Обоснование применения полимерных композиционных материалов для изготовления надстроек при постройке и модернизации транспортных судов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Мазен Алсаид
- Специальность ВАК РФ00.00.00
- Количество страниц 246
Оглавление диссертации кандидат наук Мазен Алсаид
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Основание и предпосылки для постройки гибридных судов и модернизации существующих транспортных судов
1.2 Понятия, преимущества и современное состояние полимерных композиционных материалов в промышленности и в судостроении
1.3 Технология изготовления судовых надстроек из полимерных композиционных материалов и характеристики исходных компонентов
1.4 Анализ технологий сборки надстроек из полимерных композиционных материалов с основным металлическим корпусом судна
1.5 Выводы и постановка задач исследования
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СУДОВЫХ НАДСТРОЕК И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Анализ действующих нагрузок на судовые надстройки
2.2 Подбор компонентного состава и технология изготовления пластин из полимерных композиционных материалов для проведения испытаний
2.3 Методика изучения прочностных свойств полимерных композиционных материалов
2.3.1 Общие положения и статистическая обработка результатов
2.3.2 Методика проведения испытаний полимерных композиционных материалов на растяжение
2.3.3 Методика проведения испытаний полимерных композиционных материалов на сжатие
2.3.4 Методика проведения испытаний полимерных композиционных материалов на изгиб
2.4 Методика проведения испытаний полимерных композиционных материалов на усталостную долговечность и математические методы обработки экспериментальных данных
2.5 Выводы по второму разделу
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1 Влияние схемы укладки армирующих элементов на прочностные характеристики ПКМ при растяжении, сжатии и изгибе
3.2 Влияние типа связующего элемента на прочностные характеристики полимерных композиционных материалов при растяжении, сжатии и изгибе
3.3 Влияние количества слоёв армирующего элемента на прочностные характеристики полимерных композиционных материалов при растяжении
3.4 Выводы по третьему разделу
4 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ НАДСТРОЕК ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОСНОВНЫМ КОРПУСОМ СУДНА НА ОСНОВАНИИ ИХ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
4.1 Разработка экспериментальной установки для исследования усталостной долговечности образцов из полимерных композиционных материалов
4.2 Обоснование выбора размеров испытуемого образца
4.3 Обоснование компонентного состава полимерных композиционных материалов при изготовлении судовых надстроек
4.3.1 Влияние типа связующего элемента на усталостную долговечность полимерных композиционных материалов
4.3.2 Влияние наличия ровинговой стеклоткани на усталостную долговечности полимерных композиционных материалов
4.4 Обоснование выбора технологии сборки судовых надстроек из полимерных композиционных материалов с основным металлическим корпусом
4.4.1 Технологические процессы для соединения образцов из полимерных композиционных материалов с металлом
4.4.2 Результаты испытаний образцов из полимерных композиционных материалов с разными методами соединения на усталостную долговечность
4.5 Выводы по четвёртому разделу
5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАДСТРОЕК ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
5.1 Определение условий модернизации судовых надстроек по показателю запаса прочности
5.2 Оценка экономической эффективности модернизации транспортных судов путем изготовления надстроек из полимерных композиционных материалов
5.3 Реализация результатов исследования на реальной надстройке
5.4 Выводы по пятому разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А. Основные характеристики транспортных судов для проведения статистического анализа
Приложение Б. Сертификаты компонентов, выбранных для изготовления судовых надстроек
Приложение В - Лабораторное оборудование для проведения механических испытаний полимерных композиционных материалов
Приложение Г. Результаты механических испытаний и статистической обработки образцов полимерных композиционных материалов партий А, В1/2, В1/1, В2/1
Приложение Д. Результаты механических испытаний и статистической обработки образцов полимерных композиционных материалов партий C, D
Приложение Е. Результаты испытаний образцов полимерных композиционных материалов с разным количеством слоев на растяжение
Приложение Ж. Сведения об определении модуля упругости образцов полимерных композиционных материалов партий А-6, В 1/2, С и D
Приложение З. Результаты расчета зависимости коэффициента запаса прочности исследуемых материалов от их толщин в программе ANSYS workbench
Приложение И. Акты внедрения результатов диссертационной работы
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Полимерные композиционные материалы на основе винилэфирных смол и вакуумная технология изготовления на их основе современных судовых корпусных конструкций2018 год, кандидат наук Трясунов Владимир Сергеевич
Развитие архитектуры судов2002 год, доктор технических наук Павлюченко, Юрий Николаевич
Конструктивно-технологические основы создания подшипников качения для судового валопровода с повышенными эксплуатационными характеристиками2011 год, кандидат технических наук Гаврилюк, Роман Николаевич
Влияние нетрещиноподобных дефектов на механические свойства сварных соединений корпусов судов2021 год, кандидат наук Нгуен Зюи Линь
Исследование структуры и свойств алюмоматричных композитов, армированных частицами TiО22024 год, кандидат наук Махан Хамид Мохаммед Махан
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование применения полимерных композиционных материалов для изготовления надстроек при постройке и модернизации транспортных судов»
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В соответствии с расположением Правительства РФ № 2553-р от 28 октября 2019 г. об утверждении «Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2035 года» определяется главная цель в создание конкурентоспособного производства в судостроительной отрасли, при этом планируется увеличить объем производства судов гражданского назначения в 6 раз по сравнению с показателем 2018 г. Одной из основ этой стратегии является применение новых судостроительных материалов. Повышение уровня конкурентоспособности национального судостроения на международном рынке требует непрерывного активного поиска новых подходов для постройки судов с более эффективными экономическими и технологическими показателями на протяжении жизненного цикла судна (ЖЦС). Одним из таких подходов является применение современных легких судостроительных материалов для изготовления судовых конструкций при условии сохранения требуемого уровня прочности, работоспособности и безопасности, регламентируемых правилами международных классификационных обществ, а также Российского морского регистра судоходства (РМРС), Российского речного регистра (РРР) и соответствующих требований международной конвенции по охране человеческой жизни на море СОЛАС.
В настоящее время полимерные композиционные материалы (ПКМ) находят широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе, в судостроении. Такое положение объясняется определенными характеристиками ПКМ. Они имеют высокую удельную прочность т.е. адекватную прочность с малым удельным весом, что позволяет актуально уменьшить массу конструкций и, следовательно, значительно влиять на расход топлива для различных типов судов, снижая его. Также, по сравнению с традиционными судостроительными материалами (сталь и алюминиевые сплавы), ПКМ имеют высокую коррозионную стойкость и устойчивость к воздействию морской среды, в частности, влажности и температуры. Отличительная особенность конструкции из ПКМ заключается в том, что их механические характеристики можно регулировать и контролировать на
этапе изготовления путем оптимизации технологического процесса их изготовления, рациональным выбором компонентов, входящих в их состав (армирующие элементы и связующие материалы), а также схемой укладки слоев и другими конструктивными факторами. Доступность компонентов ПКМ и значительный прогресс в направлении технологии изготовления изделия играет решающую роль в расширении области их применения.
