Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания
Показується можливiсть синтезу математичної моделi технологiї виробництва сталi, який здiйснюється на основi даних, одержаних емпiричним шляхом. Такий пiдхiд дозволяє здiйснити гiпотетичне прогнозування механiчних властивостей матерiалу, що проектується. This article shows a possibility of the synth...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8655 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания / В.И. Большаков, Ю.И. Дубров, Е.Ю. Жевтило // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 103-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859652997226692608 |
|---|---|
| author | Большаков, В.И. Дубров, Ю.И. Жевтило, Е.Ю. |
| author_facet | Большаков, В.И. Дубров, Ю.И. Жевтило, Е.Ю. |
| citation_txt | Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания / В.И. Большаков, Ю.И. Дубров, Е.Ю. Жевтило // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 103-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Показується можливiсть синтезу математичної моделi технологiї виробництва сталi, який здiйснюється на основi даних, одержаних емпiричним шляхом. Такий пiдхiд дозволяє здiйснити гiпотетичне прогнозування механiчних властивостей матерiалу, що проектується.
This article shows a possibility of the synthesis of a mathematical model of steel production technology which is implemented on the basis of empirical data. Such an approach gives opportunity of making the hypothetical forecast of mechanical properties of a material that is projected.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:36:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
6 • 2009
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 519.21
© 2009
В.И. Большаков, Ю. И. Дубров, Е. Ю. Жевтило
Эмпирическое прогнозирование качественных
характеристик материала на предпроектной стадии
его создания
(Представлено академиком НАН Украины М.И. Гасиком)
Показується можливiсть синтезу математичної моделi технологiї виробництва ста-
лi, який здiйснюється на основi даних, одержаних емпiричним шляхом. Такий пiдхiд
дозволяє здiйснити гiпотетичне прогнозування механiчних властивостей матерiалу,
що проектується.
При современном уровне экономической и научно-технической поддержки производства
перед разработчиками новых и совершенствовании действующих технологий стоят задачи
выбора такого хода технологического процесса, при котором удовлетворялись бы все тре-
бования к качеству целевого продукта при минимизации его возможных потерь. Например,
в практике производства стали с заданными механическими свойствами часто наблюдает-
ся ситуация, при которой даже незначительные изменения процентного содержания ком-
понент или незначительные отклонения от заданного технологического режима приводят
к относительно большим изменениям ее механических свойств. Данный факт лишний раз
подтверждает известный постулат теории катастроф, согласно которому для сложных сис-
тем относительно малые изменения одного из определяющих параметров могут привести
систему к “катастрофе” [1]. До настоящего времени предсказания подобных явлений бази-
ровались, в основном, на специально поставленных экспериментах, что приводило к относи-
тельно большим временным и материальным затратам. Во избежание этого, нами предла-
гается применение эмпирического прогнозирования, которое базируется на информации,
являющейся откликами экспертов (специалистов в заданной предметной области) на по-
ставленные по специально сформированному плану вопросы. В качестве плана, по которому
формируются вопросы к экспертам, предлагается рассматривать строки матрицы плани-
рования [2], каждая из которых, представляет исходные данные для проведения экспертом
мысленного опыта (например, в каждой строке матрицы указывается процентное содержа-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №6 103
ние компонент металла и технологический режим его производства) с предсказанием им
результатов этого опыта, в частности, в виде численного значения какого-либо механиче-
ского свойства, присущего исследуемому металлу. Такой подход позволяет получать гипо-
тетические уравнения, описывающие, например, зависимость механических свойств стали
от управляемых переменных, с их прогнозированием.
В дальнейшем применение такого способа эмпирического прогнозирования может яв-
ляться исходным для решения многокритериальной задачи с качественно неоднородными
критериями [3].
Для проверки работоспособности и эффективности предлагаемого способа эмпирическо-
го прогнозирования была выбрана технология производства стали 35ХМ, которая приме-
няется для изготовления валов, шестерней, фланцев, дисков, штоков и других деталей, ра-
ботающих в условиях больших нагрузок и скоростей при температурах 450–500 ◦С. Управ-
ляемые переменные для этой марки стали приведены в матрице (табл. 1)1, где для каждой
из них также приведены: основной уровень (ОУ); интервал варьирования (ИВ); верхний
уровень (ВУ) и нижний уровень (НУ).
