Анотація до роботи:

Рудь В.Д. Фізико-механічні засади складних схем обробки тиском та вібраційних процесів в технологіях формування порошкових виробів – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.06 – Порошкова металургія та композиційні матеріали. Інститут проблем матеріалознавства НАН України, м. Київ, 2005 р.

Роботу присвячено вирішенню актуальної науково-технічної проблеми встановлення особливостей незворотного деформування пористих матеріалів при різних видах напруженого стану, оцінці адекватності та межі застосування існуючих гіпотез пластичності пористого середовища, комп’ютерно-імітаційному моделюванню процесів ущільнення порошків та удосконаленню процесів формування виробів на основі оптимізації технології утилізації відходів підшипникового виробництва.

Для реалізації складного навантаження в різних температурно-силових умовах запропоновано принципово нову ідею комбінування крокової і неперервної зміни шарової та девіаторної компонент напружень, що реалізована на спеціалізованому програмно-модульному комплексі, основу якого складає модуль гідростатичного навантаження. Показано, що деформаційні та механічні характеристики порошкових та спечених пористих матеріалів суттєво залежать від історії навантаження.

На основі експериментальних досліджень запропонована нова технологічна схема утилізації відходів підшипникового виробництва та оригінальні технологічні схеми ущільнення порошків з використанням вібраційних коливань просторової форми.

1. Огляд сучасного стану деформаційних технологій порошкової металургії свідчить, що одним з основних факторів, що стримує розрахункову базу та проектування операцій отримання конструкційних виробів складної форми з порошків - є відсутність коректного експериментального обґрунтування поведінки ущільнювальних матеріалів в умовах складних навантажень. Переважна більшість відомих даних не задовольняють вимогу реалізації оптимального розподілу густини та напружено-деформованого стану. Тому їх використання можливе лише для якісної верифікації теоретичних моделей.

2. Для реалізації оптимального навантаження за напруженим станом у різних температурно-силових умовах запропоновано принципово нову ідею комбінування крокової і неперервної зміни шарової та девіаторної компонент напружень на спеціалізованому програмно-модульному комплексі (ЛДТУ). Зокрема, створений комплекс дозволяє випробування трубчастих та суцільних зразків з порошкових, спечених та неспечених матеріалів для модулювання широкого діапазону траєкторій навантаження, що відповідають найбільш поширеним технологіям, які використовуються в порошковій металургії.

3. Розроблені основи загальної методики експериментального дослідження незворотного деформування порошкових та пористих матеріалів, в яких стисливість або розпушливість поєднується із зсувними явищами. Методика дозволяє наочне спостереження із якісним та кількісним контролем ефекту дилатансії.

4. Результати експериментів по програмах пропорційного (радіального) навантаження, які виконані при різних співвідношеннях гідростатичного тиску та інтенсивності дотичних напружень, свідчать, що для досліджених пористих матеріалів гіпотеза єдиної кривої _і(_і) не має місця.

5. На відміну від поглядів, які розповсюджені в порошковій металургії про однозначну залежність поточної густини від гідростатичного тиску, встановлено, що така залежність не є інваріантною і суттєво пов’язана з жорсткістю напружено-деформованого стану, яка характеризується співвідношенням першого інваріанта тензора напружень та другого інваріанта девіатора напружень.

6. Визначено форму поверхні навантаження та її еволюцію для різних шляхів деформування, що характеризує пластичну поведінку пористих спечених та незв‘язаних порошкових матеріалів; зокрема, встановлено, що для спечених матеріалів на основі міді та заліза експериментальні дані відповідають теорії Мартинової-Штерна та Петросяна; для незв‘язаних порошків відповідна поверхня навантаження подібна до тієї, що відповідає концепції Cam – Clаy хоча екстремум поверхні навантаження у площині «гідростатичний тиск-інтенсивність дотичних напружень» може бути суттєво зсунутим в напрямку всебічного стиснення.

7. Експериментально встановлено спроможність використання критерію Писаренка – Лебедєва для оцінки конструкційної міцності спечених і неспечених пористих металів.

8. Вперше розроблені та реалізовані комп’ютерні моделі засипки порошку у пресформи довільної форми, які дозволяють визначити пористість моно- та полідисперсної структури і її топологію залежно від форми часток порошку, моделювати процес пакування часток різноманітного гранулометричного складу з використанням горизонтальних, вертикальних та комбінованих коливань при довільній варіації комбінацій вібраційних параметрів.

9. На підставі моделі сформульовано метод управління та контролю процесом вібраційного пресування. Встановлені оптимальні комбінації коливань різного типу та послідовність їх застосування (історія навантаження), що забезпечують необхідну середню по об‘єму густину та прийнятну топологію розподілу порошку.

