Разработка дефектоскопа на основе скин-эффекта

Исследование возможности скин-эффекта для определения изменения свойств наводороженных слоев поверхности конструкционных материалов.

Введение …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 11
1.Дефектоскоп и скин-эффект………………………………………………………………………………………………………………. 12
1.1 Определение дефектоскопа …………………………………………………………………………………………………………. 12
1.2 Применение дефектоскопа ………………………………………………………………………………………………………….. 12
1.3 Принцип обнаружения ……………………………………………………………………………………………………………….. 13
1.4 Способ пользования …………………………………………………………………………………………………………………… 13
1.4.1 Метод ультразвуковой дефектоскопии…………………………………………………………………………………… 14
1.4.2 Метод вихретоковой дефектоскопии …………………………………………………………………………………….. 15
1.4.3 Метод радиационной дефектоскопии ……………………………………………………………………………………. 16
1.4.4 Метод магнитно-порошковой дефектоскопии ……………………………………………………………………….. 17
1.5 Скин-эффект ………………………………………………………………………………………………………………………………. 17
1.5.1 Физическая картина возникновения ……………………………………………………………………………………… 18
1.5.2 Уравнение, описывающее скин-эффект ………………………………………………………………………………. 19
1.5.3 Аномальный скин-эффект………………………………………………………………………………………………….. 23
1.5.4 Применение ………………………………………………………………………………………………………………………. 24
1.5.5 Учёт эффекта в технике и борьба с ним ……………………………………………………………………………… 24
2. Расчётная часть …………………………………………………………………………………………………………………………… 26
2.1 Зависимость сопротивления материала от частоты………………………………………………………………………. 26
3. Экспериментальная часть…………………………………………………………………………………………………………….. 39
3.1 Описание схемы исследовательской установки ……………………………………………………………………………. 39
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ………………………………………… 46
Введение …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 46
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………………………………………………………. 47
4.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 47
4.3 FAST-анализ ………………………………………………………………………………………………………………………………. 49
4.4 SWOT-анализ……………………………………………………………………………………………………………………………… 55
4.5 План проекта ……………………………………………………………………………………………………………………………… 60
4.5.1 Диаграмма Ганта………………………………………………………………………………………………………………….. 61
4.6 Бюджет научного исследования…………………………………………………………………………………………………… 63
4.6.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за вычетом отходов) ……………………….. 63
4.6.2 Специальное оборудование для экспериментальных работ ……………………………………………………. 63
4.6.3 Основная заработная плата …………………………………………………………………………………………………… 64
4.6.4 Дополнительная заработная плата научно-производственного персонала ………………………………. 67
4.6.5 Отчисления на социальные нужны ……………………………………………………………………………………….. 67
4.6.6 Научные и производственные командировки ………………………………………………………………………… 68
4.6.7 Оплата работ, выполняемых сторонними организациями и предприятиями ……………………………. 69
4.6.8 Накладные расходы ……………………………………………………………………………………………………………… 69
4.6.9 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта ………………………………………. 70
5. Социальная ответственность …………………………………………………………………………………………………………. 73
Введение …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 73
5.1. Анализ вредных производственных факторов и обоснование мероприятий по их устранению. ……. 74
5.1.1 Микроклимат. ………………………………………………………………………………………………………………………. 75
5.1.2 Электромагнитное поле ……………………………………………………………………………………………………….. 76
5.1.3. Освещенность рабочего места……………………………………………………………………………………………… 77
5.1.4 Повышенная загазованность воздуха парами вредных химических веществ ………………………….. 78
5.2Анализ опасных производственных факторов и обоснование мероприятий по их устранению. ……… 80
5.2.1 Электробезопасность……………………………………………………………………………………………………………. 80
5.3 Охрана окружающей среды ………………………………………………………………………………………………………… 81
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………………………………………. 82
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать измерительная система ………………………… 82
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при исследовании интеллектуальной системы
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 82
5.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка действия в случае
возникновения ЧС ……………………………………………………………………………………………………………………….. 83
5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………………………………………………. 84
Заключение …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 86
Список используемой литературы………………………………………………………………………………………………………… 87
Приложение А …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 90
Приложение Б……………………………………………………………………………………………………………………………………… 96
Приложение В …………………………………………………………………………………………………………………………………… 100
Приложение Г……………………………………………………………………………………………………………………………………. 103

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был разработан
дефектоскоп на основе скин-эффекта, соответствующий техническому заданию.
Был исследован скин-эффект, и его возможности для определения
изменения свойств наводороженных слоев поверхности конструкционных
материалов.
И создал аппаратуры на основе скин-эффекта для контроля толщины слоя
наводораживания в ответственных конструкциях.
Проведен анализ финансово-экономических аспектов выполненной работы
и анализ объекта исследования на предмет выявления опасных и вредных
факторов, оценка степени воздействия их на человека.