Регламент применения ПКМ в современном судостроении был утвержден новой поправкой в правилах СОЛАС, известной как правило номер 17, согласно которой разрешено применять ПКМ на гражданских транспортных судах, если они обеспечивают уровень безопасности, требуемый для традиционных судостроительных материалов. Новое положение о ПКМ в судостроении было отражено в правилах РМРС. Впервые в 2018 г. была опубликована новая редакция части XVI под новым названием «Конструкция и прочность корпусов судов из полимерных композиционных материалов». В отличие от предыдущих редакций, Правила данной части впервые распространяются на надстройки из ПКМ для судов с основными металлическими корпусами, при этом длина судов не должна превышать 70 м.
Постройка гибридных судов, а также модернизация и реновация транспортных судов, путем применения ПКМ в качестве материала для изготовления судовых надстроек, требует исследования вопросов, связанных с подбором оптимальной технологии сборки таких надстроек с основным металлическим корпусом и с необходимостью наличия сведений о механических характеристиках ПКМ, влияющих на работоспособность надстроек, в зависимости от условий их нагружения при эксплуатации и от структурных составляющих самих материалов при изготовлении надстроек, что является актуальной задачей в современных условиях судостроения и судоремонта.
Степень разработанности темы. Изучению вопросов, связанных с прочностными характеристиками ПКМ, и обоснованию технологии изготовления изделий на их основе посвящены работы Васильева В.В., Протасова В.Д., Болотина
В.В., Батаева А.А., Батаева В.А., Фрегера Г.Е., Любина Дж., Андреева А.В., Кербера М.Л., Виноградова В.М., Баженова С.Л и др.
Значительный вклад в освящении проблем применения ПКМ для изготовления судовых конструкций, в том числе для судовых надстроек внесли работы Благова В.А., Францева М. Э., Альшица И.М., Александрова В.Л., Глозмана М.К., Матлаза А.П., Полякова В.И., Манченко М. М., Маслича Е. А., Федонюка Н. Н., Boyd S.W., Cao J., Grenestedt J. L., Blake J.I.R., Shenoi R.A., Kapadia A. и др.
Вопросы усталостной долговечности ПКМ и методы их исследования рассмотрены в трудах Vassilopoulos, A. P., Keller T., Harris B., Gathercole N., Reiter H., Adam T. и др.
Вместе с этим не в полном объеме изучены следующие вопросы:
- повышение экономической эффективности в случае применения ПКМ для изготовления коротких надстроек транспортных судов с металлическими корпусами;
- усталостная долговечность ПКМ в зависимости от структурных факторов;
- технология сборки судовых надстроек из ПКМ с металлическими корпусами в условиях нагружения, соответствующих напряжённому состоянию надстроек во время эксплуатации на море.
Объект исследования - ПКМ, используемые для изготовления судовых коротких надстроек.
Предмет исследования - работоспособность судовых надстроек, изготовленных из ПКМ на основе прочностных свойств и усталостной долговечности материала, а также выбора технологии сборки надстроек с основным металлическим корпусом судна.
Цель работы - повышение экономической эффективности эксплуатации судов путем снижения материалоемкости и эксплуатационных расходов применением ПКМ для изготовления судовых надстроек.
Для достижения поставленной цели в настоящем исследовании необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать существующие компоненты ПКМ на данном этапе развития техники для изготовления судовых надстроек.
2. Обосновать структурный состав ПКМ, изготовленных по технологии контактного формования, на основании исследования прочностных характеристик.
3. Провести экспериментальные исследования усталостной долговечности образцов из ПКМ в зависимости от структурных составляющих самого материала.
4. Установить зависимость минимального коэффициента запаса прочности материала надстроек под действием эксплуатационных нагрузок от толщины материала для обеспечения работоспособности судовых надстроек.
5. Изучить влияние технологии сборки надстроек с основным металлическим корпусом судна на усталостную долговечность ПКМ.
6. Оценить экономическую эффективность эксплуатации судов применением ПКМ для изготовления надстроек при постройке гибридных судов, а также при модернизации и реновации транспортных судов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Выявлено влияние количества слоев, схемы укладки армирующих элементов и типа связующего элемента на пределы прочности при растяжении, сжатии и изгибе образцов из ПКМ, изготовленных по технологии контактного формования.
2. Экспериментально получены уравнения кривых усталости ПКМ, определяющие их усталостную долговечность в зависимости от максимальных значений напряжений, возникающих в узлах соединений надстроек с металлическим корпусом.
3. Получены поправочные коэффициенты, определяющие влияние технологии сборки надстроек из ПКМ с основным металлическим корпусом, на усталостную долговечность и позволяющие прогнозировать работоспособность судовых надстроек из ПКМ.
4. Получены новые практические данные, позволяющие определить необходимую минимальную толщину стенок надстроек из ПКМ для сохранения
требуемого уровня прочности, влияющие на работоспособность судовых надстроек при постройке, а также при модернизации и реновации транспортных судов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в анализе нагрузок, действующих на судовые надстройки при эксплуатации и вызывающих усталость материала надстроек, особенно в зоне соединения надстройки с основным металлическим корпусом. Полученные результаты позволят шире исследовать прочностные характеристики и усталостную долговечность ПКМ, для прогнозирования и повышения работоспособности судовых надстроек, изготовленных из ПКМ с учетом уровня напряжений и структуры материала.
Практическая значимость состоит в том, что настоящая научная работа направлена на обоснование применения ПКМ для изготовления коротких надстроек, установленных на транспортных судах с металлическими корпусами, что ведет к повышению экономической эффективности судна. Результаты исследований служат основанием для определения оптимального компонентного состава ПКМ и условий выполнения технологического процесса при изготовлении материала судовых надстроек по технологии контактного формования, а также для выбора оптимальной технологии сборки данных надстроек с металлическим корпусом в зависимости от уровня напряжений, возникающих при эксплуатации судов.
Методология и методы исследования. Использованные в работе методы базируются на основных понятиях сопротивления материалов и теории прочности. Результаты работы основаны на применении теоретических и эмпирических методов научного познания. В процессе исследования применялись следующие методы: статистический метод обработки экспериментальных данных, метод конечных элементов (МКЭ) с использованием пакета программы численного моделирования ANSYS workbench 2019 R2 для оценки усталостной долговечности и напряженно- деформированного состояния (НДС) материала, экспериментальные методы - исследовательские и сравнительные. Основными источниками информации для проведения механических испытаний ПКМ и
испытаний на усталостную долговечность послужили действующие государственные стандарты ГОСТ 27.002-2015, ГОСТ 27.301-95, ГОСТ 112622017, ГОСТ 4651-2014, ГОСТ4648-2014, ГОСТ 33845 - 2016 и труды отечественных и зарубежных ученых в области ПКМ. Для статистической обработки результатов экспериментов и проведения расчетов использовалось программное обеспечение: Minitab17 и Microsoft Excel.
