close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3142

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
МАТЕМАТИКА
УДК 621.891
Д.А. ВОЛОШИН, А.Д. ЛУКЬЯНОВ, В.А. МОРОЗ
ТЕСТИРОВАНИЕ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ ЗАДАЧ
ЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ
Рассматриваются вопросы тестирования численных методов решения задачи о собственных векторах и собственных числах, а также методов численного решения
систем линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами.
Ключевые слова: численные методы, линейная динамика.
Введение. При анализе динамических систем в инженерной практике широко используются численные методы решения задачи о собственных векторах и собственных числах, а также численные методы решения систем
линейных дифференциальных уравнений. Некоторые методы имеют возможности априорного задания точности вычислений. Тем не менее проблемы, обусловленные ошибками машинного округления, неизбежно возникающими в ЭВМ, и собственными погрешностями методов, ставят вопрос
об адекватности методов в смысле достижения объявленной точности и
разумных границах применения.
Тестирование методов вычисления собственных векторов и собственных значений. Рассмотрим следующее уравнение при заданных начальных условиях:
(1)
AD 2 + BD + C y (t ) = 0 , y (0) = y , y& (0) = y& ,
(
где
)
0
0
A , B , C ∈ M ( R,3 × 3) , det( A) ≠ 0 , y ∈ R , D - оператор диффе3
ренцирования,
y (t ) ∈ C ( 2) .
Характеристическое уравнение, соответствующее (1),
Aλ 2 + Bλ + C = 0 .
Введем в рассмотрение несингулярные матрицы
Q ∈ M ( R,3 × 3) , такие что
(2)
E, F , P,
( Eλ + F )( Pλ + Q) = Aλ 2 + Bλ + C .
(3)
Раскрыв скобки, получим
( Eλ + F )( Pλ + Q) = EPλ 2 + ( EQ + FP)λ + FQ ,
отсюда ясно, что
A = EP;
B = Q + FP; C = FQ .
(4)
(5)
Выражение (4), используя свойства определителя, можем переписать:
( Eλ + F )( Pλ + Q) = Eλ + F Pλ + Q = E λI + E −1 F P λI + P −1Q =
= EP λI + E −1 F λI + P −1Q .
411
(6)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Математика»
Из (2), (3) и (6) следует
λI + E −1 F = 0, λI + P −1Q = 0.
(7)
E −1 F и P −1Q следующим образом:
0
0 
 − λ1


(8)
−1
− λ2
E F = 0
0 ;
 0
− λ 3 
0

0
0 
 − λ4


(9)
−1
P Q= 0
0 .
− λ5
 0
0
− λ 6 

−1
−1
При указанном выборе матриц E F и P Q мы можем задавать
собственные значения, по ним из (5) определять матрицы A , B и C (за−1
−1
−1
−1
давшись предварительно P
и E
). Так как матрицы E F и P Q
Удобно выбрать матрицы
диагональные, собственными векторами будут являться столбцы единичной матрицы соответствующей размерности. Численно решая задачу
(Aλ2 + Bλ + C) u = 0 , где u собственный вектор, имеем возможность фикси-
ровать точность вычисления собственных векторов и собственных значений. Условия вычисления можно менять домножением слева уравнения (2)
на случайную несингулярную матрицу и, выбирая различные комбинации
собственных значений, намеренно сближая их, тем самым ухудшая обусловленность задачи.
Тестирование численного решения систем дифференциальных
уравнений. Собственные числа
λ ∈ R , λ* ∈ C
и соответствующие им
*
u , u связаны соотношениями:
λ ∈ R ⇒ u ∈ Rk ;
λ* = α ± iβ ∈ C ⇒ u * = v ± iw ∈ C k .
собственные векторы
(10)
Решение задачи (1) представим в виде
g
r
λ jt
ε t
y ОР
(
t
)
=
c
e
u
+
e j (c*j ((cos β j t ) w j +
ЛОДУ
j
j
j =1
j =1
**
+ (sin β j t )v j ) + c j ((cos β j t ) w j − (sin β j t )v j )),
∑
∑
где g - количество вещественных собственных значений
(11)
λj ; r
- количе-
ство пар комплексно сопряженных собственных значений
λ*j ;
α j = Re λ*j ; β j = Im λ*j ; v j = Re u *j ; w j = Im u *j ; c j , c *j , c *j*
- по-
стоянные, определяемые начальными условиями;
λ, λ
*
предполага-
ются простыми.
Задавшись собственными значениями, собственными векторами и
начальными условиями, из (11) получаем решение и сравниваем его в каж-
412
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
дом узле сетки со значениями решения, полученного с помощью численного метода.
Пример применения. Рассмотрим тестирование точности численного метода вычисления собственных векторов и собственных чисел “Polyeig” [1]
(пакет Matlab), процедура не имеет возможностей для априорного задания
точности вычислений. Зададимся следующим спектром собственных значений дифференциального оператора σ AD 2 + BD + C = {1, − 4 ,10 , − 5,3, − 7}.
(
)
Для анализа погрешностей, получаемых при обращении матриц, зададимся
0 
10 0