10. Розроблено методику, обладнання та програмне забезпечення методу вібраційного формування заготовок з використанням вібромодулів з об’ємним способом збудження коливань і робочим органом на підтиснених пружних оболонках для реалізації багатокомпонентного та просторового (спірально-зворотного) вібраційного навантаження.

11. Встановлено, що особливо ефективним є метод вібропресування з просторовою (спірально-зворотною) формою коливань матриці. Порівняно з однобічним статичним пресуванням віброформування дозволило підвищити міцність отриманих зразків на 100-215% залежно від марки порошку та його фізико-механічних властивостей. Визначено для досліджених порошкових матеріалів оптимальні схеми та режими віброформування.

12. Запропоновано універсальні вібромодулі для реалізації вібропресування заготовок з порошкових матеріалів на стандартному пресовому обладнанні. Виконавчі елементи вібромодулів можуть працювати автономно або бути включеними у спільну гідросистему.

13. Розроблена технологія утилізації шліфувальних відходів підшипникового виробництва, яка відрізняється від класичної схеми тим, що металевий порошок сталі ШХ15 після магнітної сепарації підлягає додатковому обкочуванню та відновлюваному відпалюванню. Отримані порошки сталі ШХ15 відповідають вимогам стандартів за гранулометричним складом та технологічними властивостями. Оптимізація розподілу густини та контроль форми поверхні виробу при радіальному пресуванні забезпечені за рахунок використання методу скінченних елементів.

Публікації автора:

1. Рудь В.Д., Тулашвили Ю.Й. Усыченко С.Ю. Установка высокого давления для исследования свойств материалов при трехосном напряженном состоянии // Физика и техника высоких давлений. – 1993. – Т. 3. – № 3. – С. 155-159.

2. Панфилов Ю.А., Рудь В.Д., Штерн М.Б. Влияние жёсткости схемы нагружения на характер течения пористого материала при двухосных деформациях // Порошковая металлургия. – 1992. – № 7 – С. 14-17.

3. Гуменюк Л.О., Лотиш В.В., Рудь В.Д. Про комп'ютерну модель спікання на прикладі кліткового автомату // Порошковая металлургия. – 1998. – № 7/8. – С. 43-45.

4. Рудь В.Д., Лотиш В.В., Гуменюк Л.О. Про комп’ютерне моделювання пакування часток // Порошковая металлургия. – 2002. – № 5/6. – С. 40-44.

5. Рудь В.Д., Смолянкин О.А, Бодун В.Н. Программно-модульный комплекс для испытаний материалов при сложном нагружении // Порошковая металлургия. – 2004. – № 3/4. – С. 21-25.

6. Рудь В.Д. Використання вібраційних технологій для ущільнення порошкових матеріалів // Вібрації в техніці та технологіях. – 2005. - №2 (44) – С. 22-24.

7. Рудь В.Д., Гальчук Т.Н., Повстяной О.Ю. Использование отходов подшипникового производства в порошковой металлургии // Порошковая металлургия. – 2005. – № 1/2 – С. 106-112.

8. Tkaczuk J., Rud W. Modulowy wibrator na sprezonych powlokach rurowych // Texnologia i automatycacja montazu. – 1995. – № 4(10). – S. 42-44.

9. Мидуков В.З., Рудь В.Д. О состоянии експериментальных исследований пластических деформаций пористих металлов // Реологические модели и процессы деформирования пористых порошковых и композиционных материалов. – К.: Наукова думка, 1985. – С. 61-67.

10. Рудь В.Д., Мартыненко М.Г. Напряженно-деформированое состояние толстостенной трубы из пористого металла // Сб. Исследования по механике деформируемых сред. – Иркутск: ИрПИ/ - 1987. – Вып. 7 – С. 13-19.

11. Тулашвили Ю.Й., Рудь В.Д., Обухов А.В., Мельник И.О. Экспериментальное исследование квазиизостатического метода формования // Сб. "Исследования по механике деформируемых сред". – Иркутск: ИрПИ, 1991. – С. 65-70.

12. Панфилов Ю.А., Рудь В.Д. Двухосная деформация пористых заготовок с начально неоднородным распределением плотности // Физика и механика порошковых материалов: Сб. науч. тр. АН Украины. Ин-т пробл. материаловедения им. И.Н. Францевича. — К.: 1993. — С. 90-99.

13. Ткачук Ю.Я., Рудь В.Д., Самольянов І.І. Механізм вібраційного формування порошкових матеріалів. / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛПІ. – 1994. – Вип. 1. – С. 10-15.