Эксперименты и испытания образцов ПКМ с разными структурными составляющими и их проверка при соединении с металлом разными технологиями сборки на усталостную долговечность проводились на изготовленной и запатентованной установке на базе кафедры ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет», а испытания для определения механических свойств ПКМ проводились на базе лаборатории по изучению износов и испытаниям материалов Каспийского института морского и речного транспорта имени генерал-адмирала Ф.М. Апраксина филиала ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта».
Положения, выносимые на защиту:
1. Выявлено влияние структурного состава (армирующие элементы и тип связующего элемента) на механические характеристики ПКМ на основе стеклянных волокон при растяжении, сжатии и изгибе, что позволяет установить оптимальный состав ПКМ при изготовлении надстроек.
2. Установлены уравнения кривых усталости ПКМ в зависимости от структурных составляющих самого материла и технологии сборки надстроек с основным металлическим корпусом, что обеспечить модульный монтаж легких надстроек на верхней палубе.
3. Предложены поправочные коэффициенты, определяющие влияние технологии сборки надстроек из ПКМ с основным металлическим корпусом судна на усталостную долговечность при оценке работоспособности судовых надстроек.
4. Определена зависимость минимального коэффициента запаса прочности ПКМ от толщины стенок судовых надстроек из ПКМ при условиях сохранения работоспособности судовых надстроек.
Достоверность результатов исследования. Основные результаты, выводы и положения работы подтверждены:
- применением современного оборудования и методов, регламентируемых государственными стандартами для проведения механических испытаний;
- корректностью поставленных задач и принятых решений, достаточным объемом исходных данных и результатов исследования;
- испытанием образцов, проведенных на поверенном оборудовании, одобренным РМРС для проведения механических испытаний, а также на запатентованной установке (запись о регистрации патента № 205463 внесена в Государственный реестр полезных моделей РФ 15.07.21), что подтверждено соответствующими сертификатами в приложении к диссертации;
- значительным объемом экспериментальных образцов и применением методов статистической обработки результатов с использованием вычислительной техники при уровни доверительной вероятности - 0,95;
- удовлетворительным совпадением результатов и выводов с данными, изложенными в аналогичной научной литературе других авторов.
Личный вклад автора заключается в проведении сбора и анализа существующих научных материалов в области исследований ПКМ; разработке экспериментальной установки для исследования усталостной долговечности ПКМ при условиях нагружения, моделирующих нагрузки, действующие на судовые надстройки во время эксплуатации; проведении экспериментального исследования и выполнении численных и аналитических расчетов для обоснования экономической эффективности эксплуатации гибридных судов при их постройке, а также при модернизации и реновации существующих транспортных судов заменой стальных надстроек надстройками из ПКМ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на:
- XIX международной научно-практической конференции «Современные технологии: актуальные вопросы, достижения и инновации», г. Пенза (2018 г.);
- ежегодных научно-технических конференциях ФГБОУ ВО «АГТУ», г. Астрахань (2018-2020 г.);
- VII международной научно-практической конференции «Флотское образование и отраслевая наука. Вызовы и перспективы развития» на базе Каспийского института морского и речного транспорта имени генерал-адмирала Ф. М. Апраксина филиала ФГБОУ во «ВГУВТ», г. Астрахань (2018 г.);
- XXIV международной молодёжной научной конференции «Туполевские чтения (школа молодых ученых)», г. Казань (2019 г.);
- XV международной научно-технической конференции «Проблемы морского транспорта», Азербайджан (2020 г.);
- международной научно-практической конференции «Каспий и глобальные вызовы», г. Астрахань (2022 г.);
- заседаниях кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники ФГБОУ ВО «АГТУ» (2017-2022 г.).
Реализация результатов работы. Основные результаты исследования внедрены на предприятии ИП «Лодка Астраханка» для постройки маломерных судов из полимерных композиционных материалов, результаты исследования одобрены в производственной деятельности АО «Южный центр судостроения и судоремонта» для реализации плана по строительству гибридных судов. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе АГТУ при подготовке студентов направлений 26.03.02 и 26.04.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» по дисциплинам: «Технология постройки и ремонта судов», «Технология судостроения», «Технология судоремонта» и «Проектирование судов» (см. приложение И).
Публикации. Основные положения настоящей работы изложены в 19 научных публикациях, среди которых: 9 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, из них 3 статьи в журналах Web of Sciеnce; 9 публикаций в сборниках международных и всероссийских научных конференций;
1 патент на полезную модель. Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве: [142, 119] - 60%; [107, 120, 122, 123] -80%.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 246 страниц, включая 99 рисунков, 35 таблиц и 9 приложений. Список литературы содержит 1 60 источников.
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Основание и предпосылки для постройки гибридных судов и модернизации существующих транспортных судов
Рост объема мировой торговли играет значительную роль в развитии морского транспорта, являющегося наиболее эффективным средством транспортировки огромного количества товаров различного типа при большой дальности, что непосредственно влияет на судостроительную промышленность. При этом повышение экономической эффективности эксплуатации транспортного флота сталкивается с некоторыми сложностями, связанными с постоянным ростом мировых цен на судовое топливо, что влечет за собой увеличение эксплуатационных затрат на содержание судов. Стоимость судового топлива зависит, в основном, от цены нефтепродуктов, которые неизбежно изменяются под влиянием различных факторов, таких как состояние и требования рынка, политические факторы, порт бункеровки и т.д. На рисунке 1.1 показана динамика изменения мировых цен на дизельное топливо, где нетрудно зафиксировать тенденцию роста за последние 10 лет1.
50000
Я"
10000
н
J 20000
в
40000
30000
2010 2012 2014 2016 2018 2020 2021
Год
Рисунок 1.1 - Динамика изменений мировых цен на дизельное топливо
1 Динамика розничных цен на дизельное топливо [Электронный ресурс] // Яндекс - экономика URL: https://yandex.ru/news/quotes/213/20010.html (доступ осуществлен 25.12.2021г.)
Важным фактором для судостроения служит стоимость изготовления судов, имеющая взаимосвязи со стоимостью сырья материалов. Значительный рост стоимости традиционных судостроительных материалов, таких как сталь и алюминий, влияет на стоимость постройки судов. За последние 50 лет начали использовать алюминий и алюминиевые сплавы для изготовления судовых корпусных конструкций, но цена данных материалов подвергалась значительным изменениям. Согласно отчету Лондонской биржи металлов, цена на алюминий составила 2000 $/т (в 2021 году). На рисунке 1.2 представлены цены на алюминий за последние 10 лет2.
