Search academic texts

Registration Number

0421U100487, Candidate dissertation

Title

Development of three-step phase-shifting interferometry method for monitoring the surface relief of structural elements

Author

Stasyshyn Ihor Viktorovych,

popup.head Voronyak Taras Ivanovych
popup.opponent Kulyk Volodymyr Volodymyrovych
popup.opponent Maruschak Pavlo Orestovych

Status

Кандидат технічних наук, 05.02.10, Діагностика матеріалів і конструкцій

Date

25-02-2021

Description

У дисертаційній роботі запропоновано нове вирішення науково-технічної задачі моніторингу поверхні матеріалів та елементів конструкцій, які працюють в умовах циклічних навантажень та у робочих середовищах. Воно базується на аналізі змін рельєфу поверхні на нано- та мікрорівнях. Для розв’язання цієї задачі розроблено метод трикрокової фазозсувної інтерферометрії та відповідні засоби його реалізації, що дало можливість відтворювати рельєф поверхонь у швидкісному режимі. Запропоновано аналізувати як повний відтворений рельєф так і його компоненти, зокрема шорсткість та хвилястість. Для виділення цих компонент розроблено новий алгоритм обробки інтерферограм поверхні. Це дало змогу відтворювати та аналізувати рельєфи поверхонь матеріалів та елементів конструкцій з похибкою, яка не перевищує 5 нм. На основі запропонованого методу розроблено рекомендації для створення та виготовлено пристрій оптичного 3D профілометра. Розроблений пристрій володіє такими характеристиками: швидкою реєстрацією та відтворенням рельєфу поверхні із шорсткістю 11-14 класу відповідно до ISO 25178-2:2012; виділенням компонент рельєфу, зокрема шорсткості та хвилястості; змінною ділянкою спостереження; визначенням геометричних параметрів шорсткості та хвилястості за довільним профілем та (або) для всієї поверхні ділянки спостереження. Запропонований метод разом з відповідним обладнанням було використано під час моніторингу об’єктів, що зазнавали втомних циклічних навантажень. Це дало змогу оцінити розміри втомної зони передруйнування в околі концентратора напружень. Додатковий аналіз змін шорсткості ділянки спостереження дав можливість прогнозувати місце зародження втомної макротріщини задовго до її появи на поверхні. Також за допомогою запропонованих інтерферометричних засобів проведено ряд експериментальних досліджень впливу водню на поверхню сталей з різною структурою. За результатами експериментів встановлено, що вплив водню на сталі з різною структурою є різним. На поверхнях досліджених сталей утворювались блістери та збільшувалась шорсткість, проте розміри блістерів, їх густина та динаміка змін були різними для кожного матеріалу. Інформація про часові зміни поверхні сталей різної структури після дії на них водню необхідна для розроблення рекомендацій щодо матеріалів для виготовлення пар тертя та відповідних мастил, а також для прогнозування ресурсу елементів конструкцій, які працюють у робочих середовищах. Для прогнозування параметрів шорсткості поверхні деталей з титанових сплавів після їх хіміко-термічної обробки (азотування та борування) досліджено вплив цих технологічних процесів на зміну шорсткості. Зокрема, для титану ВТ 1-0 встановлено, що на зміну шорсткості впливає також рівень початкової шорсткості та температура технологічного процесу. Безконтактним способом оцінено шорсткість поверхонь деталей до та після технологічних процесів. Встановлено, що шорсткість поверхні за хіміко-термічної обробки в середньому збільшується на два класи.