Разработка новых многофункциональных бесконтактных неразрушающих термографических методов и переносного прибора для безобразцовой технической диагностики, включая определение теплофизических характеристик прозрачных элементов силовой оптики и анизотропных композитных материалов, а также крупногабаритных изделий с защитными и термобарьерными покрытиями
Проект направлен на разработку термографических подходов и неразрушающих бесконтактных экспресс-методов технической диагностики, а также аппаратуры и оригинального программного обеспечения (ПО), предназначенных для оценки качества, однородности и дефектности материалов и готовых изделий без вырезания из них образцов определенной формы.
Ряд разработанных в проекте средств позволяет определять бесконтактно теплофизические характеристики (коэффициент температуропроводности (КТП), его анизотропию, как в лабораторных, так и производственных условиях. В основе этих подходов лежат методы анализа нестационарных температурных полей, создаваемых ступенчатым (во времени) профилем лазерного облучения, осуществляемым сфокусированным на малой площадке (~ 0,1 кв.мм) лазерным пучком.
В процессе выполнения задач проекта сформировался дополнительный подход – точечный нагрев движущимся источником. Это позволяет многократно увеличить производительность и репрезентативность метода, избегать сильных локальных перегревов материала. Однако переход на движущийся источник тепла влечет за собой усложнение методики и технических средств (как в отношении «железа», так и тепловых моделей, методов интерпретации данных, ПО).
Основная задача проекта - модернизация аналитических моделей, ПО и аппаратных средств для реализации более производительных, более совершенных и более безопасных для контролируемых объектов сканирующих термографических методов. Планируется разработать упрощенные оценочные аналитические модели распространения тепла от точечного источника, движущегося по поверхности однородного и изотропного 2D или 3D объекта по заданной траектории с заданной скоростью; разработать численные модели для учета и характеризации анизотропии и неоднородностей/дефектов, мест структурной деградации и т.п. Запланировано создание лабораторной установки, проведение на ней систематических экспериментов на однородных и неоднородных композитах. После анализа полученных данных будут внесены коррективы как в структуру и отдельные узлы остановки, так и в ПО. В результате будет создан опытный образец прибора для комплексной характеризации сложных структур, что актуально для повышения их функциональности и надежности.
Новизна предлагаемых подходов состоит в организации определенных условий теплофизического эксперимента (его геометрии, последовательности процедур, режимов нагрева и ИК-кинофильмирования), в оригинальных тепловых моделях, а также в алгоритмах, методах обработки больших массивов данных, содержащихся в оцифрованных ИК изображениях нестационарных температурных полей разных типов и степени симметрии.
Публикации
- Golovin Yu.I., Samodurov A.A., Golovin D.Yu., Tyurin A.I., Divin A.G., Zakharov Yu.A. Measurement of the Thermal Diffusivity of Optical Materials and Products by a New Thermographic Express Method That Does Not Require Cutting Samples Out of the Bulk // Measurement Techniques, 2023, v. 66 (1), pp. 36-44, https://doi.org/10.1007/s11018-023-02187-9 / Головин Ю.И., Самодуров А.А., Головин Д.Ю., Тюрин А.И., Дивин А.Г., Захаров Ю.А. Температуропроводность оптических материалов и изделий: определение термографическим экспресс-способом без вырезки образцов из массива // Измерительная техника, 2023, № 1, с. 36-43, https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-1-36-43
- Golovin D.Yu., Samodurov A.A., Tyurin A.I., Divin A.G., Golovin Yu.I. New Measurement Method of Thermal Conductivity of Fluids // Russian Physics Journal, 2023, v. 65 (10), pp. 1755-1757, https://doi.org/10.1007/s11182-023-02826-2 / Головин Д.Ю., Самодуров А.А., Тюрин А.И., Дивин А.Г., Головин Ю.И. Новый способ измерения теплопроводности жидкостей // Известия вузов. Физика, 2022, т. 65, № 10 (779), с. 135-137, https://doi.org/10.17223/00213411/65/10/135
- Golovin Yu.I., Tyurin A.I., Golovin D.Yu., Samodurov A.A. Determination of the thermal diffusivity of transparent materials by a new thermographic express method // Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2022, v. 95, № 1, pp. 266-276, https://doi.org/10.1007/s10891-022-02474-2 / Головин Ю.И., Тюрин А.И., Головин Д.Ю., Самодуров А.А. Определение температуропроводности прозрачных материалов новым термографическим экспресс-способом // Инженерно-физический журнал, 2022, т. 95, № 1, с. 267-277, https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48154437
- Golovin Yu.I., Tyurin A.I., Golovin D.Yu., Samodurov A.A., Yunack M.A., Vasyukova I.A., Zakharova O.V., Rodaev V.V., Gusev A.A., Matveev S.M. Relationship between thermal diffusivity and mechanical properties of wood // Materials, 2022, v. 15, № 2, art. no. 632, https://doi.org/10.3390/ma15020632
- Golovin Yu.I., Tyurin A.I., Golovin D.Yu., Samodurov A.A. Determining the temperature diffusivity of transparent materials via a modified laser flash technique // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2020, v. 84, № 7, pp. 829-834, https://doi.org/10.3103/S1062873820070114 / Головин Ю.И., Тюрин А.И., Головин Д.Ю., Самодуров А.А. Определение коэффициента температуропроводности прозрачных материалов модифицированным методом лазерной вспышки // Известия Российской академии наук. Серия физическая, 2020, т. 84, № 7, с. 1004-1009, https://doi.org/10.31857/S036767652007011X
