Научные стремления 2012-1

9.Перетягин И.В., Полюхин И.Ф. Принципы построения комплексов пассивной локации ПВО//Сб. докладов международной науч.-техн. конф. «Радиолокация, навигация, связь»: В 3 ч. Ч.2 – Воронеж, 2006. – 10 с.

10.Дмитренко А.А., Сравнительный анализ способов построения комплексов пассивной локации, Диссертация на соискание степени магистра технических наук. – Минск: УО «ВА РБ». – 2012. – 78 с.

11.Патент РФ № 2256192, G 01 S 11/02, 30.06.2003.

12.US Patent №5874916, DesJardins G.A., Frequency selective TDOA/FDOA crosscorrelation, February 23, 1999.

Sedushev S.U., Dmitrenko A.A.

TIME DELAY SECTOR MINIMIZATION IN CORRELATIVE-BASE RADIO FREQUENCY

RADIATION SURVEILLANCE SYSTEMS

Education establishment ―Military academy Republic of Belarus‖, Minsk

Summary

The report describes the design principles of air control passive location system. Content of this report is in radiolocation area and can be used in correlative-based Multi-Static Primary Surveillance Radar receivers. The main purpose is decreasing of possible values time delay interval. This purpose can be reached by using angle date of antenna main beam.

371

УДК 621.771 (075.8)

Серебряков И.А.

РАСЧЕТ БОЛЬШИХ ДЕФОРМАЦИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Белорусский национальный технический университет, Минск

Актуальность. Недостатком современного уровня развития традиционных методик судебной автотехнической и транспортнотрасологической экспертизы является то, что они не имеют математического аппарата для установления величины энергии, затраченной на деформацию конструкций транспортных средств и препятствий, величин сил взаимодействия при ударе, и, следовательно, установления результата действия этих сил в виде траекторий движения после удара.

Цель исследования. Рассмотрение простого треугольного оболочечного конечного элемента, пригодного для расчета больших деформаций.

Для расчетов деформаций автомобилей, как правило, применяются трехмерные оболочечные элементы, т.е. элементы, два измерения которых много больше третьего, т.к. кузов автомобиля и на самом деле изготавливается преимущественно из листового материала.

Рис.1

Кроме глобальной системы координат, будем использовать и локальную систему координат, связанную с конечным элементом.

Рассмотрим оболочечный треугольный конечный элемент, показанный на рисунке 1, узлы которого 1,2 и 3, определяющие его срединную поверхность, лежат в плоскости xyˆ ˆ , узел 1 совпадает с началом координат,

узел 2 лежит на оси xˆ , а проекция узла 3 на ось находится между узлами 1 и

2.

Здесь знаком «^» обозначены оси локальной системы координат, связанные с конечным элементом.

Рис. 2

При чистом изгибе элемента его деформированное состояние полностью описывается одной величиной w xˆ, yˆ – прогибом в направлении оси zˆ . Поле

прогиба на границах между соседними элементами должно быть непрерывно, а углы разворотов на границах соседних элементов должны однозначно определяться через значения разворотов в узлах, образующих границу. Это необходимо для того, чтобы конечно-элементная модель в деформированном

372

состоянии не имела изломов по границам конечных элементов, так как два соседних элемента на общей границе всегда имеют одинаковые узловые развороты xˆ и yˆ относительно осей координат xˆ и yˆ соответственно. При

этом

что показано на рисунке 2 на примере разворота ¼ плоскости, первоначально совпадавшей с плоскостью xyˆ ˆ .

Рис. 3

Аппроксимируем поля разворотов линейными функциями

xˆ 1 2 xˆ 3 yˆ,

yˆ 4 5 xˆ 6 yˆ,

которые удовлетворяют требованию непрерывности разворотов на границе двух соседних элементов.

В приведенные выше выражения входят шесть неизвестных коэффициентов 1, 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Их можно заменить шестью значениями

узловых разворотов в трех узлах треугольного конечного элемента, то естьxˆ1, yˆ1, xˆ 2 , yˆ 2 , xˆ3 , yˆ 3 , которые и будут основными неизвестными задачи. С

373

где – 2 xˆ2 yˆ3 удвоенная площадь треугольного конечного элемента. Введем матричные обозначения

коэффициентов.