1.Дефектоскоп[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Дефектоскоп.2016
2.Скин-эффект[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Скин-эффект.2016
3. Вихретоковые дефектоскопы и их поверка [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: https://portal.tpu.ru/SHARED/l/LEX-K/lessons/ Metrolpgy%20IKD/Tab3
/Лекция_3_4-3_ВТД_и_их_поверка.PDF
4. Погосов А.Г., Синицкий С.Л., Яковлев В.И. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И
МАГНЕТИЗМ(Программакурса).––Новосибирск:Новосибирский
государственный университет, 2011.
5. Мешков И. Н., Чириков Б. В. Электромагнитное поле. –– Новосибирск :Наука,
1987. –– Т. l. Электричество и магнетизм.
6. Тамм И.Е. Основы теории электричества. –– М.: Наука, l966.
7. Зоммерфельд А. Электродинамика. –– М.: Иностр. лит-ра, l958.
8. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: учеб. пособие в l0 т. –– 2-
е перераб. и доп. изд. –– М.: Наука, l982. –– Т. VIII. Электродинамика сплошных
сред. –– 484 с.
9. Матвеев А.Н. Электродинамика. –– М.: Высш. шк., l980.
10. Сивухин Д. В. Общии˘ курс физики. В 5 т. Т. III. Электричество. –– 4-е изд.,
стереот. изд. –– М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2004. –– 656 с.
11. Смайт В. Электростатика и электродинамика. –– М.: Иностр. лит-ра, l954.
12. Батыгин В. В., Топтыгин И. Н. Сборник задач по электродинамике. –– М. :
РХД, 2002. –– 640 с.
13. Меледин Г.В., Черкасский В.С. Электродинамика в задачах. –– 2-е, ис- пр. и
доп. изд. –– Новосибирск: НГУ, 2009. –– Т. I. Электродинамика частиц и полей.
14. Бажанова В.В., Меледин Г.В., Эйдельман Ю.И. Электродинамика в задачах.
Скин-эффект в задачах / Под ред. Г.В. Меледин, Ю.И. Эйдельман.Новосибирск :
Новосибирский государственный университет, l997.
15. Бажанова В.В., Эйдельман Ю.И. Метод изображений в задачах электро и
магнитостатики // Сибирский физический журнал. –– l995. –– № l. ––С. l9.
16. Fathy S., Kittel Charles, Louie Steven G. Electromagnetic screening by metals //
Am. J. Phys. –– l988. –– Vol. 56, no. ll. –– P. 989–992.
17. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 2008.
18. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 2005.
19. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука., 2003.
20.Скин-эффект[Электронныйресурс].–Режимдоступа:http://ens.tpu.
ru/POSOBIE_FIS_KUSN/электромагнетизм/03-6.htm
21. Eunji Hong, David C. Dunand, Heeman Choe. Hydrogen-induced transformation
superplasticity in zirconium // International journal of hydrogen energy. – 2010. – №
35. – P. 5708–5713.
22. Yao M.Y., Zho B.X, Li Q., Liu W.Q., Chu Y.L. The effect of alloying modifications
on hydrogen uptake of zirconium-alloy welding specimens during corrosion tests //
Journal of Nuclear Materials. – 2006. – № 350. – P. 195–201.
23. Чернов И.П., Лидер А.М., Черданцев Ю.П. и др. Дефекты в титане
инициированные водородом // Физическая мезомеханика. – 2000. – Т. 3. – № 6. –
С. 97–100.
24. Chernov I.P., Rusetsky А.S., Кrasnov D.N., Larionov V.V., Sigfusson T.I., Tyurin
Yu.I. Radiation-stimulated hydrogen transfer in metals and alloys // Journal of
Engineering Thermophysics. – 2011. – V. 20. – № 4. – P. 360–379.
25. Чернов И.П., Ларионов В.В., Краснов Д.Н., Лисичко Е.В., Чистякова Н.В.
Мишени для получения дейтронов высоких энергий // Прикладная физика. – 2011.
– № 6. – С. 28–31.
26. Ламмеранер И., Штафль М. Вихревые токи // Пер. с чешского В.И. Дмитриева.
– М.-Л.: Энергия, 1967. – 208 с.
27. Калинин Н.П., Остапенко В.Д. Контроль газонасыщенных слоев титановых
сплавов вихревыми токами повышенной частоты // Дефектоскопия. – 1983. – №
5. – С. 15–21.
28. Liu Z., Forsyth D.S., Lepine B.A., Hammad I., Farahbakhsh B. Investigations on
classifying pulsed eddy current signals with a neural network//Non-Destruct. Test. and
Cond. Monit. – 2003. – V. 45. – № 9. – P. 608–614.
29. Mizuno K., Kobayashi T., Fujiki F., Okamoto H., Furuya Y., Hirano K.
Visualization of hydrides in titanium by means of diffraction-enhanced X-ray imaging
// J. Alloys and Compounds. – 2005. – V. 402. – № 1–2. – P. 109–114.
30. Чернов И.П., Иванова С.В., Кренинг М.Х., Коваль Н.Н., Ларионов В.В., Лидер
А.М. и др.Свойства и структурное состояние поверхностного слоя
циркониевого сплава, модифицированного импульсным электронным пучком и
насыщенного водородом // Журнал технической физики. – 2012. – Т. 82. – №
3. – С. 81–89.
31. Тимченко Н.А., Галимов Р.М., Шмаков А.Н., Лидер А.М. и др. Кинетика
гидрогенных фаз в палладии и титане // Вестник науки Сибири. – 2011. – № 1 (1).
– С. 77–82. URL: http://sjs.tpu.ru/journal/issue/view/2/showToc (дата обращения:
11.04.2012).