1. III.23.3.3..Актуальные проблемы создания оборудования нового поколения для инновационных технологий утилизации радиоактивных и взрывоопасных изделий и веществ и получения новых материалов ударным и взрывным нагружением
(Рук.: Штерцер А.А.)
Номер проекта в ИСГЗ ФАНО: 0308-2018-0014
Регистрационный номер: АААА-А17-117021650054-6
| Планы: В рамках темы решаемые задачи разделены на три блока.
Первый блок связан с получением новых композиционных материалов с применением новых методик импульсного нагружения (взрыв, удар). Второй блок связан с поиском материалов, обеспечивающих повышение ресурса деталей узла резки структурированных изделий (применительно к облученным тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов), работающих в условиях интенсивных динамических нагрузок и абразивного износа. В третьем блоке рассматриваются задачи внутреннего взрывного нагружения металлических оболочек различной геометрии применительно к взрывным камерам – оборудованию, применяемому в металлообработке взрывом, синтезе новых материалов и утилизации взрывчатых веществ и изделий их содержащих.
Задачи первого блока включают: отработку режимов получения слоистых композитов из малопластичных материалов сваркой взрывом, в т.ч. с применением эмульсионных взрывчатых веществ, разработанных в ИГиЛ СО РАН; изучение микроструктуры зоны сварного соединения и поиск условий, при которых достигается максимальное снижение величины деформации в этой зоне во избежание трещинообразования; разработку теоретической концепции, позволяющей выдавать рекомендации для создания сваркой взрывом слоистых композиций с малопластичными компонентами; проведение теоретической оценки условий компактирования сверхвысокомолекулярного полимера (СВМПЭ) циклическим ударным прессованием, в т.ч. с армирующими добавками и металлическими вставками; изучение макроструктуры, прочностных и деформационных характеристик металлополимерных композитов на базе СВМПЭ, получаемых методом циклического ударного прессования; отработку режимов получения экспериментальных образцов СВМПЭ с нанодобавками гидроксиапатита. Научная новизна решаемых задач связана с тем, что предложенный метод циклического ударного прессования позволяет получать новые композиционные материалы на основе СВМПЭ путем введения микро- и нанодобавок или армирования металлическими структурами. Отметим, СВМПЭ – это уникальный материал с высокой ударной вязкостью, износостойкостью, стойкостью к ударным нагрузкам, низким коэффициентом трения и многими другими замечательными свойствами. Изучение изготовленных на основе СВМПЭ композиционных материалов позволит получить новую, ценную для механики и материаловедения информацию и выявить области их практического использования. В частности, СВМПЭ с добавками гидроксиапатита может найти применение в медицине. Эксперименты по сварке взрывом малопластичных материалов позволяют получить новую информацию о волнообразовании в зоне соединения и зависимости параметров волн не только от режимов соударения, но и от прочностных и физических свойств свариваемых материалов, что ранее не было исследовано.
Задачи второго блока включают: отладку режимов испытаний с применением Установки сухого трения собственной конструкции; проведение термообработки сталей ДИ57-ВИ, ДИ37-ВИ и ЭК80-ВИ с обеспечением оптимального сочетания твердости и ударной вязкости; исследование износостойкости пар сухого трения твердый - стали ДИ57-ВИ, ДИ37-ВИ и ЭК80-ВИ при варьировании скорости скольжения, температуры, и удельной нагрузки; проведение анализа и разработку рекомендаций по выбору материалов для изготовления режущих вставок оборудования для измельчения облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС). В научном плане результатом решения перечисленных задач будет новая экспериментальная информация об износе специальных высоколегированных сталей в процессе резки. В прикладном плане полученная информация может быть использована при проектировании режущих устройств с повышенным рабочим ресурсом.
Целью исследований является
- получение импульсными методами (удар, взрыв) новых композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и слоистых структур из малопластичных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками.
- повышение надежности и ресурса работы устройств, применяемых для резки структурированных материалов, в частности, оборудования для измельчения облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов, работающего в технологической цепочке утилизации отработанного ядерного топлива (ОЯТ), а также обеспечение контроля над деформацией отрезаемых фрагментов ОТВС;
- оптимизация конструкции взрывных камер, применяемых для металлообработки взрывом и утилизации взрывчатых веществ и изделий их содержащих;
В результате исследований:
- будут получены новые данные по микроструктуре зоны соединения и прочностным характеристикам получаемых сваркой, в т.ч. с применением эмульсионных взрывчатых веществ, композиций из малопластичных материалов; будут проанализированы условия, при которых достигается снижение величины деформации в зоне соединения свариваемых композиций и разработана теоретическая концепция, позволяющая выдавать рекомендации для создания сваркой взрывом слоистых композиций с малопластичными компонентами;
- будут получены новые данные по макроструктуре, прочностным и деформационным характеристикам металлополимерных композитов на базе СВМПЭ, получаемых методом ударного прессования и проведена теоретическая оценка условий компактирования СВМПЭ, в т.ч. с армирующими добавками и металлическими вставками; будут получены данные по микроструктуре и прочностным свойствам композита СВМПЭ + наночастицы гидроксиапатита, получаемого методом циклического ударного прессования с различным содержанием гидроксиапатита; будут получены данные о поведении металлополимерных композитов, получаемых методом циклического ударного прессования, при ударном и взрывном нагружении.
- с применением Установки сухого трения собственной конструкции будет исследована износостойкость пары сухого трения твердый сплав со сталями ДИ57-ВИ, ДИ37-ВИ, подвергнутую высокотемпературному отпуску, и ЭК80-ВИ при варьировании скорости скольжения, температуры, и удельной нагрузки; полученные данные позволят выбрать наиболее износостойкие материалы для режущих вставок оборудования для измельчения облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС); концентрация напряжений в полюсе взрывной камеры (ВК) в зависимости от соотношений высоты эллиптических днищ ВК к их радиусу; в итоге будет аналитически определена связь напряжений в полюсах взрывных камер от геометрических параметров оболочки, что существенно облегчит проведение прочностных расчетов при проектировании ВК.
|
