2020 Vol. 17, No. 1(33)

В работе впервые синтезирован высокоэнтропийный сплав методом механического легирования с последующей термической обработкой в вакууме при определенных условиях. Микротвердость покрытияCrNiTiZrCu не уступает и в большинстве случаев превосходят твердость высокоэнтропийных эквиатомных сплавов. Износостойкость покрытия CrNiTiZrCu составляет 3·10^-4 г/мин, что также отвечает специальным сталям по износостойкости. Высокоэнтропийное покрытие обладает низким коэффициентом трения (0.04) на уровне трения слоистых кристаллов, что отличает их от высокоэнтропийных сплавов (около 0.4-0.6) на порядок. Оно оказываются антифрикционными, что со всей очевидностью приводят к экономии энергоресурсов. Покрытие уже используется при изготовлении турбинных лопаток из стали 20Х13 на турбомеханическом заводе г. Караганды.

В статье рассмотрены результаты исследования материала на основе нитрида бора после механической активации и спекания при высоких давлениях и температурах гексагонального нитрида бора. Показано, что структура и фазовый состав получаемого материала сильно зависят от технологии получения и условий синтеза материала. Последующая химическая очистка порошка нитрида бора после механической активации приводит к снижению содержания фазы температурах гексагонального нитрида бора. Высокое давление в процессе спекания способствует формированию материала преимущественно на основе кубического нитрида бора с размером кристаллитов порядка 50 нм. Дополнительное модифицирование нитрида бора алюминием в сочетании со второй механической активации снижают давление спекания с 7,7 до 5,5 ГПа. В то же время это приводит к росту зерна кубического нитрида бора вследствие процесса рекристаллизации.

Проведены электронно-микроскопические исследования фазового состава, морфологии и дефектной структуры литий-титановых ферритовых порошков и керамических образцов, спеченных в условиях радиационно-термического и теплового воздействий. Радиационно-термическое спекание образцов ферритов осуществляли путем облучения заготовки импульсным электронным пучком с энергией (1,5-2,0) МэВ с использованием электронного ускорителя. Ток пучка в импульсе составлял (0,5-0,9) А, длительность импульса облучения-500 мкс, частота следования импульсов - (5-50) Гц, скорость нагрева заготовки -1000 °С/мин. Образцы облучали в коробке из легкого шамотного материала с толщиной дна 15 мм. Исследования микроструктуры проводили методами электронно-дифракционной микроскопии на свету с использованием электронного микроскопа. Показано, что наиболее вероятной моделью радиационной интенсификации процесса спекания ферритов может служить механизм радиационного торможения дислокаций при нагреве, образующихся во время распада субзеренных границ в зернах промежуточных фаз феррита.

Поскольку углеродные нановолокна содержат непрерывное армирование с высокой удельной поверхностью, связанной с тем, что их можно получить при низкой стоимости и в большом количестве, по сравнению с традиционными углеродными нанотрубками они оказались экономически выгоднее. Основной целью данной работы является переработка углеродных нановолокон с использованием в качестве предшественника полиакрилонитрила (ПАН), полученного методом электроспиннинга через полимерный раствор, с последующим использованием в качестве армирования в полимерных композитах. В статье сообщается о получении и характеристике ПАН-нановолокон методом электроспиннинга и дальнейшем развитии скручивания ПАН-нановолокон в углеродные нановолокна. ПАН-нановолокна в качестве предшественника углеродных нановолокон с диаметрами в диапазоне 100-500 нм были получены методом электроспиннинга в растворе ПАН/ДМФ. Выровненные нановолокна сначала стабилизировались на воздухе при температуре 250°C в течение 1 часа. Мы также исследовали несколько процедур карбонизации путем изменения конечной температуры карбонизации в диапазоне от 600 до 900ºC в атмосфере аргона, и углеродные нановолокна были успешно получены при температуре 700ºC и 1 час. Морфология ПАН, стабилизированных и карбонизированных нановолокон была исследована методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Результаты, полученные с помощью СЭМ, показали, что средний диаметр стабилизированных и карбонизированных ПАН-нановолокон значительно уменьшился.

С помощью нейтронной радиографии,было изучено поглощение воды в цементный раствор с различным отношением воды к цементу, чтобы оценить долговечность и стабильность этих растворов. Во время поглощение воды образцами,регулярно были полученынейтрон-радиографические изображения по истечении времени поглощения. Временная эволюция положения фронта воды или глубина проникновения и распределение содержания воды вдоль направления потока были определены на основе различий во взаимодействиях нейтронов с различными компонентами цементных растворов и поглощенной воды. Полученные результаты обсуждались в рамках теории капилляров для получения характерных параметров распространения воды в цементных растворах. Было показано, что нейтронная радиография является мощным методом исследования переноса влаги в пористых средах.