E =  0 0.5
0 ,
 0 0 − 0.2 


откуда
откуда
E
−1
0 
 0.1 0 0 
 − 0.25 0




= 0 2 0  и P= 0
−8 0 ,
 0 0 − 5
 0
0 0.1



0
0
− 4


−1
P =  0 − 0.125 0  .
 0
0
10 

−1
−1
выражения (5), (8), (9),
Применив к матрицам E , E , P , P
получим матрицы A , B и C . Для оценки точности вычислений введем в
рассмотрение функционал
~ 2
J λ = max λ j − λ j , где λ j - заданное
j =1, 2K6
~
значение собственного числа, а
λj
- его расчетное значение. Домножая
слева (1) на случайную матрицу, выясним поведение функционала
Jλ .
В табл.1 приведены данные протокола имитационных испытаний метода.
Таблица 1
Протокол испытаний метода “Polyeig”
Номер
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Jλ
Jλ
4.9304e-028
8.5907e-028
1.7749e-028
3.1554e-028
3.8181e-028
2.8399e-027
7.8886e-029
7.1195e-029
7.8886e-029
2.1477e-028
2.2204e-014
2.9310e-014
1.3323e-014
1.7764e-014
1.9540e-014
5.3291e-014
8.8818e-015
8.4377e-015
8.8818e-015
1.4655e-014
На примере этого же дифференциального оператора рассмотрим
тестирование метода “Ode45” [2] (пакет Matlab), который имеет возмож413
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Математика»
ность априорного задания точности (табл.2). Зададимся вектором начальных условий y 0 = [14 - 22 24 55 12 23]' и вычислим константы решения
(11). Будем считать полученное решение верным и обозначим
y * (t ) . Ре-
шение, полученное с помощью метода “Ode45” с заданной точностью на
интервале [0,1] , обозначим y (t ) . Введем функционал
J y = max y * (t ) − y (t ) ,
t∈W
где W - множество узловых точек на данном интервале; функционал
Jy
будем трактовать как меру точности полученного решения на данном
интервале.
Таблица 2
Протокол испытаний метода “Ode45”
Априорно
заданная точность
1е-6
1е-11
1е-15
Номер
опыта
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Jy
6.562446047648326e-007
6.562446083683972e-007
6.562446083171307e-007
6.759263549536448e-012
6.598935959241964e-012
6.578222398260049e-012
4.707781838057710e-013
2.522130569937118e-013
6.999196757649452e-014
Домножая (1) на случайную матрицу слева, выясним поведение
введенного функционала J y . Изменяя дифференциальный оператор и начальные условия (что также возможно на основе имитационного моделирования), получаем возможность тестировать точность указанных процедур в различных условиях.
Выводы. С помощью проведенных имитационных испытаний удалось установить, что исследуемый метод решения систем дифференциальных
уравнений “Ode45” не всегда адекватно отрабатывает априорно заданные
погрешности. В случае устойчивых систем адекватная работа методов осу−12
ществляется при задании погрешностей не менее 10
в каждом узле, в
неустойчивом случае не удалось определить границы адекватной работы
метода. Также установлено, что исследуемый численный метод вычисления
собственных векторов и собственных чисел “Polyeig” проявляет низкую
чувствительность к сближению корней и позволяет получать решения с
погрешностями порядка
ны не менее
10 −13 (в случае, если корни сближены на величи-
10 −13 ).
Библиографический список
1. Smith, B. T., J. M. Boyle, J. J. Dongarra, B. S. Garbow, Y. Ikebe, V. C.
Klema, and C. B. Moler, Matrix Eigensystem Routines - EISPACK Guide, Lecture
Notes in Computer Science, Vol. 6, second edition, Springer-Verlag, 1976.
2. Shampine, L. F. and M. W. Reichelt, "The MATLAB ODE Suite," (to
appear in SIAM Journal on Scientific Computing, Vol. 18-1, 1997).
414
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
3. Бахвалов Н.С. Численные методы. – М.: Наука, 1975. - 631с.
Материал поступил в редакцию 7.05.03.
D.A. VOLOSHIN, A.D. LUKYANOV, V.A. MOROZ
TESTING OF NUMERICAL METHODS OF DYNAMICS PROBLEMS
The article is devoted to the testing of numerical methods of finding eigenvalues
and eigenvectors and numerical solution of systems of differential equations.
ВОЛОШИН Дмитрий Андреевич (р. 1977), аспирант кафедры «Автоматизация производственных процессов» ДГТУ. Окончил ДГТУ (2000) по специальности «Управление техническими системами».
Область научных интересов: динамические системы, компьютерное моделирование, исследование операций.
ЛУКЬЯНОВ Александр Дмитриевич (р. 1970), доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов» ДГТУ, кандидат технических наук
(1998). Окончил факультет радиотехники и кибернетики МФТИ (1994).
Область научных интересов – диагностика и моделирование динамических
систем.
Автор 22 научных статей.
МОРОЗ Калерия Александровна аспирант кафедры «Автоматизация
производственных процессов» Окончила ДГТУ (2001) по специальности
«Приборы медицинской техники».
Область научных интересов: динамические системы, компьютерное моделирование.
415
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Математика»
УДК 539.3
Б.В.СОБОЛЬ, Л.П.ВОВК
О ДИНАМИЧЕСКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ
НА ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА СРЕД
С РАЗЛИЧНЫМИ УПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ
Исследованы коэффициенты интенсивности напряжений, определяющих величину
локальной особенности по напряжениям в нерегулярных точках границы конечной
кусочно-неоднородной прямоугольной области. Данная проблема связана с расчетами динамических прочностных характеристик неоднородных деталей при их работе в вибрационном поле. В работах [1-3] изложены методы исследования волновых полей в упругих областях данной геометрии, использующие асимптотическое
поведение общих решений в особых точках границы. Коэффициенты при особенности в сингулярных слагаемых асимптотики решения исследовались в работах [1,4]
только для случая однородной прямоугольной области.
Ключевые слова: гармонические колебания, локальные особенности волнового
поля, концентрация напряжений.
Постановка задачи. В работах [2,3] на основе модифицированного метода суперпозиции построено решение задачи об установившихся колебаниях составной кусочно-неоднородной изотропной области, которая в безразмерных координатах описывается неравенствами:
D = G (1) ∪ G ( 2) =
∧
∧
= {( x, y ) : x ≤ δ ; y ≤ η} ∪ {( x, y ) : x ∈ [−δ 2 0] ∪ [0, δ 2 ]; y ≤ η}.
∧
∧
Здесь x, y, x = x ± δ , y = y - отнесенные к
динаты в областях
G
(m )
a безразмерные декартовы коор-
(рис.1); δ = c / a, η = b / a, δ 2 = 1 − δ ; 2a × 2b -
размеры всей составной области; 2c × 2b - размеры ее внутренней части;
m = 1,2 .
y
ŷ
η
G
-1
(2)
А(δ,η)
G
(1)
G
δ
-δ
В(1,η)
(2)
1
-η
Рис.1. Геометрия составной области в безразмерных координатах
416
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
(m )
Предполагается, что материал областей G
изотропный, а волновое поле возбуждается вибронагрузкой интенсивности q , гармонически
изменяющейся во времени с частотой ω и приложенной к внешним границам составной области, а на границе контакта реализуются условия жесткого сцепления. Исследование проводится в рамках гипотез плоской деформации. В силу симметрии задачи достаточно рассматривать напряженно-деформированное состояние части области, расположенной в первой
четверти. В качестве параметра частоты выбран безразмерный параметр
Ω (1) = ωa / cS(1) ,
где
cS(1) - скорость распространения сдвиговых волн в области G (1) .
Характер сингулярности волнового поля в угловой точке стыка
областей A(δ ,η ) определяется параметром α , для определения которого в [3] получено характеристическое уравнение, корни которого зависят
от отнесенных к модулю сдвига
µ ( m)
безразмерных упругих параметров
(1)
(2)
внутренней области G
и наплавок G (верхний индекс определяет принадлежность соответствующей характеристики к области
G ( m ) , m = 1,2 ). Если
0 < α < 1,
то амплитудные компоненты тензора на-
пряжений терпят разрыв в точке А, если α ≥ 1 - разрыва нет. Например,
асимптотическое исследование решения
во внешней угловой точке
B(1,η ) , проведенное в [2,3], позволяет утверждать, что перемещения и
напряжения в этой точке даже в случае анизотропии материалов областей
G (m ) сохраняют
непрерывность, что соответствует выводам работ [1,5].
∧
Предполагая закон изменения всех характеристик волнового поля в окреx, x
стности особой точки A(δ ,η ) известным [3], изучим количественные характеристики концентрации динамических напряжений в этой точке. Именно в соответствии с методикой, предложенной в работе [6], предположим,
что отнесенные к
µ (1) амплитудные
компоненты тензора напряжений в
окрестности точки А изменяются по закону
σ ij(1) = Aij(1) ((δ − x) 2 + (η − y ) 2 ) (α −1) / 2 ,
∧
σ ij( 2 ) = Aij( 2 ) (( x) 2 + (η − y ) 2 ) (α −1) / 2 .
(1)
В дальнейшем остановимся на вопросе численного определения
функций
Aij( m ) = Aij( m ) ( ρ ,ϕ , Ω (1) ) ,
зависящих от расстояния
бой точки, направления подхода к ней, определяемого углом
ϕ
ρ до
осо-
[6] и час-
тотного параметра Ω .
Методика исследования. В работе [3] построено приближенное реше(1)
ние
σ ( x, y ), σ
(1)
ij
( 2)
ij
∧
( x, y ) ,
достаточно точно описывающее решение по-
ставленной задачи вблизи особой точки А составной области, исключая
417
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Математика»
зону ее предельной близости. В области
жений
σ
(1)
ij
G (1)
при стремлении к особой точке
исследуем поведение напря-
A(δ ,η ) по лучам, описывае-
y = k (1) ( x − δ ) + η . В
мых в выбранной системе координат уравнениями
зоне предельной близости точки А, когда ряды для напряжений становятся
медленно сходящимися, и расчетная схема позволяет выйти с достаточной
точностью на установленную асимптотику, приравниваем полученные значения динамических напряжений выражениям (1) и определяем из полученных равенств величины
Aij(1) . Изменяя
значения угловых коэффициен-
≥ 0 , будем при разных значениях k получать вдатов при условии k
ли от зоны предельной близости точки А различные значения величин
(1)
(1)
Aij(1) . По мере приближения к точке А значения этих величин при различных значениях угловых коэффициентов будут сближаться. Контролем достоверности получаемых результатов может служить проверка того факта,
что значения
Aij(1) не
должны изменяться в зависимости от расстояния
(1)
до особой точки при фиксированном значении k . Изменение характеристик волнового поля в этом случае происходит только за счет
множителя при
Aij(1) .
Аналогично поступаем при определении коэффициентов
области
G (2)
Aij( 2 ) .
В
стремление в приближенном решении к особой точке
A(0,η ) осуществляем
∧
по лучам с уравнениями
y = k ( 2) x+ η ,
изменяя
угловые коэффициенты в области k
≤ 0 . В остальном поступаем аналогично предыдущему.
В качестве параметров концентрации напряжений можно выбрать
отношение напряжений, вычисляемых по формулам (1), к напряжениям
( 2)
σ ij( m 0 ) , вычисленным в окрестности точки А
гружения однородного прямоугольника
для случая статического на-
(Ω (1) = 0)
с упругими парамет-
G (1)
K1γ = lim σ 1(γ1) (δ , y ) / σ 1(γ10 ) (δ , y ) , γ = 1,2 .
рами внутренней области
y →η
Вычисленные таким образом величины
K1γ
(2)
можно назвать дина-
мическими коэффициентами концентрации напряжений в окрестности исследуемой особой точки.
Результаты исследований. Следует отметить, что значение показателя
особенности по напряжениям α в точке А не зависит от геометрических
характеристик составной области [3,5], а определяется лишь упругими параметрами µ ( m ) ,ν ( m) ( ν ( m) - коэффициент Пуассона материала области
G ( m ) ), число которых может быть сокращено до двух [7,8],
418
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
µ ( 2 ) (1 − ν (1) ) − µ (1) (1 − ν ( 2 ) )
α = (2)
,
µ (1 − ν (1) ) + µ (1) (1 − ν ( 2 ) )
µ ( 2 ) (1 − ν (1) ) − µ (1) (1 − ν ( 2 ) ) − 0,5( µ ( 2 ) − µ (1) )
*
β =
µ ( 2 ) (1 − ν (1) ) + µ (1) (1 − ν ( 2 ) )
∗
∗
∗
∗
Если параметр Дандерса D = α (α − 2 β ) ≥ 0 , в
*
.
угловых
точках возникает локальная особенность по напряжениям и мы имеем один
вещественный корень 0 < α < 1 . Если D < 0 , особенности нет ( α ≥ 1 ).
В процессе проведения анализа были подсчитаны коэффициенты Дандерса
для большинства сочетаний известных материалов, и выделены пары материалов- концентраторов.
На рис. 2 сплошной линией представлена зависимость нормирован∗
ного коэффициента при особенности
A11(1) = A11(1) / A11(10 )
(10 )
( A11 - коэффи-
циент, вычисляемый по формуле (1) и соответствующий паре материалов
сталь-сталь, для которой ряды для напряжений [3] являются сходящимися
во всей области, α = 2 ) от частоты для пары материалов сталь-свинец
(D
*
= 0,539 ) при η = 0,5 , δ = 0,7.
A11(1)
16
14
12
10
8
6
4
2
Ω (1)
0
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
Рис. 2. Зависимость коэффициента при особенности
от частотного параметра
В окрестности частоты
Ω (1) = 1,303 наблюдается довольно резкий
скачок коэффициента концентрации, что объясняется возникновением интенсивных колебаний, локализованных в окрестности границы раздела областей. Подобные частоты, естественно, называть частотами граничного
резонанса [9]. Величина максимума значения
A11(1) существенно зависит от
упругих свойств контактирующих материалов. Так, для пары материалов
сталь-магний ( D
*
= 0,231 ) интенсивность колебаний на частоте гранич419
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Математика»
ного резонанса снижается (см. штриховая линия на рис.1). При этом сама
частота граничного резонанса несколько смещена по сравнению с предыдущим случаем, что связано с изменением параметров. Для пар материалов, соответствующих отрицательным значениям коэффициента Дандерса,
скачка величины коэффициента при особенности у напряжений практически не наблюдается. На рис.2 штрихпунктирной линией обозначена зависимость
A11(1) (Ω (1) ) для пары материалов сталь-алюминий ( D * = −0,003 ).
Если геометрические параметры и материал внутренней области
(сталь) оставить неизменными, а упругие параметры наплавок варьировать, приходим к данным рис.3, где показана зависимость нормированного
A11(1)
коэффициента при особенности
r = µ ( 2 ) / µ (1)
от жесткостного параметра
на первых трех резонансных частотах (см. рис.3, кривые
1,2,3 соответственно,
η = 1, δ = 0,8 ).
A11(1)
4,5
4
3,5
3
3
1
2,5
2
1,5
2
1
0,5
r
0
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Рис.3. Зависимость коэффициента при особенности от параметра жесткости
С увеличением значения
r имеем рост A11(1) на всех частотах, одна-
ко, на третьей резонансной частоте этот рост происходит гораздо быстрее,
что свидетельствует в конечном итоге об интенсификации волновых движений на границе раздела сред.
Несомненный практический интерес представляет вопрос о влиянии на концентрацию напряжений толщины внешних наплавок. На рис.4
представлена зависимость
K11 (δ )
при
η = 0,3
для пар материалов
сталь-алюминий (см. рис.4, кривая 1), сталь-магний (кривая 2) и стальсвинец (кривая 3). Расчеты проведены в окрестности третьей собственной
частоты.
420
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
K11
14
12
3
10
8
6
2
4
1
2
δ
0
0,25
0,5
0,75
1
Рис. 4. Зависимость коэффициента концентрации от размера области
G (1)
Из данных рис.4 следует, что наиболее интенсивная концентрация
наблюдается при значениях 0,6 ≤ δ ≤ 0,8 . Однако и в данном случае
большое значение для каждой исследуемой пары материалов имеет учет
*
значения коэффициента Дандерса D .
Весьма интересно проследить зависимость множителей при особенности от угла, определяющего направление подхода к особой
точке [10].
A11(1)
7
6
5
3
4
3
2
1
0
0
0,5
11
2
1,5
2
2,5
3
k (1)
Рис. 5. Зависимость коэффициента при особенности
от направления подхода к особой точке
На рис.5 для первых трех резонансных частот (кривые 1,2,3 соответственно;
A11(1) (k (1) )
η = 1, δ = 0,8 )
представлена
зависимость
множителя
от углового коэффициента луча, по которому производится
421
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Математика»
подход к точке
A(δ ,η ) (сочетание материалов: сталь-свинец). Как видим,
исследуемые коэффициенты стабилизируются при k
→ ∞ , а также
принимают наибольшее значение при подходе к особой точке вдоль границы раздела стыкуемых областей.
В таблице представлены данные расчетов нормированного коэф(1)
фициента
A11(1)
ми углами
ϕ = arctg (k (1) )
вдоль лучей, выходящих из особой точки А под различны-
определяется параметром
в зависимости от расстояния до нее, которое
r (1) = ( x − δ ) 2 + ( y − η ) 2 / η .
Расчеты
проведены для области с чередованием материалов сталь-свинец и геометрическими параметрами
нансной частоты
в окрестности третьей резо-
Ω (1) = 1,419 .
Значения величины
r
η = 1, δ = 0,8
A11(1) от угла подхода к особой точке
ϕ
(1)
π/12
π /6
π /4
π /3
5π/12
π /2
0,12
2,239
2,041
1,898
2,843
5,589
7,503
0,10
2,340
2,193
1,979
3,014
5,763
7,824
0,08
2,411
2,173
2,011
3,105
5,895
7,951
0,06
2,402
2,146
1,992
3,008
5,808
7,905
0,04
2,226
2,087
1,867
2,905
5,601
7,635
В каждом из случаев, представленных в таблице, можно обнаружить интервал изменения отношения
r (1) , в котором величина A11(1) (ϕ )
с
достаточно высокой точностью сохраняет стабильность вдоль каждого луча
и изменяется лишь при переходе с одного луча на другой.
Выводы. Полученные результаты исследования коэффициентов при особенности у нерегулярных членов асимптотики характеристик волнового
поля позволяют подобрать геометрические и упругие параметры составной
области для минимизации интенсивности волновых движений в окрестности раздела сред. Для этого, прежде всего, следует для каждой пары стыкуемых материалов вычислить показатель особенности α , зависящий
G (m ) [3]. Если для данной пары ма0 < α < 1 , то в угловой точке A(δ ,η ) будем
только от упругих констант
териалов окажется, что
областей
иметь локальную особенность по напряжениям. В этом случае для определения волновых характеристик в окрестности этой точки следует применить предлагаемый метод выделения особенностей и при вибронагружении
422
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
детали избегать частот граничного резонанса. Эта рекомендация актуальна
уже при соотношении жесткостей
r > 2,5 .
Изложенная методика иссле-
дования без принципиальных изменений может быть перенесена на случай
кинематических граничных условий и другого вида условий сопряжения.
Библиографический список
1. Гринченко В.Т., Мелешко В.В. Гармонические колебания и волны
в упругих телах. – Киев: Наукова думка, 1981. - 284 с.
2. Вовк Л.П., Лупаренко Е.В., Соболь Б.В. Численно-аналитический
анализ вибродеформирования прямоугольных поперечно-неоднородных в
плане деталей. // Труды 6-й Междунар. науч.-техн. конф. - Ростов н/Д:
ДГТУ, 2001. - С.76-82.
3. Вовк Л.П. Особенности гармонических колебаний кусочнонеоднородной прямоугольной области // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. - 2002. - №4. - С. 9-13.
4. Белоконь А.В., Вовк Л.П. Об установившихся колебаниях электроупругой пластины переменной толщины // Прикладная механика. 1982. - Т.18. - №5. - С.101-105.
5. Лобода В.В. О контактном взаимодействии упругой прямоугольной пластины и полосы // Прикладная механика. - 1989. - Т.25. - №4. С.69-76.
6. Партон В.З., Перлин П.И. Методы математической теории упругости. – М.: Наука, 1981. –688с.
7. Боджи Д. Действие поверхностных нагрузок на систему из двух
соединенных вдоль одной из граней упругих клиньев, изготовленных из
различных материалов и имеющих произвольные углы раствора
// Тр. амер. общества инженеров-механиков. Прикладная механика. - 1971.
- Т.38. - №2. - С.87-96.
8. Dundurs J. Discussion // Ibid. 1969. V.36. №3. - Р. 650-652.
9. Гетман И.П., Лисицкий О.Н. Отражение и прохождение звуковых
волн через границу раздела двух состыкованных упругих полуполос // Прикладная математика и механика. - 1988. - Т.52. - №6. - С.1044-1048.
10. Александров В.М.,Сметанин Б.И., Соболь Б.В. Тонкие концентраторы напряжений в упругих телах. – М.: Физматлит, 1993 – 234 с.
Материал поступил в редакцию 26.05.03.
423
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Математика»
B.V.SOBOL, L.P.VOVK
АBOUT DYNAMICAL STRESS’ CONCENTRATION
ON THE MEDIAS’ INTERFACE
WITH DIFFERENT ELASTIC PROPERTIES
In the given article the method of determination of dynamical stress’ singularity
coefficients on the rectangular limited medias’ interface with different elastic
properties are represented. The main attention is given to influencing of elastic
and geometrical parameters of region on a boundary wave characteristic values.
СОБОЛЬ Борис Владимирович (р.1955), заведующий кафедрой «Информатика» ДГТУ, доктор технических наук (1994), профессор (1995).
Окончил механико-математический факультет РГУ (1977).
Основные научные интересы: задачи механики деформируемого твердого
тела со смешанными граничными условиями; асимптотические методы исследования сингулярных интегральных уравнений; задачи механики разрушения.
Автор более 70 научных публикаций.
ВОВК Леонид Петрович (р.1955), доцент кафедры «Высшая математика»
Горловского автодорожного института Донецкого национального технического университета кандидат физико-математических наук(1982). Окончил
