Сведения о ходе выполнения проекта в рамках реализации федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы"

Разработка новых подходов к повышению однородности пластической деформации

Исследование и разработка технологии управления интенсивностью потоков данных в беспроводной самоорганизующейся сети специального назначения на основе гибридного нейро-нечеткого подхода, реализованного на сетевом и транспортном уровнях операционной систем
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить

Разработка вариативной части образовательной программы ординатуры по специальности 33.08.01 «Фармацевтическая технология» и комплекса образовательных модулей
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить / Загрузить

Разработка технологии получения нового поколения комбинированных голограммных и дифракционных оптических элементов с изменяемыми оптическими характеристиками на основе тонкопленочных наноматериалов и наноструктурированных стекол
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить

Разработка технологии для субтрактивной обработки многослойных гетерогенных структур с нанометровой точностью позиционирования исполнительных механизмов
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить

Разработка и фармакологическая оценка соединений фенольной природы, содержащих непосредственно связанные гетероатомные и/или гетероциклические структурные фрагменты - потенциальных эндотелиопротекторов с новым механизмом действия
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить

Исследование и разработка технологии построения закрытых виртуальных сред организации распределенных информационно-вычислительных ресурсов в глобальном сетевом пространстве
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить / Загрузить

Исследования и разработка новой цифровой портативной фото/видео аппаратуры для панорамной съемки
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить

Разработка нового поколения многофазных наноструктурированных автолистовых сталей с аустенитной матрицей, обеспечивающих повышенный уровень эксплуатационных свойств при общем снижении удельных затрат
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить

Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей с улучшенным комплексом механических свойств

Разработка экономно легированного медного сплава и технологии производства из него трапецеидальных профилей с наноструктурой для изготовления коллекторных пластин
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить

Разработка жаропрочных мартенситных сталей для тепловых электростанций
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить

Разработка новых аустенитных нержавеющих конструкционных сталей, в том числе упрочненной дисперсными наночастицами, для работы при низких температурах в морской воде
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить

Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов для производства дисков автомобильных колес
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить

Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить

Подробное описание проектов

Разработка новых подходов к повышению однородности пластической деформации


В начало

Контактная информация: Руководитель: д.ф-м.н., Р.О. Кайбышев

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.587.21.0018

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов.

Период выполнения: 11.11.2015 – 31.12.2016.

Плановое финансирование проекта: 26.00 млн. руб

  • Бюджетные средства 13 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 13 млн. руб.

Получатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)

Иностранный партнер: Университет Лотарингии

Ключевые слова: Перспективные конструкционные материалы, наноструктурные материалы, алюминиевые сплавы, интенсивная пластическая деформация, равноканальное угловое прессование, измельчение зерен, прокатка, динамическое деформационное старение, Портевен-Ле Шателье, прерывистая текучесть, шероховатость, прочность, пластичность, частицы.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «11» июня 2015 г. № 14.587.21.0018 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-20 гг.» на этапе № 1 в период с 11 ноября по 31 декабря выполнялись следующие работы:

  1. Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках исследований, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты) - не менее 15 научно-информационных источников за период 2010-15 гг..;
  2. Проведение патентных исследований;
  3. Разработка программы и методик испытания образцов перспективных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии;
  4. Подготовка экспериментальных образцов трех перспективных алюминиевых сплавов, принадлежащих к 5ХХХ серии алюминиевых сплавов: 1) AlMg сплава; 2) AlMgMnSc сплава с когерентными наночастицами; 3) AlMgMnZr сплава с некогерентными наночастицами;
  5. Математическое моделирование химического состава при помощи программы ThermoCalc;
  6. Определение химического и фазового состава, структурного состояния перспективных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии в исходном (крупнозернистом) состоянии;
  7. Подготовка экспериментальных образцов перспективных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии для статических испытаний на растяжение;
  8. Измерение твердости и проведение механических статических испытаний на растяжение при комнатной температуре экспериментальных образцов перспективных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии в крупнозернистом состоянии;
  9. Равноканальное угловое прессование трех перспективных алюминиевых сплавов, принадлежащих к 5ХХХ серии алюминиевых сплавов: 1) AlMg сплава; 2) AlMgMnSc сплава с когерентными наночастицами; 3) AlMgMnZr сплава с некогерентными наночастицами, до различных степеней деформации (ɛ~8-12);

Были получены следующие результаты:

Исследованы микроструктура и механические свойства экспериментальных образцов трех перспективных алюминиевых сплавов, принадлежащих к 5ХХХ серии алюминиевых сплавов: 1)AlMg сплава; 2)AlMgMnSc сплава с когерентными наночастицами; 3)AlMgMnZr сплава с некогерентными наночастицами; в исходном состоянии. Получены данные по химическому и фазовому составу исследуемых сплавов. Проведено равноканальное угловое прессование трех перспективных алюминиевых сплавов, принадлежащих к 5ХХХ серии алюминиевых сплавов. При совместных работах с иностранным партнером был получен комплексный анализ квазистатических механических свойств алюминиевого сплава 5ХХХ серии, содержащего когерентные наночастицы, в исходном состоянии и после РКУП. Выявлены особенности распространения полос деформации в материале до и после РКУП. Проведен анализ акустической эмиссии, сопровождающей пластическую деформацию, и влияния деформации на фазовый состав, механическое поведение и свойства алюминиевого сплава 5ХХХ серии, содержащего когерентные наночастицы. Полученные данные были обсуждены с иностранным партнером.

1) Основные характеристики полученных результатов (в целом и/или отдельных элементов), созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции.

Установлено, что низколегированный AlMg сплав на основе твердого раствора не содержит частиц вторых фаз. По результатам испытания на растяжение экспериментальных образцов AlMg сплава в исходном состоянии было установлено, что условный придел текучести составляет 63 МПа, предел прочности 180 МПа, при этом относительное удлинение составило 28.0%. Деформационная кривая характеризуется типом В. Эффект ПЛШ в AlMg сплаве начинает проявляться, когда относительное удлинение достигает ~0,8%.

Установлено, что AlMgMnSc сплав содержит два типа частиц: Al6Mn и Al3(Sc,Zr), По результатам испытания на растяжение экспериментальных образцов AlMgMnSc сплава в исходном состоянии было установлено, что условный придел текучести составляет 235 МПа, предел прочности 380 МПа, при этом относительное удлинение составило 18.0%. Деформационная кривая характеризуется смешанным типом А+В зубчатости. Эффект ПЛШ в AlMgMnSc сплаве начинает проявляться, когда относительное удлинение достигает ~ 3%.

В сплаве AlMgMnZr было выявлено наличие двух типов частиц Al6Mn и Mg2Si. По результатам испытания на растяжение экспериментальных образцов AlMgMnZr сплава в исходном состоянии было установлено, что условный придел текучести составляет 130 МПа, предел прочности 285 МПа, при этом относительное удлинение составило 27.0%. Деформационная кривая характеризуется типом В. Эффект ПЛШ в AlMgMnZr сплаве начинается проявляться, когда относительное удлинение достигает ~ 1,6%.

2) Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявших методик и решений.

Результаты, полученные при выполнении первого этапа проекта, являются новыми в масштабе Российской Федерации, так как работы по устранению эффекта Портвена-Ле Шателье (ПЛШ) в Российской Федерации не велись.

3) Подтверждение соответствия полученных результатов требованиям к выполняемому проекту.

Полученные результаты полностью соответствуют требованиям к выполняемому проекту. Получены экспериментальные образцы трех перспективных алюминиевых сплавов, принадлежащих к 5ХХХ серии алюминиевых сплавов. Проведены микроструктурные исследования и механические испытания перспективных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии в исходном состоянии. Проведено равноканальное угловое прессование трех перспективных алюминиевых сплавов, принадлежащих к 5ХХХ серии алюминиевых сплавов.

4) Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

Результаты 1-го этапа проекта «Разработка новых подходов к повышению однородности пластической деформации» были получены с применением современного высокотехнологического оборудования при участии группы французских ученых под руководством известного приглашенного ученого Mikhail Lebedkin, что обеспечивает уровень результатов сопоставимый с мировым.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В начало

Исследование и разработка технологии управления интенсивностью потоков данных в беспроводной самоорганизующейся сети специального назначения на основе гибридного нейро-нечеткого подхода, реализованного на сетевом и транспортном уровнях операционной систем



В начало

Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.578.21.0138

Тема: «Исследование и разработка технологии управления интенсивностью потоков данных в беспроводной самоорганизующейся сети специального назначения на основе гибридного нейро-нечеткого подхода, реализованного на сетевом и транспортном уровнях операционной системы»

Приоритетное направление: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика; Транспортные и космические системы; Науки о жизни; Индустрия наносистем; Рациональное природопользование; Информационно-телекоммуникационные системы

Критическая технология: Технологии информационных, управляющих, навигационных систем

Период выполнения: 28.10.2015 - 31.12.2017

Плановое финансирование проекта: 37.79 млн. руб.

  • Бюджетные средства 17.00 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 20.79 млн. руб.

Получатель: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью «СКБ Информационные технологии»

Ключевые слова: Беспроводная самоорганизующаяся сеть специального назначения, потоки данных, интенсивность, отправка данных, повторные передачи, отбрасывание пакетов, нейро-нечеткая система, операционная система, оперативность доставки данных, чрезвычайные ситуации

1 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 28.10.2015 № 14.578.21.0138 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 28.10.2015 по 31.12.2015 выполнялись следующие работы:

  • аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР;
  • проведение анализа современных подходов и методов повышения производительности телекоммуникационных сетей;

  • патентные исследования в рамках задачи проекта;
  • разработка принципов управления интенсивностью потоков данных в беспроводной самоорганизующейся сети специального назначения (БСССН) на основе применения нейро-нечетких систем;
  • разработка математической модели передачи информационных потоков в БСССН;
  • разработка имитационных моделей управления интенсивностью потоков данных на основе существующих алгоритмов;
  • проведение аналитических исследований программно-аппаратной архитектуры средств управления интенсивностью потоков данных на транспортном и сетевом уровнях модели OSI;
  • разработка функциональной модели управления интенсивностью потоков данных в БСССН.

При этом были получены следующие результаты:

1. Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей исследуемую в рамках ПНИЭР научно-техническую проблему, включает обзор более 15 статей, опубликованных в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографий и других научных информационных источников за период 2011 – 2015 гг.

Аналитический обзор показал, что беспроводные самоорганизующиеся сети, базирующиеся на технологии MANET, могут служить основой для создания перспективных телекоммуникационных сетей, нацеленных на решение задач специального назначения. Возможность доставки информации в условиях случайной топологии, высокая живучесть и быстрота развертывания составляют главные достоинства ad-hoc сетей.

2. Анализ современных подходов и методов повышения производительности телекоммуникационных сетей. Результаты проведенного анализа показали, что для повышения производительности БСССН в процессе доставки данных целесообразно разработать теоретически обоснованные алгоритмы управления интенсивностью потоков данных, базирующиеся на адаптивном изменении задержки отправки информационных пакетов в сеть, тайм-аута повторной передачи и вероятности отбрасывания пакетов, поступающих в маршрутизаторы. При этом реализация создаваемых алгоритмов должна быть совместимой с существующими стандартами телекоммуникационных сетей (при необходимости, должна быть предусмотрена возможность их интеграции в инфраструктуру Интернет).

3. Отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. Проведенные патентные исследования содержат анализ существующих технологических решений, ориентированных на повышение производительности телекоммуникационных сетей.

Проведенный патентный поиск среди патентов на изобретения позволяет судить о патентоспособности разрабатываемой технологии управления интенсивностью потоков данных в БСССН: рассмотренные аналоги не обладают необходимым функционалом, позволяющим решать задачи настоящего исследования.

4. Принципы управления интенсивностью потоков данных в БСССН на основе применения нейро-нечетких систем. Разработанные принципы предназначены для модификации механизма управления интенсивностью отправки и повторной передачи данных на транспортном уровне и механизма управления интенсивностью отбрасывания данных на сетевом уровне операционной системы узлов БСССН. Эти принципы базируются на моделях нечеткого вывода Сугено нулевого и первого порядков и многослойной нейронной сети прямого распространения.

5. Описание математической модели передачи информационных потоков в БСССН. Разработанная математическая модель позволяет вычислять количественные показатели, характеризующие эффективность передачи данных в БСССН при использовании алгоритмов управления интенсивностью потоков данных. В результате применения математической модели могут быть получены следующие величины:

  • длительности ожидания квитанции узлом-источником;
  • количества избыточных повторных передач, выполненных в процессе передачи потока данных;
  • количества пакетов, поступивших в течение заданного времени для передачи по каналу сети;
  • количества пакетов, претендовавших на передачу по каналу сети и отброшенных в течение заданного времени;
  • количества и текущей задержки пакетов данных в очереди канала сети;
  • текущей пропускной способности заданного контура, доступной для передачи потока данных;
  • времени передачи потока данных по каналам БСССН.

6. Описание имитационных моделей управления интенсивностью потоков данных на основе существующих алгоритмов. Разработанные имитационные модели предназначены для проведения расчетных экспериментов и последующей оценки эффективности применения в БСССН существующих алгоритмов отправки и повторной передачи данных узлами-источниками, а также алгоритмов раннего обнаружения перегрузки.

Имитационные модели разработаны в графической интерактивной среде Simulink пакета прикладных программ MATLAB и обеспечивают визуализацию моделируемых процессов на требуемом уровне детализации.

7. Аналитический отчет об исследовании программно-аппаратной архитектуры средств управления интенсивностью потоков данных на транспортном и сетевом уровнях модели OSI. В результате аналитических исследований определены назначение, состав, технические характеристики и особенности функционирования программно-аппаратной архитектуры средств управления интенсивностью потоков данных на транспортном и сетевом уровнях модели OSI.

8. Описание функциональной модели управления интенсивностью потоков данных в БСССН. Разработанная функциональная модель отражает взаимосвязи, учитывающие влияние различных процессов и факторов на величины, характеризующие эффективность отправки и повторной передачи данных узлами-источниками, а также эффективность отбрасывания данных транзитными узлами в исследуемой сети.

Более подробная информация о результатах реализации проекта приведена в резюме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В начало

Разработка вариативной части образовательной программы ординатуры по специальности 33.08.01 «Фармацевтическая технология» и комплекса образовательных модулей


В начало
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить / Загрузить

Тема проекта: «Разработка образовательной программы ординатуры по специальности 33.08.01 «Фармацевтическая технология» с направленностью (профилем) «Технология твердых лекарственных форм: многокомпонентных, с модифицированным высвобождением» и комплекса образовательных модулей (для образовательных программ ординатуры, аспирантуры, программ дополнительного образования) для реализации непрерывного образования в области экспериментальной фармакологии и фармацевтической химии»»

Номер Государственного контракта: № 05.P14.12.0005

Руководитель: д.мед.н., профессор М.В. Покровский

Ответственный исполнитель: к.фарм.н., ст. преподаватель кафедры фармакологии, руководитель лаборатории фармакокинетики Центра доклинических и клинических исследований НИУ "БелГУ" Т.В. Автина

Период выполнения 1-го этапа:13.11.2014 - 16.12.2014 г.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Ключевые слова: вариативная часть образовательной программы ординатуры «Технология твердых лекарственных форм, многокомпонентных, с модифицированным высвобождением», образовательный модуль, профессиональные компетенции, карты компетенций, рабочая учебная программа, биоэквивалентность лекарственных препаратов, доклинические исследования лекарственных средств.

Основные результаты по 1 этапу:

  • составлена аналитическая справка по результатам анализа предметной области и задач профессиональной деятельности в области проведения доклинических исследований лекарственных средств, биоэквивалентности лекарственных препаратов, а также в области исследования, разработки и производства твердых лекарственных форм;
  • на основании анализа требований, предъявляемых работодателями к выпускникам организаций высшего образования в области проведения доклинических исследований лекарственных средств, биоэквивалентности лекарственных препаратов, а также в области исследования, разработки и производства твердых лекарственных форм определены перечень задач профессиональной деятельности и набор профессиональных компетенций выпускника образовательной программы ординатуры и комплекса образовательных модулей; разработан паспорт профессиональных компетенций образовательной программы ординатуры «Технология твердых лекарственных форм: многокомпонентных, с модифицированным высвобождением». Для каждой профессиональной компетенции выпускника образовательной программы ординатуры и образовательных модулей («Биоэквивалентность лекарственных препаратов», «Доклинические исследования лекарственных средств») разработана карта компетенции, включающей в себя: необходимые «входные» условия для развития компетенции; этапы (уровни) развития компетенции с результатами обучения в виде знаний, умений, владений; критерии и шкалы оценивания для конкретных результатов обучения;
  • определены условия освоения вариативной части образовательной программы ординатуры «Технология твердых лекарственных форм: многокомпонентных, с модифицированным высвобождением» и комплекса образовательных модулей «Биоэквивалентность лекарственных препаратов», «Доклинические исследования лекарственных средств»: минимальный перечень материально-технического оборудования, требования к кадровому составу, требования к использованию электронного обучения и дистанционных образовательных технологий, требования к учебно-методическому обеспечению образовательного процесса при реализации вариативной части образовательной программы ординатуры «Технология твердых лекарственных форм: многокомпонентных, с модифицированным высвобождением» и комплекса образовательных модулей;
  • разработана рабочая программа образовательного модуля «Биоэквивалентность лекарственных препаратов»;
  • разработана рабочая программа образовательного модуля «Доклинические исследования лекарственных средств»;
  • проведено общественно-профессиональное обсуждение разработанных образовательных модулей в форме семинара.

Основные результаты по 2 этапу:

  • разработана вариативная часть образовательной программы ординатуры по специальности 33.08.01 «Фармацевтическая технология» с направленностью (профилем) «Технология твердых лекарственных форм: многокомпонентных с модифицированным высвобождением»;
  • определены и описаны рекомендуемые образовательные технологии реализации образовательной программы ординатуры «Технология твердых лекарственных форм: многокомпонентных, с модифицированным высвобождением» и инструментарий оценки результатов освоения разработанной образовательной программы (части образовательной программы);
  • проведено общественно-профессиональное обсуждение разработанной вариативной части образовательной программы ординатуры «Технология твердых лекарственных форм: многокомпонентных, с модифицированным высвобождением».
В начало

Разработка технологии получения нового поколения комбинированных голограммных и дифракционных оптических элементов с изменяемыми оптическими характеристиками на основе тонкопленочных наноматериалов и наноструктурированных стекол


В начало
Контактная информация: Руководитель работ по проекту: А.С. Кубанкин
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить

Номер Соглашения о предоставлении субсидии контракта: № 14.578.21.0063

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технологии наноустройств и микросистемной техники

Период выполнения: 10.10.2014-30.12.2016

Плановое финансирование проекта:

Бюджетные средства: 35 млн. руб.