Тогда последние соотношения с учетом матричных обозначений можно

записать в виде

k Bb

Кроме изгиба конечный элемент может деформироваться и в своей плоскости [2]. При этом его деформированное состояние полностью определяется двумя величинами – перемещением u xˆ, yˆ в направлении оси xˆ

и перемещением v xˆ, yˆ в направлении оси yˆ . Поля перемещений на границах

374

между соседними элементами должны быть непрерывными, а перемещения однозначно определяться через перемещения узлов, образующих границу. Это необходимо для того, чтобы конечно-элементная модель оставалась сплошной в деформированном состоянии, так как два соседних элемента имеют одинаковые узловые перемещения.

Выводы. Итак, каждый i-й узел конечного элемента может перемещаться в плоскости конечного элемента, что определяется вектором с компонентами ui , vi в локальной системе координат, и может перемещаться в

перпендикулярном плоскости конечного элемента направлении в результате изгиба конечного элемента, что определяется величинами углов разворота в узле xi , yi . Т.о. каждый узел имеет 4 степени свободы, или четыре

возможных перемещения. Тогда, как получено выше, эти возможные перемещения связаны с относительными деформациями через координаты узлов, т.е.

k Bb , M Bd , s Bs .

Теперь относительные деформации можно связать с напряжениями в конечном элементе, вызванными его деформацией. Поэтому запишем

уравнения связи в виде функций

D1 , k ,s D2 s

некоторые функции.

Далее, остается через произведения напряжений на деформации записать выражение для энергии деформации конечного элемента, просуммировать полную энергию по всем конечным элементам и найти ее минимум, который и определяет истинные перемещения в узлах при заданных граничных условиях.

Литературные источники

1.Зенкевич, О.С. Метод конечных элементов в технике / О.С. Зенкевич. – М.: Мир, 1975.- 541 с.

2.Никонов, В.Н. Апробация метода конечных элементов при расчетах ДТП / В.Н. Никонов // Анализ и критика зарубежных методик, применяемых в автотехнической экспертизе [Электронный ресурс]. – 2008. – № 2. – Режим доступа : http://www. cneat.ru.. – Дата доступа : 17.05.2012.Электронный ресурс.

Serebryakov I.A.

CALCULATION OF LARGE DEFORMATION FINITE ELEMENT

Belarusian National Technical University, Minsk

Summary

The first task is the calculation of the strength problem, the purpose of which is to translate the research object from the initial undeformed state to the final strain state on the path with the least expenditure of energy. The second challenge is the kinematic problem of mutual movement of vehicles during impact, the exact solution which allows you to set the direction and speed of the vehicle at the time of the collision and the collision.

375

УДК 621.38

Смирнов А.Г., Степанов А.А., Кайлевич В.С., Сацкевич Я.В.

ЭЛЕКТРОХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МИКРОДИСПЛЕЙ

Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», Минск

В связи с быстрым развитием техники в области портативных устройств, а также устройств виртуальной реальности возникает необходимость в создании микродисплеев и индикаторных устройств, отличающихся низким энергопотреблением, способностью цветного отображения информации, малой стоимостью и простотой технологии изготовления.

Целью нашей работы является совершенствование и исследование возможностей применения микродисплея на основе электрохемилюминесцентных (ЭХЛ) ячеек в качестве портативных устройств отображения информации.

Нами была разработана конструкция микродисплея на базе электрохемилюминесцентной ячейки [1]. В качестве основания в данной ячейке может быть использована кремниевая пластина с кристаллографической ориентацией <111> или <100>. Путем селективного анизотропного травления в данной подложке формируются углубления,

полости, после чего на данную структуру осуществляется напыление оптически прозрачного электрода, как правила ITO (рис. 1). После нанесения на структуру внешнего защитного слоя стекла осуществляется заполнение сформированной ячейки раствором люминофора. Процесс люминесценции наблюдается при подаче на ячейку напряжения от 3 до 5 В при плотности тока – 2-3 мА*см2.

Большой выбор люминофоров позволяет излучать свет в широком волновом диапазоне, что дает возможность создавать на основе данной ячейки цветные микродисплеи [2].

Так как ЭХЛ ячейка представляет собой замкнутый регенеративный процесс (рис. 2), т.е.