В работе представлены результаты исследования влияния облучения тяжелыми ионами Xe²²⁺ с энергией 440 кэВ и флюенсами облучения 10¹⁴, 5´10¹⁴, 10¹⁵ ион/см² на свойства керамик на основе карбида кремния (SiC).  Выбор типа облучения и дозовой нагрузке обусловлен возможностью моделирования радиационных повреждений приповерхностного слоя толщиной 200 нм в результате эффекта перекрывания дефектных областей. Научная новизна полученных результатов заключается в систематических исследованиях устойчивости механических и прочностных свойств приповерхностного слоя карбидных керамик к радиационному повреждению. В ходе проведенных исследований установлено, что в случае облученных керамик глубина повреждений превышает расчетную длину пробега ионов на 20-30% в зависимости от флюенса облучения. Основным механизмом радиационных повреждений является увеличение дислокационной плотности дефектов и образованием областей разцпорядочения в случае больших доз. В результате моделирования процессов ускоренного старения установлено, что для облученных образцов снижение величины трещиностойкости не превышает 10 %. Проведенные исследования показывают высокие значения устойчивости керамик карбида кремния к радиационным повреждениям приповерхностного слоя.

При мониторинге окружающей среды большое значение имеют измерения концентрации и состава газовой фазы различных веществ. Для решения таких задач интерес представляют полупроводниковые сенсоры резистивного типа. Предлагаемые сенсоры на основе кремниевых нанонитей обладает рядом преимуществ высокая чувствительность и работать при комнатной температуре. Это в свою очередь упрощает конструкции и снижает себестоимость датчиков. Все это указывает на актуальность исследуемого газового сенсора.

В работе рассматриваются результаты исследований фазового состава и прочностных характеристик детонационных покрытий на основе Ti-C-Si, полученных при разных значениях объема заполнения детонационного ствола взрывчатой ацетилен-кислородной смесью. Определено, что при увеличении объема заполнения детонационного ствола взрывчатой смесью до 70 % покрытия состоят в основном из фаз TiC. Так как, в результате высокоскоростного ударного взаимодействия     нагретый до высоких температур порошок Ti₃SiC₂ частично разлагается на TiC. Результаты рентгенофазового анализа показали, что при заполнении ствола взрывчатой смесью на 50 % и 60 % можно достичь низкой степени разложения Ti₃SiC₂, покрытия в основном состоят из фаз Ti₃SiC₂ с небольшим содержанием TiC. Это связано с тем, что при увеличении степени заполнения детонационного ствола взрывчатой ацетилен-кислородной смесью увеличивается температура нагрева напыляемого порошка. Определено, что рост объемного содержания фазы TiC в составе покрытий приводит к уменьшению твердости покрытия Ti-C-Si. Результаты исследования адгезионной прочности покрытий показали, что влияние объема заполнения детонационного ствола взрывчатой смесью на адгезионную прочность незначительно. При этом, все покрытия на основе Ti-C-Si, полученные детонационным методом, показали хорошую адгезионную прочность.

С помощью гексагональных (С₃ – симметрии) механических напряжений индуцирована дополнительная магнитная анизотропия в базисной плоскости монокристалла FeBO₃. Магнитооптическим методом исследовано влияние наведенной напряжениями анизотропии на процесс намагничивания этого слабого легкоплоскостного ферромагнетика. Показано, что возникновение в исследованном кристалле дополнительной магнитной анизотропии приводит к преобразованию его доменной структуры из 180⁰ – ной в структуру, в которой доменные границы образуют в базисной плоскости кристалла между собой углы ~ 120⁰, однако в отличие от обычной 120⁰ – ной доменной структуры азимут вектора спонтанной намагниченности в возникающих доменах изменяется вдоль длины доменных границ. Установлено, что вызванная напряжениями перестройка доменной структуры кристалла FeBO₃ оказывает заметное влияние на процесс технического намагничивания, изменяя форму магнитного гистерезиса и величину коэрцитивной силы.