Внебюджетные средства: 15.1 млн. руб.

Получатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ «БелГУ»).

Руководитель работ по проекту: доцент кафедры теоретической и математической физики НИУ «БелГУ» А.С. Кубанкин

Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью «Марафон».

Организация-соисполнитель: ООО «Интегрированные коммуникации».

Ключевые слова: голограммный оптический элемент, дифракционный оптический элемент, дифракционная решётка, наноструктурирование.

Основные результаты 1 этапа:

1. На основе метода Фурье-мод разработана математическая модель комбинированных ГОЭ-ДОЭ, формирующих заданные волновые фронты света и обеспечивающих заданное изменение спектрального пропускания при изменении углов падения входных пучков света (спектрально-угловой селективности).

2. Обоснован метод решения уравнений электромагнитной теории применительно к комбинированным ГОЭ-ДОЭ с учетом технологических погрешностей процесса их изготовления и выбранных типов тонкопленочных наноматериалов.

3. Выполнено численное моделирование параметров и характеристик образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ методом Фурье-мод, проведено исследование сходимости в зависимости от числа Фурье-гармоник и числа аппроксимирующих слоев с целью обеспечения заданных значений интенсивностей дифракционных порядков.

4. Разработан метод синтеза комбинированных ГОЭ-ДОЭ, сочетающих функции преобразователя волновых фронтов света и плазмонного фильтра с изменяемой спектрально-угловой селективностью.

5. Осуществлён выбор типов наноматериалов и их технологических особенностей для оптимизации параметров и характеристик спектральных фильтров, методов получения комбинированных ГОЭ-ДОЭ с плазмонными решетками и поверхностным фазово-оптическим рельефом стеклянных подложек (методы электронно-лучевой литографии, лазерной литографии, ионного плазмо-химического травления).

6. Разработано специализированное программное обеспечение для синтеза плазмонных фильтров со спектрально-угловой селекцией с учетом параметров выбранных тонкопленочных наноматериалов.

7. Разработаны тестовые задачи для моделирования работы комбинированных ГОЭ-ДОЭ, иллюстрирующих наличие влияния погрешностей изготовления отдельных операций в цепочке технологического процесса, на качество формируемых ими волновых фронтов света и спектральных характеристик.

8. Разработаны математические модели для расчёта характеристик излучения в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена, генерирующегося при взаимодействии нерелятивистских и релятивистских электронов с периодическими средами.

9. Проведено исследование возможностей использования ГОЭ-ДОЭ в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена на основе предполагаемых характеристик изготавливаемых ГОЭ-ДОЭ:

  • выполнен анализ существующих математических моделей в рассматриваемой области;
  • определена оптимальная геометрия дальнейших экспериментов;
  • выполнен анализ характеристик существующих источников вакуумного ультрафиолета, мягкого рентгена и быстрых электронов;
  • выполнен анализ характеристик детекторов вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена;
  • выполнен анализ необходимых характеристик вакуумной системы, гониометров, трансляторов, юстировочных механизмов;
  • разработаны методики измерения сигнала вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена в рамках предполагаемой установки.

10. Проведены пуско-наладочные работы существующих экспериментальных установок для создания ГОЭ-ДОЭ, выполнена оптимизация установок для выполнения запланированных задач.

11. Разработаны и испытаны узлы экспериментальной установки для исследования характеристик излучения, возникающего при взаимодействии вакуумного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений, а также быстрых электронов с ГОЭ-ДОЭ:

  • вакуумная система с блокировками аварийных ситуаций;
  • стабилизированный источник вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена с программой управления.

Основные результаты 2 этапа:

1. Разработана методика получения комбинированных ГОЭ-ДОЭ с плазмонными решетками на основе методов электронно-лучевой литографии и метода ионного плазмо-химического травления поверхностного фазово-оптического рельефа стеклянных подложек. В качестве основы разрабатываемых элементов были выбраны стеклянные подложки с нанесённым слоем хрома и фоторезиста, что является стандартным подходом при изготовлении дифракционных поверхностных структур. В процессе разработки методики были обнаружены недостатки использовавшихся методов и разработаны подходы для устранения данных недостатков. В качестве основы использовались следующие технологии:

  • электронно-лучевая литография, позволяющая формировать поверхностные структуры с пространственным разрешением менее 10 нм, что в полной мере удовлетворяет требованиям технического задания;
  • ионно-плазмохимическое травление, позволяющее формировать поверхностный рельеф непосредственно на стекле через маску хрома;
  • магнетронное напыление, позволяющее сформировать плёнку серебра на структурированной поверхности стекла, выполняющую функцию плазмонного фильтра.

2. На основе разработанной методики были изготовлены экспериментальные образцы комбинированных ГОЭ-ДОЭ с поверхностным фазово-оптическим микрорельефом на одной стороне и плазмонными решетками с наноструктурированным рельефом с другой стороны единой стеклянной подложки в количестве 5 шт. Изготовленные образцы будут использованы на следующем этапе при исследовании спектрально-угловых характеристик.

3. Разработана и изготовлена экспериментальная установка для исследования характеристик излучения, возникающего при взаимодействии вакуумного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений, а также быстрых электронов с ГОЭ-ДОЭ. Проведена пуско-наладка созданной экспериментальной установки (определены и подобраны режимы работы магнитооптики, калибровки гониометров и детекторов, диагностики системы контроля пучка электрона, диагностики и калибровки источников вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгеновского излучения). Все измеренные характеристики установки были в рамках требований технического задания проекта.

4. Разработанная система удалённого управления разработанной экспериментальной установкой для исследования характеристик излучения позволяет контролировать все элементы установки, которые нуждаются в автоматическом управлении или которые недосягаемы для ручного управления во время работы.

5. Проведено патентное исследование в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. В результате патентного исследования была выявлена патентоспособность разрабатываемых технологий по изготовлению ГОЭ-ДОЭ. Большая часть исследованных патентных документов по рассматриваемой тематике датирована 2000-2014 годами, что подтверждает актуальность задачи. По итогам выполненных работ сформирована и отправлена на экспертизу в Роспатент патентная заявка «Способ формирования контрастного изображения рентгеновского излучения» (регистрационный номер 2015118438).

6. По результатам работ подготовлено два доклада на XLV Международную Тулиновскую конференцию по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (ФВЗЧК-2015). Конференция проходила с 26 по 28 мая 2015 г. в Москве в Московском Государственном Университете.

  1. Вохмянина К.А., Левина В.С., Кищин И.А., Кубанкин А.С., Нажмудинов Р.М., Олейник А.Н., Сотников А.В., Похил Г.П. Экспериментальное исследование возможности бесконтактного взаимодействия пучков электронов со структурированными поверхностями // Сборник тезисов XLV Международной Тулиновской конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, С.12.
  2. Кищин И.А., Аль-Омари М., Кубанкин А.С., Нажмудинов Р.М., Сергиенко В.И. Источник вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена на основе взаимодействия пучка быстрых электронов с плоской мишенью в скользящей геометрии // Сборник тезисов XLV Международной Тулиновской конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, С.53.

Доклад на VII Международную научно-практическую конференцию «Физико технические проблемы в науке, промышленности и медицине» (http://portal.tpu.ru/science/konf/atom ). Конференция проходила с 3 по 6 июня 2015г. в Томске в Томском политехническом институте.

  1. А.С. Кубанкин, К.А. Вохмянина, В.С. Левина, Г.П. Похил. Ориентационные эффекты при скользящем взаимодействии быстрых электронов с диэлектрическими поверхностями.

7. Разработан программный пакет для расчёта фильтров вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена, позволяющий выполнить предварительные расчёты для экспериментальных исследований следующего этапа.

Цели, поставленные на втором этапе проекта, полностью достигнуты и находятся в рамках требований технического задания. Результаты исследования и выполненные разработки могут быть использованы при создании миниатюрных оптических устройств или оптических систем, где использование традиционных элементов оптики затруднено.

Основные результаты 3 этапа

1. Разработана программа и методики экспериментальных исследований экспериментальных образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ с изменяемыми оптическими характеристиками.

2. Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлена технологическая оснастка для получения ГОЭ-ДОЭ методами электронно-лучевой или лазерной литографии, ионного плазмо-химического травления.

3. Разработана и создана двухкоординатная система диагностики положения и профиля пучка быстрых электронов в сечении электронопровода.

4.1. Выполнены исследования изготовленных образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ в оптической области спектра. Измерены дифракционные характеристики ГОЭ-ДОЭ в зависимости от углов взаимодействия излучения с ГОЭ-ДОЭ, зафиксированы спектральная сдвижка дифрагированного сигнала и изменение полосы пропускания сигнала в соответствии с требованиями п.4.3.1. технического задания.

4.2. В серии экспериментов по измерению спектральных и ориентационных характеристик фотонного отклика, реализующегося при взаимодействии пучков излучений вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена с ГОЭ-ДОЭ показана возможность монохроматизации излучения в данных областях исследуемыми образцами.

4.3. В серии экспериментов по измерению спектральных и ориентационных характеристик фотонного отклика, реализующегося при взаимодействии пучков быстрых электронов с ГОЭ-ДОЭ удалось зафиксировать излучение Смитта-Парселла в оптической области и областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена.

4.4. Обработка экспериментальных результатов по исследованию дифракционных характеристик ГОЭ-ДОЭ позволила определить основные области работы ГОЭ-ДОЭ в зависимости от угла взаимодействия излучения с ГОЭ-ДОЭ.

4.5. Выполненное сопоставление эффективности использования комбинированных ГОЭ-ДОЭ в области вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена в качестве монохроматоров по отношению к традиционным дифракционным решёткам и многослойным рентгеновским зеркалам показало, что исследуемые образцы занимают среднее положение по характеристикам в качестве монохроматоров вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена между обычными дифракционными решётками и многослойными зеркалами, что может иметь определённые преимущества при решении задач в области вакуумного ультрафиолета, где энергия фотонов близка к плазменным частотам плазмонного слоя ГОЭ-ДОЭ.

4.6. Проведенная оценка эффективности использования комбинированных ГОЭ-ДОЭ в качестве мишеней для генерации излучения в области вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена пучками быстрых электронов показала возможность использования ГОЭ-ДОЭ для эффективной генерации излучения, но для этого необходимо использовать заряженные частицы высокой энергии с Лоренц-фактором отличным от единицы.

4.7. Измеренные характеристики рельефа экспериментальных образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ находятся в согласии с п.4.3.1. технического задания.

5. На основе полученных результатов работы опубликовано две статьи в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus или в базе данных "Сеть науки" (WEB of Science).

Основные результаты 4 этапа

1. Проведено математическое статистическое моделирование основных операций технологического процесса изготовления комбинированных ГОЭ-ДОЭ с плазмонными решетками и поверхностным фазово-оптическим рельефом в соответствии с разработанными тестовыми задачами, иллюстрирующее наличие влияния погрешностей изготовления по цепочке операций технологического процесса.

2. Выполнено сопоставление результатов теоретико-аналитических исследований и математического статистического моделирования с результатами испытаний экспериментальных образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ и проведена корректировка технологической документации на выполняемые операции.

3. Проведены обработка и интерпретация результатов математического статистического моделирования с определением технологических допусков по отдельным операциям технологического процесса.

4. Изготовлены экспериментальные образцы комбинированных ГОЭ-ДОЭ с поверхностным фазово-оптическим микрорельефом на одной стороне и плазмонными решетками с наноструктурированным рельефом с другой стороны единой стеклянной под-ложки с учётом результатов работ по оптимизации параметров разрабатываемых ГОЭ ДОЭ, проделанных в пунктах 1,2,3. Проведены соответствующие испытания.

5. По результатам выполненных работ проведена подготовка заявки на патент.

6. Результаты работ были представлены на международных конференциях:

  1. XLVI Международной Тулиновской конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (ФВЗЧК-2016, http://danp.sinp.msu.ru/tulin_conf.htm ). Конференция проходила с 31 мая по 2 июня 2016 г. в Москве, в Московском Государственном Университете;
  2. XXIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов 2016» (https://lomonosov-msu.ru/rus/event/3500/). Конференция проходила с 11 по 15 апреля 2016 г. в Москве, Московском Государственном Университете.

7. Проведена корректировка эскизной конструкторской документации технологической оснастки для получения ГОЭ-ДОЭ методами электронно-лучевой или лазерной литографии, ионного плазмо-химического травления с учетом результатов экспериментальных исследований и моделирования.

8. Разработана программа расчёта характеристик излучения, генерирующегося при взаимодействии быстрых электронов с поверхностным рельефом ГОЭ-ДОЭ.

9. Осуществлено материально-техническое обеспечение выполнения работ.

В начало

Разработка технологии для субтрактивной обработки многослойных гетерогенных структур с нанометровой точностью позиционирования исполнительных механизмов


В начало
Контактная информация: Руководитель: д.т.н., А.Н. Афонин
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.578.21.0070

Руководитель: д.т.н., А.Н. Афонин

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технология получения и обработки конструкционных материалов

Период выполнения: 23.10.2014- 31.12.2014

Плановое финансирование проекта в 2014 г.: 24,683млн. руб., из них:

  • · Бюджетные средства 15 млн. руб.,
  • · Внебюджетные средства 6,683 млн. руб.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Индустриальный партнер: ООО НПП «ЭИТ БелГУ», Россия

Ключевые слова: субтрактивная обработка, резание, многослойная гетерогенная структура, микроэлектроника, микромеханика, технология, математическое моделирование, станок, точность позиционирования, система управления, обратная связь, магнитореологический привод, пьезокерамический привод.

Основные результаты:

  1. Разработано информационное обеспечения для принятия решений по выбору компоновочных схем оборудования для субтрактивной обработки
  2. Проведен анализ структурно-компоновочных схем вариантов технологического оборудования. Обоснован выбор оптимальной структурно-компоновочной схемы по критерию точности.
  3. Разработана методика имитационного моделирования процесса резания при субтрактивной обработке многослойных гетерогенных поверхностей с использованием метода конечных элементов
  4. Разработка трехмерные модели для проведения для реализации данной методики.
  5. Разработана математическая модель системы управления технологического оборудования.
В начало

Разработка и фармакологическая оценка соединений фенольной природы, содержащих непосредственно связанные гетероатомные и/или гетероциклические структурные фрагменты - потенциальных эндотелиопротекторов с новым механизмом действия


Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.578.21.0012

Приоритетное направление: Науки о жизни

Критическая технология: Технологии снижения потерь от социально-значимых заболеваний.

Период выполнения: 05.06.2014-31.06.2015.

Плановое финансирование проекта:

  • Бюджетные средства 14 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 14 млн. руб.

Исполнитель: ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Индустриальный партнер: ООО «Научный центр БелФарма»

Ключевые слова: Артериальная гипертензия, эндотелиальная дисфункция, сердечно-сосудистые заболевания, соединения фенольной природы, эндотелиопротекторы, лекарственные средства.

Основные результаты I этапа:

1. Произведен выбор образцов соединений фенольной природы, содержащих непосредственно связанные гетероатомные и/или гетероциклические структурные фрагменты методом компьютерного моделирования.

2. Разработаны методики синтеза соединений фенольной природы.

3. Разработана программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов соединений фенольной природы.

4. Проведена оценка эндотелиопротективной активности соединений фенольной природы.

5. Осуществлена наработка необходимого количества образцов соединений фенольной природы. п.1.8 ПГ: Проведен химический анализ соединений фенольной природы.

6. Разработан план исследования токсикологической безопасности и фармакологической активности соединений фенольной природы.

7. Произведена оценка кардиопротективной активности соединений фенольной природы.

Основные результаты II этапа:

1. Установлено, что соединения фенольной природы проявляли выраженное эндотелиопротективное действие при моделировании L-NAME индуцированного гестоза. Статистически значимое положительное влияние на тромбообразование при моделировании FeCl3 индуцированного тромбоза сосудов обнаружено при применении соединений KUD259, KUD974 и KUD975. В результате исследования острой токсичности соединений фенольной природы показано что соединения не оказывают выраженного токсического действия и не вызывают гибель животных в экспериментальных группах в течение первых 3-х суток наблюдения. Согласно классификации К.К. Сидорова изучаемые соединения фенольной природы следует отнести к малотоксичным.

2. Получены данные, свидетельствующие о том, что исследуемые соединения фенольной природы не вызывают выраженных необратимых изменений в системах и органах экспериментальных животных при длительном внутрижелудочном введении в дозах 6 мг/кг и 24 мг/кг. Исследуемые соединения не обладают раздражающим действием в месте введения.

3. По совокупности полученных экспериментальных данных в качестве основного кандидата в лекарственное средство целесообразно выбрать соединение фенольной природы под лабораторным шифром KUD975.

В начало

Исследование и разработка технологии построения закрытых виртуальных сред организации распределенных информационно-вычислительных ресурсов в глобальном сетевом пространстве


Контактная информация: Руководитель: д.т.н., профессор И.С. Константинов
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить / Загрузить

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.575.21.0099

Руководитель: д.т.н., профессор И.С. Константинов

Приоритетное направление: Информационно-телекоммуникационные системы

Критическая технология: Технологии информационных, управляющих, навигационных систем

Период выполнения: 20.11.2014 - 31.12.2016

Плановое финансирование проекта: 19,37 млн. руб., из них:

  • Бюджетные средства 14,46 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 4,91 млн. руб.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Индустриальный партнер: ООО «Стерх-2», Россия

Ключевые слова: Распределенные информационно-вычислительные ресурсы, сеть порталов, информационная ассоциация, управление доступом, информационный обмен, виртуальная среда, глобальное информационное пространство, информационная безопасность.

1 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 20.11.2014 № 14.575.21.0099 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 20.11.2014 по 31.12.2014 выполнялись следующие работы:

  • проведение аналитического обзора информационных источников по теме проекта;
  • проведение патентных исследований;
  • обоснование и выбор направления исследований и способы решения поставленных задач;
  • разработка новых принципов и подходов к построению системы безопасности на основе применения сессионного ключа с ограниченным данной сессией временем действия для повышения надежности системы от несанкционированного доступа; использования подписанных хешей для исключения подмены запросов в распределенной информационно-вычислительной среде (РИВС) и содержимого передаваемой информации;
  • разработка архитектуры инфраструктуры безопасности РИВС в форме защищенной сети порталов;
  • проведение аналитических исследований программно-аппаратной архитектуры устройств управления доступом к информационным ресурсам.

При этом были получены следующие результаты:

1. Аналитический обзор информационных источников по теме проекта.

2. Отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ Р 7.32-2001.
Проведены патентные исследования с использованием реестра баз данных изобретений и полезных моделей Роспатента (http://www.fips.ru), а также с использованием реестра баз данных Европейского патентного ведомства. Было выявлено более 50 патентных документов, имеющих отношение к теме поиска, по запросам, составленным в соответствии с регламентом. Среди 13 патентов РФ всего 3 выдано на имя российских заявителей. К странам с наибольшим числом патентов по тематике поиска на конец 2014 года относятся США, Китай, Япония и Россия. Анализ найденных патентов показал, что полных аналогов разрабатываемой системы не существует. Однако отдельные функции системы реализуются и в других решениях. При этом лидерами в данной области являются производители преимущественно из США.