2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022
Год
Рисунок 1.2 - Динамика изменений мировых цен на алюминий в период 2010-2020 На данном этапе развития судостроения сталь является приоритетным материалом для постройки судов, при этом цена на неё, аналогично цене на алюминий, постоянно растет, и текущий анализ рынка судостроительной стали прогнозирует дальнейший рост цен. На рисунке 1.3 показана динамика изменения
цен на судостроительную сталь за последние годы3
2 The world centre for industrial metals pricing [Электронный ресурс] // The LONDON METAL EXCHANGE URL: https://www.lme.com/en/Metals/Non-ferrous/LME-Aluminium#Price+graphs (доступ осуществлен 20.01.2022г.)
3 Цена на Лист горячекатаный (ГОСТ 19903-74) [Электронный ресурс] // ГОСТ Металл URL: https://gostmetal.ru/listy/goryachekatanyy (доступ осуществлен 15.01.2022г.)
120000 110000 100000 90000
.н
io 80000
^ 70000 «
* 60000 я
50000 40000 30000
2017 2018 2019 2020 2021 2022
Год
Рисунок 1.3 - Динамика изменения мировых цен на судостроительную сталь Для многих судостроительных компаний вышеуказанные факторы стали источником мотивации поиска новых конструктивных решений, которые обеспечивают более стабильные расходы на этапе постройки и эксплуатации транспортных судов, что в конечном счёте повышает экономическую эффективность (ЭЭ) судов на разных этапах жизненного цикла. Одним из таких решений является применение ПКМ на основе стеклянных волокон, имеющих малый удельный вес с достаточной прочностью при стабильной стоимости. Поскольку, согласно отчету Европейской ассоциации производителей стекловолокна (European Glass Fiber Producers Association -APFE), несмотря на то, что цены на другое сырье растут гораздо быстрее за последние 25 лет, то за такое же время цена на стекловолокно почти не изменилась4.
Повышение ЭЭ транспортных судов можно достичь путем снижения эксплуатационных затрат, в основном, на топливо и техническое обслуживание судов. С этой целью в рамках данного исследования был проведён анализ эксплуатационных затрат при движении и стоянке для группы судов сухогрузного типа, технико-экономических характеристик, которые представлены в таблице А.1 приложения А [1]. Анализ показывает, что для судов водоизмещением 11500-22500 т, эксплуатационные затраты на ходу составляют 3500-6400 $/сут, а на стоянке в портах - 2450-4000 $/ сут. Распределение данных затрат показано на рисунке 1.4.
4Данные информации опубликованы на сайте Европейской ассоциации производителей стекловолокна http://www.apfe.eu (дата обращения 12.12.2019)
Значительная часть эксплуатационных затрат на ходу отводится на топливо, нормативный расход которого колеблется от 29 до 41 т/сут, как проиллюстрировано на рисунке 1.5 для группы исследуемых судов. Часть эксплуатационных затрат на стоянку неизбежно приходится на поддержание работоспособности судов путем проведения ежедневных работ по техническому обслуживанию и ремонту корпусных конструкций.
Рисунок 1.4 - Распределение эксплуатационных затрат группы сухогрузных судов
Название судна
Рисунок 1.5 - Нормативный расход топлива на ходу для исследуемой группы судов
В ходе анализа данных о нормативном расходе топлива и эксплуатационных затратах на ходу и на стоянке можно обнаружить наличие взаимосвязи между представленными затратами и водоизмещением судов, при этом расходы топлива и эксплуатационные затраты увеличиваются пропорционально с увеличением водоизмещения (рисунки 1.6 и 1.7).
7000 6500
3
| 6000 -
Г 5500 =
3 5000 н
5 4500
Iй
ё 4000
и
я 3500 й х В
; 3000
л
г
= 2500 2000
■ Нормативные эксплуатационные расходы на ходу, $/сут 1 Нормативные эксплуатационные расходы на стоянке,
■
1
, 1
■ ■
■ ■
■ __ ■ ____— 1
■ ----" 1 ■
■
10000
12000
14000
16000 18000 Водоизмещение, т
20000
22000
Рисунок 1.6 - Зависимость эксплуатационных затрат от водоизмещения судов
Рисунок 1.7 - Зависимость нормативного расхода топлива от водоизмещения судов
На основе проведённого в данном разделе анализа можно сказать, что применение ПКМ в качестве материала судовых надстроек позволит уменьшить эксплуатационные затраты, связанные с расходом топлива и техническим обслуживанием, за счет снижения водоизмещения судна при сохранении требуемых условий прочности и долговечности.
1.2 Понятия, преимущества и современное состояние полимерных
композиционных материалов в промышленности и в судостроении
В настоящее время примерно каждый третий ученый занимается наукой о материалах. Этот факт объясняется тем, что развитие современной техники требует новых конструкционных материалов, превосходящих по своим прочностным, упругим и другим свойствам традиционные. К числу таких новых и перспективных материалов относятся композиционные материалы (КМ).
КМ - это материалы, состоящие из двух или более компонентов (армирующих элементов и скрепляющего их связующего элемента5) и обладающие свойствами, отличными от свойств компонентов. При этом предполагается, что компоненты, входящие в состав композита, должны быть хорошо совместимыми и не растворяться или иным способом поглощать друг друга [2]. Для закрепления понятия КМ авторами работ [3], [4] определена совокупность признаков КМ: не встречаются в природе, поскольку созданы человеком; их компоненты различаются по своему химическому составу и разделены выраженной границей; недородные в микромасштабе и однородные в макромасштабе; распределение, состав, форма компонентов запроектированы заранее поэтому свойства КМ определяются каждым из компонентов с учетом их взаимодействия.
Единой общепринятой классификации КМ нет. Согласно работам [3,5,6], КМ классифицируют по следующим признакам: материалу связующего элемента; материалу армирующего элемента, его геометрии, структуре и распределению; методу получения КМ; и редко по назначению, так как одни и те же КМ могут иметь различные назначения. Одним из основных видов КМ является ПКМ, где ПКМ - это КМ с полимерным связующим элементом. Каждый из компонентов ПКМ выполняет определенную функцию в общей структуре. Армирующий элемент (волокна) - прерывистый, разъединений в объёме ПКМ определяет жесткость, прочность, модуль упругости материала и несет основную механическую нагрузку, действующую на изделие из ПКМ. А связующий элемент-
5 В некоторых научных источниках используется термин «матрица» вместо термина «связующий элемент»
непрерывный компонент во всем объеме ПКМ, придает форму изделия и защищает армирующий элемент от окружающей среды и именно он позволяет ПКМ воспринимать различные виды нагрузок, обеспечивая передачу усилий на армирующий элемент [7,8].
По мнению Точина В.А., Щупака Е.Н., Туманова В.В. [9] до 1960 г. роль металлов непрерывно росла в промышленности, затем их роль начала снижаться и расти доля полимеров, керамических и ПКМ. Такой рост использования ПКМ был замечен в разных отраслях техники, что непосредственно связанно с исчерпыванием резервов традиционных конструкционных материалов, в том числе с постепенным истощением наиболее богатых месторождений металлов (медь, цинк, алюминия, никель) из-за возрастания их потребления с одной стороны [10,11], а с другой стороны с особенностями характеристик и возможностями, укоренившимися в ПКМ, что приведет, как отметили Костандов Л.А., Аскадский A.A., Матвеев Ю.И. в их работе к тому, что применение данных материалов является решением многих народнохозяйственных и технологичных задач, таких как повышение надежности, долговечности и качества изделий, борьба с коррозией, экономия материалов [12,13]. Обзор, выполненный Кабловым Е.Н. [14], свидетельствует об увеличении спроса на ПКМ в разных областях техники (рисунок 1.8а и 1.8б).