14. Рудь В.Д., Тулашвілі Ю.Й. Теоретичні посилання до проведення дослідів на розтяг об’ємнозмінних матеріалів під впливом гідростатичного тиску / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛПІ. –1995. – Вип. 2. – С. 31-35.

15. Сомов Д.О., Рудь В.Д., Кузьмін В.О. Дослідження жорсткості і пружних зв’язків виконавчого механізму об’ємного гідроприводу на підтиснених оболонках. / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки” – Луцьк: РВВ ЛПІ. – 1996. – Вип. 3. – С. 136-146.

16. Ткачук Ю.Я., Рудь В.Д. Автоматизація розрахунку пористості порошкових матеріалів при формуванні / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛПІ. – 1996. – Вип. 3. – С. 167-169.

17. Рудь В.Д. Векторні властивості структурно-неоднорідних пористих матеріалів / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. – 1999. – Вип. 5. – С. 220-226.

18. Рудь В.Д., Тулашвілі Ю.Й. Дослідження зміцнення і граничної пластичності пористого порошкового матеріалу / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. – 2000. – Вип. 7. – С. 209-213.

19. Ткачук Ю.Я., Кузьмин В.А., Рудь В.Д. К вибрационному формованию порошковых материалов // Физика и механика порошковых материалов: Сб. науч. тр. / АН Украины. Ин-т пробл. материаловедения им. И.Н. Францевича. — К.: 1993. — С. 99-114.

20. Рудь В.Д., Тулашвілі Ю.Й., Бондаренко Р.В. Дослідження впливу технологічних факторів вихідних порошків на ущільнення і міцність пористих матеріалів / Вісник Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” Машинобудування / Відпов. Ред. М.І. Бобир. – К.: НТУУ ”КПІ”. – 2001. – Вип. 40. – С. 255-260.

21. Сомов Д.О., Рудь В.Д., Кузьмін В. О. Автоматизований вимірювальний комплекс для контролю процесів вібраційного ущільнення пористих порошкових матеріалів / Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. – Кременчук: КДПУ. – 2001- Вип. 2(11). – С. 243 – 246.

22. Сомов Д.О., Рудь В.Д., Ткачук Ю.Я. Автоматизований контроль параметрів при вібраційному формуванні порошкових матеріалів / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2001. – Вип. 8. – С. 227-232.

23. Усиченко С.Ю., Заболотний О.В., Рудь В.Д. Деформування пористих осесиметричних заготовок в еластичних оболонках / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. – 2001. Вип. 8. – С. 249-258.

24. Заболотний О.В., Повстяной О.Ю., Рудь В.Д. Розвиток процесів ізостатичного пресування ущільнювальних порошкових середовищ / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. – 2001. – Вип. 9. – С. 152-156.

25. Рудь В.Д. Якісний аналіз схем віброформування сипучих матеріалів. / Міжвуз. зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2002. Вип. 11. – С. 245-248.

26. Дубинка О.М., Рудь В.Д. Побудова розв’язуючих рівнянь на основі змішаного методу скінченних елементів для осесиметричних задач ущільнення порошків // Вісник Рівненського державного технічного університету, B. 3 (16). – Рівне: BB PДТУ. – 2002. – С. 143-149.

27. Рудь В.Д. Вплив вібрації на фізико-механічні характеристики виробів з металевих порошків / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. – 2003. – Вип. 13. – С. 296-302.

28. Заболотний О.В., Рудь В.Д., Богінський Л.С. Виготовлення фільтруючих матеріалів із застосуванням сухого радіально-ізостатичного пресування / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. – 2003. –Вип. 12. – С. 106-123.

29. Сергєєв В.В., Рудь В.Д., Гуменюк Л.О. Дослідження щільності стохастичних упаковок часток при застосуванні вібрацій / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. – 2004. – Вип. 14. – С. 279-288

30. Рудь В.Д. До визначення поверхні навантаження порошкових матеріалів / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. – Луцьк: РВВ ЛДТУ. – 2004. – Вип. 15. – С. 275-281.

31. Рудь В.Д. Вплив історії навантаження на властивості пористих матеріалів / Збірник наукових праць НУВГПК.- Рівно: РВВ НУВГПК. – 2005 - № 2(30). – С.116-120.

32. Рудь В.Д. Аналіз механізму руйнування пористих матеріалів / Вісник Тернопільського технічного університету ім. І. Пулюя. – Тернопіль: РВВ ТТУ. – 2005.- №2, Т.10.- С. 105-110.