3. Обоснование направления исследований.
В рамках реализации проекта предлагается решение актуальной задачи создания комплекса новых научно-технических решений в области создания программного обеспечения инфраструктуры безопасности РИВС на основе открытых протоколов прикладного уровня, позволяющего существенно упростить использование РИВС для конечных пользователей, а также эксплуатацию инфраструктуры при условии обеспечения безопасности на уровне РИВС или превосходящем уровень систем, построенных с использованием инфраструктуры открытых ключей.

4. Новые принципы и подходы к построению системы безопасности РИВС, включающие:

  • применение сессионного ключа с ограниченным данной сессией временем действия для повышения надежности системы от несанкционированного доступа. Данный подход позволяет достичь существенного повышения безопасности сетевого взаимодействия в разрезе подсистем авторизации. К основным уязвимостям данного подхода можно отнести кражу и подмену ключей, которых можно избежать, применяя шифрование сетевого трафика и используя последние версии применяемого программного обеспечения.
  • использование подписанных хешей для исключения подмены запросов в РИВС и содержимого передаваемой информации. Для исключения подмены запросов при клиент-серверном взаимодействии применяется подход, в основе которого лежит механизм создания сигнатур (хешей) пересылаемых сообщений на стороне отправителя и верификации полученных данных и сигнатуры на стороне получателя. Важной особенностью является создание подписи сообщения (или его дайджеста) при помощи закрытого ключа отправителя, что делает абсолютно защищенным канал передачи сообщений от подмены. В качестве сообщения, применительно к РИВС, подразумевается http запрос или ответ, упакованный в специализированный формат.

5. Архитектура инфраструктуры безопасности РИВС в форме защищенной сети порталов.
Разработана трехуровневая архитектура инфраструктуры безопасности закрытых виртуальных сред организации. В ее рамках, модель программного комплекса разбивается на три слоя: слой представления данных, слой приложения, слой данных, что накладывает свои особенности на выделение, построение и взаимосвязи компонентов разрабатываемой инфраструктуры.

В качестве инструмента для описания архитектуры использовался язык архитектурного моделирования ArchiMate, разработанный на базе стандарта IEEE-1471-2000.

В ходе разработки были определены компоненты инфраструктуры и их взаимосвязи. Это позволило сформировать четкую архитектуру программного комплекса и его проектный каркас.

6. Аналитические исследования программно-аппаратной архитектуры устройств управления доступом к информационным ресурсам.

В ходе проведения исследований программно-аппаратной архитектуры были проанализированы программные, технические, технологические и функциональные решения по управлению доступом.

В результате проведенных исследований сделан вывод, что на данный момент нет аналогов программного обеспечения, решающего поставленные задачи. Однако существуют программно-аппаратные решения, позволяющие выполнять отдельные функции управления доступом к информационным ресурсам. Данные решения были рассмотрены в ходе исследования, выявлены характеристики и функциональные особенности каждого из них.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

2 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 20.11.2014 № 14.575.21.0099 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2015 по 30.06.2015 выполнялись следующие работы:

  • разработка методики построения инфраструктуры безопасности распределенной информационно-вычислительной среды (РИВС) в сети порталов через публичные каналы;
  • разработка алгоритма аутентификации пользователей с использованием пары логин-пароль и секретного сессионного ключа;
  • разработка алгоритма регистрации новых пользователей РИВС.

При этом были получены следующие результаты:

1. Методика построения инфраструктуры безопасности распределенной информационно-вычислительной среды (РИВС) в сети порталов через публичные каналы.
Данная методика обеспечивает построение инфраструктуры РИВС в форме сети порталов в глобальной сети на основе новых принципов организации информационного пространства и современных стандартов безопасности.

Методика построения инфраструктуры безопасности РИВС описывает:

  • порядок и правила развертывания безопасной инфраструктуры РИВС;
  • правила организации защищенного информационного взаимодействия в распределенной сети порталов;
  • механизмы реализации определенной модели доступа к информационным ресурсам, модели пользовательского сеанса, механизмов безопасной аутентификации и использования протоколов безопасного взаимодействия пользователей и обмена данными;
  • последовательность действий для ее построения.

2. Алгоритм аутентификации пользователей с использованием пары логин-пароль и секретного сессионного ключа.
Разработанный алгоритм позволяет повысить уровень безопасности системы за счет снижения риска дискредитации пароля и данных пользователя, а также применения различных механизмов многофакторной аутентификации с использованием средств криптографической защиты информации о пользовательском сеансе. Обеспечивает однократный запрос идентификации данных пользователя только при первоначальном обращении к любому из узлов сети и исключает повторный запрос идентификационных данных при обращении к другим узлам сети для пользователей прошедших аутентификацию. Проработан механизм повышения безопасности процедуры аутентификации за счет многофакторного подхода, основанный на использовании персонального цифрового ключа доступа в сети порталов.

3. Алгоритм регистрации новых пользователей РИВС.
Разработанный алгоритм регистрации новых пользователей РИВС обеспечивает высокий уровень защиты от «сетевых роботов», «нежелательных пользователей» и средств организации сетевых атак класса DoS, сохраняя одновременно максимально простой и удобный механизм взаимодействия с реальным пользователем. Данный алгоритм максимально автоматизирует процесс регистрации новых пользователей и работу с их учетными данными, требуя внимания администратора РИВС только в исключительных случаях. С целью исключения повторной регистрации и поддержки пользователей в алгоритме регистрации проработан механизм проверки совпадения учетных данных и восстановления пароля пользователя при необходимости. Данный алгоритм учитывает особенности и специфику предметной области, связанную с назначением прав доступа для новых пользователей, а также способствует обеспечению высокой доступности сети порталов посредством репликации и распределенной модели хранения учетных данных пользователей.

Более подробная информация о результатах реализации проекта на 2 этапе приведена в резюме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

3 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 20.11.2014 № 14.575.21.0099 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01.07.2015 по 31.12.2015 выполнялись следующие работы:

  • разработка алгоритма авторизации пользователей с использованием принадлежности пользователя к группам и его ролям в них для определения прав доступа пользователей к ресурсам;
  • разработка алгоритма делегирования прав пользователя, полученных на основе упрощенной аутентификации и авторизации, веб-сервисам, входящим в состав распределенных информационно-вычислительных систем (РИВС);
  • программная реализация разработанных алгоритмов;
  • разработка программы и методики проведения экспериментальных исследований инфраструктуры безопасности РИВС.

При этом были получены следующие результаты:

1 Алгоритм авторизации пользователей с использованием принадлежности пользователя к группам и его ролям в них для определения прав доступа пользователей к ресурсам.
Данный алгоритм предназначен для предоставления пользователям прав доступа к ресурсам тонкой настройки прав пользователей, групп пользователей и администраторов в отношении доступа к отдельным аппаратно-программным ресурсам РИВС, а также обеспечивает проверку и подтверждение прав пользователей на всех узлах сети с учетом принадлежности пользователя к определенной группе и полномочий данной группы пользователей.

2 Алгоритм делегирования прав пользователя, полученных на основе упрощенной аутентификации и авторизации, веб-сервисам, входящим в состав РИВС.
Данный алгоритм предназначен для согласованной работы и безопасного взаимодействия отдельных компонентов РИВС в процессе взаимодействия пользователей с РИВС, а также обеспечивает подтверждение полномочий пользователей при обращении к веб-сервисам РИВС посредствам реализации единой модели сеансового доступа в рамках всей сети.

Данный алгоритм основан на результатах диссертационного исследования на соискание ученой степени кандидата технических наук на тему «Модели и алгоритмы интеграции и управления Web-сервисами образовательного учреждения», защищенного в диссертационном совете Д 212.021.03 по специальности 05.13.10 – «Управление в социальных и экономических системах».

3 Программная реализация разработанных алгоритмов.
Программная реализация разработанных алгоритмов выполнена с использованием программных средств разработки, распространяемых по свободным лицензиям.

Используемые языки разработки: Python, PHP и С++, СУБД LDAP (в соответствии с требованиями технического задания). Используемые средства разработки: JetBrains PyCharm & PhpStorm, Eclipse, VIM, LDAP Jxplorer.

4 Программа и методика проведения экспериментальных исследований инфраструктуры безопасности РИВС.
Разработана программа и методика исследовательских испытаний экспериментального образца программного комплекса инфраструктуры безопасности РИВС. Предназначена для проверки соответствия экспериментального образца программного комплекса требованиям технического задания и является частью программной документации на программный комплекс, разработка которого запланирована на следующем этапе реализации проекта.

5 Отчет о патентных исследованиях.
Проведен поиск по патентной и научно-исследовательской документации наиболее развитых в данной области стран для выявления результатов интеллектуальной деятельности в сфере создания программного обеспечения инфраструктуры безопасности РИВС на основе открытых протоколов прикладного уровня.

По результатам реализации подготовлена заявка на регистрацию программы для ЭВМ «Подсистема аутентификации пользователей в распределенной сети порталов на основе секретного сессионного ключа».

Более подробная информация о результатах реализации проекта на 3 этапе приведена в резюме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

3 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 20.11.2014 № 14.575.21.0099 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 4 в период с 01.01.2016 по 30.06.2016 выполнялись следующие работы:

- выполнена компиляция экспериментального образца программного комплекса инфраструктуры безопасности РИВС;

- выполнено развертывание исследовательского стенда сети порталов для исследования экспериментального образца программного комплекса;

- разработана техническая документация на экспериментальный образец программного комплекса инфраструктуры безопасности РИВС;

- проведены экспериментальные исследования экспериментального образца программного комплекса инфраструктуры безопасности РИВС.

При этом были получены следующие результаты:

1 Экспериментальный образец программного комплекса (ЭО ПК) инфраструктуры безопасности РИВС. ЭО ПК инфраструктуры безопасности РИВС скомпилирован для функционирования на Интел-совместимых серверах (х86-64) под управлением ОС Линукс. ЭО ПК реализован с использованием языка программирования Python и свободно распространяемых библиотек на С/С++. Обмен данными между компонентами инфраструктуры безопасности РИВС осуществляться в формате JSON. Аутентификация пользователей и обмен информационными ресурсами между узлами сети осуществляется по шифрованному протоколу HTTPS. В реализации программного комплекса обмен служебной информацией между узлами сети и между узлами сети и пользователями осуществляется по шифрованным протоколам SSL/TLS.

2 Исследовательский стенд сети порталов для исследования экспериментального образца программного комплекса. Исследовательский стенд сети порталов развернут для проведения экспериментальных исследований ЭО ПК. На серверах сети порталов и сервере эмуляции запросов развернут образ операционной системы Linux. На компонентах исследовательского стенда установлены программные средства для фиксации параметров работы ЭО ПК (время обработки запроса на авторизацию, время обработки запроса на доступ к информационному ресурсу, скорость загрузки информации, количество обрабатываемых запросов в единицу времени).

3 Техническая документация на экспериментальный образец программного комплекса инфраструктуры безопасности РИВС «Программный комплекс инфраструктуры безопасности распределенных информационно-вычислительных систем» в составе:

  • спецификация;
  • текст программы;
  • описание программы;
  • описание применения;
  • руководство системного программиста;
  • руководство оператора.

4 Экспериментальные исследования экспериментального образца программного комплекса инфраструктуры безопасности РИВС. В ходе экспериментальных исследований ЭО ПК выполнялась проверка его соответствия требованиям к назначению и техническим характеристикам научно-технических результатов ПНИ, а также к объектам экспериментальных исследований. Результаты экспериментальных исследований подтверждают соответствие ЭО ПК требованиям ТЗ.

По результатам реализации проекта подготовлена заявка на регистрацию изобретения «Способ предоставления доступа к распределенным информационно-вычислительным ресурсам в виде корпоративных порталов через защищенную виртуальную среду» и получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Подсистема аутентификации пользователей в распределенной сети порталов на основе секретного сессионного ключа».

Более подробная информация о результатах реализации проекта приведена в резюме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В начало

Исследования и разработка новой цифровой портативной фото/видео аппаратуры для панорамной съемки


Контактная информация: Руководитель: д.т.н., профессор И.С. Константинов
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.581.21.0003

Руководитель: д.т.н., профессор И.С. Константинов

Приоритетное направление: Информационно-телекоммуникационные системы

Критическая технология: Технологии информационных, управляющих, навигационных систем

Период выполнения: 29.09.2014- 31.12.2016

Плановое финансирование проекта: 453.00 млн. руб.

  • Бюджетные средства 290.00 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 163.00 млн. руб.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Индустриальный партнер: ОАО «Красногорский завод им С.А. Зверева», Россия

Ключевые слова: Регистрация изображений, машинное зрение, панорамные изображения, сжатие изображения, панорамное видео в реальном времени, масштабируемая цифровая камера.

Текущие основные результаты проекта:

I этап

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 20.09.2014 № 14.581.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 29.09.2014 по 31.12.2014 выполнялись следующие работы:

  • проведение аналитического обзора информационных источников, обоснование и выбор направлений исследований;
  • выполнение адаптации, поддержки и сопровождения программного и аппаратного обеспечения, используемого при выполнении ПНИЭР;
  • проведение патентных исследований;
  • оценка технико-экономических показателей проекта;
  • исследование методов и технологий сжатия цифровых растровых изображений;
  • исследование методов и технологий улучшения и коррекции цифровых растровых изображений;
  • исследование методов и технологий распознавания объектов на цифровых растровых изображениях;
  • анализ подходов, методов и средств функционального и имитационного моделирования технического устройства;
  • разработка функциональной и имитационной модели технического устройства, реализующего многопотоковую обработку цифровых изображений в режиме реального времени;
  • исследование методов и технологий получения и обработки цифровых панорамных изображений от нескольких источников в режиме реального времени;
  • анализ существующей элементной базы и специализированных программных средств разработки и отладки. Разработка технических предложений для соответствующей элементной базы и по ее использованию при разработке цифровой портативной фото/видео аппаратуры для панорамной съемки;
  • создание специализированного стенда для проектирования, программирования, проверки и отладки цифровых устройств на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС);
  • разработка экспериментальной лабораторной установки по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений.

При этом были получены следующие результаты:

1. Аналитический обзор информационных источников по теме проекта.

2. Отчет о патентных исследованиях.
Анализ найденных патентов показал, что разрабатываемое портативное средство позволит выполнять регистрацию цифровых панорамных изображений с разрешением и качеством обработки значительно выше аналогов. По результатам патентного поиска можно сделать вывод о высокой конкурентоспособности разрабатываемого устройства. Соответственно, продажа прав на использование данной системы может являться объектом коммерциализации.

3. Оценка текущих технико-экономических показателей проекта.
Выполнен расчет показателей коммерческой эффективности на основе рыночных цен на продукты, услуги и материальные ресурсы. В результате оценки технико-экономических показателей проекта сделан вывод о том, что без учета дисконтирования денежных потоков (в ценах 2014 г.) точка безубыточности будет достигнута в 2021 г. (срок окупаемости инвестиционного проекта), средства Индустриального партнёра, направляемые на софинансирование ПНИЭР, окупятся в 2020 г.

4. Функциональная и имитационная модель технического устройства
, реализующего многопотоковую обработку цифровых изображений в режиме реального времени. Данные модели будут использованы на последующих этапах работ для проектирования устройства и анализа его технических характеристик, а также необходимых параметров его узлов.

5. Технические предложения по использованию существующей элементной базы и специализированных программных средств разработки и отладки.
В качестве аппаратных средств обработки цифровых панорамных изображений предложено применять ПЛИС серии Stratix V. Сформированы предварительные требования к составу IP-ядер, необходимых для создания проекта специализированного вычислительного устройства. Обоснован выбор OpenCL для ускоренной обработки фото- и видеоданных.

6.
Специализированный стенд для проектирования, программирования, проверки и отладки цифровых устройств на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
Состав разработанного стенда:

  • модуль проектирования и программирования;
  • модуль проверки и отладки;
  • комплект технической документации.

Разработка данного специализированного стенда является необходимым условием для успешной реализации ПНИЭР.

7. Экспериментальная лабораторная установка по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений (ЭЛУ-РПИ)
. ЭЛУ-РПИ обеспечивает выполнение следующих исследований:

  • исследование оптической схемы расположения камер для реализации заданных функции; исследование оптических характеристик объективов;
  • исследование характеристик мехатронной подсистемы управления камерами;
  • исследование характеристик светочувствительных сенсоров.
  • ЭЛУ-РПИ оснащена специализированными программными модулями для:
  • оценки параметра резкости растровых изображений;
  • оценки параметров контрастности растровых изображений;
  • оценки степени совмещения растровых изображений;
  • оценки степени искажения при смазе растровых изображений;
  • оценки степени идентичности изображений полученных с разных камер.

Для организации эффективной работы с большим количеством файлов различного содержания для экспериментальной лабораторной установки создана база данных хранения результатов вычислительных экспериментов.

Разработанная в рамках выполнение ПНИЭР экспериментальная лабораторная установка по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений обеспечит эффективное проведение разнообразных экспериментов по оценке параметров создаваемых подсистем.

Более подробная информация о результатах реализации проекта приведена в резюме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

II этап

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 29.09.2014 № 14.581.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2015 по 30.06.2015 выполнялись следующие работы:

  • анализ существующих подходов и методов обработки больших объемов графической информации при формировании единого панорамного изображения;
  • исследование и разработка масштабируемой архитектуры устройства регистрации панорамных изображений;
  • исследование и анализ возможных технических решений по построению оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений;
  • разработка алгоритмов управления оптической и мехатронной частью устройства регистрации панорамных изображений;
  • реализация алгоритмов управления оптической и мехатронной частью устройства регистрации панорамных изображений;
  • исследование принципов построения операционной системы управления устройством регистрации панорамных изображений;
  • анализ существующих операционных систем и программно-технических средств для реализации операционной системы управления устройством регистрации панорамных изображений;
  • разработка технических предложений по построению устройства регистрации панорамных изображений;
  • проектирование подсистемы формирования цифрового панорамного изображения;
  • разработка параллельных алгоритмов обработки сигналов и потоков данных светочувствительных сенсоров;
  • реализация и отладка параллельных алгоритмов обработки сигналов и потоков данных светочувствительных сенсоров на ПЛИС;
  • проведение доработки в части реализации функций исследования характеристик светочувствительных сенсоров экспериментальной лабораторной установки по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений;
  • разработка программы и методики экспериментальных исследований для лабораторной установки по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений;
  • проведение экспериментальных исследований с лабораторной установкой по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений.