Похожие диссертационные работы по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Технология изготовления из композиционных материалов элементов планера легких самолетов с повышенными прочностными характеристиками2019 год, кандидат наук Семешко Мария Александровна
Прогнозирование кинетики малых усталостных трещин в никель-алюминиевых бронзах лопастей гребных винтов2009 год, кандидат технических наук Починков, Роман Адольфович
Совершенствование судостроительного производства и повышение его эффективности в новых экономических условиях2000 год, доктор технических наук Александров, Владимир Леонидович
Работоспособность углерод - углеродных композиционных материалов фрикционного назначения при циклическом нагружении2013 год, кандидат наук Степашкин, Андрей Александрович
Теоретические основы использования полимерных материалов в технологии судостроения1999 год, доктор технических наук Одинокова, Ольга Анатольевна
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мазен Алсаид, 2022 год
< -
о. с.
С PJ ß C*l ¡Я T a С . г чО o- о 00 o- oo О OS и
-С S «N CS ri ■о CS (N ГЧ X о T я = «N «N (N es es n es X g я X
5 1
. S — г-1 r-T о о о О- «N s x ,г ?[ к
Г- 1— t- vO и
% - « СЛ m о l'- » - m vi SC - 00
Таблица 2
Результаты испытаний на сжатие (партии А-6, В|/2, В|/|, в2/1).
Партия А-6 Партия В1/2
№ и мм Ь, мм I, мм Ач'Ь, мм2 Р, кгс о=Р/А МПа № и мм ь, мм Т, мм АИ'Ь, мм2 Р, кгс а=Р/А МПа
I 10,97 10,12 7,72 78,13 1320 166 1 10,32 10,26 6,78 69,56 1145 161
2 10.8 10,24 7,45 76,29 1140 147 2 10,41 10,35 6.75 69,86 1010 142
3 10,4 10,35 7,43 76,90 1310 167 3 10,26 10,42 6.8 70,86 1080 149
4 10,31 10,4 7,25 75,40 1390 181 4 10,46 10,32 6,67 68,83 1090 155
5 10,3 10,2 7,63 77,83 1450 183 5 10.32 10,24 6,75 69,12 1220 173
б" 10,19 10,3 7,54 77,66 1740 220 6 10,3 10,21 6,52 66,57 1050 155
7 10,23 10,3 7,54 77,66 1440 182 7 10,43 10,35 6,53 67,59 1100 160
8 10,33 10,2 7,4 75,48 1370 178 8 10,29 10,41 6,59 68.60 1070 153
Среднее значение 1346 172 Среднее значение 1096 156
Партия В 1/1 Партия В2/1
№ Ц мм Ь, мм Ъ мм А^'Ь, мм2 Р, кгс о=Р/А МПа № Ц мм Ь, мм 1, мм АЧ»Ь, мм2 Р, кгс о-Р/А МПа
1 10,2 10,11 6,7 67,74 600 87 [ 10,57 10,3 6,44 66,33 570 84
2 10,31 10,13 6,57 66,55 610 90 2 10,24 10,12 6,53 66,08 530 79
3 10,52 10,42 6,53 68,04 620 89 3 10,25 10,13 6,43 65,14 590 89
4 10,41 10,43 6,57 68,53 650 93 4 10.26 10,41 6,7 69,75 570 80
5 10,4 10,2 6,73 68,65 750 107 5 10,6 10,38 6,51 67,57 570 83
6 10,51 10,56 6,53 68,96 760 108 6 10,4 10,24 6,54 66,97 660 97
7 10,31 10,34 6,63 68,55 830 119 7 10,43 10,9 6,7 73,03 740 99
8 10,22 10,1 6,9 69,69 850 120 8 10,39 10,33 6,74 69,62 760 107
Среднее значение 709 102 Среднее значение 624 90
Стр. 4 из 11
Протокол испытании на растяжение, сжатие и изгиб образцов из полимерных композиционных материалов № 161/1 от 10 апреля 2020 г.
Таблица 3
Результаты испытаний на изгиб (партии А-6. В1/2, Ви, В2/п
партия А-6 партия В1/2
№ Ц мм Ь, мм 1, мм Р, кгс я,"-ЗР172Ыл2 МПа № Ц мм Ь, мм и мм Р, кгс гг,"-ЗРЬ/2Ыл2 МПа
1 100 20.1 7,5 205 267 1 100 20,13 6,54 135 231
2 100 20,3 7,56 210 266 2 100 20.3 6,48 135 233
3 100 20.45 7,6 210 262 3 100 20.3 6,34 125 225
4 100 20,1 7,54 195 251 4 100 20.24 6,57 130 219
5 100 20,5 7,46 220 284 5 100 20,7 6,46 130 221
6 100 20,3 7,65 220 272 6 100 20,11 6,34 130 237
7 100 20,34 7,54 190 242 7 100 20.7 6,54 140 233
8 100 20,5 7,48 205 263 8 100 20,4 6.75 150 237
среднее значение 207 263 среднее значение 134 229
партия В1/1 партия В2/1
№ Ц мм Ь. мм 1, мм р, кгс <г,*«ЗРЬ/2Ыл2 МПа № ц мм Ь, мм 1, мм Р, кгс <г„"«ЗР1У2Ыя2 МПа
1 100 20.2 6,31 115 210 1 100 20.5 6.11 80 154
2 100 20 6,2 105 201 2 100 20,1 6,14 75 146
3 100 20,5 6,21 МО 205 3 100 20.12 6,21 75 142
4 100 20,7 6,33 128 227 4 100 20,16 6.14 80 155
5 100 20,4 6,7 125 201 5 100 20.3 6,17 80 152
6 100 20,11 6,35 120 218 б 100 20,3 6.2 85 160
7 100 20,13 6,45 130 228 7 100 20,13 6,11 85 166
8 100 20,25 6,49 125 216 8 100 20,4 6,2 90 169
среднее значение 120 213 среднее значение 81 156
Таблица 4
Результаты испытаний на растяжение (партии С, Э)
Партия С
N° 1, мм Ь, мм А1»Ь, мм2 Р, кгс а=Р/А, МИа
1 7,56 25,12 189,91 1540 80
2 7,23 24,67 178,36 1840 101
3 7,74 25 193,50 1870 95
4 7,56 24,73 186,96 1930 101
5 7,24 24,93 180,49 1890 103
6 7,71 24,4 188,12 1780 93
7 7,12 25,1 178,71 1970 108
8 7,45 25 186,25 1810 95
среднее значение 1870 99
Партия Э
№ ь. АЧ'Ь, Р, а=Р/А. МПа
мм мм мм" кгс
1 7,72 25,1 193,77 1560 79
2 7,54 24,97 188,27 1540 80
3 7,86 24,7 194,14 1760 89
4 7,86 25,12 197,44 1860 92
5 7,86 25,23 198,31 1860 92
6 7,67 24,73 189,68 1650 85
7 7,53 24,73 186,22 1450 76
8 7,72 25,15 194,16 1450 73
среднее значение 1669 84
Стр. 6 из 11
Протокол испытаний на растяжение, сжатие и изгиб образцов из полимерных композиционных материалов № 161/1 от 10 апреля 2020 г.