- Golovin D.Yu., Tyurin A.I., Samodurov A.A., Golovin Yu.I. Determination of thermal diffusivity by nonstationary spot heating // Technical Physics Letters, 2020, v. 46, № 1, pp. 34-37, https://doi.org/10.1134/S106378502001006X / Головин Д.Ю., Тюрин А.И., Самодуров А.А., Головин Ю.И. Определение температуропроводности материалов методом нестационарного точечного нагрева // Письма в Журнал технической физики, 2020, т. 46, № 1, с. 39-42, https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.01.48863.18052
- Golovin Yu.I., Golovin D.Yu., Tyurin A.I. Dynamic thermography for technical diagnostics of materials and structures // Diagnostics of Materials and Structures. Russian Metallurgy (Metally), 2021, v. 2021, № 4, pp. 512-527, https://doi.org/10.1134/S0036029521040091 / Головин Ю.И., Головин Д.Ю., Тюрин А.И. Динамическая термография для технической диагностики материалов и конструкций // Деформация и разрушение материалов, 2020, № 12, с. 20-37, https://doi.org/10.31044/1814-4632-2020-12-20-37
- Golovin D.Yu., Samodurov A.A., Tyurin A.I., Golovin Yu.I., Divin A.G. A new rapid method of determining the thermal diffusivity of materials and finished articles // Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2020, v. 93, № 1, pp. 234-240, https://doi.org/10.1007/s10891-020-02113-8 / Головин Д.Ю., Дивин А.Г., Самодуров А.А., Тюрин А.И., Головин Ю.И. Новый экспресс-способ определения коэффициента температуропроводности материалов и готовых изделий // Инженерно-физический журнал, 2020, т. 93, № 1, с. 240-247, https://elibrary.ru/item.asp?id=42335237
- Golovin D.Yu., Tyurin A.I., Samodurov A.A., Golovin Yu.I., Divin A.G. New express method for measuring the thermal diffusivity of non-metallic materials on an example of zirconium ceramics // Russian Physics Journal, 2019, v. 62, № 6, pp. 1099-1101, https://doi.org/10.1007/s11182-019-01821-w / Головин Д.Ю., Тюрин А.И., Самодуров А.А., Дивин А.Г., Головин Ю.И. Новый экспресс-метод измерения температуропроводности неметаллических материалов на примере циркониевой керамики // Известия вузов. Физика, 2019, т. 62, № 6 (738), с. 159-160, https://doi.org/10.17223/00213411/62/6/159
- Golovin D.Y., Samodurov A.A., Tyurin A.I., Golovin Y.I., Divin A.G. Determination of the thermal diffusivity of materials by a nondestructive express method with the use of step-by-step local heating of the surface and high-speed thermography // Measurement Techniques, 2019, v. 62,№ 8, pp. 714-721, https://doi.org/10.1007/s11018-019-01684-0 / Головин Д.Ю., Дивин А.Г., Самодуров А.А., Тюрин А.И., Головин Ю.И. Определение температуропроводности материалов неразрушающим экспресс-методом с использованием ступенчатого точечного нагрева поверхности и высокоскоростной термографии // Измерительная техника, 2019, № 8, с. 47-52, https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-8-47-52
- Головин Ю.И., Тюрин А.И., Головин Д.Ю., Самодуров А.А. Новые методы контроля и дефектоскопии материалов и конструкций, основанные на анализе нестационарных тепловых полей // В сборнике: Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций. XII международная конференция: Сборник материалов, 2018, с. 409, https://elibrary.ru/item.asp?id=36671223
- Головин Ю.И., Тюрин А.И., Головин Д.Ю., Самодуров А.А., Дивин А.Г. Новый подход и экспресс-метод определения кинетических теплофизических характеристик материалов // В сборнике: Информационно-сенсорные системы в теплофизических исследованиях, 2018, с. 193-195, https://elibrary.ru/item.asp?id=36617067
Патенты
- Патент на изобретение RU 2796794 C1. Способ измерения теплопроводности жидкостей. Авторы: Головин Ю.И., Самодуров А.А., Головин Д.Ю. Дата регистрации: 29.05.2023.
- Патент на полезную модель RU 210253 U1. Устройство для измерения температуропроводности тонких пластин термографическим методом. Авторы: Головин Ю.И., Самодуров А.А., Тюрин А.И., Головин Д.Ю., Дивин А.Г. Дата регистарции: 04.04.2022.
- Патент на изобретение RU 2753620 C1. Способ определения кинетических теплофизических свойств анизотропных композитных материалов. Авторы: Головин Ю.И., Самодуров А.А., Тюрин А.И., Головин Д.Ю. Дата регистарции: 18.08.2021.
- Патент на изобретение RU 2725695 C1. Способ определения температуропроводности оптически прозрачных материалов. Авторы: Головин Ю.И., Самодуров А.А., Тюрин А.И., Головин Д.Ю. Дата регистрации: 03.07.2020.
- Патент на изобретение RU 2701881 C1. Устройство для бесконтактного определения теплофизических свойств твердых тел. Авторы: Головин Ю.И., Самодуров А.А., Тюрин А.И., Головин Д.Ю., Бойцов Э.А. Дата регистрации: 02.10.2019.
- Патент на изобретение RU 2670186 C1. Термографический способ контроля объектов и устройство для его осуществления. Авторы: Головин Ю.И., Головин Д.Ю., Бойцов Э.А., Самодуров А.А., Тюрин А.И. Дата регистрации: 18.10.2018.
- Патент на изобретение RU 2659617 C1. Термографический способ контроля объектов и устройство для его осуществления. Авторы: Головин Ю.И., Головин Д.Ю., Бойцов Э.А., Самодуров А.А., Тюрин А.И. Дата регистрации: 03.07.2018.