10.14489/td.2020.04.pp.040-045

2020, 04 апрель (April)

DOI: 10.14489/td.2020.04.pp.040-045

Кузнецов А. О., Кошельников В. С., Чернов Л. А., Будадин О. Н.
МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВКЛЮЧЕНИЙ В МАТЕРИАЛЕ
(c. 40-45)

Аннотация. При производстве сложных многослойных конструкций из ПКМ в структуру материала могут попадать металлические включения малых размеров (от 0,1…0,2 до 15 мм), случайным образом расположенные по объему материала (на глубинах до 100 мм), наличие которых недопустимо для нормальной работы объекта. Это обусловливает актуальность обнаружения малоразмерных металлических включений в готовых изделиях и в технологическом цикле их производства. В ходе работы осуществлено моделирование случайного распределения геометрических размеров включений формой типа многогранной пирамиды в теле объекта контроля. Разработанная модель показала удовлетворительную точность моделирования случайных геометрических характеристик частиц. Созданный на основе разработанной математической модели включений со случайными характеристиками алгоритм предполагается ввести в качестве первой части программного обеспечения по 3D-моделированию задачи обнаружения малоразмерных металлических включений в ПКМ.

Ключевые слова: вихретоковый контроль, композитные материалы, магнитные поля, металлические частицы, метод конечных элементов, COMSOL Multiphysics, моделирование, качество.

Kuznetsov А. О., Koshelnikov V. S., Chernov L. A., Budadin O. N.
MODELING OF RANDOM GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF INCLUSIONS IN THE MATERIAL
(pp. 40-45)

Abstract. In the process of manufacturing complex multilayer PC structures, metal elements of small sizes (from 0.1…0.2 to 15 mm) can be detected randomly located in the bulk of the material (at a depth of up to 100 mm) and their presence is unacceptable for normal object operation. This determines the relevance of detecting small-sized metal inclusions in final products and in the technological cycle of their production. The main problems in detecting small-sized metal inclusions are their random location, size, shape and physical properties of both the metal inclusions and the product material. Due to the great laboriousness of the experimental process of testing the technology for detecting metal inclusions in PCM (defects settings in it, etc.), theoretical studies using modern mathematical models imitating real experimental studies are becoming important. The presence of modern mathematical apparatus and powerful computing technology contributes to this. Experimental studies have shown that inclusions have random sizes and shapes; therefore, in theoretical studies of the detection process, it is incorrect to use the deterministic shape of metal particles. The analysis of the current state of the developed mathematical models and algorithms that solve the problems of modeling various objects of random sizes, shapes, distribution and physical properties is carried out and it showed that a similar problem had not been solved before. While the work was in progress, a random distribution of the geometric dimensions of inclusions by a shape such as a polyhedral pyramid in the body of the control object was implemented. The developed model showed fair accuracy of modeling random geometric characteristics of particles. The algorithm created on the basis of the developed mathematical model of inclusions with random characteristics is supposed to be added as the first part of 3D modeling software for the detection of small metal inclusions in PCM.

Keywords: eddy current testing, composite materials, magnetic fields, metal particles, finite element method, COMSOL Multiphysics, modeling, quality.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. О. Кузнецов (АО «Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения», Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
В. С. Кошельников, Л. А. Чернов (Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
О. Н. Будадин (АО «Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения», Москва, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

