Экспериментальное исследование распределения магнитного поля в многослойной структуре

будет стоимость коттеджей из пено-, и газобетона, а также из керамоблоков. Остальные будут сравнительно дешевые. Градация зданий по срокам строительства будет такой же.

Наиболее долговечные стены, которые увидят несколько поколений владельцев, строят из кирпича и керамоблоков. Такой же долговечностью могут похвастаться дома из пено-, керамзито- и газобетона. В отличие от них шлакоблочные дома могут прослужить максимум около 60-и лет. Как увеличить сопротивление теплопередаче керамоблоков?

Любой материал рано или поздно достигает совершенства, когда улучшить его уже невозможно. Так, примерно 10 лет назад разработали керамические блоки, достигшие абсолютного предела по показателю теплопроводности для категории многощелевых изделий. Однако из-за роста требований к теплоизоляции зданий, производители придумали керамоблоки нового поколения, в которых пустые области заполняются специальными утеплителями: пенополистирол, минеральная вата или перлит на связующем.

Блоки, заполняемые теплоизоляционными материалами, имеют пустоты иного размера и количества. К примеру, многощелевые блоки должны иметь максимальное число рядов пустот, расположенных поперечно тепловому потоку. В то время как размеры пустот керамоблока нового поколения должны быть технологичными с запакованным в них теплоизолятором.

Тем не менее, наполнитель керамоблоков увеличивает показатель сопротивлению теплопередаче этого инерционного строительного материала. Например, многощелевые пустотелые керамические блоки имеют меньшее сопротивление теплопередаче, нежели керамоблоки, заполненные минеральной ватой. Получается, что такой «утепленный» материал пригоден для возведения пассивных домов и коттеджей из-за суммарной пользы слоя утеплителя и эксплуатационных характеристик самого блока. Список использованной литературы:

1. Учинина Т. В., Бабичева Н. В. Обзор методов повышения энергоэффективности жилых зданий // Молодой ученый. — 2017. — №10. — С. 101-105.

2. Л.Б. Великовский, Н.Ф. Гуляницкий, В.М. Ильинский и др. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Том 2. Основы проектирования. / под общ. ред. В.М. Предтеченского. — 2-е, перераб.. — Москва: Стройиздат, 1976.

3. К.Ф. Фокин. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. — 4-е, переработанное и дополненное. — Москва: Стройиздат, 1973.

4. В. Н.Основи, Л.В.Шуляков, Д. С. Дубяго .Справочник по строительным материалам и изделиям. Ростов н/Д Феникс. 2005

© Никитин В.Д., 2018

УДК 621.31

Д.Ю. Пашали Кандидат технических наук, доцент, Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа, dipashali@mail.ru

О.А. Юшкова Кандидат технических наук, Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа

Д.М. Гиниятуллин Аспирант, Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа

В.М. Пашали Магистрант первого года обучения, Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа pashalivera@mail.ru

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В

МНОГОСЛОЙНОЙ СТРУКТУРЕ

Аннотация

С целью развития методов и средств токовихревой диагностики больших по площади объектов,

~ 53 ~

разработано математическое описание магнитного поля функциональных систем с распределенными параметрами. Разработана компьютерная модель многослойной структуры, моделирующая работу токовихревого диагностического комплекса, позволяющая проводить экспериментальное исследование распределения магнитного поля в многослойной структуре больших поверхностей тестируемого материала исследуемого объекта и измерять, как диагностический параметр внешнее магнитное поле.

Ключевые слова:

токовихревая диагностика, функциональная система, распределенные параметры, магнитное поле,

многослойная структура, модель, ток, пластина

Как правило, большинство функциональных систем с распределенными параметрами (ФСРП) представляет собой многослойную структуру из электропроводящих и непроводящих материалов. Число слоев в отдельных случаях может достигать нескольких десятков. В течение всего периода эксплуатации ФСРП вследствие воздействия эксплуатационных нагрузок, а также по причине технологических изъянов, могут возникать различные виды дефектов в многослойной структуре их деталей и узлов: усталостные трещины, стресс-коррозионные растрескивания, нарушения сплошности или однородности материала, различные виды коррозии.

Одной из главных задач контроля, как в производстве, так и при эксплуатации таких систем является своевременное обнаружение дефектов на ранней стадии их развития.

С целью развития методов и средств токовихревой диагностики больших по площади объектов, разработано математическое описание магнитного поля ФСРП [1-2].