Поскольку матрица планирования представлена строками, каждая из которых — это
конкретный мысленный опыт, эксперту предлагалось проставить в каждой строке этой
матрицы вероятные численные значения критериев из заданного диапазона их возможных
значений, где Y1 — предел текучести; Y2 — предел прочности; Y3 — относительное удли-
нение; Y4 — относительное сужение; Y5 — ударная вязкость; Y6 — твердость по Бринеллю.
Экспертам предлагалось оценить влияние каждой управляемой переменной на конкретное
механическое свойство стали 35ХМ по шкале от 0 до 1. Самое большое влияние переменной
оценивалось как −1
2. В табл. 2 представлены усредненные оценки, которые дали три неза-
висимых эксперта. При этом результаты экспертизы, которые можно было отнести к сомни-
тельным, из анализа исключались [4]. Достоверность этих результатов определялась про-
граммой, в которую был заложен алгоритм нахождения так называемой ε-полосы. В ε-по-
лосу попадают близкие к равным оценки, которые из анализа исключались (см., напр., [4]).
В помощь экспертам введена подсказка (см. табл. 2), в которую включены теоретические
предпосылки, поясняющие механизм влияния переменных на механические свойства иссле-
дуемой стали (см., напр., [5–7]). Полученная от экспертов гипотетическая степень влияния
управляемых переменных на механические свойства стали 35ХМ учитывалась при опреде-
лении численных значений этих свойств в каждой строке матрицы (см. табл. 1, столбцы 8,
10, 12, 14, 16, 18).
Для проверки точности предсказания из данных, характеризующих работу исследуемо-
го технологического режима за относительно большой промежуток времени, были выбраны
такие, которые оказались относительно близкими к нескольким строкам матрицы (табл. 1,
строки 2, 7, 14), результаты которых записаны в столбцах 9, 11, 13, 15, 17, 19. Приведенные
значения механических свойств для изделий из стали 35ХМ получены после термообрабо-
тки, а конкретно — после закалки (850◦), отпуска (560◦) (ГОСТ 8479–70).
Относительная сходимость нескольких прогнозируемых значений механических свойств
стали 35ХМ с результатами пассивных экспериментов показывает работоспособность пред-
лагаемого способа гипотетического прогноза, который желательно применять на предпро-
1Исходные данные для данной задачи получены на Днепропетровском заводе ОАО “ДНЕПРОТЯЖ-
МАШ”, где также проводились пассивные эксперименты.
2В дальнейшем эти оценки нормируются.
104 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №6
Таблица 1
ОУ 0,36 0,27 0,55 0,95 0,2 0,2
НВ, МПа G0,2, МПа GВ, Мпа δ, % ψ, %
KCU,
Дж/см2
ИВ 0,04 0,1 0,15 0,15 0,05 0,1
ВУ 0,40 0,37 0,7 1,1 0,25 0,3
НУ 0,32 0,17 0,4 0,8 0,15 0,1
Принятые
обозначения
С, % Si, % Mn, % Cr, % Mo, % Ni, %
Код X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 Y1ст Y1эксп Y2ст Y2эксп Y3ст Y3эксп Y4ст Y4эксп Y5ст Y5эксп Y6ст Y6эксп
№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
1 + + + + + + + 244,65 617,66 736,88 15,67 42,89 88,96
2 + + + + – + + 221,03 229 414,84 625 573,13 597 14,61 17 30,46 34 86,86 78
3 + + + – + + – 224,54 562,34 655 13,02 40,41 80,43
4 + + + – – + – 210,92 459,53 591,25 11,95 37,97 75,32
5 + + – + + – + 205,56 422,66 627,5 10,05 35,03 81,61
6 + + – + – – + 212,38 419,84 563,75 9,98 42,60 79,5
7 + + – – + – – 230,89 239 497,34 520 645,63 720 15,39 14 58,54 64 91,07 85
8 + + – – – – – 207,47 464,53 481,88 8,33 13,11 88,96
9 + – + + + – – 197,33 533,28 591,25 15,67 42,89 61,11
10 + – + + – – – 194,30 430,47 597,5 14,61 30,46 79
11 + – + – + – + 210,81 577,97 609,38 13,02 40,41 82,57
12 + – + – – – + 208,78 475,16 445,63 11,95 27,97 78,46
13 + – – + + + – 219,68 522,03 655,63 15,67 55,89 101,6
14 + – – + – + – 233,78 241 585,05 575 781,88 750 14,61 16 47,46 53 79,5 87
15 + – – – + + + 213,16 256,72 563,75 13,02 40,41 91,07