механико-математический факультет РГУ (1977).
Основные научные интересы: динамические задачи анизотропной теории
упругости для ограниченных неоднородных областей; задачи электроупругости со смешанными граничными условиями.
424
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
УДК 631.354.02:531.3.001.5
И.Н.КОЛЕВА, В.А.МОРДВИНКИН
ДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ
ПОЛОТНЯНО-ПЛАНЧАТОГО ТРАНСПОРТЕРА
Исследовано движения материальной точки по планке транспортерной ленты на
участке сбрасывания материала. На основании теории и методов динамики
относительного движения решена задача по определению скорости скольжения
частицы материала в зависимости от показателей кинематического режима работы
транспортера и его конструктивных параметров.
Ключевые слова: динамика, дифференциальные уравнения движения, работа,
кинетическая энергия, относительная скорость.
Введение. Критерием оптимизации процесса работы полотнянопланчатого транспортёра является обеспечение условий наилучшего
сбрасывания материала на участке кругового переносного движения. При
этом особое значение имеет анализ процесса скольжения материальной
точки по планке транспортёра, что является относительным движением.
Моделирование процесса скольжения частицы материала проведено ранее
[1] на основании основного закона динамики относительного движения.
При этом были получены дифференциальные уравнения движения.
Постановка задачи. Целью данной статьи является определение
скорости скольжения материальной точки как функции некоторых
конструктивных параметров транспортера, кинематического режима и
других условий работы. Исследование проведено для частного случая
скольжения по верхней поверхности планки с учетом силы сопротивления
воздуха. Метод решения задачи базируется на использовании теоремы об
изменении кинетической энергии материальной точки в динамике
относительного движения.
Решение задачи. В задачах динамики относительного движения ко всем
действующим силам добавляются переносная сила инерции Фе и Кориолиса
сила инерции Фс. Для случая равномерного вращения шкива транспортера
значение переносной тангенциальной силы инерции Феτ равно нулю.
Переносная нормальная сила инерции Феn
Феn=maen=mω2y.
(1)
Кориолисова сила инерции
Фc=mac=2mωy,
(2)
где y=Vr - относительная скорость.
К действующим силам, кроме силы тяжести Р, нормальной реакции
N и силы трения Fтр, относится сила сопротивления воздуха R. Расстановка
сил показана на схеме (рис. 1).
425
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Теоретическая механика»
N
Фе п
Фс
y
β R
Fтр
P
α
ω
0
Рис.1. Схема сил в динамике относительного движения точки
Сила сопротивления воздуха R направлена в сторону, противоположную абсолютной скорости частицы Vа, и образует с планкой угол β,
который определяется из параллелограмма разложения скоростей
(рис.1, 2). Переносная скорость Vе, как вращательная, определяется по
формуле
Ve=ωy.
(3)
Абсолютная скорость находится по теореме сложения скоростей:
Va = Vr2 + Ve2 = y& 2 + ω 2 y 2 .
(4)
Vr
y
β
Ve
α
ω
Va
0
Рис. 2. Разложение скоростей в сложном движении
Формулы для определения угла β:
V
sin β = e =
Va
V
cos β = r =
Va
ω⋅y
y& 2 + ω 2 y 2
y&
y& 2 + ω 2 y 2
426
;
(5)
.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Сила сопротивления воздуха прямо пропорциональна абсолютной
скорости Vа; коэффициент пропорциональности k - величина постоянная и
называется коэффициентом парусности [2].
R = kmVa = km y& 2 + ω 2 y 2 .
(6)
Учитывая
расстановку
сил
на
рис.1
при
составлении
дифференциального уравнения относительного движения по оси ОХ,
получаем:
0=Psinα-N-Фс-Rsinβ.
(7)
Отсюда нормальная реакция
N= Psinα-Фс-Rsinβ=mgsinα-2mωy-kmωy.
(8)
Тогда величина силы трения
Fтр=Nf=( mgsinα-2mω y-kmω y)f .
(9)
Применяем теорему об изменении кинетической энергии для
относительного движения частицы по планке транспортёра с целью
определения скорости скольжения:
m ⋅ Vr2
2
−
m ⋅ Vr20
2
= AP + ATP + AR + AФ ,
(10)
где Vr0 - начальная скорость скольжения, в момент перехода на участок
кругового движения, Vr0=0; АP - работа силы тяжести; АTP - работа
силы трения; АR - работа силы сопротивления воздуха; АФ - работа
переносной нормальной силы инерции.
Заметим, что работа Кориолисовой силы инерции равна нулю.
Раскладываем работу силы тяжести:
AP=-Ph ,
(11)
где h - изменение высоты положения частицы, определяемое геометрически (рис.3).
y
М
h
M0
0
α
y
r
Рис. 3. Изменение положения точки на планке транспортера
Так как в начальный момент частица находится у основания планки
на поверхности барабана радиуса r, а при повороте на угол α вследствие
скольжения по планке поднимается, то
h=ycosα - r.
(12)
427
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Теоретическая механика»
После подстановки (12) в (11)
АP=-mg(ycosα-r).
(13)
ATP=∫∫ dATP ,
(14)
Работа силы трения
где dATP - элементарная работа силы трения.
Учитывая (9), получаем:
(15)
dATP= -FTP dy=(-mgsinα + 2mωy+ kmωy)f⋅dy.
Находим полную работу трения как определённый интеграл
y
kmω
ATP = ∫ dATP = (− mg sin α + 2mgy& ) f ( y − r ) +
f ( y 2 − r 2 ) .(16)
2
r
Работа силы инерции
AФ=∫∫ dAФ ,
(17)
где dAФ - элементарная работа переносной силы инерции.
Выразим dAФ в аналитической форме:
dAФ= Фen⋅dy= mω 2y⋅dy .
(18)
Определяем полную работу переносной силы инерции на участке
поворота на угол α из начального положения как определённый интеграл
с пределами по значениям координаты y (начальное значение y0=r)
(рис.3):
y
AФ = ∫ dAФ
y
= ∫ m ω 2 y ⋅ dy =
r
r
mω 2
(y 2 − r 2 ) .
2
(19)
Работа силы сопротивления воздуха
АR=∫∫ dAR ,
(20)
где dAR - элементарная работа силы сопротивления.
С учетом (5) и (6) выражаем dAR :
dAR = − R ⋅ cos β ⋅ dy = − km y& 2 + ω 2 y 2 ⋅
y&
y& 2 + ω 2 y 2
⋅ dy = − kmy& dy .(21)
Находим полную работу AR:
y
y
AR = ∫ dAR = − ∫ kmy& ⋅ dy = − kmy& ( y − r ) .
(22)
r
r
Суммируем выражения (22), (19), (13) и (16), учитывая, что y=Vr,
mg (r − y cosα − yf sin α + fr sin α ) − mVr (−2ω ⋅ f + k )( y − r ) +
mω 2 2
+
( y − r ) ⋅ (ω + kf ).
2
(23)
Подставляя сумму работ (23) в уравнение (10) и, сокращая на
массу, получаем квадратное уравнение вида:
Vr2 + 2Vr (−2ωf + k ) ⋅ ( y − r ) − [2 g (r − y cosα − yf sin α + fr sin α ) +
]
+ mω ( y 2 − r 2 ) ⋅ (ω + kf ) .
Решая
скорость:
квадратное
уравнение
428
(24),
получаем
(24)
относительную
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
V r = (2ωf − k ) ⋅ ( y − r ) ± (−2ωf + k ) 2 ( y − r ) 2 + [2 g ( r − cos αy −
− yf sin α + fr sin α ) + mω ( y − r ) ⋅ (ω + kf )].
2
2
(25)
Выводы. В результате проведенного исследования процесса скольжения
частицы по планке транспортера на участке сбрасывания материала
получена аналитическая зависимость скорости относительного движения
от параметров и условий работы.
Библиографический список
1. Колева И.Н., Бабанская Г.Ф., Смирнов Ю.В. Динамика процесса
скольжения частицы по планке полотняно-планчатого транспортера //
Механика деформируемых тел: Сб.научн. тр. /ДГТУ. - Ростов н/Д, 1994.
- С. 53-56.
2. Турбин В.Г., Лурье А.Б. Сельскохозяйственные машины. – М.;
Ленинград, 1963. - 498 с.
Материал поступил в редакцию 30.05.03.
I.N.KOLEVA, V.A. MORDVINKIN
DYNAMIC RESEARCH OF CANVAS SLATTED CONVEYER WORK
The article is devoted to research of material spot movement across conveyer
belt slat at the area of material throwing off.
Based on theory and methods of relative movement dynamics the tasr of determining material particle sliding speed deperding upon kinematic working of
conveyer and its constructive parameters indexes has been solved.
КОЛЕВА Ирина Николаевна, доцент кафедры "Теоретическая механика",
кандидат технических наук (1978). Окончила РИСХМ (1965) по специальности "Сельскохозяйственные машины".
Автор 35 научных работ в области прикладной механики.
МОРДВИНКИН Валерий Андреевич (р.1946), доцент кафедры "Теоретическая механика", кандидат технических наук (1985). Окончил механикоматематический факультет РГУ (1971).
Научные интересы связаны с теорией газовой смазки.
Автор более 50 научных работ.
429
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Технология машиностроения»
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.73.043.001.57
Ю.Н.РЕЗНИКОВ, А.В.ВОВЧЕНКО
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТОВ ПРОЦЕССОВ
ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ,
ОСНОВАННЫХ НА РЕШЕНИИ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ
Рассмотрен вопрос о рациональной расчётной схеме и корректности постановки
обратной задачи для процесса объёмной штамповки (ОШ). Анализируются два подхода: подход, использующий предварительное решение соответствующей прямой
задачи, и подход, предусматривающий введение рассматриваемой задачи в класс
корректных путём наложения дополнительных ограничений на решение. Введён
критерий оценки корректности решения по условию несжимаемости. Представлены
данные эффективной реализации решения обратной задачи об осадке, выполненной численным методом граничных элементов (МГЭ) по алгоритму непосредственного применения обратной расчётной схемы и условию введения обратных задач в
класс корректных.
Ключевые слова: корректность постановки обратной задачи; объёмная штамповка; критерий оценки условия несжимаемости; метод граничных элементов.
Введение. Расчётная реализация технологических процессов объёмной
штамповки, как и любых процессов ОМД, может выполняться по двум схемам: прямой и обратной.
При прямой схеме расчёт выполняется в направлении его протекания в технологическом процессе, т.е. от исходной заготовки к готовой поковке. В этом случае определяются параметры процесса (величина облоя,
неравномерность деформации по сечению поковки и др.), основанного на
априорно принятом решении, в частности, на выбранных форме и размерах
заготовки.
При обратной схеме расчёт выполняется от готовой поковки с заданными параметрами по направлению к заготовке, обеспечивающей получение указанных параметров.
Достоинством обратной схемы расчёта является возможность направленного достижения требуемых показателей качества процесса,
управления им, в частности, путём введения заготовительных ручьёв и
применения заготовок расчётной формы.
Рассмотрение ряда проблем технологии машиностроения как обратных задач математической физики позволило к настоящему времени
получить существенный экономический эффект. При этом отмечается общность подхода при решении разных по физической природе задач [1].
Метод обратных задач при расчётах различных процессов обработки металлов давлением (ОМД) применяется довольно давно. В работе [2]
предложено решение обратных задач листовой штамповки методом линий
скольжения (МЛС). В процессах объёмной штамповки метод обратных задач впервые применён в работе [3] и реализован методом верхней оценки.
430
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Применительно к процессу прокатки метод обратных задач впервые рассмотрен в работе [4] на основе МЛС.
Как отмечается в монографии [1, с.14] «обращение» причинноследственных связей, являющееся характерной особенностью обратных
задач, обеспечивает «заранее заданный результат процесса или явления».
В ОМД таким результатом, в частности, может быть реализация технологического процесса с наименьшими энергозатратами. Расчёты по прямой
схеме не могут обеспечить такого результата. В связи с указанными
достоинствами поиски различных вариантов постановки обратных задач
в ОМД продолжаются и в настоящее время [5]; в расчётах используются
современные численные методы, в частности, метод граничных
элементов (МГЭ) [6].
Переход к численным методам расчёта обратных задач ОМД остро
поставил вопрос о надёжности расчётных алгоритмов, в связи с тем, что
обратные задачи являются некорректными [1].
Исследованию вопроса о целесообразной расчётной схеме и её связи с корректностью постановки обратных задач и посвящена настоящая
статья.
Постановка задачи. Реализация на практике схемы расчёта, предложенной в работе [3], предполагает решение на каждом расчётном шаге прямой
задачи формоизменения и последующее применение полученных значений
перемещений для расчёта заготовки на каждой последующей стадии путём
обращения движения деформирования. Такая схема автоматически обеспечивает корректность задачи и поэтому применяется и в настоящее время
при строгом её математическом обосновании.
Так, в работах [7,8] для построения приближённых решений заданных обратных задач предложен и исследован итерационный цикл, приводящий на каждой итерации к аналогичной прямой задаче.
С целью снижения трудоёмкости расчётов была рассмотрена возможность непосредственного применения обратной расчётной схемы для
определения размеров заготовок, обеспечивающих получение заданной
поковки осадкой [9]. Длительность цикла расчётов сокращается при этом
на 40-60%.
В связи с получением положительных результатов в работе [9]
представляет интерес более полное и глубокое исследование вопроса о
правомерности непосредственного применения обратной расчётной схемы
в общем случае.
Результаты исследований и их обсуждение. Практика решения обратных задач машиностроения свидетельствует о том, что «игнорировать
некорректность постановки задачи нельзя» и должны быть применены
специальные меры введения задачи в класс корректных [1, с.24]. Этот подход детально рассмотрен ниже.
Изучение вопроса показало, что в числе методов, ставших уже традиционными для решения некорректно поставленных задач, имеются и те,
которые используют решения соответствующих прямых задач, а также методы, которые вводят обратные задачи в класс корректных [10, с.224-228].
К первой из указанных разновидностей относятся методы, применённые в работах [3,7,8]. По поводу второй разновидности – введения обратных задач в класс корректных – имеется рекомендация о том, что корректная постановка обратной задачи может осуществляться привлечением
431
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Технология машиностроения»
дополнительной информации об искомом решении, и, что «недостаток этого подхода для практики состоит в том, что для его использования требуется «удачное» задание априорных количественных ограничений на искомое решение» [1, с.27].
В расчётах процессов ОМД такая дополнительная априорная информация задаётся использованием линеаризующих алгоритмов.
В работе [11] рассмотрено изменение свойств деформируемого металла при переходе от упругого состояния к пластическому. Так, величина
модуля сдвига при пластической деформации уменьшается в отношении
1
1+ϕ
, а коэффициент Пуассона снижается и может быть рассчитан по
формуле
3⋅ m
m +1 ,
mϕ =
3
ϕ+
m +1
2 ⋅ϕ +
где
m=
1
ν
(1)
, ν – коэффициент Пуассона; ϕ – функция, определяющая пе-
реход металла в пластическое состояние; ϕ≥0, причём ϕ=0 – уравнение поверхности, отделяющей упругую область от пластической. Из
приведенных в работе [11] зависимостей можно определить значение ϕ. Действительно, уравнение, связывающее сдвиговую деформацию с соответствующим касательным напряжением, в работе [11]
приведено в виде
ε xy =
∂u ∂υ 1 + ϕ
+
=
⋅ τ xy .
G
∂y ∂x
При пластической деформации
ε xy =
3 ⋅εi
σi
⋅ τ xy .
(2)
(3)
Откуда
ϕ=
G
µ
− 1,
(4)
где G – модуль сдвига; µ – коэффициент жёсткости, введённый в работе
[12] как универсальная характеристика процессов ОМД.
Основным критерием оценки корректности результатов граничноэлементных расчётов по прямой и обратной схемам, с учётом программной
реализации, принята величина
δ=
S1 − S 2
⋅ 100% ,
S1
(5)
где S1 и S2 – объёмы (площади), определяющие перемещение металла в
процессе деформирования (рис. 1).
432
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Величина δ, по сути, отражает степень соответствия полученного
решения условию несжимаемости:
δ → 0 или δ → min .
(6)
а)
б)
Рис.1. Тестовый пример решения прямой (а) и обратной (б) задачи об осадке
При разработке численных методов применительно к задачам ОМД
вопрос об учёте условия несжимаемости решался традиционным путём –
заменой задачи условной оптимизации задачей безусловной оптимизации
путём применения метода множителей Лагранжа [13].
Аналогичным методом предложено учитывать условие несжимаемости в гранично-элементном расчёте процессов ОМД [14]. Для практического расчёта целесообразно пользоваться уравнениями (5) и (6). В этом случае при реализации расчётного формоизменения материала в процессах
ОМД пользователь сталкивается с двумя вопросами прикладного характера: выбор варианта схемы итерационного цикла линеаризующего алгоритма и определение рационального параметра временной дискретизации
процесса ОМД, определяющего положение деформирующего инструмента
на двух последовательных расчётных стадиях деформирования.
Так, оценка сходимости итерационного цикла к точному решению
по двум критериям, приведенным в работе [9], с величиной ошибки рассогласования в 1%, позволяет получить δ=1,13% при ε=0,01 уже на 16-й
итерации (рис. 2). Последующая расчетная деформация, независимо от
типа решаемой задачи (см. рис.1) на каждой следующей стадии при
ε=0,01; 0,02; …; 0,1, характеризуется ещё более низкими значениями δ
(δ≤1%). Поэтому суммарная величина показателя δ по результатам 10 равнозначных стадий при ε=0.1 принимает δ=1,013%.
Значительно худшими показателями δ обладают подходы, основанные на определении точного решения по сходимости каждого из представленных выше параметров по отдельности (рис.2).
Так, при программной организации итерационного цикла по схеме
E=var, а v=const, величина δ=27,18% уже на первой стадии расчёта
(ε=0,01). При этом на всех последующих стадиях эта тенденция сохраняется постоянной (ε=0; 0,01; …; 0,1) δ≈const и фактически делает невозможным учёт условия несжимаемости в расчётной процедуре.
433
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Технология машиностроения»
Рис. 2. Итерационная сходимость решения к точному значению по двум параметрам: модулю упругости и коэффициенту Пуассона (материал – свинец;
tнач.=20oC; Eнач.=1800 [кгс/мм.2]; vнач.=0.45; ε=0.01)
Реализация схемы, основанной на E=const, v=var, позволяет получить δ=1,13%, но при этом значения всех силовых параметров, определяемых в ходе расчёта, выше реальных (в частности, полученных в работе
[15]) в 6-9 раз, что существенно сокращает область эффективного применения расчётного подхода.
Определение рациональной величины расчётной дискретизации
процесса ОМД, независимо от типа решаемой задачи, позволяет фактически установить соответствие между объёмом расчётных работ и точностью
решения поставленной задачи. Так, в работе [16] «временной шаг определяется из предположения выполнения условия непроникновения по границам контакта с жёстким инструментом» и зависит фактически от формы
инструмента. В наших расчётах этот параметр представлен величиной ∆h,
отражающей перемещение деформирующей плиты (инструмента) на протяжении одной стадии. Так, анализ результатов расчёта процесса осадки
(см. рис.1) показывает, что повышение значения ∆h вызывает пропорциональный рост величины δ (рис. 3), а снижение значения ∆h требует реали434
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
зации большего числа расчётных стадий, а следовательно, увеличивает
объём расчётных работ. Опыт использования критерия (6) в расчётах процессов ОШ [6,9] показывает, что применение в этих случаях «условия непроникновения» [16] не носит обязательный характер, так как последнее
чаще всего соблюдается синхронно с выражением (6).
Рис. 3. Влияние величины дискретизации расчётного процесса
на соблюдение условия несжимаемости (6)
Принято считать, что снижение уровня дискретизации (повышение
величины ∆h), закономерно вызывает ухудшение сходимости решения к
точному значению. Наши данные этого предположения не подтверждают.
Так, сходимость итерационного цикла к точному решению по двум критериям (E,v) при ∆h=1; 2; 5; 10 мм. (ε=0.01; 0.02; 0.05; 0.1, соответственно)
происходит уже на 16 итерации (рис.4) при величине ошибки рассогласования в 1%.
Рис. 4. Влияние уровня дискретизации на сходимость решения к точному значению
по схеме с двумя изменяемыми параметрами состояния материала: модулю упругости (а) и коэффициенту Пуассона (б) (материал –свинец; tнач.=20oC;
Eнач.=1800 [кгс/мм.2]; vнач.=0.45)
Выводы. 1. Разработана схема решения обратной задачи с введением её в
класс корректных путём использования априорной информации об изменении механических свойств металла в процессе перехода от упругого состояния к пластическому.
2. Показано, что итерационный цикл линеаризующего алгоритма
должен реализовываться по схеме с двумя изменяемыми параметрами состояния материала (E,v). Определение рациональной величины ∆h должно
основываться на соблюдении условия несжимаемости. При этом реальные
значения величины δ, определяющей погрешность (сокращение) вытесняемого объёма (площади части сечения) металла при расчётной штампов435
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Технология машиностроения»