A. O. Kuznetsov (JSC “CRISM”, Moscow, Russia; National Research University “MPEI”, Moscow, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
V. S. Koshelnikov, L. A. Chernov (National Research University “MPEI”, Moscow, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
O. N. Budadin (JSC “CRISM”, Moscow, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Кузнецов А. О., Чернов Л. А., Будадин О. Н. Вихретоковый метод и средства контроля малоразмерных металлических включений в многослойных композитных конструкциях // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тез. докл. XXIV Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов, Москва, 15 – 16 марта 2018 г. М., 2018. С. 345.
2. Кузнецов А. О. Обнаружение малоразмерных металлических включений в изделиях из композитных материалов вихретоковым методом // ТестМат. Основные тенденции, направления и перспективы развития методов неразрушающего контроля в аэрокосмической отрасли: тез. докл. X Всерос. конф., Москва, 9 февраля 2018 г. М., 2018. С. 162 – 166.
3. Кузнецов А. О., Чернов Л. А., Будадин О. Н. Современные металлодетекторы (обзор) // Приборы и методы неразрушающего контроля качества изделий и конструкций из композиционных и неоднородных материалов: тез. докл. III науч.-технич. конф., Санкт-Петербург, 11 – 13 декабря 2018 г. СПб., 2018. С. 49–50.
4. Барынин В. А., Будадин О. Н., Кульков А. А. Современные технологии неразрушающего контроля конструкций из полимерных композиционных материалов. М.: ИД «Спектр», 2013. 243 с.
5. Кузнецов А. О., Чернов Л. А., Будадин О. Н. Современное состояние средств обнаружения металлических включений в неэлектропроводных композиционных материалах // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. М.: ФГУП «НТЦ «Информтехника», 2019. Вып. 2(193). С. 81 – 88.
6. Walter Frei. Как создавать рандомизированную геометрию с использованием макросов. – 05.06.2017 г. [Электронный ресурс]. URL: https://www.comsol.ru/blogs/how-to-create-a-randomized-geometry-using-model-methods/ (дата обращения: 20.05.2019).
7. Ильин В. А., Позняк Э. Г. Линейная алгебра. М.: Наука – Физматлит, 1999.
8. Бывшева И. Ф., Жаринов В. В., Мягкова М. П., Туганбаев А. А. Линейная алгебра и аналитическая геометрия / под ред. Е. П. Богомоловой. М.: Изд-во МЭИ, 1992.

Eng

1. Kuznetsov A. O., Chernov L. A., Budadin O. N. (2018). Eddy current method and control tools for small metal inclusions in multilayer composite structures. Radio electronics, electrical engineering and energy: abstracts of the XXIV International scientific and technical conference of students and graduate students. Moscow. [in Russian language]
2. Kuznetsov A. O. (2018). Detection of smallsized metal inclusions in products from composite materials by the eddy current method. TestMat. The main trends, directions and prospects for the development of non-destructive testing methods in the aerospace industry: abstracts of the X All-Russian Conference, pp. 162 – 166. Moscow. [in Russian language]
3. Kuznetsov A. O., Chernov L. A., Budadin O. N. (2018). Modern metal detectors (review). Devices and methods of non-destructive quality control of products and structures from composite and heterogeneous materials: abstracts of the III scientific and technical conference, pp. 49 – 50. Saint Petersburg. [in Russian language]
4. Barynin V. A., Budadin O. N., Kul'kov A. A. (2013). Modern technologies of non-destructive testing of structures made of polymer composite materials. Moscow: ID «Spektr». [in Russian language]
5. Kuznetsov A. O., Chernov L. A., Budadin O. N. (2019). Current state of metallic inclusions detection devices in non-conductive composite materials. Voprosy oboronnoy tekhniki, Series 15, 193(2), pp. 81 – 88. Moscow: FGUP «NTTs «Informtekhnika». [in Russian language]
6. Walter Frei. (2017). How to create randomized geometry using macros. Available at: https://www.comsol.ru/blogs/how-to-create-a-randomized-geometry-using-model-methods/ (Accessed: 20.05.2019). [in Russian language]
7. Il'in V. A., Poznyak E. G. (1999). Linear algebra. Moscow: Nauka – Fizmatlit. [in Russian language]
8. Bogomolova E. P. (Ed.), Byvsheva I. F., Zharinov V. V., Myagkova M. P., Tuganbaev A. A. (1992). Linear Algebra and Analytical Geometry. Moscow: Izdatel'stvo MEI. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/td.2020.04.pp.040-045

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/td.2020.04.pp.040-045

and fill out the form