16 + – – – – + + 206,87 246,09 431,11 11,95 27,97 88,96
IS
S
N
1
0
2
5
-6
4
1
5
Д
о
п
о
в
iд
i
Н
а
ц
iо
н
а
л
ь
н
о
ї
а
к
а
д
ем
iї
н
а
у
к
У
к
ра
їн
и
,
2
0
0
9
,
№
6
105
Таблица 2
Влияние управляемой переменной на механические свойства стали 35ХМ
Принятая экспертами степень влияния
управляемых переменных на механические
свойства стали при увеличении этих
переменных в пределах заданных границ
НВ G0,2 GВ δ ψ KCU
Повышение содержания углерода в стали приводит к повышению ее твердости. Вли-
яние углерода проявляется в изменении механических свойств сталей. Структура
стали после медленного охлаждения состоит из двух фаз — феррита и цементи-
та. Содержание цементита в ней прямо пропорционально содержанию углерода в
сплаве. Поскольку феррит пластичен, а цементит тверд и хрупок, прочность и твер-
дость стали с ростом содержания углерода растут. При содержании углерода выше
1% прочность стали вновь начинает снижаться, так как выделяющийся на границах
зерен вторичный цементит образует сплошную сетку, которая становится очагом
хрупкого разрушения из-за концентрации напряжений на границах зерен
0,5 0,25 0,25 −0,25 −0,25 −0,5
Увеличение процентного содержания марганца в стали повышает ее механические
свойства, особенно упругие, а также повышает ее твердость. С другой стороны,
содержание марганца в стали увеличивает ее хрупкость. Все это действительно при
содержании марганца не более 1,5%
0,2 −0,4 0,2 0,2 0,2 0,4
Увеличение процентного содержания никеля в стали увеличивает ее прокаливае-
мость, жаропрочность и жаростойкость, уменьшает хрупкость, измельчает зерно,
способствуя повышению пластичности и вязкости, а также увеличивает ее твердость
−0,3 −0,3 0,3 0,3 0,2 0,2
Повышение процентного содержания хрома в стали повышает ее стойкость к отпу-
ску, прокаливаемость, а также окалиностойкость; способствует увеличению хрупко-
сти при отпуске, что приводит к снижению твердости
−0,5 0,5 0,2 0,2 0,1 0,3
Молибден — это сильный карбидообразователь, который снижает критическую ско-
рость закалки стали, повышая ее прокаливаемость даже при содержании молибдена
0,5. . . 0,8%. Он измельчает зерно, увеличивает вязкость, стойкость к отпуску, снижа-
ет ползучесть и хрупкость при отпуске, что обусловливает увеличение ее твердости
0,15 0,15 0,3 0,3 −0,3 0,2
Процентное содержание кремния в стали способствует ее графитизации, понижа-
ет чувствительность к закалке и повышает стойкость к отпуску, износостойкость,
упругость, а, следовательно, повышает ее твердость [7]
0,2 0,2 0,15 0,15 0,3 0,4
106
IS
S
N
1
0
2
5
-6
4
1
5
R
epo
rts
o
f
th
e
N
a
tio
n
a
l
A
ca
d
em
y
o
f
S
cien
ces
o
f
U
kra
in
e,
2
0
0
9
,
№
6
Рис. 1
ектной стадии формирования той или иной технологии. Так, например, для технологии
производства стали 35ХМ были получены уравнения (1)–(6) описывающие зависимости ме-
ханических свойств данной марки стали как функции управляемых переменных. Анализ
этих уравнений позволил построить суммарную гистограмму (рис. 1), показывающую гипо-
тетическое влияние каждой управляемой переменной на показатели механических свойств
стали 35ХМ, что в дальнейшем делает возможным определение области “компромисса” кри-
териев многокритериальной задачи [3]
Y1 = 124X0 + 37,576X1 + 15,030X2 + −22,545X3 − 37,576X4 + 11,273X5 +
+ 15,030X1X5, (1)
Y2 = 290,937X0 + 38,281X1 − 61,250X2 − 45,938X3 + 76,563X4 + 22,969X5 −
− 61,250X1X5, (2)
Y3 = 327,5X0 + 65,500X1 + 52,400X2 + 78,600X3 + 52,400X4 + 78,600X5 +
+ 52,400X1X5, (3)
Y4 = 10,560X0 − 1,600X1+ 1,280X2+ 1,920X3+ 1,280X4+ 1,920X5+ 1,280X1X5, (4)
Y5 = 31,071X0 − 5,357X1+ 4,286X2+ 4,286X3+ 2,143X4+ 6,429X5+ 4,286X1X5, (5)
Y6 = 36,875X0 − 9,219X1+ 7,375X2+ 3,687X3+ 5,531X4+ 3,687X5+ 7,375X1X5. (6)
1. Постон Т., Стюарт И. Теория катастроф и ее приложения. – Москва: Мир, 1980. – 780 с.
2. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. –
Москва: Наука, 1965. – 340 с.
3. Большаков В.И., Дубров Ю.И. Решение многокритериальной задачи металловедения с качественно
неоднородными критериями // Доп. НАН України. – 2002. – № 3. – С. 190–197.
4. Дубров Ю.И., Путилов В.М., Тарханов В.К. Об одном методе повышения согласованности экспер-
тной оценки. – Пермь: НИИ управляющих машин и систем, 1988. – С. 36–45.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №6 107
5. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для высших учебн. заведений. – 5-е изд., перераб. и доп. –
Москва: Металлургия, 1978. – 648 с.
6. Позняк Л.А. Инструментальные стали. – Киев: Наук. думка, 1996. – 488 с.
7. Дурнев В.Д., Сапунов С.В., Федюкин В.К. Экспертиза и управление качеством промышленных
материалов. – СПб.: Питер, 2004. – 254 с.
8. Пинчук Л.С., Струк В.А., Мышкин Н.К., Свириденюк А.И. Материаловедение и конструкционные
материалы. – Минск: Выш. шк., 1989. – 461 с.
Поступило в редакцию 01.08.2008Приднепровская государственная академия
строительства и архитектуры, Днепропетровск
V. I. Bol’shakov, Yu. I. Dubrov, E. Yu. Zhevtilo
Empirical forecasting of qualitative characteristics of a material on the
preprojecting stage
This article shows a possibility of the synthesis of a mathematical model of steel production tech-
nology which is implemented on the basis of empirical data. Such an approach gives opportunity of
making the hypothetical forecast of mechanical properties of a material that is projected.
108 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8655 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:36:15Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Большаков, В.И. Дубров, Ю.И. Жевтило, Е.Ю. 2010-06-14T10:22:41Z 2010-06-14T10:22:41Z 2009 Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания / В.И. Большаков, Ю.И. Дубров, Е.Ю. Жевтило // Доп. НАН України. — 2009. — № 6. — С. 103-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8655 519.21 Показується можливiсть синтезу математичної моделi технологiї виробництва сталi, який здiйснюється на основi даних, одержаних емпiричним шляхом. Такий пiдхiд дозволяє здiйснити гiпотетичне прогнозування механiчних властивостей матерiалу, що проектується. This article shows a possibility of the synthesis of a mathematical model of steel production technology which is implemented on the basis of empirical data. Such an approach gives opportunity of making the hypothetical forecast of mechanical properties of a material that is projected. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Матеріалознавство Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания Empirical forecasting of qualitative characteristics of a material on the preprojecting stage Article published earlier |
| spellingShingle | Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания Большаков, В.И. Дубров, Ю.И. Жевтило, Е.Ю. Матеріалознавство |
| title | Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания |
| title_alt | Empirical forecasting of qualitative characteristics of a material on the preprojecting stage |
| title_full | Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания |
| title_fullStr | Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания |
| title_full_unstemmed | Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания |
| title_short | Эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания |
| title_sort | эмпирическое прогнозирование качественных характеристик материала на предпроектной стадии его создания |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8655 |
| work_keys_str_mv | AT bolʹšakovvi émpiričeskoeprognozirovaniekačestvennyhharakteristikmaterialanapredproektnoistadiiegosozdaniâ AT dubrovûi émpiričeskoeprognozirovaniekačestvennyhharakteristikmaterialanapredproektnoistadiiegosozdaniâ AT ževtiloeû émpiričeskoeprognozirovaniekačestvennyhharakteristikmaterialanapredproektnoistadiiegosozdaniâ AT bolʹšakovvi empiricalforecastingofqualitativecharacteristicsofamaterialonthepreprojectingstage AT dubrovûi empiricalforecastingofqualitativecharacteristicsofamaterialonthepreprojectingstage AT ževtiloeû empiricalforecastingofqualitativecharacteristicsofamaterialonthepreprojectingstage |