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование распределения магнитного поля в многослойной структуре тестируемого материала исследуемого объекта и его использования в качестве диагностического признака ФСРП.

Для достижения поставленной цели разработана и исследована компьютерная модель многослойной структуры, моделирующая работу токовихревого диагностического комплекса, позволяющая исследовать большие поверхности тестируемого материала исследуемого объекта (ТМИО), измерять, как диагностический параметр внешнее магнитное поле.

Исследование магнитного поля трёхслойной структуры ТМИО

На рис. 1 приведен общий вид исследуемой модели.

Рисунок 1 - Общий вид исследуемой модели

Исследуемая модель состоит из индуктора, выполненного в виде набора шести концентричных витков и одной алюминиевой. Толщина воздушного промежутка равна толщине пластины и составляет А = 1мм. Для удобства анализа форма индуктора и исследуемых пластин принята квадратной со стороной а=100

мм. По виткам пропускается переменный ток с амплитудным значением 1т=100 А. Сечение проводника индуктора составляет Sпр= 16 мм2. Форма индуктора и исследуемых пластин принята квадратной со стороной а=100 мм. По виткам пропускается переменный ток с амплитудным значением 1т=100 А.

Исследование зависимости распределения магнитного поля от толщины исследуемого слоя для трёхслойной структуры.

Рассмотрим характер распределения составляющей В2 поля в данной модели (рис. 1) при различных значениях толщины проводящего слоя. Для возможности сопоставления полученных результатов, толщина воздушного промежутка между индуктором и пластиной принимается неизменной (Ав=0 мм).

NODAL SOLUTION

sm-i

SUB -1 FRiQ-50 FiEAL ÖNLY

BZ

RSYS-0

SHN —.00145 SWC -.012473

ANS Y S

JAN 27 2013 18:03:55

.00145 .001644 .C'04730 .007832 .010?26

.5711-04 .003191 .0062«! .00937» .01247

Рисунок 2 - Распределение В2 в пластине при Ав=0 мм., Ат=1 мм

NODAL SOLUTION

STEP-1 SUB -1 FREQ-50 REAL ONLY BZ

RSYS-0

SKN —.003112 SKX -.012606

ANSYS

FEB 17 2013 12:33:58

-.003112 • 38H-03 .003*74 .007367 .01086

-.001365 .002128 .005621 .009114 .012606

Рисунок 3 - Распределение В2в пластине при Ав=0мм., Ат=2мм

MODAL SOLUTION

STtF-l SUE -1 FREQ-iO REAL ONLY BZ

RSYS-0

SUN — -002Î67 SMX -.012282

ANSI'S

FSB 17 201J 12ll7l47

Рисунок 4 - Распределение В2 в пластине при Ав=0 мм., Апл=4 мм

По полученным диаграммам представляется возможным выполнить оценку влияния толщины проводящего слоя на интенсивность затухания поля по его составляющей В2.

Для количественной оценки расхождения математической модели [1] с компьютерной моделью, полученные числовые значения магнитной индукции представлены в относительных единицах. Ниже приведены графики распределения нормальной составляющей магнитной индукции на наружной поверхности исследуемого объекта в зависимости от изменения его толщины.

1 as da a? as as w» аз 02 ai

Q

В

-

!

-

_ >

-

щель

- Ачал ".ад^ль

ÜJQ1

aaiï Qfli

QjQ2i

аш

ÛJdSÎ

ода

Рисунок 5 - Изменение нормальной составляющей вектора индукции магнитного поля В2з на верхней границе проводящего слоя от его толщины для практической и аналитической модели при 8=15.

Из полученных зависимостей видно, что расхождение результатов разработанной математической модели с построенной конечно-элементной моделью невелико (~ 4% при Ад1.отн.= 0,02) и постепенно увеличивается с возрастанием толщины проводящего слоя. Таким образом, математическая модель [1] может быть использована для аналитической оценки влияния изменения толщины тестируемого материала

на характер распределения магнитного поля в нём.