33. Дубинка О.М., Рудь В.Д. Методика представлення впливу контактного тертя у скінченноелементному аналізі задач ущільнення порошків у матриці // Трибофатика Матеріали IV міжнародного симпозіуму. –Тернопіль: Вид-во ТДТУ ім. І. Пулюя. – 2002. – Т.2. – C. 719-723.

34. Рудь В., Єжижанський В., Гальчук Т. Дослідження кінетики подрібнення сталі ШХ15. / Математичні проблеми механіки неоднорідних структур: В 2-х т. – Львів. – 2000. – Т. 2. – С. 356-357.

35. Дубинка О., Рудь В. Застосування теорії текучості і методу скінченних елементів в задачах деформування пористих матеріалів / Математичні проблеми механіки неоднорідних структур: В 2-х т. – Львів. – 2000. – Т. 2. – С. 344-346.

36. Рудь В.Д., Гуменюк Л.О. Комп’ютерний аналіз ущільнення сипучих матеріалів. // Сборник трудов международной научно-технической конференции // Машиностроение и техносфера XXI. – Донецк: ДонНТУ, 2004. т.3 – С. 77-80.

37. Тулашвілі Ю., Рудь В., Бондаренко Р. Вплив технологічних характеристик вихідних порошків на міцність пористих матеріалів / Математичні проблеми механіки неоднорідних структур: В 2-х т. – Львів. – 2000. – Т. 2. – С.358-360.

38. Рудь В.Д., Гальчук Т.Н. К проблеме утилизации отходов машиностроительного производства / Труды третьей Международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий». – Кацивели. – 2004. – С. 539.

39. Пристрій для пресування порошків: Патент на винахід 34770 А. Україна. МКИ 6 В22 F 3 / 02 / В.Д. Рудь, С.О. Стречен. – № 99073812; Заявл. 06.07.99; Опубл. 15. 03. 2001., Бюл. № 2.- 5 с.

40. Пристрій для вібраційного пресування виробів з металевих порошків: Патент на винахід 18095 А. Україна. МКИ 6 В22 F 3 / 02 / Ю.Я Ткачук, В.О. Кузьмін, В.Д. Рудь, О.О. Сергеев. – № 93007602; Заявл. 30.06.93; Опубл. 31. 06. 97., Бюл. № 15.- 3 с.

41. Пристрій для сухого радіально-ізостатичного пресування порошкових матеріалів на матрицю: Патент на винахід 63675 А. Україна. МКИ 7 В22 F 3 / 04 / В.Д. Рудь, О.О. Заболотний О.В., Повстяной О.Ю. – № 2003054869; Заявл. 28.05.03; Опубл. 15. 01. 04., Бюл. № 1. – 3 с.

42. Пристрій для сухого радіально-ізостатичного пресування порошкових матеріалів: Патент на винахід 63676 А. Україна. МКИ 7 В22 F 3 / 04 / В.Д. Рудь, О.О. Заболотний О.В., Повстяной О.Ю. – № 2003054870; Заявл. 28.05.03; Опубл. 15. 01. 04., Бюл. № 1. – 3 с.

43. Спосіб отримання металевого порошку з шламових відходів підшипникового виробницства: Патент на винахід 63558 А. Україна. МКИ 7 В22 F 3 / 04 / В.Д. Рудь, Т.Н. Гальчук, Повстяной О.Ю. - № 2003054065; Заявл. 06.05.03; Опубл. 15. 01. 04., Бюл. № 1.- 3 с.

44. Фільтр: Патент на корисну модель 4623 U. Україна. МКИ 7 В01D35/02 / В.Д. Рудь, О.Ю. Повстяной., О.В. Забо-лотний – № 20040705210; Заявл. 01.07.04; Опубл. 17. 01. 05., Бюл. № 1. – 3 с.

45. Гуменюк Л.А., Лотыш В.В., Рудь В.Д. Некоторые аспекты использования клеточных автоматов для моделирования уплотнения монодисперсних материалов // Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии: Тез. докл. междун. конф. – Киев, 1997. – С.9.

46. Гуменюк Л.А., Лотыш В.В., Рудь В.Д. К вопросу о регулярности пористой структуры // «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий»: Тез. докл. междун. конф. - Кацивели. – 2000. – С. 5.

47. Смолянкін О.О., Рудь В.Д. До методики визначення механічних характеристик структурно-неоднорідних матеріалів при складному навантаженні / Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском: Тез. докл. міжн. наук.-прак. – Вінниця, 2001. – С. 36.

48. Рудь В.Д., Тулашвили Ю.Й. Дослідження зміцнення і граничної пластичності пористого порошкового матеріалу / Сучасні проблеми інженерної механіки: Тез. докл. міжн. сімп. – Луцьк, 2000. – С. 40.