376

Поскольку в качестве электрода используется оксид индия и олова (ITO), то потери на поглощение света крайне малы. Также интенсивность и эффективность данной ячейки больше, чем у аналогичных конструкций в связи с тем, что расстояние между электродами менее 1 мкм, что приводит к более быстрому переносу носителей заряда и, следовательно, к уменьшению

-время отклика 5-30 мкс.

На основании полученных нами данных можно с уверенностью судить, что разработанная ячейка является более эффективной по сравнению с еѐ аналогами.

Высокая стабильность и приемлемая эффективность излучения, а также совместимость с КМОП-технологией и возможность интеграции в кремниевый кристалл позволяет реализовать микродисплей, отличающийся большим сроком эксплуатации, высоким быстродействием и стабильностью

[4].

Литературные источники

1 H. Schapper et al., ―New aspects of DC electrochemiluminescence,‖ J. Electrochem.

Soc. 1982, v.129, N 6, pp.1289-1294

2 P. Jaguiro, ―Physical model of electrochemiluminescence, in inorganic and organic electroluminescence,‖ ed. by R.Mauch, 1996; pp. 47-52

3 N. Hamada et al., ―Solution electrochemiluminescent cell with a high luminance using an ion conductive assistant dopant‖ Jpn. J. Appl. Phys., 2001; v. 40, pp. L1323–L1326

4 Y. Hamada et al., ―Luminescent element‖, US patent No 2004/0106005 A1, Jun. 3, 2004

Smirnov A., Stepanov A., Kailevich V., Satskevich Y.

ELECTROCHEMILUMINESCENT MICRODISPLAY

Belorusian State University of Informatics and Radioelectronics, Minsk

Summary

The report presents the results of research of the effectiveness of emission in electrochemiluminescence cell on base which is possible to produce microdisplays and display devices. We formed cavities and recesses in the silicon substrate by selective anisotropic etching to create a highly stable light emitting structures.

The main advantages of the new structure are: -Low power consumption;

-High uniformity of the radiation; -Long time of operation;

-Low requirements for purity of solution luminophore.

377

УДК 666.949:616.314

Сушкевич А.В., Шалухо Н.М.

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО ЦЕМЕНТА ДЛЯ РЕСТАВРАЦИИ

ТВЕРДЫХ ТКАНЕЙ ЗУБОВ

Белорусский государственный технологический университет, Минск

Несмотря на несомненные успехи, достигнутые в области создания стоматологических цементов, весьма актуальным является дальнейшее расширение их ассортимента и улучшение качества. Большой интерес в этом плане представляют стоматологические цементы, сочетающие в себе такие важнейшие свойства как: способность твердеть и набирать прочность во влажной среде; надежная герметизация корневого канала, хорошая биосовместимость, отсутствие мутагенной активности, низкая цитотоксичность, антимикробный эффект, способность регенерации костной ткани и др.

Одним из новых высокоэффективных стоматологических цементов является материал нового поколения «ProRoot MTA» фирмы «Dentsply» (США), который сочетает в себе вышеперечисленные свойства. Однако высокая стоимость (примерно 50 евро за 1 г) данного материала не позволяет использовать его для оказания стоматологических услуг широким слоям населения. Появившиеся в последние годы на рынке СНГ подобные материалы «Триоксидент» (Россия) и «Restapex» (Украина) существенно уступают ему по своим служебным характеристикам.

Выше указанное явилось мотивацией для разработки отечественного стоматологического цемента по свойствам не уступающего «ProRoot MTA», но гораздо более привлекательного в стоимостном отношении.

Цемент данного типа был получен на основе системы CaO–Al2O3–SiO2‒ RxOy. Высокий уровень рентгеноконтрастности был достигнут за счет введения Вi2O3 в количестве до 3% в состав цементного клинкера и до 10 % Вi2O3 на стадии его помола. Такое раздельное введение обеспечило не только существенное снижение температуры клинкерообразования до 1300°С, а так же равномерное распределение рентгеноконтрастного наполнителя в тонкодисперсном виде в цементе. С целью улучшения физико-механических свойств цемента таких как: прочность при сжатии, сроки схватывания, время окончательного отверждения и др., оптимизировали тонкость его помола, гранулометрический состав, водоцементное отношение и пластичность [1].