При этом были получены следующие результаты:

1. Масштабируемая архитектура устройства регистрации панорамных изображений.
Архитектура устройства регистрации панорамных изображений представляет собой модульную структуру и состоит из следующих элементов:

  • оптический модуль устройства;
  • модуль предварительной обработки изображений;
  • базовый системный модуль.

Такое деление функциональной модели на структурные элементы обеспечивает большую гибкость и масштабируемость конструкции устройства.

2. Технические решения по построению оптической и мехатронной подсистем устройства.
Из проведенного анализа возможных технических решений следует, что для построения оптической и мехатронной подсистем устройства целесообразно использовать бескинематическую систему, оснащенную трансфокальными объективами с регулируемой диафрагмой и имеющими поле зрение не менее 60о.

3. Алгоритмы управления оптической и мехатронной частью устройства регистрации панорамных изображений.
Разработаны алгоритмы автоматического управления временем экспозиции видео-сенсора и автоматического управления диафрагмой объектива. Данные алгоритмы реализованы на языке Verilog HDL и адаптированы для работы на ПЛИС.

Работоспособность алгоритмов подтверждена протоколами аттестации.

Сформирован комплект программной документации на программу автоматического управления временем экспозиции видео-сенсора и на программу автоматического управления диафрагмой объектива CMOS-сенсора в составе:

  • спецификация;
  • текст программы;
  • описание программы;
  • описание применения;
  • руководство программиста;
  • программа и методика аттестации.

4. Технические требования по построению устройства регистрации панорамных изображений.
Для реализации устройства регистрации панорамных изображений предлагается использовать платформу nVidia Tegra K1 (или более новую – Х1), представляющую собой изделие, включающее аппаратную платформу, наличие средств разработки под операционную систему Linux, набор драйверов для видеоускорителя и мощные средства разработки для платформы CUDA, позволяющие оперативно создавать приложения, эффективные с точки зрения использования возможностей архитектуры.

5. Подсистема формирования цифрового панорамного изображения.
Данная подсистема позволяет получать синхронное изображение от нескольких камер и обеспечивает выполнение следующих функции:

  • управления камерами;
  • получения сигналов с нескольких светочувствительных сенсоров и их параллельной предварительной обработки;
  • передачи данных в специализированный процессор;
  • сшивки полученных изображений.

6. Алгоритмы параллельной обработки сигналов и потоков данных светочувствительных сенсоров.
Решают задачу управления параметрами светочувствительных сенсоров и преобразование сигналов в цифровое RGB-изображение с учетом параметров, указанных в техническом задании. Разработка и реализация алгоритмов выполнена в виде программы для вычислительного модуля камеры, реализованного на ПЛИС MAX10 компании Altera, подготовлен комплект программной документации на «Программное обеспечение обработки сигналов и потоков данных светочувствительных сенсоров» в составе:

  • описание программы;
  • описание применения;
  • текст программы.

Разработаны и протестированы модули, реализующие алгоритмы:

  • модуль получения информации от матрицы;
  • модуль преобразования RAW-RGB;
  • модуль кадрирования изображения;
  • модуль коррекции дисторсии изображения;
  • модуль перспективных преобразований изображения.

7. Доработанная техническая документация на экспериментальную лабораторную установку регистрации панорамных изображений (ЭЛУ-РПИ).
Целью доработки является доукомплектование ЭЛУ-РПИ аппаратно-программной реализацией для исследования характеристик светочувствительных сенсоров.

Аппаратная часть доработки ЭЛУ-РПИ имеет в своем составе:

  • общую плату для размещения элементов схемы обработки сигналов;
  • объектив с переменным фокусным расстоянием и автоматической диафрагмой;
  • держатель объектива с возможностью крепления объектива типа CS с посадочным диаметром 25,4 мм;
  • плату оптического модуля, содержащую исследуемый светочувствительный сенсор со схемой питания и согласования сигналов;
  • адаптер питания 220/12 В мощностью не менее 24 Вт.

Программная реализация доработки экспериментальной установки обеспечивает получение характеристик исследуемых светочувствительных сенсоров и обладает базовыми инструментами статистического анализа результатов измерений.

Разработанные программные модули:

  • модуль оценки уровня шумов;
  • модуль оценки отношения с/ш изображений;
  • модуль оценки чувствительности;
  • модуль оценки динамического диапазона;
  • модуль обработки экспертных оценок визуального качества изображений, получаемых с помощью светочувствительных сенсоров.

Разработан комплект технической документации и программная документация для каждого из модулей.

8. Программы и методики экспериментальных исследований для лабораторной установки по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений.
На основе доработки ЭЛУ-РПИ, которая состояла из аппаратной и программной частей, разработаны две отдельные методики:

  • ПМ1. Задача данной методики – проверка работоспособности аппаратной части, проверка соответствия требованиям технического задания и проведение экспериментальных исследований с оптическими сенсорами;
  • ПМ2. Задача данной методики – проверка работоспособности программной реализации, проверка соответствия требованиям технического задания и оценка готовности программных модулей для проведения экспериментальных исследований с оптическими сенсорами.

9. Экспериментальные исследования с лабораторной установкой по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений.
Программа экспериментальных исследований состояла из следующих этапов:

  • проверка работоспособности аппаратной части доработки ЭЛУ-РПИ и соответствия достигнутых характеристик требованиях технического задания в соответствии с программой и методикой ПМ1;
  • проверка работоспособности программной реализации доработки ЭЛУ-РПИ и соответствия достигнутого функционала требованиях технического задания в соответствии с программой и методикой ПМ2;
  • испытание оптического модуля с различными установленными светочувствительными сенсорами в соответствии с программой и методикой ПМ1.

Более подробная информация о результатах реализации проекта приведена в резюме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

III этап

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 29.09.2014 № 14.581.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01.07.2015 по 31.12.2016 выполнялись следующие работы:

  • <разработка алгоритмов формирования цифрового панорамного изображения от нескольких источников;
  • программная реализация алгоритмов формирования цифрового панорамного изображения от нескольких источников;
  • разработка эскизной документации на макет устройства регистрации цифровых панорамных изображений;
  • проектирование операционной системы и алгоритмов управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений;
  • программная реализация операционной системы и алгоритмов управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений;
  • разработка и реализация алгоритмов обработки, сжатия и декомпрессии статических и потоковых изображений;
  • разработка программы и методики проведения экспериментальных исследований образца устройства регистрации цифровых панорамных изображений;
  • адаптация программных компонентов под выбранные аппаратные решения функционирования программных средств;
  • формирование технических требований к аппаратной архитектуре устройства;
  • создание специализированного стенда по прототипированию радиоэлектронной аппаратуры;
  • проведение оценки текущих технико-экономических показателей проекта.

При этом были получены следующие результаты:

1 Алгоритмы формирования цифрового панорамного изображения от нескольких источников.
Разработанные алгоритмы реализованы на основе новой математической модели додекаэдра и позволяют решать задачу «сшивки» сферического панорамного изображения от 12-ти светочувствительных сенсоров в режиме реального времени.

Для проверки корректности реализации и отладки алгоритмов разработана эскизная конструкторская документация на отладочный образец, представленная в виде отдельного комплекта документов. На основе данной документации изготовлен отладочный образец устройства.

Программная реализация алгоритмов формирования панорамного изображения от нескольких источников выполнена на программном комплексе MatLab и в пакете инструментов Image Processing Toolbox. Указанная реализация алгоритмов включает 8 программных модулей, выполняющих 10 основных функций предварительной обработки и преобразования изображений.

Сформирован комплект программной документации в следующем составе:

  • спецификация;
  • текст программы;
  • описание программы;
  • описание применения.

2 Эскизная документация на макет устройства регистрации цифровых панорамных изображений.
Макет устройства обладает следующими характеристиками:

  • количество используемых камер – не менее 12 шт.;
  • угол охвата поля изображения по горизонтали – 360 градусов, по вертикали – 360 градусов;
  • формат сжатия видеоизображений – H.264, H.265;
  • программное (цифровое) приближение просматриваемого изображения – не менее 10 раз;
  • максимальная частота кадров записываемых видеоданных с разрешением 3840×2160 (Ultra HD) точек - 30 кадров в секунду;
  • относительный коэффициент оптических искажений (дисторсии) – не более 1,5 %;
  • снаряженная масса устройства с источником питания – не более 2 кг;
  • габаритные размеры – не более 200х200х200 мм.

Эскизная документация на макет устройства регистрации цифровых панорамных изображений представлена в виде отдельного комплекта конструкторской документации.

3 Операционная система и алгоритмы управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений.
Разработанные и программно-имплементированные алгоритмы управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений обладают глубокой оптимизацией под целевую аппаратную платформу, что позволяет выполнять операции формирования цифровых панорамных изображений в режиме реального времени.

Операционная система представляет собой интегрированный программный продукт, разработанный на основе оптимизированного базового ядра ОС Linux, адаптированный для работы на мобильных платформах NVidia и ПЛИС Altera. Данная операционная система содержит интегрированные в окружение ядра системы специализированные функции управления устройством регистрации, обработки и формирования панорамного изображения.

Сформирован комплект технической документации на операционную систему управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений, включающий:

  • спецификация;
  • текст операционной системы;
  • описание операционной системы;
  • описание применения операционной системы;
  • руководство системного администратора операционной системы;
  • руководство оператора операционной системы;
  • описание алгоритмов управления устройством.

4 Алгоритмы обработки, сжатия и декомпрессии статических и потоковых изображений.
Разработанные алгоритмы обеспечивают преобразование изображения в современные форматы: для статических изображений – JPEG, RAW; для динамических изображений – H.264, H.265 и адаптированы для реализации на программируемых логических интегральных схемах.

Разработаны четыре комплекта программной документации на программное обеспечение сжатия и декомпрессии в форматах JPEG, RAW, H.264, H.265. Каждый комплект документации включает:

  • спецификацию;
  • текст программ;
  • описание программы;
  • описание применения.

5 Программа и методика проведения экспериментальных исследований образца устройства регистрации цифровых панорамных изображений.
Позволяет выполнить оценку соответствия основных характеристик разработанного устройства требованиям, установленным техническим заданием на выполнение ПНИЭР, а также проверка параметров функционирования устройства: температурный режим отдельных компонентов и устройства в целом, потребляемая мощность от автономного источника и время непрерывной работы от полностью заряженного автономного источника питания.

6 Адаптация программных компонентов под выбранные аппаратные решения функционирования программных средств.
Осуществлена адаптация конфигурации сервисных и пользовательских служб операционной системы управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений в контексте распределения функций управления между центральным модулем и модулями FPGA.

Осуществлена адаптация программы формирования цифрового панорамного изображения от нескольких источников, реализованная в среде MatLab, в контексте разделения функций между программным модулем обработки панорамного изображения и модулями FPGA при формировании панорамного изображения.

Разработан комплект технической документации на программный комплекс управления формированием панорамного изображения в режиме реального времени, в следующем составе:

  • спецификация;
  • текст программы программного модуля итоговой обработки и формирования панорамного изображения;
  • текст программы программного модуля управления FPGA;
  • описание программы;
  • описание применения.

7 Технические требования к аппаратной архитектуре устройства.
Технические требования представлены в виде отдельного документа. Данный документ определяет:

  • основные параметры устройства;
  • технические требования к составу и характеристикам;
  • комплектность устройства.

Состав компонентов устройства и ключевые характеристики:

  • вычислительного модуля;
  • агрегатного модуля;
  • модуля кодека;
  • модуля оптического сенсора;
  • платы ввода-вывода;
  • дисплейного модуля;
  • платы сенсорного ввода модуля;
  • питающих устройств и аккумуляторной батареи.

8 Специализированный стенд по прототипированию радиоэлектронной аппаратуры.
Предназначен для изготовления действующих прототипов радиоэлектронной аппаратуры для проведения экспериментальных исследований.

Состав стенда:

  • автоматизированное рабочее место (Центральная ПЭВМ);
  • программное обеспечение для проектирования печатных плат высокой сложности и моделирования РЭА;
  • установка по изготовлению печатных плат радиоэлектронной аппаратуры;
  • установка по монтажу печатных плат радиоэлектронной аппаратуры;
  • программный модуль автоматизированного обнаружения дефектов печатных плат с помощью видеомикроскопа;
  • видеомикроскоп.

Разработан комплект технической документации.

Конструкторская документация:

  • руководство по эксплуатации;
  • схема электрическая структурная;
  • схема электрическая функциональная;
  • схема электрическая подключений;
  • схема расположений.

Программная документация для модуля автоматизированного обнаружения дефектов при изготовлении печатных плат:

  • описание программы;
  • текст программы;
  • руководство программиста.

Для проверки работоспособности и соответствия стенда требованиям технического задания разработаны программы и методики испытаний для аппаратной и программной части.

Результаты исследований приведены в протоколах испытаний.

9 Оценка текущих технико-экономических показателей проекта.
Результаты оценки показали, что без учета дисконтирования денежных потоков (в ценах 2015 г.) точка безубыточности будет достигнута в 2022 г. (срок окупаемости инвестиционного проекта), средства Индустриального партнера, направленные на софинансирование ПНИЭР, окупятся в 2021 г.

Более подробная информация о результатах реализации проекта приведена в резюме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

IV этап

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 29.09.2014 № 14.581.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 4 в период с 01.01.2016 по 30.06.2016 выполнялись следующие работы:

  • создание проектного макета (экспериментального образца) устройства регистрации цифровых панорамных изображений (УРЦПИ) в соответствии с эскизной документацией;
  • проведение экспериментальных исследований с экспериментальным образцом устройства регистрации цифровых панорамных изображений;
  • анализ результатов экспериментальных исследований экспериментального образца устройства регистрации цифровых панорамных изображений;
  • доработка и корректировка технических решений экспериментального образца по результатам испытаний, внесение изменений в техническую документацию;
  • проектирование и реализация графического пользовательского интерфейса для операционной системы управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений;
  • проектирование и реализация подсистемы отображения панорамного изображения на стандартных дисплеях с функциями приближения и надвигания по изображению;
  • определение технических, технологических, экономических требований к разработке устройств регистрации цифровых панорамных изображений;
  • разработка эскизной документации на проектный макет специализированного процессора для обработки изображений на ПЛИС;
  • разработка программы и методики испытаний экспериментального образца специализированного процессора для обработки изображений;
  • проведение экспериментальных исследований образцов специализированного процессора для обработки изображений;
  • создание партии экспериментальных образцов специализированного процессора для обработки изображений на ПЛИС;
  • создание специализированного стенда по тестированию и отладке цифровой радиоэлектронной аппаратуры.

При этом были получены следующие основные результаты:

1 Проектный макет (экспериментальный образец) устройства регистрации цифровых панорамных изображений. В ходе выполнения работ создан экспериментальный образец устройства регистрации цифровых панорамных изображений в соответствии с эскизной документацией.

Основные характеристики экспериментального образца:

  • количество используемых камер – не менее 12 шт.
  • угол охвата поля изображения
    • по горизонтали – 360 градусов;
    • по вертикали – 360 градусов;
  • формат сжатия видеоизображений – H.264, H.265;
  • программное (цифровое) приближение просматриваемого изображения – не менее 10 раз;
  • максимальная частота кадров, записываемых видеоданных с разрешением 3840×2160 (Ultra HD) точек – 30 кадров в секунду;
  • относительный коэффициент оптических искажений (дисторсии) – не более 1,5 %;
  • снаряженная масса устройства с источником питания – не более 5 кг.;
  • габаритные размеры – не более 300х300х300 мм.

2 Экспериментальные исследования с экспериментальным образцом устройства регистрации цифровых панорамных изображений. Цель экспериментальных исследований – оценка основных характеристик разработанного объекта исследований требованиям, установленным Техническим заданием на выполнение ПНИЭР.

3 Анализ результатов экспериментальных исследований экспериментального образца устройства регистрации цифровых панорамных изображений. В результате проведения исследований выявлено, что при формировании эквидистантной проекции панорамного изображения происходит растягивание фрагментов изображения в зените и надире, а при отображении – стягивание. В дальнейшем планируется проработка формата сохранения фотографий в другой проекции – куб (в виду особенностей работы кодеков H.264 и H.265). А также для повышения разрешения снимков и производительности устройства за счет возможности использовать оптические сенсоры более высокого разрешения, необходимо реализовать в устройстве аппаратную поддержку сенсоров не только с параллельным, но и с последовательным интерфейсом MIPI (Display Serial Interface (DSI) – спецификация Mobile Industry Processor Interface (MIPI) Allianc).

На основе результатов проведенных исследований можно сделать вывод, что экспериментальный образец успешно выдержал проверку по основным параметрам.

4 Доработанная эскизная документация на макет устройства регистрации цифровых панорамных изображений. На основе анализа результатов экспериментальных исследований с учетом отмеченных замечаний внесены изменения в эскизную документацию проектного макета устройства регистрации цифровых панорамных изображений (разработана плата интерфейсов MIPI в составе модуля питающих устройств).

5 Графический пользовательский интерфейс для операционной системы управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений.

Программная реализация приложений операционной системы представлена в виде:

  • нативные приложения;
  • web-приложения.

Нативное приложение разрабатывается с использованием фреймворка нативных приложений и фреймворка графического интерфейса. В качестве основы графического интерфейса используется компонента Enlightenment Foundation Libraries (EFL).

Web-приложения разрабатываются и выполняются с помощью компонентов Web-фреймворка. Web-фрейворк ОС УРЦПИ базируется на функциональных возможностях HTML5 (W3C/HTML5 API). Исполняющая система для web-приложений основана на браузерном движке WebKit.

Аппаратная платформа, выполненная на базе системы на кристалле от Altera, которая сочетает в себе высокопроизводительный двухъядерный ARM Cortex-A9 процессор и программируемую логику для достижения максимальной гибкости при создании решений.

6 Подсистема отображения панорамного изображения на стандартных дисплеях с функциями приближения и надвигания по изображению. Подсистема реализована в виде веб-приложения, состоящего из веб-сервера и веб-клиента. Программного обеспечения с графическим пользовательским интерфейсом создание на базе HTML5, CSS и JavaScript технологий.

Подсистема реализует следующие функции:

  • регистрацию статического панорамного изображения;
  • регистрацию динамического панорамного изображения;
  • поиск и просмотр изображений на внешнем дисплее;
  • копирование выбранных изображений на подключенное USB 3.0 внешнее устройство хранения данных;
  • управление параметрами функционирования;
  • приближение и надвигание по изображению;
  • интерфейс для проведения испытаний УРЦПИ.

7 Эскизная документация на проектный макет специализированного процессора для обработки изображений. Конфигурация проектного макета специализированного процессора состоит из двух связанных модулей: программного (реализованного на ARM ядрах) и аппаратного (реализованного на логических элементах ПЛИС). Физически они объединены в одном корпусе микросхемы семейства Cyclone V.