ке (см. рис. 1, формула (5)), обеспечивающие корректность решения задачи расчётного деформирования, должны находиться в пределах δ≤1÷2%.
В заключение отметим следующее.
Решение некорректных задач является проблемой, которая представляет значительный интерес для специалистов – математиков. Этой
проблеме посвящена специальная монография [17] и большое количество
статей.
Многие аспекты решения этой проблемы известны очень давно.
Например, в учебном пособии по методам математической физики [10] отмечается, что регуляризирующие операторы использовались в математике
со времён Ньютона и что практикой выработан ряд приёмов применения
этих операторов, приводящих к положительному результату. Такие подходы названы «интуитивной регуляризацией, регуляризацией по здравому
смыслу».
Рассмотренные результаты исследования, по нашему мнению, следует отнести именно к такой разновидности регуляризации, но они свидетельствуют о том, что непосредственное применение обратной схемы расчёта процессов объёмной штамповки вполне допустимо с позиций общего
подхода к решению обратных задач.
Библиографический список
1. Тихонов А.Н., Кальнер В.Д., Гласко В.Б. Математическое моделирование и метод обратных задач в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1990.–264с.
2. Катков В.Ф. Основы теории обработки металлов давлением. –
М.: Машгиз, 1959. – С. 270-296.
3. Резников Ю.Н. Расчет формы и размеров заготовок в процессах
объёмной штамповки методом верхней оценки // Известия вузов. Чёрная
металлургия. – 1979. - №2. – С. 64-70.
4. Бровман М.Я. Использование обратных задач теории пластичности для анализа процесса прокатки // Технология лёгких сплавов. – 1983. №1. – С. 25-31.
5. Орлов Г.А., Богатов А.А. Вариант решения обратной вариационной задачи в теории обработки металлов давлением. // Известия вузов.
Чёрная металлургия. – 2001. - №1. – С. 67-68.
6. Резников Ю.Н., Вовченко А.В., Быкодоров А.В. Уменьшение длительности стадии доштамповки на основе моделирования формоизменения.
// Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 2001. - №4. – С. 33–36.
7. Сухоруков И.В., Цвелодуб И.Ю. Итерационный метод решения
релаксационных обратных задач // Изв. АН СССР. Механика твёрдого тела.
– 1991. - №3. – С. 93-101.
8. Цвелодуб И.Ю Обратные задачи неупругого деформирования //
Изв. РАН. Механика твёрдого тела. – 1995. - №2. – С. 81-92.
9. Вовченко А.В. Особенности обратного гранично-элементного моделирования процессов объёмной штамповки. // Механика деформируемого твёрдого тела и обработка металлов давлением: Сб. науч. тр. Ч.1. – Тула / ТулГУ, 2002. - С. 70-76.
10. Арсенин В.Я. Методы математической физики и специальные
функции. – М.: Наука, 1984.–384с.
11. Генки Г. К теории пластических деформаций и вызываемых ими
в материале остаточных напряжений. // Теория пластичности, под ред.
Ю.Н. Работнова. – М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1948. – С.114-135.
436
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
12. Алексеев Ю.Н. Введение в теорию обработки металлов давлением, прокаткой и резанием. – Харьков: Изд-во Харьков. ун-та, 1969.–108с.
13. Сегал В.М., Свирид Г.П. Исследование стационарного течения
жёсткопластического материала численным методом конечных элементов.
// Прикладная механика. Отделение математики, механики и кибернетики
АН УССР. IX. Вып. 4, 1973. - С. 76-80.
14. Полищук Е.Г. Метод граничных элементов для расчёта вязкожесткопластических течений. // Прикладная математика и механика. Т.56.
Вып. 5. – 1992. - С. 796-800.
15. Выдрин В.Н., Агеев Л.М. О реологических свойствах стали и
свинца. // Изв. АН СССР. Металлы. – 1967. - N2. - С. 104-106.
16. Блинов М.А., Онискив В.Д., Ферягин А.А. Математическое моделирование глубокой вытяжки осесимметричных деталей и некоторые результаты расчётов. // Кузнечно-штамповочное производство. – 1994. №11. - С. 11–13.
17. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. – М.: Наука,1986.–288с.
Материал поступил в редакцию 16.06.02.
Ju.N.REZNIKOV, A.V.VOVCHENKO
SINGULARITIES OF CALCULATIONS OF PROCESSES
OF DIE FORGING GROUNDED ON A SOLUTION
OF INVERSE TASKS
The problem of the rational calculated scheme and correctness of statement of
an inverse task for processes of die forging is considered. Two are analyzed approach: approaches, using a preliminary solution of the corresponding direct
task and approach providing introduction of solved problem in a class correct by
superposition of limitations on a solution of a task. The data’s on effectiveness
of calculations on algorithm of immediate application of the inverse calculated
scheme with introduction of inverse problems of metal forming in a class correct
are submitted.
РЕЗНИКОВ Юлий Наумович (р.1934), д.т.н. (1992), профессор кафедры
«Машины и технология обработки металлов давлением» ДГТУ (1993).
Окончил Днепропетровский металлургический институт (1957) по специальности "Обработка металлов давлением".
Научные интересы связаны с совершенствованием расчетов и оптимизации
процессов ОМД на основе методов граничных элементов и решения обратных задач формоизменения.
Автор 91 научной работы. Среди учеников 2 кандидата технических наук.
ВОВЧЕНКО Арменак Владимирович (р.1974), кандидат технических
наук (2000), старший преподаватель кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением». Окончил ДГТУ (1996) по специальности
«Автоматизация производственных процессов».
Область научных интересов - совершенствование расчетов и моделирование процессов ОМД (ОШ) численным методом граничных элементов.
Автор 15 научных публикаций.
437
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 669.15.018.583
Г.И.БРОВЕР, Е.В.ВЯХИРЕВА, И.К.ЦЫБРИЙ
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ЗЕРНА НА ПРОЦЕССЫ
ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ
Проведен сравнительный анализ процессов перемагничивания трансформаторной стали с различным размером зерна ферромагнитной матрицы.
Показано, что с ростом размера зерна основные магнитные характеристики, а также форма петли гистерезиса в целом изменяются неоднозначно.
Минимальные потери энергии на перемагничивание соответствуют размеру
зерна 2-2,5 мм.
Ключевые слова: трансформаторная сталь, потери на перемагничивание, размер зерна.
Введение. Известно, что качество магнитомягких электротехнических материалов определяется, главным образом, уровнем удельных потерь при
перемагничивании, который, в свою очередь, зависит от размера зерен
основной фазы [1]. Возрастание среднего размера зерна приводит сначала
к снижению потерь энергии на перемагничивание, а его дальнейшее увеличение выше некоторого оптимального значения - к росту суммарных потерь за счет возрастания вихретоковой составляющей. Однако оптимальная величина зерна, при которой потери минимальны, по сведениям различных авторов, колеблется от 1,5 до 7 мм [2-5]. Такое расхождение, вероятно, вызвано недостаточным учетом других факторов, влияющих на уровень потерь, таких, как различный химический состав материала, изменение степени текстурированности структуры в процессе получения образцов
с разным размером зерна, размер, количество и форма немагнитных включений при различных видах ингибирования в производстве электротехнической стали. С другой стороны, точность и достоверность определения
оптимального размера зерна зависит от применяемых способов оценки
уровня потерь и их аппаратурной реализации.
Постановка задачи. Практически вся информация о процессах
перемагничивания ферромагнетика определяется как совокупностью
характерных параметров его петли гистерезиса: коэрцитивной силы Hc,
остаточной индукции Br, максимальной индукции на предельном и частных
циклах перемагничивания Bm, магнитной проницаемости µ, так и особенностями конфигурации петли в целом. Поэтому в данной работе были
поставлены задачи определения отдельных параметров петли гистерезиса,
оценки суммарных потерь на перемагничивание по площади, занимаемой
динамической петлей гистерезиса, и их взаимосвязи с размером зерна при
минимально возможном мешающем воздействии других параметров
структуры электротехнической стали, а также обеспечение равноточности
измерений.
438
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Образцы и методика проведения экспериментов. Образцы для исследований представляли собой пластины длиной 100 мм, шириной 10 мм и
толщиной 0,35 мм, полученные из одного листа трансформаторной стали
марки 1512 с содержанием кремния 3% и сульфидным вариантом
ингибирования. Для снятия напряжений после механического воздействия
образцы подвергались высокотемпературному отжигу. Как показал металлографический анализ, проведенный на микроскопе Neophot – 21, структура образцов представляет собой крупные равноосные зерна кремнистого
феррита с равномерно распределенными в металлической матрице включениями сульфидов (Fe,Mn)S. Отобранные по результатам металлографического анализа образцы можно было сгруппировать, используя метод
секущих, по среднему размеру зерна металлической основы в пять размерных групп (табл.1). В каждой группе размер зерна различался не более,
чем на 3 - 4%.
Таблица 1
Результаты группировки образцов по среднему размеру зерна
Размерная
группа
образцов
Средний
размер
зерна, мкм
1
2
3
4
5
1260- 1290
1720-1750
2290-2330
2520-2550
2770- 2810
Получение первичной информации о магнитном состоянии
образцов осуществлялось с помощью ферротестера 2738/S-3, который позволяет регистрировать динамические петли гистерезиса при частоте перемагничивания 50 Гц и различных значениях напряженности перемагничивающего поля. Входящий в комплект ферротестера датчик проходного
типа длиной 450 мм и внутренним диаметром соленоида 15 мм позволяет
практически устранить влияние "краевого эффекта" на магнитные
характеристики
исследуемых образцов. В данном исследовании
осциллограммы петель гистерезиса определялись при воздействии на образцы внешнего магнитного поля напряженностью 80 А/м, соответствующего верхнему участку прямолинейной части основной кривой намагничивания и поля напряженностью 40 А/м, соответствующего области максимальной проницаемости.
Для обработки экспериментальных осциллограмм и получения численных данных о параметрах петель гистерезиса образцов использовалась
программа оцифровки Grafula 2. Оцифровка осуществлялась с шагом
0,1 А/м по оси абсцисс, что позволяет получить до полутора тысяч отсчетов
на восходящей и нисходящей ветвях петли гистерезиса, таким образом погрешность оцифровки не превышала 0,06%. Дальнейшая обработка сводилась к определению числовых значений информативных параметров петель, таких как Нс, Вm, Br и построению соответствующих диаграмм в среде Excel.
Определение потерь энергии на перемагничивание по площади,
занимаемой экспериментальной петлей гистерезиса, осуществлялось путем
нахождения суммы элементарных площадей, каждая из которых ограничена прямой, соединяющей соседние экспериментальные точки, осью абсцисс
и двумя ординатами, соответствующими значениям индукции в соседних
439
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
точках, и также легко реализуется в среде Excel.
Вычисление элементарных площадей проводилось в соответствии с
выражением
Si = (Bi+1 + Bi)hi/2,
(1)
где Si - площадь элементарной петли; Bi+1 и Bi - значения соседних
отсчетов индукции; hi - шаг дискретизации, в котором каждая элементарная площадь определяется как полусумма соседних экспериментальных ординат, умноженная на шаг считывания.
После проведения следующих простых преобразований:
Sп.г. = ∑S1i - ∑S2i ,
(2)
где Sп.г. - площадь петли гистерезиса; ∑S1i и ∑S2i - площади под верхней
и нижней ветвями петли гистерезиса соответственно, получаем
искомую площадь петли гистерезиса.
Результаты эксперимента и их обсуждение. Изменение значений
основных параметров петли гистерезиса под влиянием роста зерна
металлической матрицы представлено на рис.1.
Bm, Тл
1 ,5
1 ,2
0 ,9
0 ,6
0 ,3
0
Hc, А/м
20
16
12
8
4
0
Br, Тл
0 ,8
0 ,6
0 ,4
0 ,2
0
1
2
3
4
5
Размерная группа образцов
Рис.1. Влияние размера зерна на изменение основных магнитных характеристик
трансформаторной стали в полях 80 и 40 А/м (заштрихованная и незаштрихованная
области диаграмм соответственно)
Анализ представленных данных позволяет говорить о том, что рост
размера зерна ферромагнитной фазы трансформаторной стали в полях,
приближающихся к насыщению, наиболее сильно влияет на изменение
440
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
максимальной магнитной индукции на частных циклах перемагничивания.
Зависимость этого параметра от величины зерна носит экстремальный
характер. Максимальных значений Bm достигает при среднем размере
зерна, соответствующем третьей группе образцов, а затем несколько снижаются, что, вероятно, вызвано усилением влияния вихревых токов в
крупнозернистых образцах. Такое изменение Bm сопровождается
монотонным снижением коэрцитивной силы Нс, кроме образцов пятой
группы. Остаточная индукция Вr также незначительно снижается с ростом
размера зерна, однако, этот процесс имеет относительный характер, так
как происходит на фоне неоднозначного изменения Bm.
Характер изменения параметров петель гистерезиса в средних полях
практически повторяет характер изменения аналогичных параметров в
больших полях.
Наряду с этим (как показано на рис.2), происходит изменение
конфигурации петель гистерезиса в целом. Петли крупнозернистых
образцов имеют более сглаженную форму, особенно в областях, приближающихся к Bm, что также свидетельствует о возрастающем влиянии на
процесс перемагничивания вихревых токов.
B, Тл
1,2
0,8
0,4
0
-0,4
-0,8
-1,2
-1,6
-80
0
-40
40
H,А/м
Рис.2. Петли гистерезиса образцов трансформаторной стали первой (∆),
третьей(□) и пятой (◊) размерных групп
Анализируя экспериментальные данные об изменении параметров
петель гистерезиса с ростом размера зерна электротехнической стали,
можно заключить следующее:
- увеличение размера зерна приводит к уменьшению количества
препятствий при движении доменных границ в перемагничиваемом объеме
образца, что в свою очередь снижает коэрцитивную силу и остаточную индукцию, петля становится более узкой и гладкой;
441
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
Потери на перемагничивание,
Вт/кг
- одновременно с этим в материале возрастает действие вихревых
токов, величина которых помимо прочих факторов зависит от длины свободного пробега доменной границы от одного препятствия к другому, к которым в данном случае относятся, главным образом, границы зерен ;
- рост магнитной проницаемости и максимальной магнитной
индукции в мелко- и среднезернистых образцах, когда в процессе перемагничивания преобладает гистерезисная составляющая, сменяется падением
этих параметров в крупнозернистых образцах, когда на процесс перемагничивания начинает оказывать преобладающее влияние вихретоковая составляющая;
- такое изменение всех параметров петель гистерезиса и ее формы
в целом должно сказаться на уровне суммарных потерь энергии на перемагничивание.
На рис.3 приведены данные о потерях на перемагничивание, рассчитанные по результатам измерения площади, занимаемой динамической
петлей гистерезиса.
2
1 ,5
1
0 ,5
1
2
3
4
5
Р азм е рная группа о бразцо в
Рис.3. Влияние размера зерна на уровень потерь при перемагничивании
в полях 80 (◊) и 40 А/м(□)
Как видно из графиков, с возрастанием размера зерна уровень потерь на перемагничивание изменяется неоднозначно. Если в образцах со
средним размером зерна потери на перемагничивание снижаются по мере
роста зерна, то в крупнозернистых образцах происходит рост потерь при
продолжающемся снижении коэрцитивной силы и остаточной индукции.
Такой результат может быть объяснен значительным преобладанием потерь на вихревые токи в крупнозернистых образцах над гистерезисными потерями, что подтверждается и характером изменения максимальной магнитной индукции с ростом размера зерна.
Следует отметить, что на графиках представлены среднеквадратичные значения потерь, тогда как вариация значений внутри размерных
442
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
групп составляла от 7 до 10%, что значительно больше, чем вариация размеров зерна в каждой группе, а также погрешность измерений, которая
складывается из погрешности ферротестера и погрешности дискретизации,
и не превышает 0,5% от измеряемой величины. Это говорит о том, что даже в образцах, отобранных из одного листа трансформаторной стали,
нельзя полностью исключить возможные колебания таких сопутствующих
факторов, как размер, форма и плотность распределения неметаллических
включений, а также изменение уровня текстурированости в зависимости от
размера зерна в локальных участках листа. Таким образом, снижения потерь на перемагничивание к крупнозернистых образцах электротехнической стали можно добиться, ограничивая уровень вихревых токов при сохранении или незначительном увеличении гистерезисных потерь.
Выводы. После анализа результатов проведенной работы можно сделать
следующие выводы:
- экспериментальные исследования процессов перемагничивания
показали, что магнитные свойства электротехнических сталей, в том числе
и удельные потери на перемагничивание, определяются, главным образом,
средним размером зерен ферромагнитной фазы;
- оптимальный размер зерна, при котором суммарные потери на
перемагничивание как результат конкурентного взаимодействия вихретоковых и гистерезисных потерь минимальны, соответствует 2-2,5 мм;
- в формировании общего уровня потерь, помимо размера зерна,
вероятно, принимают участие другие структурные факторы, такие как дисперсные выделения неметаллических фаз и степень остроты текстуры;
- минимизация потерь на перемагничивание может быть
обеспечена как в результате совершенствования технологии изготовления
трансформаторной стали, так и путем направленного воздействия на магнитную структуру готового материала, позволяющего снизить потери на
вихревые токи при сохранении или незначительном увеличении гистерезисных потерь, в частности, посредством формирования так называемых
структурных барьеров при локальном деформационном или термическом
воздействии / 6 /.
Библиографический список
1. Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: Энергия, 1974.-317с.
2. Титоров Д.Б., Соколов Б.К., Счастливцева И.К. Регулирование
размера и формы зерен в текстурованной трансформаторной стали // Физика металлов и металловедение. – 1972. - Т.34. Вып.4. - С. 811-815.
3. Счастливцева И.К., Казаджан Л.Б., Соколов Б.К. и др. Влияние
формы и величины зерна на магнитные свойства текстурованной трансформаторной стали // Физика металлов и металловедение. – 1976. - Т.41.
Вып.4. – С. 543-546.
4. Григорьев Л.Г., Канова И.М., Кононов А.А. и др. О связи между
размером зерна и магнитными свойствами электротехнической анизотропной стали // Сталь. – 1995. - №12. - С. 63-66.
443
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
5. Князев М.Н. Характеристика зеренной структуры трансформаторной стали с 3% Si после вторичной рекристаллизации // Металловедение и
термическая обработка металлов. – 1997. - №6. - С. 25-28.
6. Соколов Б.К., Драгошанский Ю.Н. Структурные барьеры и снижение магнитных потерь в анизотропных электротехнических сталях // Физика металлов и металловедение. – 1991. - №1. - С. 92-101.
Материал поступил в редакцию 03.06.03.
H.I.BROVER, E.V.VIAKHIREVA, I.C.TSIBRIY
THE INFLUENCE OF THE SIZE OF A GRAIN ON PROCESSES
OF TRANSFORMER STEEL MAGNETIC REVERSAL
In article the comparative analysis of processes of magnetic reversal of
transformer steel with the various size of a grain of a ferromagnetic matrix is
carried out. It is shown, that with growth of the size of a grain, the basic
magnetic characteristics, and also the form of a loop of a hysteresis as a whole,
change ambiguously. The minimal losses of energy on magnetic reversal
correspond to the size of a grain of 2-2,5 mm.
БРОВЕР Галина Ивановна, профессор (1997) кафедры “Материаловедение и физические методы исследования»” ДГТУ, доктор технических
наук (1997). Окончила РИСХМ (1972) по специальности «Оборудование и
технология сварочного производства».
Область научных интересов – изучение структуры свойств металлов и
сплавов после термического воздействия с использованием источников высококонцентрированного нагрева.
Имеет свыше 200 научных публикаций.
ВЯХИРЕВА Елена Владимировна, аспирант кафедры "Материаловедение и физические методы исследования" ДГТУ. Окончила ДГТУ (2002).
Основное направление научных исследований - магнитные свойства и методы исследований магнитомягких материалов после термического воздействия.
ЦЫБРИЙ Ирина Константиновна, доцент кафедры "Приборостроение"
ДГТУ. Окончила РИСХМ (1973).
Область научных интересов - магнитные свойства и методы исследований
ферромагнитных металлов и сплавов.
Автор более 100 публикаций.
444