В настоящей работе предпринята попытка синтеза люминофора, с использованием мощных потоков жесткой радиации. Белые светодиоды (LED) считаются хорошими осветительными приборами благодаря своим непревзойденным качествам, таким как энергосбережение и длительный срок службы. Синтезированная керамика обладает характерными свойствами люминофоров YAG:Ce, YAGG:Ce. Всего для исследования было выбрано 10 видов люминофоров. Люминофоры различались наличием в них ионов Ce₂O₃ и гадолиния, включенных в качестве модификатора.Работа выполнена в рамках гранта AP08052050 Министерства образования и науки Республики Казахстан. Работа выполнена при поддержке Программы Томского политехнического университета.

Данная работа посвящена разработке динамической модели скорости ветра, предназначенной для решения задач ветроэнергетики. Временная модель ветра представлена в виде двух составляющих - постоянной и турбулентной. Спектральная модель Каймаля, рекомендованная МЭК 61400-1: 2005, используется для описания турбулентного компонента скорости ветра. Исходными данными для расчета параметров турбулентности являются класс ветроэнергетической установки, который определяется ее расположением, высотой оси вращения ветроколеса и средней скоростью ветра за указанный интервал времени моделирования. Компьютерная реализация модели ветра осуществляется на основе статистически независимых источников белого шума, действующих на формирующие фильтры, выходные сигналы которых суммируются. Анализ полученных результатов показывает, что модель ветрового потока, реализованная на основе метода формирования фильтров, обеспечивает адекватное моделирование продольной составляющей скорости ветра и может быть использована для решения задач ветроэнергетики.

Данная статья является продолжением научных исследований по расчету влияния сопротивления трения концевых пластин на аэродинамику плоской струи. В предыдущих работах сопротивление рассчитывалось для турбулентного пограничного слоя. В данной статье приведены результаты расчета влияния сопротивления трения торцовых пластин на закономерности развития плоской свободной струи. Построена схема потока струи между торцевыми поверхностями. Проведен расчет сопротивления для ламинарного пограничного слоя. Получена формула для расчета изменения максимальной скорости струи в первом приближении. Сравнение теоретических расчетов с экспериментальными данными показало хорошее согласие.

В статье приводятся результаты исследования особенностей применения лазерного оптико-акустического (ЛОА) метода при технической диагностике теплоэнергетических объектов. Показаны отличительные особенности применяемого метода при решении ряда технологически важных задач диагностирования, в частности: контроль качества сварных швов труб, определения остаточного напряжения, структурных, механических, упругих свойств материалов. Теоретически исследованы физические основы лазерного оптоакустического метода возбуждения ультразвуковых волн. Показано, что данный метод основывается на лазерном термооптическом возбуждении широкополосных ультразвуковых сигналов в объекте контроля. Поглощаясь в тонком поверхностном слое исследуемого объекта, лазерный импульс возбуждает широкополосный ультразвуковой импульс. Распространяясь в объекте, возбуждаемый ультразвуковой импульс (регистрируется либо прошедший, либо рассеянный ультразвуковой сигнал с высоким временным разрешением) несёт информацию об исследуемом объекте.

В статье представлены результаты исследований динамики опорной плиты электропечи для термообработки сыпучих материалов. Опорная плита с подвижной тележкой на упругих связях служит основанием, которое транспортирует термообработанный материал в горячую часть системы обжига с заданной скоростью и временем обработки. Получена экспериментальная суммарная упругая характеристика колебательной системы, построена амплитудно-частотная характеристика, характеризующая слабую нелинейность. Эксперименты показали, что конические пружины различных конструкций не обеспечивают сильной асимметрии колебаний опорной плиты, и поэтому эффективность вибрационного переноса слаба в горизонтальном положении опытной печи. Дальнейшие эксперименты проводились при установке печи под углом к горизонтальной поверхности. Колебательное время переноса вермикулита достигло 2,7...3,2 с, в зависимости от настроек частоты возбуждения вблизи резонансной зоны. Показано, что работа вибрирующей опорной плиты не может быть стабильной из-за высокой чувствительности частоты возбуждения от различных факторов. Рассмотрены методы снижения коэффициента чувствительности.

В статье рассматриваются некоторые возможности компьютерного моделирования аэродинамического обтекания трехлопастной ветротурбины с использованием пакета программ ANSYS FLUENT. Особенностью объекта исследования является то, что ветроколесо состоит из трех цилиндрических лопастей, вращающихся вокруг своей оси. Система уравнений в приближении k-eмодели турбулентности решается в пакете Ansys-Fluent методом конечных объемов с применением подхода множественных (вложенных) систем координат.  Вычислительная область была разделена на три типа субрегионов, вложенных друг в друга. В результате моделирования визуализировано поле скоростей вблизи поверхности вихревого колеса. Показано, что вблизи центрального диска ветряного колеса воздушный поток разворачивается в направлении, противоположном основному. Получены зависимости аэродинамических коэффициентов от скорости при изменении скорости вращения цилиндров в диапазоне от 300 до 700 об / мин.