В соответствии с требованиями ТЗ макет специализированного процессора (СП) обеспечивает выполнение следующих функций по формированию и обработке панорамного изображения (алгоритмы, реализующие данные функции разработаны на этапе 3):

  • обработка, сжатие и декомпрессия статических и потоковых изображений в форматах: JPEG, RAW – для статических и H.264, H.265 — для потоковых;
  • формирование в режиме реального времени цифрового панорамного изображения (реализация задачи "склейки" множества цифровых изображений) от нескольких камер, работающих синхронно.

Разработан комплект технической документации в составе:

  • программной документации на управляющую программу специализированного процессора;
  • конструкторская документация на проектный макет специализированного процессора.

8 Программа и методика проведения испытаний экспериментального образца специализированного процессора для обработки изображений.

Разработаны две отдельные программы и методики:

  • программа и методика лабораторных испытаний ПМ1 (определение соответствия объекта испытания требования ТЗ);
  • программа и методика исследовательских испытаний ПМ2 (оценка показателей ресурсоемкости процессов сшивки, сжатия и декомпрессии изображений при их реализации на выбранной аппаратной платформе).

9 Партия экспериментальных образцов специализированных процессоров для обработки изображений на ПЛИС. Создана партия экспериментальных образцов специализированных процессоров и поведены экспериментальные испытания в соответствии с разработанными программами и методиками лабораторных испытаний. Испытания проводились с использованием стенда проектирования, программирования и отладки цифровых устройств. Подключение экспериментальных образцов специализированного процессора к автоматизированному рабочему месту (АРМ) стенда осуществляется посредством Ethernet по протоколу SSH.

10 Специализированный стенд по тестированию и отладке цифровой радиоэлектронной аппаратуры. Предназначен для тестирования и отладки экспериментальных и опытных образцов цифровой радиоэлектронной аппаратуры.

Состав специализированного стенда:

  • программные средства диагностики;
  • управляющая ЭВМ с предустановленным ПО;
  • лабораторные источники питания;
  • цифро-аналоговый осциллограф;
  • логический анализатор.

Все компоненты стенда управляются по средствам ЭВМ с помощью программных средств диагностики «Программный комплекс специализированного стенда по тестированию и отладке цифровой радиоэлектронной аппаратуры».

Программный комплекс специализированного стенда выполняет следующие функции:

  • тестирование цифровых электронных блоков (с микроконтроллерами или ПЛИС);
  • тестирование аналоговых электронных блоков;
  • тестирование комбинированных электронных блоков;
  • тестирование электронных блоков с применением средств измерения;
  • контроль параметров при проведении приемосдаточных испытаний электронных блоков (изделий);
  • контроль параметров при проведении приемосдаточных испытаний электронных блоков (изделий) с термоустойчивостью.

Разработан комплект технической документации в составе конструкторской и программной документации.

Более подробная информация о результатах реализации проекта приведена в резюме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В начало

Разработка нового поколения многофазных наноструктурированных автолистовых сталей с аустенитной матрицей, обеспечивающих повышенный уровень эксплуатационных свойств при общем снижении удельных затрат


Контактная информация: Руководитель: д.ф-м.н., А.Н. Беляков
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.578.21.0069

Руководитель: д.ф-м.н., А.Н. Беляков

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технология получения и обработки конструкционных материалов

Период выполнения: 23.10.2014- 31.12.2015

Плановое финансирование проекта: 50,05 млн. руб., из них:

  • Бюджетные средства 34,250 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 15,8 млн. руб.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Индустриальный партнер: ООО «ДетальКомплект», Россия

Ключевые слова: перспективные конструкционные материалы, термомеханическая обработка, наноструктура, TWIP-эффект, TRIP-эффект, аустенитные стали, механические свойства, мартенсит деформации.

Основные результаты 1 этапа:

  • обоснованы и разработаны методы получения нового поколения многофазных наноструктурированных автолистовых сталей;
  • разработан оригинальный комплексный подход к созданию многофазных наноструктурированных автолистовых сталей;
  • разработаны и обоснованы требования к химическому, фазовому составам, структурному состоянию, структурной и химической однородности металла, типу, количеству, размеру и морфологии, неметаллических включений, выделений избыточных фаз, структурных составляющих, содержанию и формам присутствия примесей, обеспечивающих наиболее высокий и стабильный комплекс технологических, служебных свойств разрабатываемых сталей;
  • проведены теоретические исследования процессов и превращений, происходящих на всех этапах обработки нового поколения прогрессивных многофазных наноструктурированных автолистовых сталей;
  • разработаны физико-химические методы прогнозирования неметаллических включений.

Основные результаты 2 этапа:

  • Разработаны оригинальные принципы управления шлаковым режимом при отливке многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Были рассмотрены основные промышленные методы выплавки сталей, после чего оптимальным методом была выбрана индукционная плавка с последующим электрошлаковым переплавом. В качестве принципов управления шлаковым режимом при электрошлаковом переплаве было выбрано изменение геометрических параметров электрода, скорость его подвода в шлаковую ванну, а также изменение параметров электрической цепи: силы тока, напряжения и мощности, подводимой к шлаковой ванне.
  • Разработаны Программа и методики экспериментальных исследований образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей согласно п. 3.10 ТЗ. Разработаны Программа и методики экспериментальных исследований образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей регламентируют испытания и исследования химического состава, фазовых и структурных составляющих, механические испытания на растяжение и усталостную долговечность, а также испытания на стойкость против коррозии и способности к раздаче отверстия. Определены общие положения испытаний, общие требования к условиям, обеспечению и проведению испытаний, требования безопасности, режимы и методики испытаний. Составлена программа испытаний.
  • Разработана методика определения энергий дефекта упаковки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Определены общие положения испытаний, общие требования к условиям, обеспечению и проведению испытаний, требования безопасности, режимы и методики испытаний. Составлена программа испытаний. В документе определены виды отчетности о проведенных испытаниях. Приведен перечень средств проведения испытаний, а также типовой протокол испытаний. Методика определения энергий дефекта упаковки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей разработана с учетом последних достижений в области материаловедения и методов рентгеноструктурного анализа.
  • Проведены эксперименальные плавки и обработки (гомогенизационные отжиги) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей.
  • Проведены комплексные исследования экспериментальных плавок разрабатываемых сталей после литья и обработки (гомогенизационного отжига) согласно п. 3.13 ТЗ. были проведены комплексные исследования химического состава, фазового состава, структурного состояния, выделений избыточных фаз, наноструктурной составляющей, неметаллических включений, форм присутствия примесей в экспериментальных плавках после литья и обработки (гомогенизационного отжига). Проведенные по предварительным режимам плавки и обработки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей показали неплохие результаты, однако, часть полученных образцов не соответствовало заданным условиям.
  • Установлены оптимальные значения технологических параметров при выплавке и обработке (гомогенизационном отжиге) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Установленные оптимальные значения технологических параметров при выплавке и обработке (гомогенизационном отжиге) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей представляют собой следующий набор параметров: режим электрошлакового переплава: ток промышленной частоты 50 Гц, сила тока 2,5 кА; напряжение 40 В и средняя мощность, подводимая к шлаковой ванне, для электрода диаметром Ø 60-62 мм на уровне 100 кВт с последующим снижением после оплавления 70% электрода, средняя скорость наплавления слитка 0,6-0,9 кг/мин. После электрошлакового переплава гомогенизационный отжиг при температуре 1150 оС в течение 1 часа.
  • Разработан Лабораторный технологический регламент на выплавку и обработку (гомогенизационный отжиг) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Лабораторный технологический регламент определяет основные характеристики продукции, получаемой по установленным оптимальным значениям технологических параметров и позволяет получить экспериментальные образцы многофазных наноструктурированных автолистовых сталей после выплавки и обработки (гомогенизационного отжига).
  • Получены экспериментальные образцы после выплавки и обработки (гомогенизационного отжига) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей аустенитного класса, отличающиеся химическим составом.
  • Определены химические составы и количества фазовых и структурных составляющих в экспериментальных образцах разрабатываемых сталей после литья и обработки (гомогенизационного отжига) в соответствии с разработанными Программой и методиками экспериментальных исследований, указанными в пункте 3.10 ТЗ. Экспериментальные образцы многофазных наноструктурированных автолистовых сталей, изготовленные согласно Лабораторному технологическому регламенту на выплавку и обработку (гомогенизационный отжиг), соответствуют всем предъявляемым требованиям.
  • Определены энергии дефекта упаковки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей после литья и обработки (гомогенизационного отжига). Энергии дефекта упаковки экспериментальных образцоа многофазных наноструктурированных автолистовых сталей после литья и обработки (гомогенизационного отжига) составили 10±0,5, 20±1 и 20±1 мДж/м2 для сталей Fe-18Mn-0.3C, Fe-18Mn-0.6C и Fe-10Mn-0.6C-1.5Al, соответственно.

Основные результаты 3 этапа:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «23» октября 2014 г. № 14.578.21.0069 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01 июля по 31 декабря 2015 г. выполняли следующие работы:

  • Проведение экспериментальных термомеханических обработок многофазных наноструктурированных автолистовых сталей
  • Проведение комплексных исследований разрабатываемых сталей после термомеханической обработки согласно пункту 3.20 ТЗ
  • Установление оптимальных значений технологических параметров при термомеханической обработке многофазных наноструктурированных автолистовых сталей
  • Разработка Лабораторного технологического регламента на термомеханическую обработку многофазных наноструктурированных автолистовых сталей
  • Получение экспериментальных образцов горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей
  • Проведение экспериментов с экспериментальными горячекатаными образцами разрабатываемых сплавов в соответствии с разработанной Программой и методиками экспериментальных исследований, указанными в пункте 3.10 ТЗ, кроме исследования химического состава
  • Анализ деформационного упрочнения при растяжении и испытаниях на многоцикловую усталость экспериментальных горячекатаных образцов разрабатываемых сталей
  • Анализ структурных изменений в экспериментальных горячекатаных образцах многофазных наноструктурированных автолистовых сталях после усталостных испытаний
  • Исследование фрактографии и распространения трещин в экспериментальных горячекатаных образцах многофазных наноструктурированных автолистовых сталях при циклическом нагружении
  • Разработка методики механических испытаний образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей на микротвердость
  • Разработка методики исследования кинетики статической рекристаллизации многофазных наноструктурированных автолистовых сталей при термической обработке

При этом были получены следующие результаты:

1) Краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности)

Проведены комплексные исследования разрабатываемых сталей после термомеханической обработки. Установлены оптимальные значения технологических параметров при термомеханической обработке многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Разработан Лабораторного технологического регламента на термомеханическую обработку многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Получены экспериментальные образцы горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Исследованы экспериментальные образцы горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей в соответствии с разработанной Программой и методиками экспериментальных исследований. Получены зависимости структурных изменений в экспериментальных горячекатаных образцах многофазных наноструктурированных автолистовых сталях после усталостных испытаний. Оценена фактография в экспериментальных горячекатаных образцах многофазных наноструктурированных автолистовых сталях при циклическом нагружении. Разработана методика механических испытаний образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей на микротвердость. Разработана методика исследования кинетики статической рекристаллизации многофазных наноструктурированных автолистовых сталей при термической обработке.

2) Основные характеристики полученных результатов (в целом и/или отдельных элементов), созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции.

Получены экспериментальные образцы горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. с требуемыми значениями механических и коррозионных свойств. Разработанная методика механических испытаний образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей на микротвердость позволяет оценивать механические свойства, а именно микротвердость по Виккерсу. Разработанная методика исследования кинетики статической рекристаллизации многофазных наноструктурированных автолистовых сталей при термической обработке, дает возможность оценить рекристаллизационное поведение многофазных наноструктурированных автолистовых сталей при термической обработке.

3) Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявших методик и решений.

Разработанные методики и принципы управления процессами позволяют получить экспериментальные образцы многофазных наноструктурированных автолистовых сталей после выплавки и обработки химического состава повышенной чистоты, что позволяет достигнуть мирового уровня в данной области.

4) Подтверждение соответствия полученных результатов требованиям к выполняемому проекту.

Полученные результаты соответствуют требованиям Технического задания.

5) Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

Полученные результаты имеют уровень, сопоставимый с мировым.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В начало

Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей с улучшенным комплексом механических свойств


Контактная информация: Руководитель: д.ф-м.н., А.Н. Беляков

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.584.21.0003

Руководитель: д.ф-м.н., А.Н. Беляков

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технология получения и обработки конструкционных материалов

Период выполнения: 27.08.2014- 31.12.2016

Плановое финансирование проекта в: 48,34 млн. руб., из них:

  • Бюджетные средства 24,170 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 24,170 млн. руб.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Иностранный партнер: Национальный институт Металловедения, Япония

Ключевые слова: Перспективные конструкционные материалы; наноструктурные материалы; прочность и пластичность; усталость; разрушение; термомеханическая обработка; измельчение зерен; нанодвойники; мартенсит деформации.

Основные результаты 1 этапа:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «23» октября 2014 г. № 14.584.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 27 августа по 31 декабря 2014 г. выполняли следующие работы:

1. Проведение аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках научных исследований, в том числе, обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты – не менее 15 научно-информационных источников за период 2009 – 2013 гг.

2. Проведение патентных исследований по ГОСТ 15.011-96.

3. Расчет энергии дефектов упаковки и моделирование равновесного фазового состава экспериментальных сталей.

4. Разработка и выбор оптимальных систем легирования перспективных высокомарганцевых аустенитных сталей.

5. Подготовка экспериментальных образцов перспективных высокомарганцевых сталей.

6. Разработка Программ и методик испытания образцов экспериментальных сталей.

Работы иностранного партнера:

1. Подготовка образцов высокомарганцевых аустенитных сталей.

2. Структурные исследования образцов сталей в исходном состоянии.

3. Оценка энергии дефектов упаковки экспериментальных сталей.

При этом были получены следующие результаты:

1) Краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).

Обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы показал огромные перспективы высокомарганцевых TWIP сталей в автомобильной промышленности.

Анализ найденных патентов показал, что недостатком известных способов является то, что они не позволяют получить в стальных листах повышенный уровень пластичности, и при этом сохранить высокую прочность. На данный момент не найдено патентов на стали, обладающие повышенными циклическими свойствами.

Разработаны Программа и методики испытания образцов экспериментальных сталей: программа и методики механических статических испытаний; программа и методики механических циклических испытаний на малоцикловую усталость; программа и методики механических циклических испытаний на многоцикловую усталость.

Разработаны и выбраны оптимальные системы легирования перспективных высокомарганцевых аустенитных сталей: по результатам анализа литературных источников и термодинамических расчетов были определены оптимальные системы легирования сталей: Fe-Mn-Si-C-N. Исходя из химического состава высокомарганцвых сталей, по диаграммам была определена их расчетная энергия дефектов упаковки. Fe- 30% Mn – 6% Al знергия дефеутов упаковки равна 7,8 мДЖ/м2, для Fe- 30% Mn – 3% Al – 3% Si 40 мДж/м2 , для Fe- 22% Mn – 1,5 % Si – 0,4% C – 0,1% N 24 мДж/м2 , для Fe- 18% Mn – 0,6 % C – 0,1 N 24 мДж/м2.

2) Основные характеристики полученных результатов (в целом и/или отдельных элементов), созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции.

Основные результаты, полученные на первом этапе проекта, показали уровень мировых разработок и определили вектор развития дальнейших исследований в области высокомарганцевых аустенитных сталей.

3) Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявших методик и решений.

Результаты, полученные при выполнении первого этапа проекта, являются новыми в масштабе Российской Федерации, так как работы по этим сталям в Российской Федерации не велись.

4) Подтверждение соответствия полученных результатов требованиям к выполняемому проекту.

Все задачи, поставленные при выполнения первого этапа проекта, полностью выполнены. На основании полученных теоретических данных были разработаны и выбраны оптимальные системы легирования перспективных высокомарганцевых аустенитных сталей. Был произведен расчет энергии дефектов упаковки в экспериментальных сталях, а также были подготовлены экспериментальные образцы перспективных высокомарганцевых аустенитных сталей.

5) Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

Результаты 1-го этапа проекта «Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей с улучшенным комплексом механических свойств» были получены с применением современного высокотехнологического оборудования при участии группы японских ученых под руководством известного приглашённого учёного Kaneaki Tzusaki, что обеспечивает уровень результатов сопоставимый с мировым.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

Основные результаты 2 этапа:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «23» октября 2014 г. № 14.584.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01 января по 30 июля 2015 г. выполняли следующие работы:

1. Определение химического и фазового состава, структурного состояния экспериментальных сталей в исходном состоянии (после литья с последующей гомогенизацией и горячей ковкой).

2. Многократная всесторонняя ковка образцов экспериментальных сталей в условиях теплой деформации при температурах 400-600°С.

3. Отжиг кованых образцов экспериментальных сталей при температурах 400-600°С.

4. Измерение твердости и исследование эволюции структуры образцов экспериментальных сталей в процессе многократной ковки в условиях теплой деформации и последеформационного отжига.

5. Установление закономерностей развития непрерывной динамической и пост-динамической рекристаллизации и определение оптимальных режимов пластической обработки для формирования однородной мелкозернистой структуры.

6. Изготовление образцов экспериментальных сталей с однородной мелкозернистой структурой.

7. Механические статические и циклические испытания на растяжение и усталостную долговечность образцов экспериментальных сталей с динамически и пост-динамически рекристаллизованной структурой.

8. Фрактография и анализ структурных изменений в экспериментальных сталях после усталостных испытаний

Работы иностранного партнера:

1. Термомеханическая обработка образцов экспериментальных сталей с различной энергией дефектов упаковки, включающая ковку, прокатку и отжиг при 1000°С с последующей закалкой в воду.

2. Структурные исследования образцов экспериментальных сталей после закалки с 1000°С.

3. Механические испытания образцов экспериментальных сталей после закалки с 1000°С.

4. Структурные исследования образцов экспериментальных сталей после закалки и циклических испытаний.

При этом были получены следующие результаты:

1) Краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).

Исследована микрокструктура в исходном состоянии в сталях Fe-18Mn-0.6C-0.1N-1.5Si и Fe-22Mn-0.4C-0.1N-1.5Si. Получены данные по химическому и фазовому состовау исследуемых сталей. На основании полученных микроструктурных данных были выбраны оптимальные режимы для формирования мелкозернистой структуры в сталях Fe-18Mn-0.6C-0.1N-1.5Si и Fe-22Mn-0.4C-0.1N-1.5Si. При совместных работах с иностранным партнером был получен комплексный анализ механичестик свойств в разнообразных структурных состояниях в высокомарганцевых сталях. Данные были обсуждены с иностранным партнером.

2) Основные характеристики полученных результатов (в целом и/или отдельных элементов), созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции.

