поверхні зламів.

Основними умовами започаткування тріщини є усереднене напруження – певний енергетичний бар’єр, після якого виникає тріщина, а також накопичена енергія мікронапружень. В роботі зроблено припущення, що основна роль прояву анізотропії визначається енергією розповсюдження і майже не залежить від енергії зародження тріщини.

Таким чином, співставлення фрактальних розмірностей кривих руйнування з відповідними фрактальними розмірностями поверхонь зламів, показали, що вплив анізотропії прокату має місце лише на стадії розповсюдження тріщини, енергія зародження тріщини практично не залежить від напрямку прокату.

Біографії авторів

Olga Shtopfel, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

асистент

Marjana Rabkina, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, Київ

д.т.н., пров.н.с.

Посилання

Ivanova, V. S., Balankin, A. S., Bunin, I. Zh. and Oksogoyev, A. A. , Sinergetika i fraktaly v materialovedenii [Synergetic and fractals in materials science]. Ros. akad. nauk. In-t metallurgii im. A. A. Baykova. Moscow, RF: Nauka, 1994. (in Russian)

Ivanova, V. S. and Oksogoyev, A. A. , “O svyazi stadiynosti protsessov plasticheskoy deformatsii s fraktal'noy strukturoy, otvechayushchey smene masshtabnogo urovnya deformatsii” [On the connection between the stages of plastic deformation processes and the fractal structure corresponding to the change in the scale level of deformation], Fizicheskaya mezomekhanika, v. 9, No 6, pp.17-27, 2016. (in Russian)

Kronover R. M., Fraktaly i khaos v dinamicheskikh sistemakh. Osnovy teorii [Fractals and chaos in dynamic systems. Fundamentals of the theory]. Uchebnoye posobiye. Moscow, RF: Postmarket, 2000. (in Russian)

Barrett, Ch. S. , Struktura metallov. Kristallograficheskiye metody, printsipy i dannyye [The structure of metals. Crystallographic methods, principles and data. Izdaniye pervoye: Perevod pod redaktsiyey prof. dokt. Ya.S. Umanskogo Moscow, USSR: Gosudarstvennoye nauchno-tekhnicheskoye izdatel'stvo literatury po chernoy i tsvetnoy metallurgii, 1948. (in Russian)

DSTU 8540:2015. Nacionaljnyj standart Ukrajiny. Prokat lystovyj gharjachekatanyj. Sortament. Kyjiv: DP “UkrNDNC”, 2016. DSTU 8540:2015 National standard of Ukraine. 2016. Hot-rolled sheet metal. Assortment. (in Ukrainian)

DSTU EN 10045-1:2006. Materialy metalevi. Vyprobuvannja na udarnyj vyghyn za Sharpi. Chastyna 1. Metod vyprobuvannja. Kyjiv: Derzhspozhyvstandart Ukrajiny, 2008. DSTU EN 10045-1:2006. Metal materials. Sharp Shock Bending Test. Part 1. Test method. (in Ukrainian)

Gulyayev A. P. Metallovedeniye: Uchebnik dlya vuzov. [Metallurgy: A textbook for universities] 6-ye izd., pererab. I dop. Moscow, USSR: Metallurgiya, 1986. (in Russian)

Mekhanicheskiye svoystva konstruktsionnykh materialov pri nizkikh temperaturakh [Mechanical properties of structural materials at low temperatures]: Sb. nauchi, trudov: Per. s; angl.; Pod red. Fridlyandera I. I.. Moscow, USSR: Metallurgiya, 1983. (in Russian)

Smirnov, M. A., Okishev, K. Yu., Ibragimov, Kh. M. and Koryagin, Yu. D. Materialovedeniye: Uchebnoye posobiye, Ch. I. [Materials Science: Study Guide], Chelyabinsk, RF: YUUrGU, 2005 (in Russian)

Shtofel', O. A., Rabkina, M. D. , “Ispol'zovaniye mul'tifraktal'nogo analiza dlya otsenki svoystv konstruktsionnykh staley” [The use of multifractal analysis to assess the properties of structural steels], Universum: Tekhnicheskiye nauki: elektron.nauchn. zhurn. № 10(31), 2016. (in Russian)

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-12-24

Як цитувати

[1]
O. Shtopfel і M. Rabkina, «ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ ФРАКТАЛЬНОГО АНАЛІЗУ ДО ВИВЧЕННЯ ЗМІНИ ВЛАСТИВОСТЕЙ МЕТАЛУ», Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., вип. 58(2), с. 28–33, Груд 2019.

Номер

№ 58(2) (2019)

Розділ

КОНТРОЛЬ І ДІАГНОСТИКА ПРОЦЕСІВ ТА СИСТЕМ В ПРИЛАДОБУДУВАННІ

Ліцензія

Авторське право на публікацію залишається за авторами.

Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»  як на видавця.

Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.

 Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.

Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.