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
УДК 621.785.5
В.Н.ВАРАВКА, Ю.М.ДОМБРОВСКИЙ, А.В.ШАБАРИНОВ
О СТРУКТУРНЫХ ЭФФЕКТАХ В ЗОНЕ ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ
Рассматриваются вопросы структурообразования при нагреве металлических материалов концентрированными потоками энергии. Расчетным путем и экспериментально доказывается, что формирование зеренной структуры происходит преимущественно вследствие пластической деформации от температурных напряжений,
фазового наклепа и рекристаллизационных процессов за счет остаточного тепла в
нагретом слое.
Ключевые слова: упрочнение концентрированными потоками энергии; термические напряжения; фазовый наклеп; локальная пластическая деформация.
Введение. Технологии поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента предполагают особую организацию структуры и фазового состава
рабочих поверхностей металлообрабатывающих инструментов, деталей
машин и элементов конструкций в соответствии с их условиями эксплуатации [1]. Наиболее эффективный и производительный способ трансформации структуры поверхностного слоя материала при термической обработке
связан с применением для нагрева концентрированных потоков
энергии (КПЭ): лазерного излучения, плазменной дуги, токов высокой частоты (ТВЧ), электронных пучков и др. Несмотря на широкое применение в
промышленности технологий обработки с использованием КПЭ, продолжаются исследования явлений, протекающих при гиперскоростном нагревании материалов.
В работах [2 - 7] показано, что нагрев различных металлов и сплавов с использованием лазерного излучения сопровождается комплексом
структурных и фазовых превращений, обусловленных как природой нагреваемых материалов, так и энергетическими параметрами источника нагрева. Этот процесс протекает с чрезвычайно высокими скоростями в пределах от сотен до сотен тысяч градусов в секунду. В связи с этим фазовые
превращения протекают в условиях существенной неравновесности, огромной стесненности во времени, что ставит под сомнение возможность
участия в процессах структурообразования обычных диффузионных механизмов. В то же время такой сверхбыстрый нагрев создает огромные температурные градиенты (107–108 град/м) между зоной нагрева (достаточно
небольшой по протяженности) и холодной массой окружающих и глубоколежащих участков, при этом за счет отвода тепла “холодной” массой материала обеспечивается охлаждение со скоростями 104–106 град/с, что приводит к появлению больших тепловых напряжений, которые могут релаксировать путем пластической деформации. Об этом свидетельствуют большие микроискажения решетки, высокая плотность дефектов кристаллического строения, поворот зерен, проскальзывание по границам зерен, полосы скольжения, двойники [8–10], а также дробление монокристаллических
материалов, например тантала, на блоки [11] в зоне лазерного воздействия. Замечено также, что границы зерен имеют зигзагообразную форму,
характерную для высокотемпературной деформации.
445
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
Несмотря на многочисленные исследования процессов термообработки КПЭ различных материалов в настоящее время не существует единой
и строго доказанной концепции о механизме нетривиального структурообразования, физической природе упрочнения материалов и физических
процессах, протекающих в зонах взаимодействия высокоэнергетических
потоков с веществом. Не всегда очевидна роль механизмов, ответственных
за формирование определенной структуры и, как следствие, свойств поверхностных слоев материалов [12–14].
Следует отметить, что одним из наиболее важных преимуществ методов обработки источниками КПЭ является их локальность. Эффект повышения работоспособности изделия в работе [15] относят за счет того,
что в тонких поверхностных слоях металлов можно получать более высокие физические и механические свойства, чем во всем объеме изделия.
Было показано [8, 16, 17–20], что в результате воздействия лазерного нагрева в предварительно закаленных инструментальных сталях образуются упрочненные слои, в которых можно выделить три структурные
зоны. Первая, наружная зона закалки из жидкого состояния (при условии
оплавления поверхности), состоит из столбчатых кристаллитов и имеет
структуру мартенсита и остаточного аустенита. Здесь наблюдается довольно высокая плотность дислокаций, образовавшихся как вследствие неравновесности процесса кристаллизации, так и под воздействием термических
напряжений. Вторая зона закалки из аустенитной области претерпевает
фазовую перекристаллизацию и имеет структуру мартенсита, остаточного
аустенита и некоторого количества карбидов. Наблюдается меньшая плотность дислокаций. Третья зона представляет собой зону скоростного отпуска.
В другом исследовании [21] изучали структуру сталей после термической обработки с нагревом ТВЧ. Явление упрочнения, вызванное деформацией при обратном α→γ превращении вследствие объемных изменений,
было названо “фазовым наклепом”. Причину автор связывает с повышением плотности дислокаций при бездиффузионном α→γ-превращении в условиях стесненности во времени релаксационных процессов, устраняющих
последствия фазового наклепа.
Изучали [22] структуру низко- и среднеуглеродистых сталей
12Х2Н4В, 40Х, 38Х2М10А, 40ХН2МА в зависимости от режимов электроннолучевой обработки и исходного структурного состояния. В области, прилегающей к основному металлу, зафиксировано возникновение сверхмелкозернистой (4-5 мкм) структуры, связанной, по мнению авторов, с локальной
пластической деформацией при скоростном нагреве.
Формирование нетривиальной структуры поверхностного слоя при
плазменно-дуговой обработке рассмотрено в работе [23]. Образование зоны мелкоигольчатого мартенсита, несмотря на нагрев металла этого слоя
до высоких температур, объясняется протеканием процессов, аналогичных
высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО). В упрочненной зоне образуется субструктура динамической полигонизации горяченаклепанного аустенита, наследуемая мартенситом при закалке.
Таким образом, большинство авторов рассмотренных исследований
сходятся во мнении, что при нагреве КПЭ в локальных микрообъемах имеет
место пластическое деформирование металла, возникающее в основном по
двум причинам.
446
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
1. В результате существенного температурного градиента на границе между нагретым слоем относительно малого объема и холодной массой «бандажирующих» его участков в нагретом слое возникают тепловые
напряжения, релаксация которых осуществляется пластической деформацией.
2. Из-за различия удельных объемов исходной фазы и продуктов
бездиффузионного α→γ фазового перехода возникает не только упругая,
но и пластическая деформация, вызывающая фазовый наклеп.
На основе анализа результатов предшествующих исследований
можно резюмировать, что описание процессов формирования структурной
картины в сталях в условиях нагрева источниками КПЭ далеко не ичерпывается существующей и зачастую противоречивой информацией. С теоретической точки зрения представляется необходимым проведение аналитических работ в направлении создания адекватной физической картины явлений, определяющих термодинамику, механизм и кинетику гипернеравновесных фазовых переходов с учетом возможной организации матричных
структур материалов, роли сдвигового и нормального механизмов образования и роста зерен, явлений структурной наследственности, возникновения значительных температурных градиентов, приводящих к локальной
деформации, а также степени релаксации последствий наклепа. Это является актуальным не только с точки зрения теории, но и с позиций
практического применения технологий упрочнения с использованием источников КПЭ.
Теоретический и экспериментальный анализ. Выполнена оценка величины и характера напряжений, возникающих при нагреве КПЭ для случая плазменно-дугового нагрева.
По мнению Б.Боли [24], порядок величины тепловых напряжений
допустимо с достаточной для расчетов случаев оценивать с позиции линейной теории термоупругости. При этом скорость изменения температурного расширения будет величиной того же порядка, что и скорость изменения температуры. Введя допущение об отсутствии осевой компоненты
температурных напряжений, т.е. рассматривая случай плоскодеформированного сечения, получаем выражение для единственной, не равной нулю,
компоненты напряжений σ:
σ = k⋅Е⋅α⋅Т,
(1)
где k – числовой коэффициент от 0,5 до 2,5 (в дальнейшем принимаем
k=1); α – термический коэффициент линейного расширения; Е – модуль нормальной упругости; Т – изменение температуры.
Из (1) видно, что изменение величины σ определяется характером
распределения температуры по сечению нагреваемого тела.
Расчет по формуле (1) выполнен для режима непрерывнопоследовательного нагрева среднеуглеродистой стали сканируемой плазменной дугой (СПД) удельной мощностью q2=1,22⋅108 Вт/м2 при скорости
перемещения изделия относительно плазмотрона V = 4,2 см/с. Распределение температуры по глубине стальной пластины при нагреве СПД [25]
показано на рис.1.
447
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
Рис. 1. Распределение температуры и термических напряжений (расчет)
по глубине образца из стали 70 при нагреве СПД
Для расчета напряжений весь интервал распределения температуры по глубине разделен на несколько условных слоев: 1500-1000°С; 1000800°С; 800-600°С; 600-300°С; 300-20°С. Учет температурной зависимости
модуля нормальной упругости сделан для каждого температурного интервала по формуле:
(2)
Е = Ео⋅ (1-е ⋅Т),
где Ео – модуль нормальной упругости при температуре 18оС; е – температурный коэффициент модуля упругости; Т – температура.
На рис.1 представлены результаты расчета термических напряжений, выполненного с использованием реальных термических коэффициентов линейного расширения α аустенита (при Т>800oC) для каждого температурного интервала.
Видно, что градиент напряжений изменяется подобно градиенту
температур и номинал термических напряжений на поверхности намного
превышает предел прочности аустенита, который для стали 70 при 1000оС
составляет лишь 40-150 МПа в зависимости от скорости и степени пластической деформации. Столь существенная разница не должна смущать, поскольку в реальных условиях термические напряжения никогда не достигают расчетной величины, а по мере достижения предела текучести материала они релаксируют путем пластической деформации. Поэтому из анализа расчетного распределения термических напряжений достоверно можно определить только глубину распространения зоны пластической деформации.
Дальнейшие структурные превращения в пластически деформированном, горяченаклепанном аустените обусловлены временем пребывания
сплава при температуре выше порога рекристаллизации и, таким образом,
степенью развития рекристаллизационных процессов, приводящих к разупрочнению аустенита. Развитие процессов динамической рекристаллизации обусловлено также степенью и скоростью горячей пластической деформации. В работе Ю.М. Домбровского [26] по результатам структурных
исследований зоны закалки после нагрева СПД сделан вывод, что закалкой
фиксируется строение аустенита после динамической полигонизации. Таким образом, подтверждается, что в результате микропластической деформации в зоне нагрева СПД и последующей закалки реализуется меха448
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
низм упрочнения, характерный для высокотемпературной термомеханической обработки.
Второй из указанных выше случаев предполагает скоростную
аустенитизацию,
при
которой
реализуется
сдвиговое
обратное
α→γ-превращение. Последнее возможно, когда исходная фаза представляет собой кристаллографически упорядоченную структуру (мартенсит, нижний бейнит). Тогда при нагреве с высокой скоростью проявляется эффект
“структурной наследственности”, сущность которого сводится к восстановлению бывшего действительного зерна аустенита за счет обратного мартенсито-аустенитного превращения, создаваемого пластической деформацией из-за объемного ∆V эффекта при α→γ переходе. При этом по расчету
Мороза Л.Г. [27], в аустените возникают напряжения выше его предела
текучести при высоких температурах, что приводит к пластической деформации металла и “фазовому наклепу”.
На рис. 2 и 3 представлены микроструктуры стали У8 после облучения на лазерной установке «Квант - 16» и обработки сканируемой воздушно-плазменной дугой на оригинальной установке [28]. Исходная структура
исследуемой стали представляла собой мартенсит отпуска.
Рис. 2. Микроструктура стали У8, полученная обработкой лазером на установке “Квант - 16”. Х 230
Рис. 3. Микроструктура стали У8, полученная обработкой СПД. Х 420
Из рис. 2 и 3 видно, что в стали формируется структура, характерная для динамической полигонизации и ранних стадий рекристаллизации.
Зерна фрагментированы на полигональные участки, причем в них, в свою
очередь, просматривается субструктура – мелкие блоки размером порядка
1 мкм. В этой связи, вероятно, проявление своеобразного наноструктурного эффекта, который возникает в результате совместного воздействия высоких скоростей деформации от термических напряжений, фазового наклепа, протекающих в условиях динамического изменения температуры упрочненного слоя. Изрезанность границ, по-видимому, связана с началом
стадии рекристаллизации обработки по границам зерен - в областях дополнительного воздействия фазового наклепа при обратном α→γ-превращении. Как видно, после обработки СПД этот эффект проявляется в боль-
449
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
шей степени в связи с повышенным, по сравнению с лазерным нагревом,
запасом остаточного тепла в нагретом слое.
Выводы. Таким образом, расчетным и экспериментальным путем получены дополнительные доказательства важной роли пластической деформации, сопутствующей нагреву различными по природе источниками КПЭ,
формирования зеренной структуры, субструктуры металлических материалов и эффекта "структурной наследственности".
Работа выполнена при поддержке гранта Минобразования РФ.
Библиографический список
1. Углов А.А. Воздействие концентрированных потоков энергии на
материалы. // Материаловедение. – 1997. - №5. - С. 3 - 8.
2. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами
лазера. - М.: Изд-во МГУ, 1975. - 383 с.
3. Криштал М.Я., Жуков А.А., Кокора А.Н. Структура и свойства
сплавов, обработанных излучением лазера. - М.: Металлургия, 1973. - 192с.
4. Рыкалин Н.Н. Воздействие излучения ОКГ на железные сплавы.
// Физика и химия обработки материалов. – 1972. - №6. - С. 14 - 21.
5. Коваленко В.С. Упрочнение деталей лучом лазера. – Киев: Техника, 1981. - 131 с.
6. Сафонов А.Н. Исследование структуры сталей при упрочнении и
легировании поверхности непрерывными лазерами. // Известия вузов. Машиностроение. – 1981. - №3. - С. 94 - 98.
7. Миркин Л.И. Деформация и разрушение материалов лучом лазера. - М.: Изд-во МГУ, 1975. - 354 с.
8. Гаращук В.П., Карета Н.Л., Молчан И.В., Моравский В.Э. Структура зоны упрочняющего воздействия светового луча лазера на монокристалл кремнистого железа. // Физика и химия обработки материалов. –
1973. - №5. - С. 113 - 116.
9. Папиров И.И., Авотин С.С., Кривчикова Э.П. Деформация монокристалла бериллия при действии лазерного излучения. // Физика и химия
обработки материалов. – 1973. - №2. - С. 147 - 148.
10. Ерматов С.Е., Турдыбеков П.И., Орозбаев Р.О. Исследование
изменения микротвердости монокристалла молибдена под действием лазерного излучения. // Влияние примесей и дефектов на свойства кристаллов. - Фрунзе, 1970. - С. 32 - 37.
11. Алебастрова Е.П., Миркин Л.И., Смыслов Е.Ф. Изменения структуры, состава и свойств тантала после воздействия миллисекундных импульсов лазера. // Электронная обработка материалов. – 1979. - №3. С.62-65.
12. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной
обработке материалов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 207 с.
13. Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Куракин А.Е. Воздействие пучков
заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 205 с.
450
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
14. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. - М.: Мир,
1974. - 468 с.
15. Бельский С.Е., Тофпенец Р.Л. Структурные факторы эксплуатационной жесткости режущего инструмента. – Минск: Наука и техника,
1984. - 127 с.
16. Миркин Л.И., Пилипецкий Н.Ф. О физической природе упрочнения сталей при воздействии световых импульсов // Доклады АН СССР. –
1972. - №3. - С. 580 - 582.
17. Миркин Л.И., Пилипецкий Н.Ф. Упрочнение быстрорежущей
стали при воздействии светового луча. // Известия вузов. Черная металлургия. – 1968. - №11. - С. 124 - 125.
18. Коваленко В.С., Черненко В.С. Лазерный нагрев быстрорежущей стали. // Технология и организация производства. – 1973. - №12. С.43-45.
19. Коваленко В.С., Приходько Н.И., Стрижак А.И. Поверхностное
упрочнение деталей с помощью лазера. // Технология и организация производства. – 1975. - №7. - С.47-49.
20. Крянина М.Н., Бернштейн А.М., Чупрова Г.П. Термическая обработка быстрорежущей стали с применением непрерывного лазерного излучения. // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1989. №10. - С.7-12.
21. Лизунов В.И. Композиционные стали. – М.: Металлургия, 1978. 151 с.
22. Коноплева Е.В., Голговский М.Г., Вайсман А.Ф. Закалка поверхности легированных сталей электронным пучком. // Новые материалы и
технологии в трибологии: Тез. докл. Северо-Американ. конф. с международ. участием. - Минск, 6-9 октября, 1992. - С. 140-142.
23. Домбровский Ю.М. Роль пластической деформации под действием термических напряжений в структурообразовании стали // Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов. - М.; МИСиС, 24-25 октября, 2001. - С. 18-19.
24. Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. - Пер.
с англ. - М.: Мир, 1964. - 517 с.
25. Домбровский Ю.М. Кинетика нагрева стали сканируемой воздушно-плазменной дугой. // Сварочное производство. – 1998. - №11. С.15-18.
26. Домбровский Ю.М. Физические и технологические основы метода поверхностного плазменного упрочнения: Автореф. дис… доктора
технических наук. – Ростов н/Д, 1999. - 51 с.
27. Мороз Л.Г. Тонкая структура и прочность сталей. – М.: Металлургия, 1957. - 159 с.
28. Домбровский Ю.М. Технологический комплекс для изучения
плазменного нагрева // Применение новых материалов в машиностроении:
Межвуз. сб. науч. тр. – Ростов н/Д: Изд-во ДГТУ, 1997. - С. 104 - 107.
Материал поступил в рендакцию 24.04.03.
451
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
V.N.VARAVKA, Yu.M.DOMBROVSKIY, A.V.SHABARINOV
ABOUT EFFECTS OF STRUCTURE IN THE AREA OF PROCESSING
THE MATERIALS BY CONCENTRATED FLOWS OF ENERGY
Questions of structurization are considered at heating metal materials by the
concentrated flows of energy. By settlement way also it is experimentally
proved, that formation structures of seeds occurs mainly owing to plastic deformation from temperature strains, phase cold-hardening and processes of
grain recovery due to residual heat in the heated up layer.
ВАРАВКА Валерий Николаевич (р.1947), доцент кафедры “Физическое
и прикладное материаловедение” ДГТУ, директор Северо-Кавказского филиала Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства, кандидат технических наук (1999), доцент
(2001). Окончил Московский энергетический институт (1971) по специальности «Инженерная теплофизика».
Область научных интересов связана с поверхностным упрочнением штамповых сталей с использованием лазерного излучения.
Имеет свыше 150 научных публикаций и 5 патентов.
ДОМБРОВСКИЙ Юрий Маркович (р.1944), профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение», доктор технических наук (1999).
Окончил РИСХМ (1967).
Научные интересы связаны с теорией и практикой термической и химикотермической обработки.
Автор более 80 научных работ в отечественной и зарубежной печати.
ШАБАРИНОВ Александр Владимирович (р.1978), аспирант кафедры
«Физическое и прикладное материаловедение» ДГТУ.
Область научных интересов: термическое упрочнение, поверхностная закалка с использованием концентрированных потоков энергии.
Имеет 3 публикации.
452
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
УДК 621.78.044.7
В.Н.ПУСТОВОЙТ, С.Н. ХОЛОДОВА
О ВОЗМОЖНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ МАРТЕНСИТА
НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
В статье впервые установлено, что при закалке стальных изделий в магнитном поле
мартенсит может образовываться не только ниже Мн, но и выше этой температуры
в интервале Мн-Мд. При этом аустенит становится сверхпластичным, что существенно облегчает образование мартенсита напряжения (stress-assisted martensite) по
схеме γ→д.у.→α в микрообъемах аустенита с ферромагнитным упорядочением.
Образование мартенсита напряжения и охлаждения в температурном интервале