Установлен оптимальный режим получения мелкозернистой микроструктуры для сталей Fe-18Mn-0.6C-0.1N-1.5Si и Fe-22Mn-0.4C-0.1N-1.5Si. Термомеханическая обработка заключается в многократной всесторонней ковке при температуре 600°С, а также в многократной всесторонней ковке при температуре 600°С и последующем отжиге при температуре 600°С в течении 1часа.

3) Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявших методик и решений

Результаты, полученные при выполнении первого этапа проекта, являются новыми в масштабе Российской Федерации, так как работы по этим сталям в Российской Федерации не велись.

4) Подтверждение соответствия полученных результатов требованиям к выполняемому проекту.

На основании полученных микроструктурных данных были выбраны оптимальные режимы для формирования мелкозернистой структуры в сталях Fe-18Mn-0.6C-0.1N-1.5Si и Fe-22Mn-0.4C-0.1N-1.5Si. Получены образцы экспериментальных сталей с однородной мелкозернистой структурой.

5) Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

Результаты 2-го этапа проекта «Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей с улучшенным комплексом механических свойств» были получены с применением современного высокотехнологического оборудования при участии группы японских ученых под руководством известного приглашённого учёного Kaneaki Tzusaki, что обеспечивает уровень результатов сопоставимый с мировым.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

Основные результаты 3 этапа:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «23» октября 2014 г. № 14.584.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01 июля по 31 декабря 2015 г. выполняли следующие работы:

1. Многократная всесторонняя ковка образцов экспериментальных сталей в условиях холодной деформации при комнатной температуре.

2. Отжиг холоднокованых образцов экспериментальных сталей при температурах 400-600°С.

3. Измерение твердости и исследование эволюции структуры образцов экспериментальных сталей в процессе многократной ковки в условиях холодной деформации и последеформационного отжига.

4. Установление закономерностей формирования нанокристаллической структуры в экспериментальных сталях в процессе холодной многократной ковки.

5. Установление закономерностей статической рекристаллизации в процессе отжига экспериментальных сталей с нанокристаллической структурой, полученной многократной холодной ковкой.

6. Изготовление образцов экспериментальных сталей с однородной мелкозернистой структурой, полученной холодной ковкой с последующим отжигом.

7. Механические статические и циклические испытания образцов экспериментальных сталей с однородной мелкозернистой структурой, полученной холодной ковкой с последующим отжигом.

8. Фрактография и анализ структурных изменений в экспериментальных сталях после усталостных испытаний.

9. Проведение дополнительных патентных исследований.

10. Подача заявки на патент.

Работы иностранного партнера:

1. Термомеханическая обработка образцов экспериментальных сталей, включающая закалку с 1000°С с последующей прокаткой при температурах 600-900°С.

2. Структурные исследования образцов экспериментальных сталей после закалки с 1000°С и прокатки при температурах 600-900°С.

3. Механические испытания образцов экспериментальных сталей после закалки с 1000°С и прокатки при температурах 600-900°С.

4. Структурные исследования образцов экспериментальных сталей после прокатки при температурах 600-900°С и циклических испытаний.

При этом были получены следующие результаты:

1) Краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).

Установлены закономерности формирования нанокристаллической структуры в экспериментальных сталях в процессе холодной многократной ковки и закономерности статической рекристаллизации в процессе отжига экспериментальных сталей с нанокристаллической структурой, полученной многократной холодной ковкой. Получены образцы экспериментальных сталей с однородной мелкозернистой структурой, полученной холодной ковкой с последующим отжигом. Оценены механические свойства образцов экспериментальных сталей с однородной мелкозернистой структурой, полученной холодной ковкой с последующим отжигом.

2) Основные характеристики полученных результатов (в целом и/или отдельных элементов), созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции.

Образцы сталей Fe-18Mn-0.6C-0.1N-1.5Si и Fe-22Mn-0.4C-0.1N-1.5Si, полученные холодной ковкой с последующим отжигом имеют мелкозернистую структуру. Был получен комплексный анализ механичестик свойств в сталях сталей Fe-18Mn-0.6C-0.1N-1.5Si и Fe-22Mn-0.4C-0.1N-1.5Si. С иностранным партнером обсуждены закономерности формирования нанокристаллической структуры в экспериментальных сталях в процессе холодной многократной ковки и закономерности статической рекристаллизации в процессе отжига экспериментальных сталей с нанокристаллической структурой, полученной многократной холодной ковкой.

3) Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявших методик и решений.

Результаты, полученные при выполнении первого этапа проекта, являются новыми в масштабе Российской Федерации, так как работы по этим сталям в Российской Федерации не велись.

4) Подтверждение соответствия полученных результатов требованиям к выполняемому проекту.

5) Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

Полученные результаты соответствуют требованиям Технического задания.

Результаты 3-го этапа проекта «Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей с улучшенным комплексом механических свойств» были получены с применением современного высокотехнологического оборудования при участии группы японских ученых под руководством известного приглашённого учёного Kaneaki Tzusaki, что обеспечивает уровень результатов сопоставимый с мировым.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В начало

Разработка экономно легированного медного сплава и технологии производства из него трапецеидальных профилей с наноструктурой для изготовления коллекторных пластин


Контактная информация: Руководитель: д.ф-м.н., Р.О. Кайбышев
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить / Загрузить 

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.575.21.0005

Руководитель: д.ф-м.н., Р.О. Кайбышев

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов

Период выполнения: 17.06.2014 – 31.12.2015

Плановое финансирование проекта:

  • Бюджетные средства 10 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 1,765 млн. руб.

Получатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)

Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью «Оборудование и Технологии» (ООО «Оборудование и Технологии»)

Ключевые слова: медные сплавы, редкоземельные элементы, механические свойства, электропроводность, интенсивная пластическая деформация, субмикрокристаллическая структура, плотность дислокаций.

Основные результаты:

  • выбрана система легирования сплава на основе меди с применением редкоземельных металлов;
  • исследован фазовый состав разработанного сплава на основе меди с применением редкоземельных элементов;
  • экспериментальные образцы экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов;
  • разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов и экспериментальных образцов трапецеидальных профилей из медного сплава методом интенсивной пластической деформации по определению твердости, временного сопротивления, относительного удлинения и электропроводности.

1 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от от «17» июня 2014 г. № 14.575.21.0005 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 17 июня по 31 декабря выполнялись следующие работы:

  • проведение аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих научных (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты.
  • проведение патентных исследований.
  • выбор системы легирования нового сплава на основе меди с применением редкоземельных металлов.
  • изготовление экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов.
  • исследование фазового состава разработанного сплава на основе меди с применением редкоземельных элементов.
  • разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов и экспериментальных образцов трапецеидальных профилей из медного сплава методом интенсивной пластической деформации по определению твердости, временного сопротивления, относительного удлинения и электропроводности.

При этом были получены следующие результаты:

1) краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности) с указанием работ, в рамках которых они были получены);

  • аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, который показал, что наиболее перспективным является направление, сочетающее как легирование медных сплавов, то есть разработку новых систем легирования, так и термомеханическую обработку для получения оптимального сочетания механических и физических свойств в медных полуфабрикатах для производства трапецеидальных профилей.
  • выбрана система легирования нового сплава на основе меди с применением редкоземельных металлов. Исходя из анализа существующих на сегодняшний день систем легирования видно, что наиболее перспективной системой легирования, на сегодняшний день, является система Cu – Cr – Zr – Y. Использование выбранной системы легирования позволит не только повысить электропроводность медного сплава за счет выделения частиц второй фазы в процессе предварительной термической обработки, а также позволит существенно повысить прочностные свойства медного сплава в процессе интенсивной пластической деформации без существенного уменьшения электропроводности.
  • исследован фазовый состав разработанного сплава на основе меди с применением редкоземельных элементов. Исследование показало, что в медном сплаве в литом состоянии происходит выделение первичных частиц, средний размер которых составляет от 100 до 250 нм.
  • проведены патентные исследования, которые показали, что разработанный экономно легированный медный сплав и получение трапецеидальных профилей методом равноканального углового прессования являются охраноспособными.
  • разработана методика изготовления экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов. Получены экспериментальные образцы экономно легированного медного сплава с добавлением редкоземельных элементов.
  • разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов и экспериментальных образцов трапецеидальных профилей из медного сплава методом интенсивной пластической деформации по определению твердости, временного сопротивления, относительного удлинения и электропроводности.

2) оценку элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информацию о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД;

  • разработан новый экономно легированный медный сплав на основе системы Cu – Cr – Zr с добавлением редкоземельных металлов;
  • полученные в ходе выполнения работ результаты на сегодняшний день не имеют аналогов в мире.

3) оценку соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту.

  • полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.
  • работы в рамках выполнения Соглашения о предоставлении субсидии могут быть продолжены с целью разработки технологии производства трапецеидальных профилей для изготовления коллекторных пластин.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

2 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «17» июня 2014 г. № 14.575.21.0005 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01 января по 30 июня 2015 г. выполнялись следующие работы:

  • проведение исследование комплекса физико-механических свойств, включающий измерение твердости, определение временного сопротивления, относительного удлинения и определение электропроводности разработанного сплава на основе меди.
  • разработка технологии производства профилей трапецеидальной формы для изготовления коллекторных пластин из экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов методом интенсивной пластической деформации.
  • получение экспериментальных образцов трапецеидальных профилей с наноструктурой для изготовления коллекторных пластин из медного сплава методом интенсивной пластической деформации.

При этом были получены следующие результаты:

1) краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности) с указанием работ, в рамках которых они были получены);

  • исследован комплекс физико-механических свойств, включающий измерение твердости, определение временного сопротивления, относительного удлинения и определение электропроводности разработанного сплава на основе меди. Исследование комплекса физико-механических свойств показало, что все три разработанных медных сплава, с использованием редкоземельных элементов, демонстрируют твердость, превышающую заданное минимальное значение твердости равное 60 HB в ТЗ. Анализ механических свойств, включающих временное сопротивление и относительное удлинение, и электропроводности показал, что все сплавы характеризуются более высокими значениями указанных физико-механических свойств по сравнению со значениями заданными в ТЗ.
  • разработана технология производства профилей трапецеидальной формы для изготовления коллекторных пластин из экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов методом интенсивной пластической деформации. Главным преимуществом разработанной технологии перед существующими в настоящее время аналогами является проведение непрерывного равноканального прессования при температуре близкой к температуре пикового старения, что позволит ускорить выпадение из пересыщенного твердого раствора мелкодисперсных частиц второй фазы, как результат произойдет ускорение кинетики формирования субмикрокристаллической и/или нанокристаллической структуры в процессе интенсивной пластической деформации.
  • получены экспериментальные образцы трапецеидальных профилей с наноструктурой для изготовления коллекторных пластин из медного сплава методом интенсивной пластической деформации.

2) оценку элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информацию о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД;

  • разработана технология производства профилей трапецеидальной формы для изготовления коллекторных пластин из экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов методом интенсивной пластической деформации;
  • полученные в ходе выполнения работ результаты на сегодняшний день не имеют аналогов в мире.

3) оценку соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту.

  • полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

3 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «17» июня 2014 г. № 14.575.21.0005 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01 июля по 31 декабря 2015 г. выполняли следующие работы:

  • Изучено влияние режимов деформационно-термической обработки, включая влияние температуры и времени предварительной обработки, степени пластической деформации при равноканальном угловом прессовании и прокатки/волочении на формирование структуры в процессе деформационно-термической обработки;
  • Проведено исследование комплекса физико-механических свойств, включающего измерение твердости, определение временного сопротивления, относительного удлинения, и определение электропроводности экспериментальных образцов из медного сплава полученных методом интенсивной пластической деформации;
  • Разработаны рекомендации по использованию полученных результатов в реальном секторе экономики;
  • Проведено обобщение и оценка полученных результатов;
  • Проведена технико-экономическая оценка результативности ПНИ;
  • Разработан проект ТЗ на ОТР по теме «Разработка технологии производства трапецеидальных профилей из экономно легированного медного сплава».

При этом были получены следующие результаты:

1) краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности) с указанием работ, в рамках которых они были получены);

  • изучено влияние режимов деформационно-термической обработки, включая влияние температуры и времени предварительной обработки, степени пластической деформации при равноканальном угловом прессовании и прокатки/волочении на формирование структуры в процессе деформационно-термической обработки. Выбран оптимальный режим термической обработки, включающей обработку на твердый раствор при температуре 920 °С в течение 30 минут и последующее старения при температуре 550 °С в течение 4 часов. Показано, что непрерывное равноканальное угловое прессование приводит к значительному измельчению зерен, и степень пластической деформации в значительной мере определяет размер зерен в медном сплаве БрХ0,3Цр0,06И0,1 с добавлением редкоземельных элементов. В процессе непрерывного равноканального углового прессования при температуре 400 °С до степени деформации 2 происходит формирование субмикрокристаллической и/или нанокристаллической структуры со средним размером зерен/субзерен около 200 нм. Проведение прокатки при комнатной температуре способствует дальнейшему уменьшению размера зерен, т.е. способствует формированию субмикрокристаллической и/или нанокристаллической структуры в медном сплаве БрХ0,3Цр0,06И0,1 с добавлением редкоземельных элементов.
  • проведено исследование комплекса физико-механических свойств, включающего измерение твердости, определение временного сопротивления, относительного удлинения, и определение электропроводности экспериментальных образцов из медного сплава полученных методом интенсивной пластической деформации. Проведение исследования комплекса физико-механических свойств показало, что необходимым комплексом физико-механических свойств обладают образцы медного сплава БрХ0,3Цр0,06И0,1 с добавлением редкоземельных элементов, подвергнутые следующей деформационно-термической обработке: обработка на твердый раствор при температуре 920 °С в течение 30 минут и последующее старения при температуре 550 °С в течение 4 часов, непрерывному равноканальному угловому прессованию при температуре 400 °С до степени деформации 2 и последующей прокатке при комнатной температуре до степени деформации 1. Определенные свойства при этом составляют: твердость по Бринеллю составляет 95,3 НВ, временное сопротивление – 332 МПа, относительное удлинение – 10,9%, электропроводность при этом составляет 86% IACS. Для определения термической стабильности, сформировавшейся структуры в процессе интенсивной пластической деформации, провели последеформационный отжиг при температуре 300 °С в течение 1 часа и провели исследование комплекса физико-механических свойств. Комплекс физико-механических свойств равен – твердость по Бринеллю составляет 92,6 НВ, временное сопротивление – 318 МПа, относительное удлинение – 12,25%, электропроводность при этом составляет 87% IACS. Таким образом, экспериментальные образцы медного сплава БрХ0,3Цр0,06И0,1 с добавлением редкоземельных элементов, полученные методом интенсивной пластической деформации, а также подвергнутые последеформационному отжигу удовлетворяют требованиям пункта 4.1 ТЗ Соглашения о предоставлении субсидии.
  • разработаны рекомендации по использованию полученных результатов в реальном секторе экономики. Основное внимание при разработке рекомендаций по использованию полученных результатов в реальном секторе экономики было уделено тому, что и разработанный медный сплав с добавлением редкоземельных элементов и технология получения трапецеидальных профилей обладают значительными перспективами по применению в любой из отраслей электротехнической промышленности Российской Федерации.
  • проведено обобщение и оценка полученных результатов. Основным выводом, который можно сделать на основании проведения обобщения и оценки полученных результатов при выполнении теоретических и экспериментальных работ по Соглашению о предоставлении субсидии заключается в следующем, полученные результаты обладают новизной, поскольку позволят дополнить существующую, на сегодняшний день, теоретическую базу по изучению закономерностей и механизмов формирования субмикрокристаллической и/или нанокристаллической структуры в металлических материалах в процессе интенсивной пластической деформации. Также, необходимо отметить, что разработанная технология обладает некоторой универсальностью и может быть применена не только для изготовления трапецеидальных профилей, но и для получения полуфабрикатов из медных сплавов, с улучшенным комплексом физико-механических свойств, для применения в электротехнической промышленности.
  • проведена технико-экономическая оценка результативности ПНИ. Проведенная оценка показывает, что полученные результаты в рамках выполнения ПНИ обладают высоким потенциалом по применению не только для производства трапецеидальных профилей для изготовления коллекторных пластин для электротехнической промышленности, но и для применения в других отраслях электротехнической промышленности. Например, для производства контактного провода для железнодорожного транспорта.
  • Разработан проект ТЗ на ОТР по теме «Разработка технологии производства трапецеидальных профилей из экономно легированного медного сплава».

2) оценку элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информацию о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД;

  • разработан новый экономно легированный медный сплав на основе системы Cu – Cr – Zr с добавлением редкоземельных металлов;
  • разработана технология производства профилей трапецеидальной формы для изготовления коллекторных пластин из экономно легированного медного сплава с использованием редкоземель-ных элементов методом интенсивной пластической деформации;
  • полученные в ходе выполнения работ результаты на сегодняшний день не имеют аналогов в мире.

3) оценку соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту.

  • полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.


Разработка жаропрочных мартенситных сталей для тепловых электростанций


Контактная информация: Руководитель - д.ф.-м.н. Кайбышев Р.О.
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить 

Проект от 14 августа 2014 г. №14-29-00173 по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований коллективами существующих научных лабораторий (кафедр)».

Руководитель - д.ф.-м.н. Кайбышев Р.О.

Сроки выполнения – 2014-2016.

Финансирование 15 000 000 руб на 2014 год. Всего 45 000 000 на 3 года. (2014-2016).

Проект посвящен разработке высокохромистых конструкционных сталей мартенситного класса для тепловых электростанций, работающих на ультрасверхкритических параметрах пара (T≥620°С, Р=250-350 атмосфер) в рамках отрасли «Инженерные науки», научного направления 09- 205 «Разработка новых конструкционных материалов и покрытий».

Описание выполненных работ и полученных научных результатов на 1 этапе:

1. Выполнен аналитический обзор не менее 100 научных и информационных источников, из которых не менее 50-ти за 2008-2014 гг., по вопросу о современном состоянии жаропрочных сталей мартенситного класса. Установлены такие перспективные направления в вопросе оптимизации легирования и разработки новых композиций как: 1) снижение содержания углерода; 2) снижение содержания азота; 3) добавление тантала в состав стали. Выявлены проблемы, возникающие при разработке высокохромистых сталей мартенситного класса, препятствующие достижению еще более высоких показателей жаропрочности: 1) нестабильность обогащенной ванадием фазы МХ во время ползучести, приводящей к трансформации ее в неблагоприятную Z-фазу, что обусловливает катастрофическое падение сопротивления ползучести при длительных выдержках; 2) ускоренное образование Z-фазы в сталях с повышенным содержанием хрома около 12%, приводящей к падению жаропрочности. Определены возможные пути повышения стабильности карбонитридов в сталях, предотвращения образования неблагоприятных фаз, таких как Z-фаза, BN, за счет установления оптимальных соотношений карбидообразующих элементов (Nb+V) и элементов внедрения (С+N+B).