Таблица 5
Результаты испытаний на сжатие (партии С, Г))
партия С
Ц Ь, 1, А=1»Ь, Р, а-¥/А.
мм мм мм мм2 кгс МПа
1 10,72 10.19 7,62 77,65 1080 136
2 10,48 10,45 7,52 78,58 1080 135
3 10,56 10,5 7.52 78,96 1090 135
4 10,75 10,23 7,63 78,05 1060 133
5 10,36 10,35 7,41 76,69 1340 171
6 10,58 10,65 7,48 79,66 1000 123
7 10,67 10.5 7,57 79,49 940 116
8 10.75 10,5 7,38 77,49 1010 128
среднее значение 1037 130
партия О
№ и Ь, С, А=1«Ь, Р. о=Р/А.
мм мм мм мм" кгс МПа
1 10,85 10Д4 7,28 74,55 850 112
2 10,85 10,42 7,58 78,98 870 108
3 10,4 10,65 7,41 78,92 530 66
4 10,45 10,27 7,52 77,23 840 107
5 10.56 10,29 7.43 76,45 895 115
6 10.26 10,35 7,48 77,42 870 ПО
7 10,57 10,34 7.55 78,07 800 100
8 10,59 10,64 7.38 78,52 733 92
среднее значение 837 106
Таблица 6
Результаты испытаний на трёхточечный изгиб (партии С. О)
партия С
№ Ь, мм ь, мм и мм р, кгс <г,"-Эри2Ыг, МПа
1 100 20,83 7,65 170 205
2 100 20,67 7,8 180 211
3 100 20,73 7,85 160 184
4 100 20,13 7,8 190 228
5 100 20,4 7,6 170 212
6 100 20,63 7,75 190 226
7 100 20,43 7,6 180 224
8 100 20,33 7,6 180 225
среднее значение 178 214
партия О
№ Ц мм ь, мм 1, мм Р, кгс <г,"-ЗРЬ/2Ы12, МПа
1 100 20,75 7,6 130 160
2 100 20,7 7,75 140 166
3 100 20,56 7,8 140 165
4 100 20,73 7,75 150 177
5 100 20,83 7,6 120 147
6 100 20,77 7,65 130 157
7 100 20,57 7,6 140 173
8 100 20,73 7,85 150 173
среднее значение 138 165
Стр. 8 из 11
Протокол испытаний па растяжение, сжатие и изгиб образной из полимерных композиционных материалов № 161/1 от 10 апреля 2020 г.
Таблица 7.
Результаты испытаний на растяжение (партии А-3, А-9, А-12, А-15)
партия А-3 партия А-12
№ 1 мм Ь, мм А--1»Ь, мм р„„ кгс о,=Р/А, МПа № 1, мм Ь, мм А=1*Ь, мм2 кгс я,=р/А, Мпа.
1 3.68 25,66 94,32 1190 124 1 15,38 25,91 398,64 4100 101
2 3.40 25,81 87,72 ИЗО 126 2 14,91 25,88 385,92 3500 89
3 3,87 25,84 100,08 1290 126 3 14,6 25,83 377,28 3500 91
4 3,57 25,7 91,70 1190 127 4 15,45 25,87 399,76 4300 105
5 3,60 26 93,60 1220 128 5 15,04 25,91 389,82 4400 111
6 3,54 25,92 91.70 1210 129 6 14,82 25.83 383,04 4600 118
7 3,58 25,92 92,75 1310 139 7 14,10 25,91 365,4 4400 118
8 3,70 25,92 95,83 1420 145 8 14,3 25,8 368,94 4500 120
9 3,11 25,86 80,40 1290 157 9 14,52 25,93 376,6 4700 122
среднее значение 1263 136 среднее значение 4129 105
партия А-9 па ртия А-15
№ 1, мм ь, мм А=Г*Ь, мм2 кгс МПа № мм Ь, мм АЧ'Ь, мм2 Р.». кгс о.=Р/А, МПа
1 10,60 25,91 274,54 3020 108 1 19,53 25,76 503,04 3902 76
2 11,19 26 290,85 3240 109 2 19,10 25,9 494.69 4317 86
3 10,90 25,51 277,95 3110 110 3 18,47 25,9 478,40 4622 95
4 10,50 25,89 271,92 3120 113 4 20,07 25,91 519,92 5241 99
5 10,68 25,91 276,66 3240 115 5 19,38 25,86 501,12 6223 122
6 10,51 25,98 272,95 3280 118 6 19,13 25,92 495,90 6251 124
7 11,20 25,95 290,52 3520 119 7 19,20 25,87 496,62 5961 118
8 10,89 25,89 281,96 3450 120 8 18,70 25,6 478,72 5120 105
9 10,21 25,91 264,62 3300 122 9 18,92 25,79 488.07 5560 112
среднее значение 3227 115 среднее значение 4960 99
ic g
_ S?
я 2 ¿
N § S
ESC
- _
* s ~
« с —-
Г С vO
Я ? 7
Q. I £
< « Ci. с о 801 r- r-rs CS 'S- en VI oo rs < Я С ON m ON 601 en es CN es rs CN rs NO
С e>
я « о CN о о о о VO © о ? о in T о On m i £ u? « О о * О о in în CN Г-1 NO ON ON T
CS rs m m m СП m ГП m m T «n «n m NO m NO
О en X)' ï 2 О 43 CS с r-l г "О CN m CN rs NO CN о T^ rf T CN NO ON NO CN oo CN oo M ON T' Г1 о CN in CN СО ГМ i* <N о' T rs in T on, no o' in oo no T oo oo m no o" oo no чС
г X
M CL
JÍ 1 no СП ¿5 oo oo ON r- s с i oo nO oo oc on oo on oo no s
CS rs CN CN rs rs CN T л X CN es es n CN CN rs rs n X
i» 4> о
s о о TT о m CN о T О 1 и — îp no es OO no in oo о 4
о с-' ON о ON' о ON On' ON - 1 — — — s NO GO no — ti о
% - - - m no p- OC On Ü - es - m no r- oo on
< «j tb с о Ш r» m «о г-ir» on in on >r, Ño S in <" я sc с on CN (N m en en £ no en on о (N
О
I " о no о о CN о CS о о о о ■ч- О О* ON On i g m S S О О en Г- - S о с- r-
T ^ ^ m
CQ t S ï 2 rs -т о-' ОС nO -Т -с ОС Г- eo oo r-oo' ЭО т oo ОС NO T r-^ oo oo 00 ОС oo CN CQ t'en О <4 en CN jn oo t-; CN en 3 CN m О en m OO CN m m CN m cr о' m en
§
p
« Cu
_o I ц y CN r- ON NC S HI л 1 h. NO ON On t-- t-. oo X
CN CN CN rs CN CS CN (N CJ «г я X CN rs CN rs rs CN r-l <N T - X
» s
, s - s ■о — in CN СП CN oo со en oo CN en en i О -i V) NO О r-CN ON О •О S CN ON es' O, CN NO rn oo CN l и
% - CN ГП *» m NC oo o> - CN m m no r- ON
Результаты испытаний относятся только к образцу, предоставленному Заказчиком. Протокол испытаний не может быть частично воспроизведен без письменного разрешения лаборатории. Информация по наименованию образна испытаний предоставлена Заказчиком. Ответственность за отбор образцов несет Заказчик.