Разработанный прибор предназначен для анализа состояния тепловой изоляции подземных трубопроводов. Предлагаемый измеритель теплового потока использует токовый нагрев чувствительного элемента в процессе измерения температуры. Это позволит повысить точность измерения температуры и поддерживать с помощью токового  нагрева реперную температуру, измеренную предварительно. Разработанный прибор имеет несколько идентичных пластин, каждая из которых может принимать излучения.  Получены формулы для определения энергетических параметров, в основе которых лежит калибровка координатно-чувствительного приемника  пространственно однородным тепловым потоком, создаваемым электрическим током.

В статье представлен метод определения координат источников импульсных радиосигналов системой позиционирования при применении одного датчика беспилотного летательного аппарата. Pазностно-дальномерный метод определения местоположения позволяет получить информативно-координатный параметр без ретрансляции и внутренней синхронизации точек приема. Результат достигается за счет совершенствования известного научно-методического аппарата с учетом некоторых особенностей режима работы источников импульсных радиосигналов. Представленные результаты моделирования позволяют оценить влияние основных входных факторов на потенциальную точность определения координат источника импульсного радиосигнала.

Поверхность является важнейшей составляющей металлических деталей и необходим контроль ее состояния на всех этапах жизненного цикла детали — при ее производстве, эксплуатации и ремонте. Для проведения достоверного неразрушающего контроля металлических деталей необходимы специально разработанные для этого средства и методика его применения.Измерительный электрод датчика прибора измерения контактной разности потенциалов и поверхность контролируемой металлической детали образуют конденсатор, между обкладками которого и возникает контактная разность потенциалов. Датчик прибора является, своего рода, посредником между контактной разностью потенциалов и измерительной схемой.Разработанный авторами переносной комплекс измерения контактной разности потенциалов на основе портативного цифрового осциллографа позволяет выполнять в непрерывном режиме неразрушающий контроль поверхности металлических деталей в процессе их производства, эксплуатации или ремонта.

На основе разработанных методов нелинейной динамики отображения сечений Пуанкаре проведеночисленное моделирование процесса образования тонких пленок SnO₂ в золь-гель химических реакциях на фоне слабой диффузии. Численные расчеты проводились в рамках динамически детерминированного хаоса в интенсивных противоположных процессах слияния и распада. Для химически активной среды в золь-гельпроцессах используется дифференциальное уравнение диффузии с внутренним источником нелинейности. Результаты моделирования качественно подтверждают экспериментальный факт возникновения Пуассон-устойчивых фрактальных кластерных структур. Наличие фрактальных структур в экспериментальных результатах на тонких пленках означает наличие нелинейных коллективных явлений. Метод нелинейной самоорганизации устойчивых структур в многочастичной системе с конкурирующими внутренними процессами представляется интересным для новых технологий.

Необходимость проведения расчета радиационной защиты системы излучения есть основа, в котором осуществляются диагностические, проектировочные или сборочные мероприятия в рамках неразрушающего контроля. В статье дан анализ конструктивных особенностей рентгеновских систем и их технических характеристик в зависимости от условий эксплуатаций. Приведены зависимости распределения рентгеновского излучения и напряжения от толщины защитного экрана. Представлен расчет толщины защитного экрана, который позволит проектировать корпус защитного экрана рентгеновской системы. Приведенные исследования облегчат работу специалистов по разработке новых модификаций рентгеновских систем.