2. Были проведены патентные исследования теме «Разработка жаропрочных мартенситных сталей для тепловых электростанций». В качестве объектов поиска рассматривались жаропрочные стали мартенситного класса, основным легирующим элементом которых является хром, предназначенные для использования в качестве конструкционных материалов, работающих при температурах 600-650°С. Показано, что необходимо проведение научных исследований для разработки составов жаропрочных сталей мартенситного класса с требуемым уровнем прочности при температуре выше 620°С.

3. Был разработан план проведения теоретических и экспериментальных исследований в соответствии с поставленной целью.

4. На основе изучения характеристик жаропрочности (испытания на ползучесть при температуре 650°С и различных приложенных напряжениях в интервале 100 – 220 МПа) и структурных изменений стали 0,1%C-0,05%N-9%Cr-3%Co-0,6%Mo-0,24%V-0,07%Nb c содержанием вольфрама 1,8 и 3% было установлено, что в качестве оптимального содержания вольфрама в высокохромистых мартенситных сталях является содержание около 2%W. Показано, что, несмотря на существенное улучшение сопротивления ползучести при кратковременных испытаниях на ползучесть стали с повышенным содержанием вольфрама 10Х9К3В3МФБР по сравнению со сталью с 1,8% W (10Х9К3В2МФБР), легирование стали 3%W не оказывает положительного эффекта, поскольку при длительных испытаниях происходит резкое падение сопротивления ползучести в результате укрупнения частиц фазы Лавеса. Следовательно, отсутствует основание легировать высокохромистые мартенситные стали 9Cr-3Co-W-Mo-VNbB при содержании молибдена не менее 0,5% вольфрамом в количестве 3%. Исследуемая сталь с 1,8%W 10Х9К3В2МФБР демонстрирует предел длительной прочности при температуре 650°С на базе 100 000 часов 85 МПа, что позволяет рекомендовать ее в качестве материала для турбин энергоблоков.

5. Проводилось моделирование химических составов котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием углерода, котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием азота и стали с 12% хрома для лопаток с помощью программы математического моделирования химического и фазового состава Thermo-Calc (версия 5, база данных TCFE7). Установлены следующие оптимальные соотношения между карбидообразующими элементами (Nb+V+Ta) и элементами внедрения (С+N+B) в разрабатываемых жаропрочных сталях мартенситного класса:

а) для котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием углерода оптимальное соотношение между карбидообразующими элементами (0,1%Nb+0,18%V) и элементами внедрения (0,02%С+0,03%N+0,005%B);

б) для котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием азота соотношения между карбидообразующими элементами (0,05%Nb+0,18%V+0,08%Ta) и элементами внедрения (0,1%С+0,007%N+0,01%B);

в) для стали для лопаток содержанием хрома ³ 12% соотношения между карбидообразующими элементами (0,1%Nb+0,18%V) и элементами внедрения (0,1%С+0,02%N+0,01%B).

6. Были сформулированы требования по химическому составу и техническое задание на отливку опытных образцов котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием углерода, котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием азота, стали для лопаток с содержанием хрома ³12%. Была проведена приемка опытных образцов сталей и осуществлен контроль химического состава сталей.

7. Было изучено влияние термической обработки на структуру, фазовый состав и механические свойства (твердость, предел текучести, предел прочности, относительное удлинение, ударная вязкость) опытных образцов котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием углерода, котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием азота, стали для лопаток с содержанием хрома ³12%. Установлены закономерности влияния термической обработки на структуру, фазовый состав и механические свойства высокохромистых мартенситных сталей:

а) в процессе отпуска при температурах 300-800°С в исследуемых опытных сталях протекают карбидные реакции, приводящие к выделению карбида M23C6 в виде пленок по границам исходных аустенитных зерен при температурах около 525°С. Повышение температур отпуска до 650-770°С приводит к трансформации пленочного карбида в отдельные глобулярные частицы, расположенные по границам исходных аустенитных зерен и мартенситных реек;

б) особенностью стали для лопаток с 12%Cr является то, что для завершения глобуляризации карбидов требуется повышенная температура отпуска 770°С, что связано с присутствием бора в карбидах, сдерживающего процессы диффузии, и, следовательно, коагуляцию карбидов, в результате чего в данной стали карбиды M23C6имеют наименьший размер (70 нм). В котельной стали с низким содержанием углерода количество образующегося карбида M23C6 (110 нм) в несколько раз меньше (0,4 мол%), чем в сталях со стандартным содержанием углерода. В стали с низким содержанием азота размер карбидов 110 нм4

в) выделение в процессе отпуска глобулярной фазы M23C6 приводит к увеличению ударной вязкости. Пленочный карбид, выделяющийся при температурах около 500°С, обусловливает низкую ударную вязкость;

г) перестройка дислокационной структуры в процессе отпуска при температурах 650-770°С обусловливает уменьшение плотности дислокаций и образование субграниц внутри мартенситных реек;

д) структура сталей после отпуска при температурах 650-770°С характеризуется структурой мартенсита отпуска с высокой плотностью дислокаций (~1014 м-2), в стали присутствуют частицы карбидов М23С6 (от 70 до 110 нм), карбонитридов МХ (около 30 нм). В стали с 12% хрома присутствует небольшая доля карбидов М6С (20 нм). Карбонитриды МХ представлены сферическими частицами, обогащенными ниобием, и вытянутыми частицами, обогащенными ванадием.

8. На основе теоретических и экспериментальных исследований по разработке физической модели ползучести жаропрочных 9-12%Сr сталей мартенситного класса с обычным содержанием элементов внедрения (0,1%С и 0,05%N) на примере стали 10Х9В2МФБР была описана физическая модель ползучести стали. Установлено, что высокая жаропрочность высокохромистых сталей обусловлена следующими факторами: 1) высоким уровнем твердорастворного упрочнения, 2) эффективным дисперсионным упрочнением зернограничными частицами карбидов М23C6 и фазы Лавеса, которые подавляют миграцию большеугловых границ на всех стадиях ползучести, 3) эффективным дисперсионным упрочнением однородно распределенными в объеме материала карбонитридами М(C,N), устойчивыми к перерезанию и эффективно тормозящими движение дислокаций, 4) внутренними напряжениями от больших искажений кристаллической решетки, имеющих место в дислокационной структуре реечного мартенсита. Определены оптимальные подходы к микроструктурному дизайну этих сталей.

По полученным результатам опубликованы 2 статьи. Поданы 2 заявки на патенты на изобретение.

Описание выполненных работ и полученных научных результатов на 2 этапе:

1. Были проведены исследования жаропрочных свойств и влияния ползучести и длительного старения на структуру и фазовый состав опытных образцов котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием углерода, котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием азота, стали для лопаток с содержанием хрома ≥12%. Испытания на длительную прочность проводились при температуре 650°С при приложенных напряжениях в интервале 180-100 МПа до разрушения. Для всех видов сталей анализировалось поведение при ползучести на основе построения зависимостей времени до разрушения от приложенного напряжения, степени деформации от времени, скорости деформации от времени и от степени деформации. Испытания на длительную прочность при низких приложенных напряжениях (100-120 МПа) продолжаются на момент составления отчета. Были предсказаны пределы длительной прочности и предела ползучести сталей этих сталей на базе 100000 часов при температуре 650°С на основе критерия Ларсена-Миллера.

Структура испытанных образцов на длительную прочность до разрушения была исследована методами просвечивающей электронной микроскопии фольг и реплик в рабочей и в захватной частях образцов. Установлен характер изменений структуры и фазового состава сталей от температуры и приложенного напряжения при испытании на ползучесть этих сталей.

Проведенные испытания на данном этапе показали, что они относятся к краткосрочным (длительность испытаний менее 10 000 часов), и только на основе проведенных испытаний на данный момент нельзя прогнозировать эффективность разработанных принципов легирования сталей, а также установить оптимальный микроструктурный дизайн разрабатываемых сталей. В связи с этим в рамках проекта был проведен дополнительный анализ закономерностей влияния структуры на сопротивление ползучести высокохромистых сталей, имеющихся в распоряжении лаборатории. Проведение данных дополнительных исследований позволило выявить определяющие закономерности влияния структурных изменений на сопротивление ползучести высокохромистых сталей как котельных с содержанием 9%Сr, так и сталей для лопаток с содержанием хрома 12%, установить причины появления деградации в зависимости долговременной прочности высокохромистых котельных сталей со стандартной схемой легирования, а также с низким содержанием углерода, а также установить причины высокого сопротивления долговременной ползучести сталей с низким содержанием азота, никеля, марганца и повышенным содержанием бора, которая не демонстрирует перелом вплоть до 40000 часов.

Установлено, что при температуре 650°С перелом в зависимости долговременной прочности от времени до разрушения устраняется вплоть до времени выдержки 40 000 часов, если микроструктурный дизайн стали обеспечивает сохранение когерентности границ M23C6 при ползучести. Показано, что это условие может быть обеспечено в сталях с содержанием азота менее 0,01% за счет повышения содержания бора, который трансформирует карбид M23C6 в фазу M23(C B)6 при одновременном уменьшении содержания Mn и Ni до величин менее 0.1%.

Установлено, что перелом в зависимости долговременной прочности от времени до разрушения обусловлен ускорением ползучести на третьей стадии и не имеет отношения к изменению характера зависимости минимальной скорости ползучести от приложенных напряжений и связан с выделением вольфрама из твердого раствора с образованием фаз Лавеса. Соответственно, характер зависимости предела ползучести от времени остается неизменным на ресурсах до 40 000 часов и более. Оптимальное содержание W в стали определяется величиной его предельной растворимости при температуре эксплуатации. Для дополнительного повышения сопротивления ползучести за счет уменьшения склонности дислокаций к переползанию в сталях с оптимальным содержанием вольфрама следует использовать такие элементы как Co и Re, предельное содержание которых лимитируется ближним упорядочением и высокой стоимостью, соответственно;

2. На основе результатов проведенного моделирования структурных изменений в опытных образцах котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием углерода, котельной стали с содержанием хрома 9% и низким содержанием азота и стали с 12% хрома для лопаток, осуществляемого с помощью программы математического моделирования химического и фазового состава Thermo-Сalc (версия 5, база данных TCFE7) и программы математического моделирования диффузионных процессов Prisma, были спрогнозированы размеры частиц вторых фаз, таких как карбиды М23С6, фаза Лавеса, карбиды NbC, нитриды VN/Cr2N, а также размеры субзерен через 100 000 часов испытания на ползучесть и длительное старение. На основе полученных результатов определялись возможности для дальнейшего улучшения химических составов сталей.

3. На основе теоретических и экспериментальных исследований были модифицированы физические модели ползучести высокохромистых сталей исходя из следующих предположений: 1) деформационное поведение на установившейся стадии обусловлено пороговыми напряжениями, которые связаны как с карбонитридами M(C,N), так и с дислокационной/реечной структурой материала, 2) трансформация обогащенных V карбонитридов M(C,N) в Z-фазу (нитрид CrVN) обуславливает медленное повышение скорости ползучести на третьей стадии, 3) быстрое повышение скорости ползучести, которое обуславливает появление перелома в зависимости долговременной прочности от времени до разрушения на третьей стадии, связано с трансформацией дислокационной/реечной структуры в субзеренную структуру в результате миграции дислокационных границ. Эта миграция начинается после того, как тормозящая сила, которая обеспечивает стабильность дислокационной/реечной структуры при ползучести частиц и обусловлена зернограничными частицами, уменьшается меньше критической величины.

Разработаны поправки к физической модели ползучести: 1) на переходной стадии и стадии установившейся ползучести структура материала остается относительно неизменной. 2) Перелом в долговременной прочности связан с появлением стадии резкого увеличения скорости ползучести с ростом степени деформации. 3) Скорость переползания дислокаций остается относительно постоянной при ползучести только на кратковременных режимах. Переход к долговременной ползучести приводит к существенному ускорению скорости переползания дислокаций благодаря уменьшению содержания W в твердом растворе, который является самым эффективным элементом для понижения скорости диффузии. 4) Изменение в распределении карбонитридов M(C,N) при ползучести влияет не только на величины пороговых напряжений, но и на скорость трансформации дислокационных границ в субзеренные. 5) Для скорости ползучести на третьей стадии ускоренного разрушения наибольшее значение имеют не величина пороговых напряжений, обусловленных дисперсными карбонитридами M(C,N), а величина пороговых напряжений, связанных с величиной внутренних дальнодействующих напряжений. Установлено, что уменьшение содержание азота с одновременным повышением содержания бора позволяет повысить как устойчивость карбидов М23С6 против коагуляции, так и подавить трансформацию обогащенных V карбонитридов M(C,N) в Z-фазу.

На основе разработанных физических моделей ползучести сталей были разработаны основные принципы микроструктурного дизайна этих сталей: 1) для устойчивого твердорастворного легирования добавляются такие элементы как Co и Re; 2) для обеспечения стабильности структуры на стадии ускоренной ползучести не допускается образование крупной Z-фазы из обогащенного V карбонитрида M(C,N); 3) для сталей с 12%Cr необходимо понижать азот ниже 0,007%, поскольку использование сталей с низким содержанием азота - самое перспективное направление совершенствования микроструктурного дизайна высокохромистых сталей; 4) в сталях с содержанием азота ниже 0.007% можно повысить содержание бора до 0.008% и выше и необходимо уменьшить содержание Mn и Ni до величин менее 0.1% каждого; 5) в сталях с 12%Cr для предотвращения образования дельта-феррита необходимо добавить Co и ≤0,8%Cu; 6) в сталях с низким содержанием азота двухфазное разделение на обогащенные V и Nb карбонитриды M(C,N) не является термодинамически равновесным. Оно достигается подбором режима отпуска, поскольку первые карбиды выделяются гомогенно при температуре выше 680°С, а вторые гетерогенно на дислокациях при температурах ниже 500°С. Это разделение сохраняется при ползучести вплоть до 40000 часов без тенденции образования смешанного карбонитрида.

4. На основе разработанных принципов микроструктурного дизайна разработаны оптимальные химические составы котельной стали с содержанием 9% хрома и стали для лопаток с содержанием хрома 12%. Были сформулированы требования по химическому составу и техническое задание на отливку опытных образцов сталей. Была проведена приемка опытных образцов сталей и осуществлен контроль химического состава сталей.

5. Установлены закономерности структурных изменений в процессе отпуска высокохромистых сталей, которые должны быть учтены при подборе температуры отпуска как котельных, так и турбинных сталей: 1) в высокохромистых сталях в зависимости от химического состава двухфазное разделение карбонитридов M(C,N) обогащенные V и Nb может быть как термодинамически равновесным, так и метастабильным. Оно обусловлено выделением обогащенных Nb и C карбонитридов по дислокациям при низкотемпературном отпуске, и обогащенных V и N карбонитридов гомогенно при высокотемпературном отпуске; 2) в сталях с 3%W элемент образует зернограничные сегрегации при отпуске при 650°С, что снижает скорость коагуляции зернограничных карбидов М23С6 и приводит к образованию карбидов M6C.

6. Исследования механических свойств (твердости, предела прочности, предела текучести, относительного удлинения, ударной вязкости, температуры хрупко-вязкого перехода, усталостных свойств) показали, что высокохромистые стали со структурой отпущенного мартенсита:

  • демонстрируют относительно высокую ударную вязкость, обусловленную квазихрупким внутризеренным разрушением. Эти стали не склонны к обратимой отпускной хрупкости, не демонстрирует ярко выраженную необратимую отпускную хрупкость, связанную с выделением пленок карбидов M23C6 по границам бывших аустенитных зерен, что вызывает межзеренное хрупкое разрушение. Показано, что зернограничные карбиды M23C6 круглой формы не иницируют межзеренное разрушение, и, следовательно, коагуляции этих карбидов при эксплуатации слабо влияет на ударную вязкость высокохромистых сталей;
  • сохраняют высокое значение ударной вязкости вплоть до температуры -100°С, поскольку в них преобладает внутризеренное разрушение. Полное охрупчивание, связанное с межзеренным разрушением по границам исходных аустенитных зерен происходит только при температуре жидкого азота. Показано, что существует запас в температуре охрупчивания около 80÷100К в зависимости от химического состава сталей после термической обработки. Это позволяет не опасаться падения ударной вязкости KCV ниже 40 Дж/см2 при эксплуатации;
  • устойчивы к малоцикловой усталости при температурах до 600°С и амплитудах деформации е ac≤±0.3%, при которых сохраняется дислокационная/реечная структура. Понижение содержание азота и повышение содержание бора повышает стойкость стали к малоцикловой усталости. Однако, это повышение незначительно по сравнению с увеличением времени до разрушения в 10 и более раз. То есть, разработанный микроструктурный дизайн сталей позволяет повысить температуру эксплуатации и, соответственно, кпд угольных энергоблоков при сохранении показателей их маневренности.

По полученным результатам в 2015 году опубликовано / принято к печати 17 публикаций. Из них: 6 публикаций в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, 6 публикаций в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, а также учитываемых РИНЦ, 5 публикаций в русскоязычных изданиях, учитываемых РИНЦ.


Разработка новых аустенитных нержавеющих конструкционных сталей, в том числе упрочненной дисперсными наночастицами, для работы при низких температурах в морской воде


Контактная информация: Руководитель: д.ф-м.н., А.Н. Беляков
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить Загрузить Загрузить 
Номер Соглашения о предоставлении субсидии: № 14.575.21.0070

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технология получения и обработки конструкционных материалов

Период выполнения: 11.08.2014-31.12.2016

Плановое финансирование проекта: 21,5 млн. рублей, из них:

  • Бюджетные средства 16,1 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 5,4 млн. руб.

Руководитель: д.ф-м.н., А.Н. Беляков

Исполнитель: НИУ БелГУ

Индустриальный партнер: ООО «Вентрейд»

Ключевые слова: Аустенитная азотосодержащая нержавеющая сталь, механиче-ские свойства при криогенных температурах, ударная вязкость, хрупко-вязкий переход, усталость, теплая прокатка, деформационное упрочнение, зернограничное упрочнение, твердорастворное упрочнение, дисперсные частицы.

Полученные результаты на 1 этапе:

1) На основании аналитического обзора установлено, что аустенитные нержавеющие стали являются одними из наиболее оптимальных конструкционных материалов крайнего севера, однако основным недостатком этих сталей является низкая прочность. Эта проблема может быть решена в результате совместной разработки азотосодержащей аустенитной стали и технологии ее термомеханической обработки.

2) Были проанализированы описания изобретений к Российским и зарубежным патентам за последние 20 лет. В результате патентного поиска была выбрана следующая система легирования: 20÷23% Cr–6÷10%Mn–10 %Ni– 2%Mo–0,2÷0,4%Nb –0,4÷0,5%N.