сверхпластичности аустенита обусловливает возможность бездеформационной
закалки мелких стержневых изделий в магнитном поле.
Ключевые слова: магнитное поле, закалка, мартенсит напряжения.
Введение. В настоящее время не сложилось единого мнения о возможности и области применения термической обработки в магнитном поле
(ТОМП). Изучению особенностей кинетики фазовых превращений в магнитном поле посвящен ряд работ отечественных и зарубежных исследователей [1-4]. Во всех этих работах экспериментально показано, что постоянное магнитное поле напряженностью от 0,288 до 5,76 МА/м (последнее в
соленоиде со сверхпроводящей обмоткой) однозначно влияет на кинетику
фазовых превращений как контролируемых, так и не контролируемых
диффузией. Это влияние проявляется в увеличении объемной скорости
превращения, если исходная фаза неферромагнитна, а продукты превращения ферромагнитны. Вместе с тем данные этих работ, в основном, имеют характер экспериментальной констатации и слабо аргументированы с
теоретической точки зрения. Для определения возможностей и области
применения ТОМП необходимо получение надежной количественной информации об изменении структуры и свойств сталей.
Постановка задачи. Влияние постоянного магнитного поля на процесс
зародышеобразования и кинетику фазовых переходов в случае, когда исходная фаза парамагнитна, а продукты реакции ферромагнитны, теоретически обосновано в работе В.Н.Пустовойта [5]. В частности, установлено,
что воздействие магнитным полем в процессе фазовых превращений при
термической обработке приводит к усилению процессов своеобразного
магнитного расслоения неферромагнитной матрицы (аустенита), обусловленного образованием ансамбля ферромагнитно-упорядоченных кластеров,
которые, воспринимая энергию внешнего поля через магнитострикционные
напряжения, изменяют поля упругих сил в микрообъемах атомной решетки
матрицы, что приводит к снижению энергии образования зародышевого
центра ферромагнитной фазы (продукта реакции) критического размера.
Увеличение по этой причине с.з.ц. (мультипликативное зарождение) определяет особую каталитическую роль магнитного поля в развитии фазовых
реакций, продукты которых являются ферромагнетиками (матрица неферромагнитна). Эти явления отмечаются в полях напряженностью порядка
0,4 МА/м и усиливаются по мере увеличения напряженности. В полях напряженностью 1,2—1,6 МА/м рассматриваемые эффекты настолько сущест453
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
венны, что оказывают заметное влияние на результаты термической обработки.
Вместе с тем со времени публикации этих результатов прошло более 20 лет и в результате развития представлений о взаимодействии магнитного поля с веществом возникла необходимость уточнения ряда положений терии. В частности, ранее не обсуждалась задача описания поведения материала, находящегося в сверхпластичном состоянии, например, в
процессе закалочного охлаждения в температурном интервале Мд-Мн и
возможного инициирующего влияния магнитного поля на процесс образования не только мартенсита охлаждения, но и мартенсита деформации
(stress-assisted martensite). Особенно важно, что в интервале Мн-Мд аустенит становится сверхпластичным [6], что существенно облегчает развитие
превращения по схеме γ→д.у.→α в микрообъемах аустенита с ферромагнитным упорядочением. Ферромагнитные кластеры, воспринимая энергию
магнитного поля через магнитострикционные напряжения, дополнительно
снижают поле упругих сил в неустойчивой атомной решетке аустенита и
инициируют процесс расщепления полных дислокаций с образованием зародышевой дислокационной петли превращения с вектором
Бюргерса a/18 <112>.
Следует отметить, что правка деталей, склонных к короблению, во
время закалочного охлаждения используется в практике термической обработки длинномерных изделий и инструмента. Но ее выполняет вручную
опытный термист в интервале температур Мд-Мн. Заманчивой представляется идея использования внешнего постоянного магнитного поля для осуществления "внутренней" правки изделий в интервале сверхпластичности
превращения за счет магнитострикционных напряжений, воспринимаемых
микрообъемами аустенита, потенциально готовыми для образования мартенситного зародыша.
Настоящая статья посвящена определению возможности образования мартенсита напряжения при закалке стальных изделий в магнитном
поле и перспектив использования этого эффекта.
Методы испытаний. Для проведения экспериментальных работ скомпоновано методическое обеспечение, которое позволило осуществить задачу
исследований. В частности, были осуществлены подбор и компоновка оборудования для создания магнитного поля, оснастки для нагревания, охлаждения и регистрации температуры в процессе ТОМП. Для получения постоянных магнитных полей напряженностью до 2,0 МА/м применялись различные системы электромагнитов и соленоидов. Эксперименты проводились в полях, гарантирующих магнитное насыщение и парапроцесс не
только в масштабе образца (с учетом размагничивающего фактора), но и
насыщение мелких ферромагнитных частиц (мартенсита).
В качестве источников питания электромагнитов и соленоидов применялись специально созданные тиристорные выпрямители с плавным регулированием мощности на нагрузке в интервале 0-30 кВт.
При проведении структурных исследований (металлографических,
электронно-оптических, высокотемпературной металлографии стали) применялись различные образцы из сталей У10А, У8, ШХ15, Х, ХВГ, 9ХС,
30ХГСА, модельные сплавы.
Результаты эксперимента и их обсуждение. Развитие мартенситного
превращения в температурном интервале Мд-Мн под действием магнитного
454
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
поля исследовали на модельной стали 120Х6, у которой температура
Мн=-10оС. При обычном закалочном охлаждении в смеси воды и тающего
льда (∼0оС) мартенсит охлаждения в этой стали не образуется, то есть по
классификации Гийе это сталь аустенитного класса.
Эксперимент проводили при охлаждении цилиндрических образцов
диаметром 3 мм и длиной 30 мм в воде, имеющей температуру 30, 20 и 0оС,
то есть выше температуры Мн на 40, 30 и 10оС соответственно. В процессе
охлаждения образцы помещали между полюсами электромагнита, при
включении которого получали поля, напряженностью 0,8 и 1,6 МА/м. При
всех указанных температурах эксперимента охлаждение без включения
магнитного поля не вызывает в образцах мартенситного превращения, так
как охлаждение заканчивается выше Мн. При включении магнитного поля
равномерно по всему объему образца образуются крупные пластинчатые
кристаллы мартенсита. Чем больше напряженность поля и ниже температура охлаждающей среды (но всегда выше Мн), тем больше образуется
кристаллов мартенсита. Электронно-микроскопические исследования
(рис.1) показали, что кристаллы, образующиеся в ходе закалки в
магнитном поле, двойникованны, часть кристаллов имеет четко выраженный мидриб. В своей морфологии и субструктуре они близки к мартенситу
охлаждения
и
являются,
очевидно,
мартенситом
напряжения
(stress-assisted martensite).
а)
б)
Рис.1. Морфологические особенности структуры мартенсита стали 120Х6
после охлаждения в воде с температурой 20оС в магнитном поле 0,8 МА/м (а)
и 1,6 МА/м (б)
Эти опыты являются прямым доказательством возможности образования мартенсита напряжения под действием магнитного поля выше температуры Мн. Такая возможность возникает в связи с тем, что микрообъемы аустенита с ближним спиновым порядком, воспринимая энергию внешнего магнитного поля через магнитострикционные напряжения, изменяют
поля упругих сил в микрообъемах атомной решетки матрицы и этим способствуют в условиях сверхпластичного аустенита снижению энергетического барьера для образования зародышевого центра критического размера уже выше Мн. С увеличением напряженности магнитного поля экспериментально наблюдается увеличение плотности дислокаций и двойников,
дефектов упаковки в аустените, их пересечений, мелких кристаллов внутри
них, а также количество линзовидных кристаллов. Это делает свой вклад в
455
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
кинетику развития мартенситного превращения в случае охлаждения стали
до температуры Мк (конца образования мартенсита охлаждения), причем
мартенсит напряжения может образовываться и ниже Мн [6] наряду с мартенситом охлаждения, но чем ниже температура, тем меньше образуется
мартенсита напряжения по причине снижения пластичности аустенита. В
этих условиях малые магнитострикционные напряжения могут "работать"
только в тех микрообъемах аустенита, которые подготовлены, как потенциальные зародыши за счет "химической" движущей силы γ→α перехода.
Указанные положения иллюстрирует рис.2, где показана кинетика
развития мартенситного превращения в стали У10 (Мн=210оС; Мк=-100оС;
Мд≈380оС). Эксперимент проводили в вакуумной камере установки
"ИМАШ-5С-65" с охлаждением образцов продувкой аргоном. Развитие превращения с образованием ферромагнитной фазы (мартенсита) записывали
от сигнала высокочувствительного контактного магнитометра по схеме
Ф.Д.Мирошниченко [7] на шлейфовый осциллограф Н-700. В последующем
образцы выгружались из вакуумной камеры и охлаждались в жидком азоте
до температуры ниже Мк.
Рис.2. Влияние магнитного поля на развитие мартенситного превращения
в стали У10: 1 - без поля; 2 - в магнитном поле 1,6 МА/м
Как видно из рис.2, при закалке в магнитном поле уже к началу
образования мартенсита охлаждения фиксируется ∼45% образовавшегося
мартенсита напряжения, количество которого с понижением температуры
все время уменьшается. Штриховые линии на кинетических кривых получены экстраполяцией на точки, отвечающие количеству остаточного аустенита при температуре Мк, определенному классическим методом Штеблейна. Эти результаты подтверждают также наши данные об уменьшении количества остаточного аустенита после закалки в магнитном поле.
456
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Характерной особенностью образования мартенсита напряжения в
температурном интервале сверхпластичности является наличие преимущественной ориентировки кристаллов мартенсита в направлении вектора
магнитного потока. Это особенно заметно для кристаллов, образующихся
первыми при температуре выше Мн. На рис. 3 показаны экспериментальные данные, полученные при закалке образцов стали ХГ от температуры
1100°С в продольном магнитном поле напряженностью 1,6 МА/м.
а)
б)
Рис.3. Фрагменты структуры (х300) и гистограммы распределения углов между
направлениями вектора Н и длинной осью мартенситного кристалла
после закалки без поля (а) и в магнитном поле (б) стали ХГ
Видно, что при охлаждении в магнитном поле кристаллы мартенсита ориентируются в энергетически выгодном направлении, совпадающем
с направлением вектора напряженности Н внешнего магнитного поля.
Следует подчеркнуть, что полностью ориентированный рост можно наблюдать только для появляющихся в температурном интервале Мд-Мн кристаллов мартенсита напряжения; образующиеся следом кристаллы мартенсита
охлаждения в результате постоянно меняющегося с понижением температуры состояния матрицы образуют характерную фермоподобную структуру.
Однако в целом по образцу структура мартенсита оказывается более ориентированной после закалки в магнитном поле (гистограмма на рис.3, б).
Такая однородность структуры мартенсита может способствовать лучшей
аккомодации мартенситных кристаллов, расположенных в соседних зернах
аустенита, и наряду с другими факторами, описанными ниже, способствовать процессу "внутренней" правки тонких длинномерных изделий.
Ориентированность кристаллов мартенсита напряжения можно
объяснить еще одним фактором. Если рассматривать намагниченный до
насыщения однодоменный мартенситный кристалл как некоторый однородный объем V, имеющий форму эллипсоида вращения, длинная ось которого при росте образует угол Θ с направлением внешнего магнитного
поля, то энергию намагничивания можно записать в виде Wм =IsVH cosΘ.
457
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
На такой растущий кристалл действует крутящий момент, который стремится уменьшить угол Θ:
dWм / dΘ = - IsVH sinΘ
где IsV sinΘ - магнитный момент мартенситного кристалла.
Нетрудно подсчитать, что в результате действия крутящего момента на краях каждого неблагоприятно ориентированного кристалла возникают достаточно малые силы, не превышающие для самых крупных частиц
сотни грамм. Тем не менее, для ансамбля, состоящего из большого числа
кристаллов, при одновременном вкладе энергии магнитострикционных
деформаций и кристаллографической магнитной анизотропии процессы,
связанные со стремлением кристалла к повороту под действием момента
dWм / dΘ, могут оказать влияние на развитие превращения в условиях
сверхпластичного аустенита, т.е. в температурном интервале Мд-Мн. Здесь
следует учитывать известное явление неустойчивости решетки, характерное для сверхпластичности превращения, при котором решающее влияние
оказывают и весьма малые нагрузки.
Выводы: 1. Впервые сделано теоретическое заключение о возможности
при закалке в магнитном поле образования мартенсита не только ниже Мн,
но и выше этой температуры в интервале Мн-Мд, то есть образования в
том случае мартенсита напряжения (stress-assisted martensite). Это становится возможным по причине сверхпластичности аустенита в
интервале Мн-Мд, что существенно облегчает развитие превращения по
схеме γ→ д.у. →α в микрообъемах аустенита с ферромагнитным упорядочением. При этом ферромагнитные кластеры, воспринимая энергию внешнего магнитного поля через магнитострикционные напряжения, дополнительно снижают поле упругих напряжений в неустойчивой атомной
решетке аустенита и инициируют процесс расщепления полных дислокаций
с образованием зародышевой петли превращения с вектором
Бюргерса a/18 <112>.
2. Возможность образования мартенсита напряжения в температурном интервале сверхпластичности аустенита выше Мн доказана прямым
экспериментом на модельных сталях. Этот факт имеет большое значение,
так как сверхпластичность стали в температурном интервале образования
мартенсита напряжения и охлаждения обусловливает возможность бездеформационной закалки мелких стержневых изделий в магнитном поле за
счет наличия преимущественной ориентировки кристаллов мартенсита
напряжения в направлении вектора магнитного потока, что создает условия для лучшей аккомодации кристаллов, расположенных в соседних зернах аустенита, а также макромасштабного "заневоливания" длинномерной
детали под действием магнитного поля, если длинная ось детали расположена в направлении вектора магнитного потока.
Библиографический список
1. Бернштейн М.Л. Термомагнитная обработка стали.-М.: Металлургия, 1968.-425c.
2. Марков С.И. Исследование влияния постоянного магнитного
поля на кинетику фазовых превращений, структуру и механические свойства конструкционных сталей: Автореф. дис... канд. техн. наук. - М.:
ЦНИИТМаш, - 1970.-360с.
3. Марков С.И., Астафьев А.А., Маланьин И.И. Исследование кинетики фазовых превращений и измерение количества ферромагнитной фазы
в условиях стационарного магнитного поля напряженностью до 50000 Э //
Всесоюз. симпозиум по ферромагнитным материалам. - Львов. 1971. С.38-40.
458
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
4. Садовский В.Д., Смирнов Л.В., Романов Е.П. и др. Влияние постоянного магнитного поля на диффузионный распад переохлажденного аустенита // Физика металлов и металловедение. – 1978. - Т.46. - Вып.2. С.54-55.
5. Пустовойт В.Н. Физические и технологические основы термической обработки в магнитном поле: Автореф. дис… д-ра техн. наук. – Минск:
ФТИ АН БССР.- 1980.-412с.
6. Гуляев А.П. Сверхпластичность стали. - М.: Металлургия, 1982. 34 с.
7. Мирошниченко Ф.Д. Экспериментальные и теоретические исследования магнитных и механических свойств и фазовых превращений в
ферромагнетиках.:Автореф. дис… д-ра физ.-мат. наук. – Запорожье:
ЗМЕТИ, 1971. - 397с.
Материал поступил в редакцию 1.10.03.
V.N.PUSTOWOIT, S.N.KHOLODOVA
ABOUT THE OPPORTUNITY OF FORMATION
OF STRESS-ASSISTED MARTENSITE AT HARDENING
IN THE MAGNETIC FIELD
In article for the first time it is established, that at hardening of steel products in
a magnetic field martensite may be formed not only below points started its
formations, but also is higher than this point, in an interval of temperatures.
Thus austenite becomes superplastic, that essentially facilitates formation of
stress-assisted martensite in microvolumes of austenite with ferromagnetic ordering. Formation of stress-assisted martensite and coolings in a temperature
interval of superplasticity of austenite causes an opportunity of undeformation
training of fine rod products in a magnetic field.
ПУСТОВОЙТ Виктор Николаевич (р.1940), заведующий кафедрой «Физическое и прикладное материаловедение» ДГТУ, профессор, доктор технических наук (1980). Окончил РИСХМ (1962) по специальности «Приборы
точной механики».
Область научных интересов: гипернеравновесные фазовые переходы в
металлах, обработка металлов в магнитном поле, поверхностное упрочнение сталей и сплавов с использованием концентрированных потоков
энергии.
Имеет более 300 научных публикаций.
ХОЛОДОВА Светлана Николаевна, ассистент кафедры Охрана труда и
окружающей среды» ДГТУ. Окончила Волгоградский государственный университет (1986) по специальности - инженер-механик.
Научные интересы связаны с исследованием структуры и свойств металлических материалов при термообработке.
Имеет 15 научных публикаций.
459
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
УДК 621.793.7
Э.К.СИНОЛИЦЫН
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СХВАТЫВАНИЯ
ЖИДКИХ ЧАСТИЦ С ПОДЛОЖКОЙ
ПРИ НИЗКОСКОРОСТНОМ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОМ НАПЫЛЕНИИ
Исследовано влияние размера, структуры и степени деформации металлических
частиц на условия их химического взаимодействия с подложкой. На примере напыления никеля на армко-железо и алюминия на алюминий подтверждена возможность получения высокой адгезии частиц первого слоя с подложкой.
Ключевые слова: низкоскоростное газотермическое напыление, аморфизация
деформированной частицы, накопление дефектов, прочность схватывания, теплоотдача струи.
Введение. В области упрочнения и восстановления деталей актуальной
практической задачей является повышение прочности сцепления металлических покрытий, осажденных традиционными методами газотермического
напыления (ГТН) на воздухе без предварительного подогрева подложки.
Отличительной особенностью низкоскоростного напыления на воздухе является наложение друг на друга процессов вторичного окисления и схватывания контактирующих поверхностей. Уровень негативного влияния
окислительных процессов на адгезионную прочность можно косвенно оценить по результатам традиционного плазменного напыления самого высокоэнтальпийного вольфрамового порошка крупностью 40-100 мкм на медные, опескоструенные холодные подложки в различных средах. Для
вольфрамового покрытия толщиной 0,6-0,8 мм, напыленных на воздухе и в
камере с защитной атмосферой, прочность сцепления по «клеевой методике» соответственно равна 4,3 и 10,8 МПа [1].
В данной работе рассмотрена возможность уменьшения конкурирующего влияния окисления и получения высокой прочности соединения
частиц с подложкой путем увеличения размера, снижения степени деформации осаждаемых жидких частиц и повышения таким образом эффективности использования тепловой энергии этих частиц для запуска реакции
электронного взаимодействия между металлами.
Стадии взаимодействия напыляемых частиц с подложкой. Согласно
работе [2] приемлемое для практики качество соединения покрытия с подложкой можно получить, если обеспечить относительную прочность сцеп-
Nt
≈ 0,3 − 0,7 (где N t - количество атомов, прореагировавших меN0
жду собой с каждой из контактирующих сторон; N 0 - число атомов на конNt
тактирующей поверхности). Для случая
≈ 0,7 изотермическая темпераN0
тура области контакта Tk и время кристаллизации (время выделения тепления
лоты кристаллизации)
t0
деформированной частицы должны удовлетво-
рять соотношению (1), выведенному из уравнения Аррениуса, хорошо описывающего в основном, термически активируемые химические процессы:
460
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
E ≤ kTk (ln T0 + 30) ,
где
(1)
E - энергия активации подложки, оцениваемая как средняя энергия
связи атомов в решетке металла (оксида) или половина энергии сублимации; k - постоянная Больцмана.
Благодаря влиянию энтропийного фактора энергия, необходимая
для схватывания металлических частиц, будет больше, чем энергии разрушения связей на поверхности подложки. Время кристаллизации, оцениваемое как сумма продолжительности периодов активации подложки (формирование площади физического контакта) и образования химических связей
между контактирующими металлами, определяется как
2
t0 =
где
1 h 