Исследование магнитного поля пятислойной структуры

Исследование проводилось в пакете конечно-элементного моделирования ANSYS. Исследуемая модель состоит из индуктора, выполненного в виде набора шести концентричных витков и двух алюминиевых пластин с одинаковой магнитной проницаемостью и электропроводностью. Между индуктором и пластинами присутствуют воздушные промежутки толщиной Ав= 1мм. Толщина пластин составляет Ат=1 мм. Для удобства анализа форма индуктора и исследуемых пластин принята квадратной со стороной а=100 мм. По виткам пропускается переменный ток с амплитудным значением 1т=100 А. Сечение проводника индуктора составляет Sпр= 16мм2. На рис. 6. приведен общий вид исследуемой модели.

Рисунок 6 - Общий вид исследуемой модели

Рисунок 7 - Распределение токов в индукторе

Для того чтобы добиться формы пространственного распределения тока поперечно направлению его

движения, близкой к синусоиде, с каждой стороны рамки индуктора размещены идентичные наборы из шести концентричных проводников. Такая сложная форма индуктора являет собой имитацию индуктора с бесконечно тонким токовым слоем. Распределение токов в индукторе представлено на рис. 7, рис. 8.

Рисунок 8 - Распределение токов в индукторе

Ток в витках дополнительных, внешних наборов, течёт согласно токам в основном, центральном

_ п

наборе. При численном анализе шаг угла сдвига фаз принимался — с увеличением по направлению от

6

центра витков.

Так как для поставленных целей наиболее интересной является определение характера распределения составляющей Bz поля в данной модели, ниже приведены картины её распределения.

Рисунок 9 - Распределение В2 в первой пластине ~ 58 ~

NODAL SOLUTION

STEr-1

SUB -l

ГЛЕф-SO

REAL ONLY

BZ <AVG)

RSYS-0

SKN -.490E-03

snx -.ooduj;

/\NSYS

JAN 20 2013 14:13:42

Рисунок 10 - Распределение В2 во второй пластине

Для оценки эффективности затухания магнитного поля в проводящих слоях представляется целесообразным рассмотреть распределение магнитного поля в данной модели при аналогичных параметрах первичного поля, заменив алюминиевые слои воздухом.

NODAL SOLUTION

STEP-1 SUB -1 FREQ-SO REAL ONLY BS

RSYS-0

SMN —.00300S SMX -.009308

ANS Y S

JAN 20 2013 14:19:03

Рисунок 11 - Распределение Bz в точке h2

По полученным данным можно сделать вывод о том, что интенсивность затухания в модели с алюминием выше, нежели в модели с воздухом, что согласуется с результатами аналитического исследования [2].

Из анализа данных диаграмм следует, что вектор магнитной индукции затухает по мере отдаления точки измерения от индуктора, но при малых зазорах между проводящими слоями, диагностика

низлежащих слоёв возможна. Следовательно, математическая модель [2] соотносится с практической моделью, что свидетельствует о возможности её применения для дефектоскопии многослойных структур.

MODAL SOLUTION

STEP-1

SUB -1

FREO-SO

REAL ONLY

BZ

RSYS-0

SHN —.001342 SHX -.007809

ANSYS

JAN 20 2013 14:20:33

Рисунок 12 - Распределение В2 в точке h4

Исследование зависимости распределения магнитного поля от толщины исследуемого слоя для пятислойной структуры.

Рассмотрим характер распределения составляющей В2 поля в пятислойной структуре при различных значениях толщины внешней пластины, для оценки влияния изменения толщины исследуемого объекта. Для всех рассматриваемых моделей примем неизменными воздушный промежуток между индуктором и первой пластиной

NODAL SOLUTION

STEP-1 SUB -1 FREO-SO REAL ONLY B2 {AVG)

RSYS-0

SMN —.877E-04 SMX -.009957

HAY 14 2013 16:14:09

Рисунок 13 - Распределение В2 в пластине при Ав1=0 мм., Ав2=1 мм., Апл.1=1 мм, Ат.2=0.5 мм

NODAL SOLUTION

STEP-1 SUB -1 FRBJ-SO REAL ONLY BZ (AVG>

RSYS-0

SHN -.216E-03 SHX -.009774

SYS

MAY 14 2013 16:24:45

Рисунок 14 - Распределение В? в пластине при Ав1=0 мм., Ав2=1 мм., Ат.1=1 мм, Ат.2=1 мм.

NODAL SOLUTION

STEP-1 SUB -1 FREQ-50 REAL ONLY BZ

RSYS-0

SHN -.56SE-03 SHX >.009401

ANS YS

MAY 14 2013 18:38:42

Рисунок 15 - Распределение В? в пластине при Ав1=0 мм., Ав2=1 мм., Апл.1=1 мм, Ат.2=2 мм.