3) Решением поставленных задач является создание двух аустенитных сталей, отличающихся микроструктурным дизайном: сталь на основе твердого раствора (0,03÷0,05С-0,4÷0,5N-20÷23Cr-10Ni-4÷6Mn-2Mo) и сталь матричного типа (0,03÷0,05С-0,4÷0,5N-20÷23Cr-10Ni-8÷10Mn-2Mo-0,2÷0,4Nb), содержащая дисперсные частицы.

4) Для получения нового поколения сталей были разработаны следующие методы:

  • Горячая ковка заготовок при 1200-1100°С с последующей горячей прокаткой в интервале температур 1100-950°С при степенях обжатия не превышающих 70%. Данная термообработка позволит получить однородную структуру с размером зерна менее 5 мкм.
  • Прокатка листов с мелкозернистой структурой в интервале 20 -800°С с целью деформационного упрочнения разрабатываемых сталей.

5) Из анализа современных тенденций в области разработки криогенных материалов, следует что хромоникельмарганцевые стали, содержащие азот, можно рассматривать как криогенные стали повышенной прочности.

6) Обоснованы требования:

  • a) К химическому составу:
    Mn~6–10% и Ni~10% для получения стабильной аустенитной структуры; Cr~20–23% и Mo~2% для повышения коррозионной стойкости, включая питтинговую коррозию и коррозию в биоактивных средах; Nb~0,2–0,4% для измельчения аустенитного зерна, дополнительного повышения прочности в результате выделения дисперсных частиц.
  • б) К фазовому составу:
    γ-фаза- матрица разрабатываемых сталей; нежелательно выделение фаз Мe23C6вдоль границ, так как они приводят к обеднению хромом границ зерен, что может привести к межкристаллитной коррозии; должна отсутствовать σ-фаза, так как она хрупкая и обладает высокой твердостью; нежелательно образование δ-феррита и образование мартенситной фазы, так как они ухудшают сопротивление хрупкости этих сталей.
  • в) Требования к структурному состоянию:
    Структура должна состоять из аустенита, нежелательно образование аустенито-ферритной структуры. Аустенитная структура должна быть мелкозернистой для обеспечения заданных свойств разрабатываемых сталей. Сталь с десперсионным упрочнением должна содержать в своей структуре специальные карбонитриды.
  • г) Требования к типу, количеству, размеру и морфологии выделений избыточных фаз:
    Желательно выделение круглых карбонитридов Me(C,N) размером 5-20нм в количестве 5-20%.

7) Моделирование равновесного фазового состава проводили с использованием программы Thermo-Calc Software for Windows, v.5, и базы данных TCS Steel/Fe-alloys database, v.7 при температуре 20°С. Расчет равновеснового фазового состава проводился по двум вариантам:

  • 0,04С-0.45N-21Cr-10Ni-5Mn-2Mo - гомогенная сталь;
  • 0,04С-0.45N-21Cr-10Ni-9Mn-2Mo-0,3Nb – сталь с дисперсионным упрочнением.

8) Разработаны две программы и методики исследовательских испытаний :

  • Программа и методики испытаний экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом до термомеханической обработки;
  • Программа и методики испытаний экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом после термомеханической обработки.

9) На отчетном этапе были проведены работы по технологической подготовке гидравлического пресса DEVR4000 усилием 400 тонн. Гидравлический пресс был усовершенствован установкой прямой экструзии для проведения деформационно-термической обработки металлов.

10) За счет средств индустриального партнера ООО «Вентрейд» было закуплено технологическое оборудование, а именно оснастка для высокотемпературной обработки металла давлением. Цель закупки оборудования: оснастка для высокотемпературной обработки представляет собой байки для проведения горячей ковки при температурах от 950 до 1200°С.

Полученные результаты на 2 этапе:

1. Описание химического и фазового состава отливок сталей в исходном состоянии;

2. Акты изготовления экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом, подвергнутой горячей ковке с последующей прокаткой и отжигом;

3. Протоколы исследований структуры и фазового состава экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом после горячей ковки, прокатки и отжига;

4. Протоколы исследований на растяжение, твердость и ударную вязкость образцов экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом после горячей ковки, прокатки и отжига;

5. Описание оптимальных режимов термомеханической обработки для получения в экспериментальных образцах сталей нового типа, легированных азотом однородной мелкозернистой структуры с размером зерен менее 5 мкм.

Полученные результаты на 3 этапе:

1. Проведена прокатка экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом с мелкозернистой структурой при различных температурах от 20 до 800°С.

2. Проведены исследовательские испытания структуры и фазового состава катаных экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом с мелкозернистой структурой.

3. Измерена твердость катаных образцов экспериментальной стали нового типа с мелкозернистой структурой.

4. Проведены механические исследовательские испытания экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом с мелкозернистой структурой, включая испытания на растяжение, циклические испытания, испытания на ударную вязкость при комнатной и криогенных температурах.

5. Проведены фрактографические исследования экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом после испытаний на ударную вязкость.

Полученные результаты на 4 этапе:

1. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом с мелкозернистой структурой на коррозионную стойкость, включая общую коррозию, межкристаллитную коррозию и питинговую коррозию

2. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом с мелкозернистой структурой на износостойкость

3. Проведен анализ влияния химического и фазового составов, структурного состояния, типа, количества, размера и морфологии выделений избыточных фаз на механические и коррозионные свойства экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом

4. Проведена оценка влияния термической и термомеханической обработки на структуру, фазовый состав, механические и коррозионные свойства экспериментальных сталей нового типа; установлена связь микроструктуры и свойств сталей; определены оптимальные режимы термомеханической обработки, обеспечивающие наилучшее сочетание прочности, ударной вязкости и коррозионной стойкости

5. Проведена оценка влияния химического и фазового состава на технологические свойства экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом

6. Установлены закономерности развития динамической и постдинамической рекристаллизации экспериментальных образцов сталей нового типа, легированных азотом

7. Разработаны лабораторные регламенты аргонно-дуговой или лазерной сварки из листов экспериментальных сталей нового типа, легированных азотом от 3 до 13 мм

За счет внебюджетных средств:

8. Проведена технологическая подготовка оборудования.

9. Закуплено необходимое технологическое оборудование.


Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов для производства дисков автомобильных колес

Контактная информация: Руководитель: д.ф-м.н., Р.О. Кайбышев
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить Загрузить Загрузить 

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.578.21.0097

Руководитель: д.ф-м.н., Р.О. Кайбышев

Приоритетное направление: Транспортные и космические системы (ТС)

Критическая технология: Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения

Период выполнения: 26.11.2014 – 31.12.2016

Плановое финансирование проекта:

  • Бюджетные средства 15 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 12,3 млн. руб.

Получатель/Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)

Индустриальный партнер: ООО «Мегалюм»

Ключевые слова: сварка трением с перемешиванием, диски автомобильных колес, алюминиевые сплавы, термическая обработка, механические свойства, микроструктура, сопротивление коррозии

Основные результаты I этапа:

  • рассмотрена проблема использования сварки трением с перемешиванием для получения неразъемных сварных соединений алюминиевых сплавов и проведены патентные исследования, на основании которых выбрано и обосновано направление исследования, а также проведены теоретические исследования факторов улучшения эксплуатационных характеристик неразъемных соединений алюминиевых сплавов, получаемых методом сварки трением с перемешиванием и послесварочной термической обработки.
  • разработан способ повышения прочности конструкции составного колеса из алюминиевых сплавов и уменьшения его веса за счет использования сочетания сварки трением с перемешиванием и послесварочной термической обработки для соединения обода и диска колеса.

Основные результаты II этапа:

1) краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности) с указанием работ, в рамках которых они были получены);

  • были разработаны методики подбора параметров технологических режимов досварочной термической обработки сплавов AA6061 и A356.02Т6, обеспечивающие высокие прочностные характеристики;
  • разработаны программы и методики исследования структурных характеристик сплавов AA6061T6 и A356.02, подвергнутых досварочной термической обработке;
  • разработаны программы и методики исследования механических характеристик сплавов АА6061 и А356.02, подвергнутых досварочной термической обработке;
  • выполнены работы по подбору параметров технологических режимов досварочной термической обработки сплавов АА6061 и А356.02, обеспечивающих высокие прочностные характеристики;
  • проведены исследования структурных характеристик лабораторных образцов сплавов АА6061 и А356.02, подвергнутых досварочной термической обработке;
  • исследованы механические характеристики лабораторных образцов сплавов АА6061 и А356.02, подвергнутых досварочной термической обработке.

2) оценка элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информацию о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД:

  • разработаны методики подбора параметров технологических режимов досварочной термической обработки сплавов AA6061 и A356.02, обеспечивающие высокие прочностные характеристики, основанные на комплексном подходе, включающем моделирование и всестороннее изучение структуры и механических свойств. Разработанная методика позволила добиться высоких прочностных свойств сплавов AA6061 и A356.02, а также собрать данные для последующего анализа структурных изменений и свойств при послесварочной термической обработки.

3) оценка соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту.

  • полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.

Основные результаты III этапа:

1) краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности) с указанием работ, в рамках которых они были получены):

  • Разработаны программы и методики исследования механических характеристик лабораторных образцов неразъемных сварных соединений разнородных алюминиевых сплавов АА6061Т6/А356.02Т6.
  • Разработаны программы и методик исследований структурных характеристик лабораторных образцов неразъемных сварных соединений разнородных алюминиевых сплавов АА6061Т6/А356.02Т6.
  • Разработаны методики подбора оптимальных параметров технологических режимов сварки трением с перемешиванием листов сплавов АА6061Т6 и А356.02Т6 для создания неразъемных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6.
  • Выполнены работ по подбору параметров технологических режимов сварки трением с перемешиванием листов сплавов АА6061Т6 и А356.02Т6 для создания неразъемных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6.
  • Исследованы механические характеристики лабораторных образцов неразъемных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6.
  • Исследованы структурные характеристики лабораторных образцов неразъемных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6.
  • Разработаны методики подбора оптимальных параметров технологических режимов сварки трением с перемешиванием листов сплавов АА6061Т6 и А356.02Т6 для создания неразъемных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6.

2) оценка элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информацию о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД:

  • Разработанная методика подбора оптимальных параметров технологических режимов сварки трением с перемешиванием листов сплавов АА6061Т6 и А356.02Т6 для создания неразъемных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6, основана на комплексном подходе, включающем всестороннее изучение структуры и механических свойств. Разработанная методика позволила получить бездефектные разнородные сварные соединения с помощью сварки трением с перемешиванием листов сплавов АА6061Т6 и А356.02Т6, а также собрать данные для анализа структурных изменений и свойств, которые будут необходимы на следующем этапе.

3) оценка соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту.

  • полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.

Основные результаты IV этапа:

1) краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности) с указанием работ, в рамках которых они были получены):

  • Разработаны методики по подбору параметров технологических режимов послесварочной термической обработки неразъёмных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6;
  • Выполнены работы по подбору параметров технологических режимов послесварочной термической обработки неразъёмных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6;
  • Исследованы механические характеристики лабораторных образцов термически обработанных неразъёмных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6;
  • Исследованы структурные характеристики лабораторных образцов термически обработанных неразъёмных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6.

2) оценка элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информацию о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД:

  • Разработанная методика по подбору параметров технологических режимов послесварочной термической обработки неразъёмных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6, основана на комплексном подходе, включающем всестороннее изучение структуры и механических свойств. Разработанная методика позволила получить высокопрочные сварные соединения с коэффициентом прочности 91%, а также исключить аномальный рост зерен в центе шва.

3) оценка соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту.

  • полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.



Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации


Контактная информация: Руководитель работ по проекту А.Н. Беляков
Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить 

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.575.21. 0092

Тема: «Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации»

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов

Период выполнения: 21.10.2014 – 31.12.2016

Плановое финансирование проекта:

Бюджетные средства 16,2 млн. руб.,

Внебюджетные средства 4,05 млн. руб.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)

Индустриальный партнер: ООО «Оборудование и Технологии»

Ключевые слова: высокопрочные низколегированные стали, термомеханическая обработка, нержавеющие стали, электрошлаковая наплавка.

Результаты 1 этап:

В рамках первого этапа Соглашения о предоставлении субсидии № 14.575.21.0092 от «21» октября 2014 г. «Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации»,были выполнены следующие работы:

  1. Проведен аналитический обзор научно-технической, нормативной, методической литературы.
  2. Выполнены выбор и обоснование направления исследования.
  3. Проведены патентные исследования.
  4. Проведены разработка и исследование способа получения методом наплавки новых слоистых металлических материалов.
  5. Проведено моделирование равновесного фазового состава сталей типа S700MC и 316LN c различным содержанием легирующих элементов.
  6. Определены оптимальные системы легирования и режимы ТМО сталей типа S700MC и 316LN.
  7. Разработана Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов металла наплавленного слоя и параметров технологии производства.
  8. Разработана Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов заготовок металлической подложки (основного слоя) и параметров технологии производства.
  9. Проведена экспериментальная отливка сталей типа S700MC и 316LN.
  10. Проведено определение химического состава сталей типа S700MC и 316LN.
  11. Проведена закупка и/или аренда необходимого технологического и/или контрольно-измерительного оборудования оснастки и/или инструмента для проведения исследований.

Результаты 2 этап:

В рамках второго этапа Соглашения о предоставлении субсидии № 14.575.21.0092 от «21» октября 2014 г. «Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации»,были выполнены следующие работы:

  1. Определѐн фазовый состав сталей типа s700mc и 316ln в исходном состоянии.
  2. Исследовано влияние систем легирования и режимов ТМО на структуру сталей типа s700mc и 316ln.
  3. Разработаны оригинальные физико-химические методы прогнозирования выделений неметаллических избыточных фаз, контролирующих реализацию различных механизмов упрочнения и одновременного достижения высоких показателей прочности и пластичности металлической подложки (основного слоя).
  4. Разработаны физико-химические, физические методы прогнозирования диффузионного образования хрупких прослоек, возникновения внутренних напряжений из-за разницы линейного расширения материалов слоев.
  5. Разработаны оригинальные физико-химические методы прогнозирования типа, количества, размера и морфологии неметаллических включений, содержания и форм присутствия примесей при производстве материалов слоев и многослойных композиций.
  6. Проведены экспериментальные исследования и разработаны эффективные технологических приемы управления выделениями избыточных фаз, структурными составляющими, в том числе наноразмерными, контролирующими реализацию различных механизмов упрочнения и одновременного достижения высоких показателей прочности и пластичности металлической подложки (основного слоя).
  7. Исследовано влияние систем легирования и режимов ТМО на свойства сталей типа s700mc и 316ln.
  8. Получены результаты исследования химической совместимости и обоснование выбора составов материалов соединяемых слоев для достижения необходимого комплекса технологических, служебных свойств слоистого металлического материала.
  9. Выполнено исследование и разработаны оригинальные методы повышения износостойкости конструкционных металлических материалов, на базе принципов легирования, а также структурных составляющих.
  10. Разработана экономная система легирования, обеспечивающая высокие показатели технологических и служебных свойств металла наплавленного слоя, включая коррозионную стойкость, износостойкость, прочность, хладостойкость, свариваемость, совместимость с материалом основного слоя.
  11. Определены оптимальные системы легирования, технологические параметры производства металлической подложки (основного слоя), обеспечивающих получение высокого и стабильного уровня технологических, служебных свойств, включая прочность, пластичность, хладостойкость, свариваемость, совместимость с материалом наплавляемого слоя.

Результаты 3 этапа:

В рамках третьего этапа Соглашения о предоставлении субсидии № 14.575.21.0092 от «21» октября 2014 г. «Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации»,были выполнены следующие работы:

  1. Разработан лабораторный технологический регламент получения экспериментальных образцов металла наплавленного слоя.
  2. Получены экспериментальные образцы металла наплавленного слоя.
  3. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов металла наплавленного слоя и параметров технологии производства.
  4. Разработан лабораторный технологический регламент получения экспериментальных образцов заготовок металлической подложки (основного слоя) для последующего наплавления слоя металла.
  5. Получены экспериментальные образцы заготовок металлической подложки (основного слоя).
  6. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов заготовок металлической подложки (основного слоя) и параметров технологии производства по разработанной программе и методикам исследовательских испытаний.
  7. Проведены фактографические исследования экспериментальных образцов металла наплавляемого слоя и заготовок металлических подложек после испытаний на растяжение, ударную вязкость и усталость.
  8. Проведены дополнительные патентные исследования.
  9. За счет средств индустриального партнера была произведена закупка необходимого-контрольно-измерительного оборудования.

Результаты 4 этапа:

В рамках четвертого этапа Соглашения о предоставлении субсидии № 14.575.21.0092 от «21» октября 2014 г. «Разработка способов получения методами наплавки новых экономичных, высокопрочных, свариваемых слоистых конструкционных металлических материалов для изделий нефтегазохимии и высокоскоростного транспорта, работающих в экстремальных условиях эксплуатации», были выполнены следующие работы:

  1. Экспериментально исследованы процессы, происходящие при наплавке, определены оптимальные режимы, обеспечивающие высокую прочность, сплошность соединения слоев, необходимый химический состав, комплекс свойств металла наплавленного слоя.
  2. Исследованы методы дополнительного легирования металла наплавленного слоя с использованием недорогих, доступных материалов.
  3. Проведены экспериментальные исследования и разработаны технологические приемы ограничения диффузионного образования хрупких прослоек путем оптимизации параметров термической и деформационной обработки, а также возникновения внутренних напряжений из-за разницы линейного расширения материалов слоев.
  4. Проведены экспериментальные исследования и разработаны требования к химическому составу и другим характеристикам материала для наплавки.
  5. Разработан лабораторный технологический регламент получения методом наплавки экспериментальных образцов заготовок двухслойных конструкционных металлических материалов, обеспечивающий предельно высокую прочность, сплошность соединения слоев.
  6. Получены экспериментальные образцы заготовок двухслойных конструкционных материалов.
  7. Разработаны программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов заготовок двухслойных конструкционных металлических материалов и параметров технологии производства.
  8. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов заготовок двухслойных конструкционных металлических материалов и параметров технологии производства по разработанной программе и методикам исследовательских испытаний.
  9. Проведены исследования ударной вязкости с определением температурной зависимости величины KCV и статических свойств в диапазоне температур от минус 140°С до 20°С экспериментальных образцов заготовок металлических подложек (основного слоя).
  10. Проведены исследования и получены данные по пределу усталостной выносливости экспериментальных образцов металла наплавленного слоя и экспериментальных образцов металлических подложек (основного слоя).
  11. Проведены дополнительные патентные исследования.
  12. За счет средств индустриального партнера была произведена закупка необходимой технологической оснастки.


В начало
Информацию предоставил Лазарев С.А. 16.11.2016