 ,
a  2α 
(2)
a - коэффициент температуропроводности материала частицы;
h высота деформированной частицы; α - корень уравнения, принимается по [2].
Прочное сцепление (приваривание) неперегретых частиц жидкого
металла на воздухе легко получить лишь за счет подогрева подложки до
температуры, обеспечивающей химическое взаимодействие материалов
покрытия и подложки. Вследствие неконтролируемого роста оксидной
пленки предварительный нагрев подложки в атмосфере почти не применяется.
При низкоскоростном ГТН механическая составляющая энергии активации – ударный импульс частицы, часто меньше уровня, необходимого
для пластического деформирования тонкого приповерхностного слоя значительно меньше текучести поверхности металлической подложки, поэтому
выполнение условия энергетического баланса (1) в точке контакта жидкой
частицы с твердой подложкой может быть достигнуто путем повышения
тепловой энергии жидких неперегретых частиц за счет увеличения их размера, а также снижения тепловых потерь в период протекания фазовых
превращений в материале. Энтальпия ∆H частицы жидкого металла
∆H =
πd 3
6
где ρ - плотность ее материала;
ρ ⋅ c ⋅ Tпл + L ,
c
(3)
- средняя теплоемкость жидкой фазы
напыляемых частиц; Tпл - температура жидкой фазы, равная температуре плавления осаждаемого металла; L - теплота кристаллизации, для металлов L ≈ 0,3∆H .
Так как в условиях низкоскоростного ГТН увеличить Tk до уровня
температуры, необходимой для разрыва поверхностных химических связей,
разложения, фазовых превращений или плавления оксидов практически
невозможно, то эти тепловые потоки облегчают выход дефектов в зону
контакта и таким образом существенно повышают уровень активизирующего воздействия напорного давления частицы на поверхность подложки.
На основе современных представлений [3, 4] о энергетическом
профиле электронных реакций и различных скоростей преодоления отдельных участков пути реакции определено критическое время t 0 дейст461
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
вия внешнего термомеханического источника энергии, которое должно
быть больше суммы двух наиболее низкоскоростных актов разрушения
комплексов при Tk , т.е. t 0 > 2τ .
Возможность выполнения энергетических и временных условий в
зоне контакта зависит от степени аморфизации частиц слоя [5]. Так как
теплота фазового перехода расплава в аморфную твердую фазу составляет 0,5-0,6 от полной теплоты кристаллизации [6], то это может привести к
существенному снижению ∆H , т.е. уровня сосредоточенного теплового
воздействия ламелей на подложку и, что особенно важно, к резкому
уменьшению времени нахождения области контакта частицы с подложкой
при постоянной температуре фазового перехода. Уменьшение времени t 0
ниже некоторого критического значения делает невозможным касание изотермического участка термического цикла с кривой температурной зависимости длительности протекания химической реакции в области контакта,
что считается необходимым условием для получения хорошего сцепления
частиц с подложкой [2].
При газотермическом напылении процесс формирования структуры
первого слоя определяется, в основном, толщиной h напыленных
частиц [5, 6]. Так, при низкоскоростном плазменном напылении металлических частиц стандартных размеров (20-100 мкм) высота ламелей первого
слоя колеблется в пределах 5-15 мкм, и они полностью аморфизированы, о
чем свидетельствуют данные рентгеноструктурной и нейтронной дифракции. Согласно оценкам заметное количество (~10об.%) кристаллической
фазы образуется в ламелях первого слоя толщиной 20-30 мкм [5]. Сравнение этих данных подтверждает невыполнение условия
t 0 > 2τ
в зоне
адгезионного контакта традиционных газотермических покрытий.
Уравнения (1)-(2) не учитывают степень аморфизации материала,
поэтому их применение возможно лишь в случае справедливости допущения, что в начальный период затвердевания частиц любые химические
процессы в зоне контакта протекают в предельно близких к изотермическим условиям независимо от структуры (квазиаморфной или кристаллической) осаждаемого слоя.
Методика эксперимента. Для изучения влияния размера напыляемых
частиц и их структурного состояния в период затвердевания на энергетические и временные условия в зоне контакта на поверхности подложки
разработана методика косвенной оценки результатов локального термомеханического воздействия жидких никелевых частиц размером 20-100 мкм
на полированную подложку из армко-железа. Напыление осуществляли на
воздухе с помощью низкоскоростной аммиачной плазменной струи с добавлением аргона в режиме прилипания частиц при температуре подложки
Tn < 400 К.
Для получения фона и цветового эталона образцы предварительно
окисляли в открытой муфельной печи при изотермической температуре
700 К в течение десяти минут до появления сплошной пленки синего цвета.
Толщина такой пленки составляет около 700 Å [8, с.156], и ее можно отнести к диффузионным слоям окалины, образование которой происходит за
счет направленной к поверхности диффузии железа. Подобные оксидные
462
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
слои на железе характеризуются низкой термостойкостью и склонностью к
отслаиванию.
В качестве модельных материалов были выбраны хорошо изученные пары, Ni (частица)-Fe и Al-Al, а для последней имеются многочисленные данные как по прочности соединения покрытий, так и по разрушению
металла подложки при различных температурах [2]. Начало приваривания
частиц к холодной полированной подложке изучали при напылении отдельных частиц размером от 20 до 400 мкм. Путем механического удаления
прилипших частиц определяли границы зоны физического контакта [2].
Диаметр пятна термомеханического воздействия частицы измеряли на
микроскопе МИМ-6. Среднюю скорость частиц оценивали с помощью измерителя скоростей светящихся объектов НССО-1 по методике [9]. Высоту
ламелей измеряли на микроскопе МИС-11. Прочность соединения на отрыв
алюминиевых покрытий толщиной 0,3-0,4 мм, напыленных на алюминиевые штифты диаметром 2 мм, определяли по методике [10].
Результаты и обсуждение. После напыления жидких никелевых частиц
на подложку из армко-железа прилипшие никелевые частицы легко удаляются, оставляя на полированной поверхности четкие отпечатки в виде
светлых пятен на фоне более темных первичных оксидов. Отпечатки состоят из концентрических оксидных колец с цветами побежалости от невидимого на периферии до интенсивного синего в центре.
На основании анализа отпечатков можно предложить модель взаимодействия напыляемых частиц с подложкой. При ударе о подложку и деформации жидкой частицы происходит локальная очистка поверхности
подложки от первичных оксидов железа (выполнено условие (1)), о чем
свидетельствует контрастное светлое поле зоны физического контакта,
остающееся после удаления частиц любого размера. Этот факт свидетельствует о кратковременном контакте ювенильных металлических поверхностей, который по каким-то причинам не привел к схватыванию металлов.
После столкновения с поверхностью подложки, за время деформации и затвердевания частицы, в плоскости контакта на фоне тонкой пленки
адсорбированного кислорода возникают так называемые очаги схватывания, т.е. локальные области, в которых происходит сцепление материала с
подложкой путем их химического взаимодействия. Однако количество этих
областей невелико, и они не способны обеспечить герметичность контакта
в период затвердевания, что способствует интенсивному росту толщины
оксидных пленок в зоне адгезионного контакта. Доказательством аномальной активности поверхности подложки можно считать изменение (за миллисекунды) цвета вторичных оксидных пленок от бесцветного (тонкая
пленка FeО) до эталонного синего (содержащей Fe2O3) цвета пленки. Установленный процесс трибоокисления можно рассматривать как следствие
высокой концентрации в приповерхностном слое дефектов, вызванных
комбинированным воздействием силовых (скорость деформации 102-104 с-)
и тепловых (градиент температуры 105 К/см) полей, создаваемых осажденной жидкой частицей.
По аналогии с термокомпрессионной сваркой металлов, принято
считать, что при низкоскоростном ГТН центрами зарождения топохимической реакции в зоне физического контакта являются точки массового выхода дислокаций на поверхность, которые образуют кольцевую зону вокруг
центральной области размером d [11]. Согласно расчетам и прямым на463
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
блюдениям [2] плотность дислокаций в кольцевой зоне на два порядка ниже, чем при термокомпрессионной сварке; дислокации не являются главным фактором, обеспечивающим прочное приваривание частиц.
В рассматриваемом в работе случае высокую скорость трибоокисления центральной зоны можно объяснить тем, что здесь реализуется ситуация, которая возникает, когда под действием импульсного давления
осуществляется переход жидкой частицы из сферы в цилиндр, инициирующий однократное ударное сжатие поверхности подложки через пластическую прокладку. При такой схеме нагружения главным по своему удельному вкладу в процесс микропластичности каналом зарождения дислокаций является его пересыщение, особенно вблизи свободной поверхности
подложки [12]. Чтобы получить четкие фигуры травления, принадлежащие
дислокациям, требуется с помощью неодноразового (циклического) нагружения перевести «повышенный структурный фон» во все более отчетливые ямки травления.
Наиболее интенсивно процесс накопления вакансий идет на выступах, где пересечение двух свободных поверхностей создает максимальную
концентрацию напряжений и наиболее благоприятные условия для зарождения вакансий. Таким образом при одиночном термомеханическом ударном воздействии жидкой частицы процесс зарождения дислокации в центральной зоне останавливается на промежуточной стадии пересыщения
поверхностного слоя вакансиями. Высокая плотность вакансий, вышедших
на поверхность, в сочетании с более длительным (по сравнению с дислокациями) периодом жизни стимулируют аномальное вторичное окисление
подложки.
Причины низкой эффективности влияния локального повышения
трибохимической активности подложки на усиление схватывания металлических частиц с подложкой можно установить путем сравнительного анализа цветов побежалости, оставляемых прилипшими частицами размерами
20-60 и 80-100 мкм. Отпечатки, оставляемые более мелкими частицами,
окрашены преимущественно в соломенный цвет (толщина оксида
∼200-300 Å), а более крупными – в интенсивно синие и синие цвета (толщина оксида около 700 Å). При этом прочность сцепления частиц рассматриваемых размеров одинакова в пределах ошибки измерения.
Достаточность энергетических условий в зоне контакта для схватывания частиц предлагается оценить по особенностям протекания второй
стадии взаимодействия металлических частиц с подложкой на воздухе,
следующей за стадией соударения. Определяющую роль при этом может
играть одна из возможных термоактивируемых химических реакций:
- реакция вторичного окисления металла подложки Ме1+О=Ме1-О.
Кажущаяся энергия активации при появлении оксидных пленок соломенного (FeO) и синего (Fe2O3) цвета составляет 18,34 и 45,85 ккал/моль соответственно [8];
- реакции образования связей металла частицы с металлом подложки, Ме1+Ме2=Ме1-Ме2, энергия активации для железа 47 ккал/моль [2]
или разрыва связи металл-кислород Ме1-О+Ме2=Ме1-Ме2+О, энергия активации 37 ккал/моль, что соизмеримо с энергией связи металла с кислородом в оксиде железа [2].
Сравнение величин энергии активации показывает, что энергия,
необходимая для начала схватывания металлов, соизмерима с энергетиче464
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
ским вкладом никелевых частиц размером 80-100 мкм. Однако высота деформированных частиц (5-15 мкм) способствует почти полной аморфизации материала, что исключает вклад теплоты кристаллизации и, таким образом исключает изотермические температурные условия взаимодействия.
В этих условиях кривая термического цикла охлаждения частицы приобретает круто падающий характер, и время t 0 , в течение которого частица
оказывает активное термическое воздействие на подложку, становится недостаточным для протекания элементарных актов процессов разрушения и
образования химических связей между контактирующими поверхностями
(кривая 3, рис.1). Таким образом можно объяснить отсутствие химического
взаимодействия частиц с подложкой при высокоскоростной деформации
подложки напыленными частицами металла, а также влияние высокого
давления, возникающего при ударе и растекании частиц.
Условия, благоприятствующие кристаллизации материала, напротив, создают предпосылки для более легкого приваривания частиц внутри
слоя. Так, при напылении жидких частиц на уже сформированное покрытие
толщиной 0,7 мм затвердевание их происходит с образованием кристаллической структуры при высоте более 5 мкм [5].
Предварительный подогрев и, в меньшей степени, перегрев жидких
частиц, с одной стороны, повышают контактную температуру и снижают
энергетический барьер химического взаимодействия металлов, а с другой,
повышают эффективность использования тепловой энергии частиц.
Результаты экспериментов по осаждению алюминиевых частиц
разного размера на алюминиевую подложку показали, что приваривание
алюминиевых частиц к холодной ( Tn = 300 К) полированной подложке начинается при размере частиц около 200 мкм. При этом заполнение контактной поверхности очагами схватывания не превышает 30%. С увеличением размера частиц зона схватывания приближается к площади фактического контакта, а высота приваренных частиц изменяется в пределах
30-50 мкм. Время t 0 для приварившихся частиц с начальным размером
d =300-400 мкм можно оценить по формуле [2]:
d −h
,
(4)
t0 =
(1 − µ )V
где V ≈ 10 м/с – средняя скорость частиц; µ =0,5 - коэффициент, характеризующий жесткость капли [9].
Из (4) следует, что t 0 ≈ (5,4-7,0)10-5 с, т.е. длительность периода
затвердевания частицы близка к удвоенному времени разрушения алюминия 2τ ≈ 6⋅10-5 с при установившейся температуре Tk =750 К [2].
В результате проведенных экспериментов было установлено, что
образование прочного соединения между неперегретой жидкой частицей и
холодной подложкой возможно при времени t 0 нахождения зоны контакта
в квазиизотермических условиях, превышающем некоторое критическое
значение. Это значение t 0 определяется, в основном, прочностью (твердостью) материала подложки и термостойкостью оксидной пленки на ее поверхности в условиях импульсного термопластического нагружения. Кроме
того, интенсивность химической реакции в зоне контакта можно регулировать изменением высоты деформированной частицы.
465
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Материаловедение»
В режиме ускоренного перемещения струи (50 мм/с) были получены алюминиевые покрытия на алюминиевой подложке, предварительно
подвергшейся пескоструйной обработке. В процессе напыления температура подложки не превышала 400 К. Прочность сцепления покрытий толщиной 0,3-0,4 мм в среднем составляла 20 МПа, а отслоения покрытия носили
смешанный характер. Достигнутый уровень прочности сцепления алюминиевых тонких покрытий вполне достаточен для решения практических
задач, поэтому для тонких покрытий процесс взаимодействия можно ограничить на стадии схватывания материалов.
Выводы. 1. Разработана методика оценки условий в зоне контакта, необходимых для формирования прочного сцепления газотермических покрытий с подложкой, по изменению интерференцированной окраски вторичных оксидных пленок, оставляемых прилипшими частицами. Установлен
преимущественно вакансионный механизм топохимической реакции в центральной зоне физического контакта частица – подложка.
2. Показано, что при напылении никелевых частиц стандартных
(для ГТН) размеров (высота деформированных частиц 5-15 мкм) оптимальные изотермические условия, необходимые для химического взаимодействия частиц с железной подложкой, труднодостижимы. Энергия, отдаваемая
подложке частицей диаметром 80-100 мкм, близка к энергии разрушения
поверхностных насыщенных связей железа, но установившиеся в зоне адгезионного контакта энергетические и временные условия оказались недостаточными для преодоления потенциального барьера реакции схватывания в системе Ni-Fe.
3. Экспериментально установлено, что получение прочного схватывания алюминиевых частиц с холодной алюминиевой подложкой возможно
при толщине ламелей 30-50 мкм.
4. Показано, что уравнения (1) и (2) корректно применять для определения внутренних параметров взаимодействия в зоне адгезионного
контакта при высоте металлических ламелей в несколько десятков микрон.
Библиографический список
1. Костиков В.Н., Шестерин Ю.А., Милов В.П., Мелехин В.Ф. Свойства плазменных вольфрамовых покрытий // Физика и химия обработки материалов. – 1982. - №6. – С. 47-51.
2. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. – М.: Наука, 1977, - 183 с.
3. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул.
– Ростов н/Д: Феникс, 1997. – 550 с.
4. Никифоров К.А. Кристаллохимические основы топотоксических
реакций в твердых веществах. – Новосибирск: Наука, 1987. – 190 с.
5. Коржик В.Н. Теоретический анализ условий аморфизации металлических сплавов при газотермическом напылении // Порошковая металлургия. – 1992. - №9. – С.56-61.
6. Шоршоров М.Х. Ультрадисперсное структурное состояние металлических сплавов. – М.: Наука, 2001. – 150 с.
7. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. – М.:
Металлургия, 1965. – 428 с.
8. Воронцов Е.С., Суйковская В.Д. Измерение цветов побежалости
при окислении и восстановлении металлов // Изв. АН СССР. Сер. Металлы.
– 1964. - №4. – С.226-228.
466
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
9. Вахалин В.А., Кудинов В.В., Белащенко В.Е., Скидан Е.Н. Исследование зависимости температуры напыляемых частиц и свойств покрытий
от режимов электродуговой металлизации // Физика и химия обработки
материалов. – 1979. - №6. – С.52-59.
10. Тушенский Л.И., Плохов А.В., Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий. – Новосибирск: Наука, 1986. – 200 с.
11. Иванов Е.М. Энергетические условия сцепления покрытия с
подложкой // Теория и практика газотермического нанесения покрытий:
Тез. докл. ХI Всесоюз. конф. Т.1. – Дмитров, 1989. – С. 9-16.
12. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных
слоев материалов. – М.: Наука, 1983. – 280 с.
Материал поступил в редакцию 19.05.03.
E.K.SINOLISIN
LIGUID PARTICLES AND UNDER COAT SETTING PROCESS
FEATURES DURING LOW-VELOCITY SPUTTERING
Effects of the size, structure and deformation of powder particles on conditions
of their chemical interaction with substrate have been investigated. Possibility of
a good adhesion of the first layer particles with substrate was shown by the examples of Ni sputtering on armko-iron substrate and Al on Al.
СИНОЛИЦЫН Эммануил Константинович (р. 1937), доцент кафедры
«Технология конструкционных материалов» ДГТУ, кандидат технических
наук (1968). Окончил РИСХМ (1960).
Работает в области нанесения газотермических покрытий из порошковых
материалов.
Автор более 40 научных работ, а также десяти авторских свидетельств и
патентов.
467
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Трение и износ»
ТРЕНИЕ И ИЗНОС
УДК 51:621.891
К.С.АХВЕРДИЕВ, И.А.ЖУРБА, М.В.ЯКОВЛЕВ
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ФОРМЫ ВЯЗКОУПРУГОЙ
ПЛЕНКИ С НАИБОЛЬШЕЙ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ
Рассматривается линейная задача об установившемся движении смазки между неподвижным ползуном с профилем опорной поверхности, отличающимся от прямолинейного. Прогнозируемый профиль опорной поверхности обладает повышенной
несущей способностью при работе на смазке, обладающей вязкоупругими свойствами. В работе определены основные рабочие характеристики. Приведены результаты численного анализа полученных аналитических зависимостей для предельной
нагрузки, проведенных при различных значениях частоты контурных возмущений и
параметра β (характеризующего наличие вязкоупругих свойств смазки).
Ключевые слова: профиль опорной поверхности, смазочная жидкость, несущая
способность, сила трения, вязкоупругие свойства, граничные условия.
Известно, что нагрузочная способность пленки существенно зависит от ее формы. В известной нам литературе [1,2] в основном исследованы следующие профили изменения вязкоупругой пленки:
1. Линейно изменяющаяся толщина вязкоупругой жидкостной
пленки.
2. Экспоненциально изменяющийся профиль вязкоупругой жидкостной пленки.
3. Ступенчато изменяющийся профиль вязкоупругой жидкостной
пленки.
Нами прогнозируется профиль вязкоупругой жидкостной пленки,
обладающий по сравнению с вышеприведенными профилями значительно
повышенной несущей способностью.
Постановка задачи. Рассматривается линейная задача об установившемся движении смазки между неподвижным ползуном (рис.1) с профилем
опорной поверхности заданной уравнением
x′
y′ = h0 + kx′ + k% sin ω
L
(1)
и направляющей y=0, движущейся в сторону быстрого сужения со скоростью u*.
Здесь h0 - начальный зазор; k=tgα - угловой коэффициент линейного кон-
k% - амплитуда контурных возмущений; ω - частота контурных возмущений ( k% и ω характеризуют степень отклонения контура ползуна от прятура,
молинейного).
468
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Для того чтобы
получить аналитическое
решение
рассматриваемой задачи, мы сделаем
ряд общепринятых предположений и упрощений.
Эти предположения следующие:
1. Вместо обычной
ньютоновской жидкости в
качестве смазки применяется максвелловская жидкость.
2. Толщина смаРис.1. Схематическое изображение контура
зочной пленки мала по
опорной поверхности: 1 - прямолинейный;
сравнению с ее длиной, и в
2 - оптимальный
связи с этим, согласно Рейнольдсу, можно считать,
что скорость жидкости и в направлении перпендикулярном поверхности,
достаточно мала по сравнению со скоростью V′ вдоль поверхностей.
Кроме чего, изменения скорости V′ в направлении x′ достаточно незначительны по сравнению с изменением в направлении y′.
3. Давление почти постоянно по толщине пленки, заданное уравнением
x′
h′ = h0 + kx′ + k% sin ω .
L
4. Характеристики максвелловской жидкости могут быть выражены
при помощи следующего уравнения:
∂V ′ τ 1 ∂τ
= + ⋅
.
∂y ′ µ G ∂t
(2)
Если условия являются установившимися, то производная
∂
в
∂t
уравнении (1) может быть заменена производной
u*
∂
. Тогда характе∂x ′
ристики потока могут быть приближенно выражены уравнением
∂V ′ τ u * ∂τ
= +
⋅
,
∂y ′ µ G ∂x′
(3)
в котором u* - скорость движения направляющей, G - модуль упругости;
µ - вязкость;
µ
G
=λ - характеризует время релаксации жидкости; τ - каса-
тельное напряжение.
При наличии вышеуказанных допущений рассмотрение равновесия
элемента жидкости, находящейся между поверхностями подшипника, приводит к следующему уравнению:
469
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Трение и износ»
∂τ dP′
=
,
∂y′ dx′
(4)
где P′-гидродинамическое давление.
Интегрируя уравнение (4), получаем
τ=
dp′
y ′ + c′ ( x′ ) .
dx′
Для случая максвелловской жидкости, характеристики потока которой определяются уравнением (2), градиент скорости имеет следующий
вид:
*
2
∂V ′ 1  dp′
dc′ 
 u  d p′
= ⋅
y ′ + c′ ( x′ )  + 
y′ +
.
2
′
′
∂y
µ  dx
dx′ 
 G  dx′
Дифференцируя обе части уравнения градиента скорости по
y′ ,
получаем
∂ 2V ′ 1 dP′ u * d 2 P
= ⋅
+
⋅
.
∂y′2 µ dx′ G dx′2
(5)
При анализе рассматриваемой системы за исходное берем уравнение (5) и уравнение неразрывности
∂u ′ ∂v ′
+
= 0.
∂y ′ ∂x ′
(6)
Перейдем к безразмерным переменным по формулам:
x′=Lx, y′=h0y, V′=u*v, u′=u*εu,
ε=
h0
µu * L
, P′=p*p, p*=
,
L
h02
c ′ = c * ⋅ c , c* =
µu*
h0
,
(7)
где L-длина ползуна.
Подставляя (7) в (5) и (6), получаем:
∂ 2 v dP
d 2P
=
+
β
,
∂y 2 dx
dx 2
∂u ∂v
+
= 0,
∂y ∂x
где
β=
µu *
GL
(8)
(9)
.
Система уравнений (8) и (9) решается при следующих граничных
условиях:
u=0, v=0 при y=h(x)= 1 + q ( x ) + q% sin ω x ,
u=0,v=1 при y=0,
P=0 при x=0, x=1.
470
(10)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Кроме граничных условий (10) для гидродинамического давления
получим дополнительные условия в предположении существования определенного состояния жидкости в момент входа в подшипник. Имеются основания ожидать, что влияние подшипника распространяется на массу
жидкости на расстоянии, сравнимом с толщиной пленки в месте входа. Таким образом, смазка подвергается сдвигу до входа ее в подшипник. Если
сдвиг происходит медленно по сравнению со временем релаксации, смазка
будет поступать в подшипник в состоянии частичной релаксации. Действительное состояние жидкости, по-видимому, будет характеризоваться некоторым промежуточным положением, находящимся между указанными
крайними условиями.
Далее мы будем предполагать, что смазка поступает в подшипник
при полной релаксации упругого компонента деформации и, таким образом
dc
= 0,
dx
β
d 2P
= 0 при x=0.
dx 2
(11)
Точное автомодельное решение задачи (8)-(10) будем искать в виде [3,4]:
v=
∂ψ
∂ψ
+ V ( x, y ) , u = −
+ U ( x, y ) ,
∂y
∂x
dP
d 2 P c% c%
+ β 2 = 12 + 23 ,
dx
dx
h h
ψ = ψ% (ξ ) ,V ( x, y ) = v% (ξ ) ,U ( x, y ) = u% (ξ )( q + ω q% cos ω x ) , ξ =
y
. (12)
h ( x)
Подставляя (12) в (8)-(10), получаем
~ ′′′ = c~ , v~ ′′ = c~ , u~ ′ − ξv~ ′ = 0 ,
ψ
2
1
(13)
ψ% ′ ( 0 ) = 0, v% ( 0 ) = 1, u% ( 0 ) = 0,
(14)
1
% ξ =0
ψ% ′ (1) = 0, v% (1) = 0, u% (1) = 0, ∫ vd
.
0
Решение задачи (13)-(14) легко находится непосредственным интегрированием. В результате после необходимых вычислений получаем:
ξ
ξ
~
v = c~1
+ c3ξ + c 4 ; u~ = ∫ ξ v~ ′(ξ )d ξ ;
2
0
~
c
c~1 = 6, c 2 = 0; c3 = −4, c1 = − 2 ;
2
ξ2
ψ~ ′ = c~2
+ c1ξ + c 2 ;
2
1
c~2 =
β∫
0
2
d 2P
dx − 6 I 2
1
dx 2
dx
; Ik = ∫ k
.
I3
0 h (x )
Для определения гидродинамического давления уравнение
471
(15)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Трение и износ»
dP
d 2 P c% c%
+ β 2 = 12 + 23
dx
dx
h h
интегрируется при следующих граничных условиях:
P=0 при x=0, x=1,
d 2P
= 0 при x=0.
dx 2
Для безразмерного давления P получим следующее приближенное
уравнение:
x
3
P = A1 +A 2 e +c%1 (1+2qβ )x+c% 2 (1+3qβ )x-qc%1x 2 - qc% 2 x 2 +
2
% %1 -3c% 2 )sin(ω x) q(-2c
% %1 -3c% 2 )cos(ω x)
β q(-2c
+
+
2 2
1− β ω
ω (1 − β 2ω 2 )
-
A2 = 0 , A1 =
β
2c%1q% 3c% 2 q%
q%
q
q%
% ω - -1+qβ + ) .
+
; c%2 = c% 1 (- cosω -β qsin
ω
ω
ω
2
ω
Зная P, находим безразмерную нагрузку:
1
h02W
1
1
1
1
= ∫ Pdx = с%1 (1 + 2q β ) + с%2 (1 + 3q β ) − qс%1 − с%2 q +
2
µu * L 0
2
2
3
2
1
−