По полученным диаграммам можно выполнить оценку влияния толщины проводящего слоя на интенсивность затухания поля по его составляющей В?. Для этого необходимо определить среднее значение индукции в центральной исследуемой области пластины. Также требуется определить значение магнитного числа Рейнольдса (8=15). Для количественной оценки расхождения математической модели [2] с компьютерной моделью, ниже приведены графики распределения нормальной составляющей магнитной индукции на поверхности пластины в зависимости от изменения её толщины.

NODAL SOLUTION my ,5 20n

STEP-1 07:45:41

SUB -1 FREQ-SO k£AL ONLY

BZ (AVG) л

RSYS-0 ^^^^^^^

SKII -.923E-03 ^^^^^^

SHX -.008953

.$231-03 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

.001804 .003566 .005329 .0070»!

Рисунок 16 - Распределение В: в пластине при Ав1=0 мм., Ав2=1 мм., А,т.1=1 мм, Ат.2=4 мм.

Рисунок 17 - Изменение нормальной составляющей вектора индукции магнитного поля Bzз на верхней границе проводящего слоя 2 от его толщины для практической и аналитической модели при 8=15.

Из полученных результатов видно, что расхождение результатов математической модел и с построенной конечно-элементной моделью невелико (~5% при Да1.отн=0,02). Таким образом, разработанная математическая модель [2] может быть использована для аналитической оценки влияния изменения толщины тестируемого материала исследуемого объекта на характер распределения магнитного поля в нём, равно как и для практических расчётов, при условии, что габариты датчика и индуктора дефектоскопа будут намного превышать толщину тестируемого материала.

Анализ полученных зависимостей показывает, что изменение толщины тестируемого материала является достаточно верным диагностическим признаком и может свидетельствовать о наличии трещин,

коррозии, наклепа и пр. Таким образом, сравнивая значение составляющей магнитной индукции в зоне возникновения таких дефектов со значением в неповрежденной зоне, можно идентифицировать наличие и характер повреждения.

Список использованной литературы

1. Хайруллин И.Х., Гиниятуллин Д.М. Исследование пространственного распределения магнитного поля в слоистой структуре. — // Современные пробле мы науки и образования. - 2012. - № 3; URL: www.science-education.ru/103-6169

2. Хайруллин И.Х., Пашали Д.Ю., Гиниятуллин Д.М. Исследование пространственного распределения магнитного поля в слоистой структуре для применения в теории дефектоскопии // Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 2, т. 9, 2013. С. 29-33.

© Пашали Д.Ю., Юшкова О.А., Гиниятуллин Д.М., Пашали В.М., 2018

УДК 005.934:005.6

М.В. Поплужная

Студент УГНТУ г. Уфа, Российская Федерация М. А. Буторина Студент УГНТУ г. Уфа, Российская Федерация

СОВРЕМЕННАЯ КОНЦЕПЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НА БАЗЕ ПРИНЦИПОВ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

ОБОРУДОВАНИЯ

Аннотация

Управление качеством становится все более актуальной задачей для предприятий. В условиях серьезной конкуренции, когда предприятия стремятся привлечь клиентов всеми способами, наличие в компании эффективной системы менеджмента качества может являться безусловным конкурентным преимуществом. Также правильный выбор метода оценки риска может увеличить эффективность функционирования системы в компании.

Ключевые слова:

Менеджмент качества, безопасность, стандартизация, проблема качества, методы оценки риска

Вопрос управления качеством, безусловно, остается крайне актуальным для предприятий любой отрасли промышленности, и необходимость внедрения системы менеджмента качества (СМК) является необходимой мерой в современных условиях, при ужесточающейся конкуренции на рынке для привлечения клиентов и обеспечения эффективного функционирования предприятия.

На российских предприятиях и в организациях имеет место неполное использование потенциала современных систем менеджмента качества. В процессе поддержания СМК в рабочем состоянии и ее развитии возникает немало проблем. Главная сложность - это реализация процессного подхода на практике. Также к числу распространенных проблем относятся недостаточная вовлеченность высшего руководства в СМК, недостаток лидеров и невысокий уровень управления документацией [1].

Качество - целостная совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные или предполагаемые потребности [2].

Управление качеством оборудования нефтегазового комплекса формируется на всех этапах