Однако кроме вышеперечисленных одним из наиболее важных свойств цемента данного вида является герметизирующая способность, которая в наибольшей степени зависит от усадки цемента при твердении. Усадка цементного камня вызывается: химическими причинами (когда взаимодействие цемента с водой приводит к большей плотности кристаллизационной воды в субмикроструктуре по сравнению с плотностью свободной воды в исходных цементно-водных суспензиях – разница может

378

достигать 8–10%), а также физическими причинами (когда удаление воды при ее испарении в воздушные поры и атмосферу сопровождается сжатием цементного камня капиллярными силами).

Проведенный нами обзор литературных и патентных источников показал, что компенсировать усадку можно введением различных химических веществ обеспечивающих расширение затвердевшего цемента. Наиболее перспективным оказалось введение сульфата кальция в качестве расширяющей добавки [2], кроме того данный компонент способен регулировать сроки схватывания цемента (таблица 1).

Объемную усадку образца цемента определяли по изменениям его размеров (высоте, ширине, длине). Образец цемента затворяли дистиллированной водой, помещали в форму и выдерживали в термостате (37°С, 100% влажность) в течение 100 мин, затем образец извлекали из формы и с помощью микрометра замеряли диаметр и длину. Аналогичные измерения проводили через 72 ч после извлечения из термостата. За результат испытаний принимали среднее арифметическое трех параллельных определений образцов.

Таблица 1– Влияние количества гипса на усадку затвердевшего цемента

Из представленных данных видно, что содержание гипса в количестве менее 3 мас.% не компенсирует усадки при твердении стоматологического цемента. При добавлении гипса в количестве 3 % на заключительной стадии твердения происходит небольшое увеличение объема цементной массы. Это обеспечивает более плотное краевое прилегание пломбы. Содержание гипса в количестве более 5 мас.% снижает прочность материала, образец имеет деформации при твердении вплоть до образования трещин.

Дальнейшие исследования проводились совместно с кафедрой общей стоматологии Белорусского государственного медицинского университета. Для определения герметизирующей способности был выбран метод проникновения красителя – наиболее простой, надежный и недорогой. Впервые он был использован Гроссманом в 1939 году. В качестве красителя использовался метиленовый синий. Его преимущества в том, что он хорошо

379

растворяется в воде, легко проникает в зуб, не вступает в реакцию с твердыми тканями зуба и легко обнаруживается в видимом свете [3].

Исследовалась герметизирующая способность разработанного цемента «Рутсил» в сравнении с импортными аналогами ProRoot МТА (США), «Триоксидент» (Россия).

Для исследования производилась инструментальная и медикаментозная обработка каналов, отверстия были запломбированы исследуемыми материалами. После этого вся поверхность образцов, за исключением резекционной (той, на которой находилось апикальное отверстие), покрывалась двумя слоями лака. Зубы контрольной группы покрывались лаком полностью, чтобы подтвердить, что два слоя лака – достаточный способ для предотвращения протекания. Затем образцы помещали в 1% раствор метиленового синего при рН=7 и хранили на протяжении 72 часов при t=37°С. После выдержки зубы очищались от лака, распиливали и производили макросъемку полученных распилов. С помощью программы анализа снимков ColorMeasure оценивали изменение цвета в образцах после нахождения их в окрашенном растворе. Учитывались два фактора: разница между цветом корневых пломб образцов контрольной группы и образцов опытных групп и разница между цветом верхней и нижней точки пломбы.

Выявлено, что цвет корневых пломб в группе ProRoot МТА в среднем отличается от контрольного цвета материала на 0,63 %, в группе «Рутсил» отличие составляет 0,5%, у «Триоксидента» - 2,1%. (таблица 2). Статистический расчет по критерию Стьюдента подтвердил надежность полученных результатов.

Таблица 2 ‒ Изучение различий между цветом корневой пломбы образца контрольной группы и образца опытной группы.

При сравнении цвета верхней и нижней точки пломбы ProRoot и «Рутсил» показали хорошие результаты – 0,27 и 0,21% отклонения цвета от контрольных образцов соответственно, у «Триоксидента» этот показатель равен 0,93% (таблица 3). Все это свидетельствует о том, что степень проникновения красителя в группе «Триоксидент» выше, чем в остальных. Это объясняется длительным временем твердения этого материала (24 часа), тогда как ProRoot МТА и Рутсил окончательно твердеют в течение 4 часов.

Табллица 3 ‒ Изучение различий между цветом верхней и нижней точки корневой пломбы.

380