УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МНОГОЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ФОРМИРОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Резюме: Цель. Целью исследования явилась разработка ультразвукового генератора технологического назначения с широким диапазоном частоты выходного напряжения. Метод. Выполнены макетно-экспериментальные работы и разработана функциональная схема многочастотного ультразвукового генератора, реализованная в экспериментальном образце, а также конструкция ультразвуковой пьезокерамической системы, способная работать на двух резонансных частотах 22 и 44 кГц. Результат. На основе анализа особенностей структуры современных композиционных материалов и технологий формования изделий из них выявлена целесообразность введения в технологический процесс операции ультразвуковой пропитки, что может обеспечить повышенную равномерность заполнения структуры связующим и однородность физико-механических характеристик. Разработана схема ультразвукового генератора, встраиваемого в технологическое оборудование, обеспечивающая формирование гармонических сигналов с изменяемой в пределах 20-60 кГц частотой и мощностью, регулируемой от 100 до 500 Вт, что позволит реализовать высокоэффективные ультразвуковые технологии  обработки материалов с неоднородной формируемой в процессе изготовления изделия структурой. Проведены исследования по параметрической оптимизации преобразователя с учетом конкретных видов нагрузок. Особенностью источника питания генератора является его универсальность с точки зрения диапазонов частот и напряжения, а также требуемых показателей качества генерируемой им энергии. Генератор позволяет программировать опорную частоту с ноутбука и затем осуществлять тонкую ее настройку в резонанс с излучателем с дискретностью 10 Гц непосредственно с панели управления. Встроенный микропроцессор позволяет запоминать введенную с ноутбука опорную частоту.  Вывод. Применение многочастотных источников ультразвука позволит оптимизировать параметры воздействия при ультразвуковой пропитке армированных волокнами композиционных материалов и их финишной размерной обработке в зависимости от плотности структуры и примененной схемы армирования.

ультразвук, производительность, пропитка, композиционные материалы, генератор, функциональная схема, резонансный инвертор, программируемая частота

1. Кошкин Р.П. Основные направления развития и совершенствования беспилотных авиационных систем: http://spmagazine.ru/420, дата последнего обращения 28.01.2017 г.

2. Rand, B. Appleyard, S. Yardim,M.,1998 Proceedings of the NATO advanced Study Institute on Design and Control of Structure of Advanced Carbon Materials for Enhanced Performance, pp.177-193.

3. Thomas, G 2007, ‗Composites come of age on 787‘, The Australian, 18 May, p. 2830.

4. Werfelman, L 2007, ‗The Composite Evolution‘, AeroSafety World, March 2007, p. 17-21.

5. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3–33.

6. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники // Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520–530.

7. Krishnamurthy, S 2006, ‗Prestressed Advanced Fibre Reinforced Composites: Fabrication and Mechanical Performance‘, PhD thesis, Defence College of Management and Technology, Cranfield University, Beds., p. 49-56.

8. Лобанов Д. С. Экспериментальные исследования деформационных и прочностных свойств полимерных композиционных материалов и панелей с заполнителем: дис. канд. техн. наук: Пермь, 2015. 130 с.

9. Гареев А. Р. Разработка и исследование трехмерно-армированных углепластиков на основе стержневых структур наполнителя: дис. канд. техн. наук: Москва, 2015. 113 с.

10. Гусева Р. И. Особенности изготовления тонкостенных обшивок из углепластика в самолетостроении. Изменение технологических параметров в процессе формования / Гусева Р. И., ШаМингун // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета, № II-1 (18), 2014. С. 4-12.

11. Розенберг Д. Физика и техника мощного ультразвука. Том 3. Физические основы ультразвуковой технологии / Розенберг Д. – М.: Книга по Требованию, 2012. – 689 с.

12. Приходько, В.М. Формирование эксплуатационных свойств деталей машин ультразвуковыми методами: монография / В.М. Приходько, И.А. Меделяев, Д.С. Фатюхин. – М.: МАДИ, 2015. – 264 с.

13. Ультразвуковая пропитка http://u-sonic.com/tech/obrabotka-zhidkikh-i-zhidkodispersnykh-sred/propitka_02/

14. Бекренев Н.В. Разработка ультразвуковых технологий обработки пластическим деформированием неоднородных композиционных материалов в Саратове / Н.В. Бекренев, И.В. Злобина // Вопросы электротехнологии. - № 2(7), 2015. С.28-35.

15. Бекренев Н.В. Влияние структуры конструкционных материалов на характер ультразвукового воздействия при их поверхностной обработке / Н.В. Бекренев, А.П. Петровский // Технология металлов. - 2011.- № 5.- С.35-39.

16. Злобина И.В. Обоснование разработки ультразвукового многочастотного генератора для оснащения технологического оборудования / И.В. Злобина, Н.В. Бекренев, Н.Н. Максимова и др. // Вопросы электротехнологии. - № 2 (3), 2014. – С. 53-59.

17. Хмелев В.Н. Повывшение эффективности ультразвуковой кавитационной обработки вязких и дисперсных жидких сред / В.Н. Хмелев, С.С. Хмелев, Р.Н. Голых и др.// Ползуновский вестник. №3, 2010. – С. 321-325.

18. Бржозовский Б.М. Ультразвуковые технологические процессы и оборудование в машино- и приборостроении: учеб.пособие / Б.М.Бржозовский, Н.В. Бекренев. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. -348 с.

19. Бекренев Н.В. Устройство для ультразвуковой обработки / Н.В. Бекренев, Б.М. Бржозовский, В.М. Фирсов и др. // патент RU № 2548344, опубл. 20.04.2015 г.

20. Ягудин А.Ф. О параметрической стабилизации автономного резонансного инвертора с помощью нагрузочного контура третьего порядка / Н.А. Фролов, А.Ф. Ягудин // М.: Электричество. –2009. – № 7. – С. 6869.

21. Злобина И.В. Малодефектная ультразвуковая обработка деталей навигационных приборов из неоднородных по структуре твердых, хрупких материалов / И.В. Злобина, Н.В. Бекренев, А.П. Петровский // Вестник СГТУ. - № 4 (77), 2014. – С. 97-103.

22. Zlobina I.V. Increasing of topography homogeneity of the construction materials surface during final ultrasound processing / I.V. Zlobina, A. P. Petrovsky, N.V. Bekrenev and oth. // 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS).- 1-4 Dec. 2015. – Tomsk. – P. 1-4.

23. Бекренев Н.В. Модель воздействия энергии ультразвуковых колебаний на структуру твердых хрупких материалов / Н.В. Бекренев, И.В. Злобина, А.П. Петровский // Вопросы электротехнологии. - № 2 (7), 2015. – С. 35-41.