Теория жидкого состояния не является простым разделом современной теории металлургических процессов. Любое вещество в жидком состоянии является сложным объектом для установления не только количественных, но и качественных закономерностей, поскольку жидкое состояние является промежуточным между твердым и газообразным состояниями. Теоретическая гидродинамика издавна привлекала внимание ученых разных специальностей: сравнительная простота основных уравнений, точная постановка задач и ясность их экспериментов внушали надежду получить полное описание динамических явлений, происходящих в расплавах. При описании динамических свойств сплошных сред были получены следующие системы уравнений: для вязкого расплава - уравнения Навье - Стокса, для идеального расплава - уравнения Эйлера, для слабо сжимаемого расплава - уравнения Обербека - Буссинеска. В фундаментальных исследованиях и в области прикладных исследований эти математические модели являются общепринятыми для моделирования течения расплава.Теоретические описания процессов, происходящих в расплавах, основаны на теории Стокса-Кирхгофа, которая в рамках классической гидродинамики выявила феноменологические связи между кинетическими свойствами расплавленных систем.Многочисленные гидродинамические парадоксы указывают на тот длинный и тернистый путь, который был пройден с момента его создания. Первый длительный этап был связан с изучением и исследованием потенциальных течений идеальной несжимаемой жидкости. Математические методы их исследования с использованием теории сложных переменных функций казались почти идеальными. На несовершенство теории идеальной жидкости указал знаменитый парадокс Эйлера-Даламбера: полная сила, действующая на тело, обтекающее потенциальный поток, равна нулю. Затем была создана математическая модель вязкой несжимаемой жидкости с ее основными уравнениями Навье-Стокса. Предлагаемая работа описывает различные методы решения и изучения уравнений Навье - Стокса. На современном этапе прилагаются большие усилия для поиска решений уравнений локализованной гидродинамики.

В CAD Quartus Prime Lite Edition была разработана поведенческая модель устройства приведения по модулю с оптимальными ресурсными затратами на оборудование. Алгоритм работы реализован на языке Verilog HDL. Используется метод, где на каждом шаге вычисления значения трехкратного, удвоенного или единственного значения модуля вычитается из старших битов, сдвинутых влево на два. Выполнено функциональное и временное моделирование алгоритма поведенческой модели с использованием примеров и подтверждена правильность алгоритма. Получена схема устройства на уровне передачи регистров (RTL) для FPGA Cyclone VE 5CEBA4F23C7 от Altera. Анализ времени был выполнен с использованием анализатора времени, чтобы определить максимальную тактовую частоту для принципиальной и поведенческой моделей в различных условиях работы.

Частотный анализ - это оценка того, как часто будет происходить указанное событие. Это наиболее важный статистический метод для понимания характера и величины максимального расхода воды в реке при анализе частоты наводнений. В данной работе с целью анализа частоты наводнений представлены результаты исследования бассейна реки Жабай Центрально-Казахстанской области. Частотный анализ имеющихся данных о пиковых паводках был выполнен с использованием распределения Гумбеля. Этот метод эффективен для прогнозирования ожидаемого паводка для разных периодов возврата. Результаты получены с применением различных данных о паводках за 2011-2018 гг. бассейна реки Жабай, данные о паводках предоставлены гидрометеорологической службой «Казгидромет» (Казахстан). Распределением Гумбеля получены ожидаемые паводки для различных периодов возврата (T). Кроме того, проанализированы метеорологические наземные данные реки Жабай и представлена цифровая модель местности для бассейна реки Жабай. Результаты исследования будут полезны при прогнозировании наводнений в Центрально-Казахстанской области.

Предложен энергоанализатор пучков заряженных частиц для космических исследований. Разработанная электронно-оптическая схема энергоанализатора пучка заряженных частиц построена на основе электростатического декаполь-цилиндрического поля. Описана конструкция энергоанализатора. Построены эквипотенциальные портреты электростатического декаполь-цилиндрического поля. Рассчитаны траектории заряженных частиц. Проведено исследование параметров энергоанализатора. Предлагаемый энергоанализатор имеет высокое разрешение и может быть использован при разработке спектрометров для исследования  космоса.

В данной работе представлено аналитическое исследование двумерного нелинейного уравнения Шредингера, а именно применимость метода синуса и косинуса для поиска точного решения в виде бегущей волны. Широко известное нелинейное уравнение Шредингера играет важную роль в изучении теории нелинейных волн в различных областях физики и имеет огромное количество точных решений. Это уравнение описывает эволюцию изменяющейся амплитуды нелинейных волн в различных системах, таких как слабо нелинейные и высокодисперсные. Одним из методов получения точных решений является метод синуса и косинуса. Преимущество этого метода заключается в его простоте и надежности при получении решения нелинейных задач. Согласно этому методу, нелинейное эволюционное уравнение сводится к ассоциированным обыкновенным дифференциальным уравнениям с помощью волнового преобразования, а затем решается с помощью функций синуса или косинуса. С помощью метода синус-косинуса получены решения бегущей волны для двумерного нелинейного уравнения Шредингера. Представлены 2D-графики и 3D-графики полученных решений.