Примечание: форма протокола составлена по желанию Заказчика.
Испытания произвел
инженер
л - ■ :<-
Заведующий лабораторией
М.Н. Емельянова
Окончание протокола
Стр. 11 из 11
Приложение Г. Результаты механических испытаний и статистической обработки образцов полимерных композиционных материалов партий А,
В1/2, В1/1, В2/1
Условные обозначения переменных, используемых в программе Minitab 18.1:
х - среднее значение;
S - среднеквадратичное отклонение (СКО);
U - объём выборки;
Min - минимальное значение выборки;
Max - максимальное значение выборки;
G - статистика критерия Граббса;
P-value (P) - вероятность ошибки (значимость);
D= Dr11 - статистика критерия Диксона при i=1, j=1;
AD - статистика критерия согласия Андерсона-Дарлинга;
CI - доверительные интервалы (с доверительной вероятностью 0,95)
Pooled StDev =общий СКО;
SE of Difference = стандартная ошибка;
T-Value= статистика критерия Стьюдента;
DF - число степеней свободы;
SS - сумма СКО;
MS - математическое ожидание СКО;
Adj SS (Q1, Q2, Q) - скорректированная сумма СКО;
Adj MS (S1, S2)— скорректированное математическое ожидание СКО;
F-Value - статистика критерия Фишера.
(любое значение P-value (P), меньше 0,05 говорит о невыполнении нулевой гипотезы)
Таблица Г.1 - Результаты испытаний образцов ПКМ партий А, В1/2, В1/1, В2/1 на растяжение
Партия А Партия В1/2
№ мм ь, мм Л=*Ь, мм2 Ртах, кгс МПа № мм ь, мм Л=*Ь, мм2 Ртах, кгс МПа
1 7,19 25,72 185,04 2530 134 1 6,42 25,79 165,54 2350 139
2 7,24 25,61 185,50 2250 119 2 6,52 25,91 168,84 2350 136
3 7,47 24,53 183,16 2160 116 3 6,58 25,89 170,24 2450 141
4* 7,29 25,23 183,96 2230 119 4 6,63 25,79 170,88 2340 134
5 7,40 24,71 182,78 2020 108 5 6,42 25,78 165,54 2360 140
6 7,59 25,55 193,80 2100 106 6 6,76 25,95 175,50 2360 132
7 7,29 25,45 185,42 2260 120 7 6,58 25,78 169,60 2350 136
8 6,90 25,4 175,26 2190 123 8 6,30 25,7 161,91 2350 142
Среднее значение 2216 118 Среднее значение 2366 138
Партия В1/1 Партия В2/1
№ мм ь, мм Л=*Ь, мм2 Ртах, кгс МПа № мм ь, мм Л=*Ь, мм2 Ртах, кгс МПа
1 6,7 25,6 171,99 2450 140 1 6,9 25,9 179,56 2590 141
2 6,9 25,9 178,89 2410 132 2 6,4 25,85 165,92 2470 146
3 5,9 25,0 148,4 2520 167 3 6,9 25,9 178,71 2870 157
4 7,0 25,8 179,52 2540 139 4 7,2 25,9 186,26 2900 153
5 7,0 25,9 180,9 2550 138 5 7,2 25,8 187,00 2920 153
6 6,8 25,8 174,24 2740 154 6 6,9 25,8 176,88 2960 164
7 7,4 26,0 193,2 2740 139 7 7,2 25,8 186,12 3000 158
8 7,2 25,9 185,9 2780 147 8 7,5 25,7 193,12 3050 155
Среднее значение 2570 145 Среднее значение 2881 155
*образец сломался вне рабочей зоны и исключается из дальнейшего статистического расчета
Результаты выполнения статистической обработки полученных данных при
испытании образцов ПКМ партий А, В1/2, В1/1, В2/1 на растяжение
1. Проверка наличия промахов в полученных данных Таблица Г.2 - Проверка на отсутствие промахов с помощью критерия Граббса
Партии U X S Min Max G P
A 7 117,91 9,29 106,26 134,08 1,74 0,309
B1/2 7 137,83 3,74 131,87 142,00 1,59 0,549
B1/1 7 145,22 11,77 132,11 166,53 1,81 0,219
B2/1 7 155,19 5,60 145,99 164,11 1,64 0,459
Outlier Plot of A-6
Grubbs' Test Min Max G P 106.26 134,08 1,74 0,309
105 110 115 120 125 130 135
A-6
Outlier Plot of B1/2
Grubbs' Test Min Max G P 131,87 142,00 1,59 0,549
132 134 136 138 140 142
B1/2
Outlier Plot of B1/1
Grubbs' Test Min Max G P 132,11 166,53 1,81 0,219
130 140 150 160 170
B1/1
Outlier Plot of B2/1
145 150 155 160 165
B2/1
Рисунок Г.1 - Проверка на отсутствие промахов с помощью критерия Граббса Таблица Г.3 - Проверка на отсутствие промахов с помощью критерия Диксона
Партии U Min x[2] x[N-1] Max D P
A 7 106,26 108,38 122,54 134,08 0,45 0,361
B1/2 7 131,87 134,29 141,13 142,00 0,26 0,925
B1/1 7 132,11 138,24 154,21 166,53 0,44 0,394
B2/1 7 145,99 152,69 158,07 164,11 0,55 0,168
Outlier Plot of A-6
Dixon's r11 Ratio Test Min Max r11 P 106,26 134,08 0,45 0,361
120 125 130
A-6
Outlier Plot of B1/1
Dixon's r11 Ratio Test Min Max r11 P 132,11 166,53 0,44 0,394
150
B1/1
Outlier Plot of B1/2
• • • •
Dixon's r11 Ratio Test Min Max r11 P 131,87 142,00 0,26 0,925
132 134 136 138 140 142
B1/2
Outlier Plot of B2/1
•• • • •
Dixon's r11 Ratio Test Min Max r11 P 145,99 164,11 0,55 0,168
155
B2/1
Рисунок Г.2 - Проверка на отсутствие промахов с помощью критерия Диксона 2. Определение закона распределения
Таблица Г.4 - Определение закона распределения выборок по критерию
Закон распределения А В1/2 B1/1 B2/1
AD P AD P AD P AD P
Нормальный 0,246 0,634 0,262 0,576 0,379 0,297 0,220 0,734
Экспоненциальный 2,785 <0,003 3,057 <0,003 2,786 <0,003 3,012 <0,003
Вейбулла 0,352 >0,250 0,246 >0,250 0,498 0,193 0,292 >0,250
Гамма 0,256 >0,250 0,309 >0,250 0,388 >0,250 0,230 >0,250
Probability Plot for А-6
Normal-95% CI Exponential -95% CI Goodness of F it Test Normal AD = 0,246 P-Value - 0,634 Exponential AD = 2,785 P-Value <0,003 Weibull AD = Q352 P-Value >0,250 Gamma AD = 0,256 P-Value >0,250
90 S SO 10 Jf 90 50 a. io J?
ao »0 120 140 A-6 Weibull -95% CI 1 10 1CC »со A-6 Gamma-95% CI
90 50 £ W Jf 90 5 50 10 Jf
ED 100 120 140 A-6 W0 120 140 A-6
Probability Plot for B1/2
Normal -95% CI Exponential - 95% CI Goodness of Fit Test Normal AD = 0,262 P-Value = 0,576 Exponential AD = 3,057 P-Value <0,003 Weibull AD = 0,246 P-Value >0,250 Gamma AD = 0,309 P-Value >0,250
90 u 50 10 jf Percent 3 В В J?
120 130 140 150 B1/2 Weibull -95% CI 1 10 too ЮОО BV2 Gamma-95%CI
90 SO a. 10 Jf 90 S 50 10
120 130 140 19 B1/2 130 140 150 B1/2
Probability Plot for B1/1
Normal -95% a Exponential -95% a Goodness of F itTes t
90 5 50 Ж so 50 S. 10 Ж AD =0.379 P-Value = 0,297 Exponential AD = 2,736 P-Value < 0,003
// / /У/ Weibull
100 12S 150 175 B1/1 Weibull -95%a 1 10 100 1000 B1/1 Gamma -95% CI P-Value = 0,193 Gamma AD =0.333 P-Value > 0,250
90 50 so //
a. 10 y/i S 50 V ///
»0 125 150 175 B1/1 Ю0 125 150 175 B1/1
Рисунок Г.3 - Определение закона распределения выборок А, В1/2, В1/1, В2/1 при испытании
на растяжение
3. Проверка гипотезы об однородности дисперсий выборок А, В1/2, В1/1, В2/1 при испытании образцов ПКМ на растяжение Нулевая гипотеза: все дисперсии однородны
Альтернативная гипотеза: существует хотя бы одно отличающаяся дисперсия
Таблица Г.5 - Доверительные интервалы (СКО) и проверка гипотезы об однородности дисперсий выборок а-6, в1/2, в1/1, в2/1 при ^ испытании на растяжение
Партия U S CI
A 7 9,29 (5,37; 26,59)
B1/2 7 3,74 (2,16; 10,7)
B1/1 7 11,77 (6,8; 33,67)
B2/1 7 5,60 (3,24; 16,03)
Метод Статистика Бартлетта P-Value
Бартлетт 7,73 0,052
A-6
B1/2
B1/1
B2/1
Test for Equal Variances: A-6; B1/2; B1/1; B2/1
Bartlett's Test P-Value 0,052
5 10 15 20 25 30
95% Bonferroni Confidence Intervals for StDevs
35
0
Рисунок Г.4 - Результаты проверки однородности партий А, В1/2, В1/1, В2/1 при испытании на
растяжение по критерию Бартлетта
4. Проверка гипотезы о равенстве средних значений выборок А, В1/2, В1/1, В2/1 при испытании на растяжение
Нулевая гипотеза: все средние однородны
Альтернативная гипотеза: существует хотя бы одно отличающееся среднее
Таблица Г.6 - Доверительные интервалы средних значений пределов прочности партий А, В1/2, В1/1, В2/1 при испытании на растяжение и результаты дисперсионного анализа
Партия U X S 95% CI
A 7 117,91 9,29 (111,50; 124,33)
B1/2 7 137,83 3,74 (131,42; 144,24)
B1/1 7 145,22 11,77 (138,81; 151,63)
B2/1 7 155,19 5,60 (148,78; 161,61)
Общий СКО =8,21989
Дисперсионный анализ
Компонент DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Факторная 3 5228 1742,82 25,79 0,000
Остаточная 24 1622 67,57
общая 27 6850
Interval Plot of A-6; B1/2; ... 95% CI for the Mean
110
A-6 B1/2 B1/1 B2/1
The pooled standard deviation is used to calculate the intervals.
Рисунок Г.5- Результаты дисперсионного анализа о равенстве средних значений пределов прочности выборок А, В1/2, В1/1, В2/1 при испытании на растяжение
Таблица Г.7 - Индивидуальные тесты Фишера о равенстве средних значений пределов прочности выборок А, В1/2, В1/1, В2/1 при испытании на растяжение
Пара партий Разница между средними значениями стандартная ошибка 95% CI T-Value P-Value
B1/2 - A 19,92 4,39 (10,85; 28,98) 4,53 0,000
B1/1 - A 27,31 4,39 (18,24; 36,37) 6,21 0,000
B2/1 - A 37,28 4,39 (28,21; 46,35) 8,48 0,000
B1/1 - B1/2 7,39 4,39 (-1,68; 16,46) 1,68 0,106
B2/1 - B1/2 17,36 4,39 (8,30; 26,43) 3,95 0,001
B2/1 - B1/1 9,97 4,39 (0,90; 19,04) 2,27 0,032
Fisher Individual 95% CIs Difference of Means for A-6; B1/2;...
В1/2 - А-б 1-•-1
В1/1-А-6 1-•-1
В 2/1 - А-б 1-•-1
В1/1 - В1/2
В2/1 - В1/2 1-•-1
В2/1 - В1/1
0 10 20 30 40 50
If an interval does not contain zero, the corresponding means are significantly different.
Рисунок Г.6 - Сравнение средних значений партий А, В1/2, В1/1, В2/1 при испытании на
растяжение между собой критерием Фишера
Таблица Г.8 - Результаты испытаний образцов ПКМ партий А, В1/2, В1/1, В2/1 на сжатие
Партия А Партия В1/2
№ 1, мм ь, мм мм А=*Ь, мм2 Fс 1 тах, кгс МПа № 1, мм ь, мм мм А=*Ь, мм2 Fс 1 тах, кгс МПа
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.