q% sin ω
q% β (cos ω − 1) 
β
+ ( 2с%1 + 3с%2 )  2
−
+ Α 2 β 1 − e
2 2
2 2 

 ω (−1 + ω β ) ω (−1 + ω β ) 


 + Α1

(16)
Сила трения определяется выражением
u * µL
F = ∫ τ y′= 0 dx ′ = ∫ c ′( x ′)dx ′ =
c( x )dx ,
h0 ∫0
0
0
L
L
1
(17)
где c определяется из уравнения
с1 c3
dc
+ = c(x ) + β
.
2
h
h
dx
Выводы. При проведении численных расчетов предполагается, что
q = 1, q% = −1 . Результаты численного анализа полученных аналитических
зависимостей для предельной нагрузки, проведенных при различных значениях частоты контурных возмущений и параметра β (характеризующего
наличие вязкоупругих свойств смазки) на рис.2 показывают:
1. При различных значениях ω полученные графические изображения зависимости
h02W
от ω, приведенные на рис.2, позволяют выявить
µu * L2
существование экстремума типа максимум.
472
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
2. При увеличении параметра β имеет место уменьшение предельной нагрузки по сравнению с этими показателями для ньютоновской жидкости (рис.3).
3. При выполнении условия
q = − q% имеет место двукратное по-
вышение несущей способности, как в случае ньютоновской смазки, так и в
случае вязкоупругой смазки.
Рис.2. Зависимость безразмерной
нагрузки от частоты контурных возмущений при различных параметрах β:
1 - β=100; 2 - β=200;
3 - β=300; 4 - β=400
Рис.3. Зависимость безразмерной
нагрузки от частоты контурных
возмущений при β=0
Библиографический список
1. Broer L.J.F. 1956 App. Sci. Res. Hague, A, vol. 6, p. 226.
2. Milne A.A., Theory of Rheodynamic Lubrication for a Maxwell Liquid.
1954 Kolloidzschr., B. 139, p. 96.
3. Ахвердиев К.С., Воронцов П.А., Черкасова Т.С. Математическая
модель стратифицированного течения смазки в зазоре радиального металлополимерного подшипника скольжения // Проблемы машиностроения и
надежности машин. - М.: Наука, 1999. - №3. - С.93-101.
4. Ахвердиев К.С., Воронцов П.А., Черкасова Т.С. Гидродинамический расчет подшипников скольжения с использованием моделей слоистого
течения вязкой и вязкопластичной смазки // Трение и износ. - 1998. - Т.16,
- №6. - С.698-707.
Материал поступил в редакцию 25.05.03.
473
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Трение и износ»
K.S.AHVERDIEV , I.A.JURBA, M.V.JAKOVLEV
FORECASTING OF THE OPTIMUM FORM OF THE VISCOELASTIC
FILM WITH THE GREATEST LOADING ABILITY
The linear problem about the established movement of greasing between motionless with the structure of a basic surface distinguished from rectilinear is
considered. The predicted structure of a basic surface has the raised bearing
ability at work on the greasing having viscoelastic properties. In work the basic
performance data are determined. Results of the numerical analysis of the received analytical dependences for a maximum load, lead are resulted at various
values of frequency of planimetric indignations and parameter β (describing
presence of viscoelastic properties of greasing).
АХВЕРДИЕВ Камид Самед Оглы (р. 1938), заведующий кафедрой «Высшая математика-2» РГУПС, доктор технических наук, профессор.
Область научных интересов – гидродинамическая теория смазки.
Опубликовано 8 монографий, более 200 статей.
ЖУРБА Инна Александровна, аспирантка кафедры «Высшая матетматика-2» Ростовского государственного университета путей сообщения.
ЯКОВЛЕВ Михаил Васильевич (р. 1952), старший преподаватель кафедры «Управление эксплуатационной работой» Ростовского университета
путей сообщения.
Научные интересы связаны с гидродинамической теорией смазки.
Автор более 15 научных статей.
474
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
ФИЛОСОФИЯ
УДК 93:1
А.А.АЛФЕРОВ
К ВОПРОСУ О ДВИЖУЩИХ СИЛАХ ИСТОРИИ
Выявляются модели мышления истории в отношении движущих сил истории. Анализируются решения вопроса о движущих силах истории в деятельностной парадигме истории.
Ключевые слова: история, философия истории, движущие силы истории,
субъект истории, общество, социальная общность, общественное развитие,
социальное изменение, научный закон, историческая необходимость,
трансцендентность.
Введение. Вопрос о движущих силах истории относится к ведению философии истории. Но к его рассмотрению «причастны» также и социология
(социология социальных изменений) и другие социальные науки. Разумеется, непосредственное отношение к нему имеет историческая наука.
История есть процесс, и задаваясь вопросом о движущих силах истории, необходимо знать, что вызывает и поддерживает этот процесс. Исторический процесс, однако, можно мыслить двояким образом: как поток
событий и как изменение общественной жизни. В первом случае под движущей силой истории понимают общую причину происходящих событий, во
втором случае – то, что вызывает изменения общественной жизни. Очевидно, что исторический процесс включает и событийную сторону, и изменение общественной жизни, а устанавливаемые движущие силы истории
должны объяснять и то, и другое.
В жизни общества следует различать функционирование и развитие. Под функционированием мы понимаем воспроизводство того или иного общественного организма. Воспроизводство сопряжено с различными
постоянно идущими, повторяющимися процессами, в качестве воспроизводства они имеют целью лишь сохранение организма и не приводят ни к
чему новому. Что же касается развития, то его характеризующим признаком является возникновение чего-то нового. Очевидно, что функционирование того или иного общества не имеет прямого отношения к истории, а
развитие не просто имеет отношение, но и есть сама история. И движущие
силы истории должны объяснить нам, почему общественная жизнь не остается неизменной, почему общество выходит за рамки своего воспроизводства.
Классифицируем определенным образом и проанализируем важнейшие решения вопроса о движущих силах истории, выдвинутые в истории мысли.
Три различных подхода к движущим силам истории. В традиционной философии истории история определялась каким-либо трансцендентным фактором. Этот фактор может принимать разный облик. Им может
быть божественное провидение, мировой дух, исторический Разум, судьба,
475
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Философия»
какой-либо закон мировой истории…* С помощью введения трансцендентного фактора в историю она мыслилась единым направленным процессом,
причем таким процессом, который несет в себе историческую необходимость, закономерность. Но история тем и отличается от природы, что она
реализуется через деятельность людей, которые руководствуются в своей
деятельности какими-то своими побуждениями и целями. Историческая же
необходимость как таковая мыслится не зависящей от сознания и воли людей. Люди могут и не знать о существовании этой необходимости, а вместе
с тем она должна реализоваться через их деятельность. И если предполагается, что она реализуется каким-то образом помимо стремлений людей,
то это и значит, что она имеет трансцендентный характер. Обычный научный закон, претендующий на то, чтобы высказать нечто о действительности, всегда устанавливает некую повторяемость, подтверждаемую в
последнем счете эмпирически, и придает этой повторяемости всеобщий
характер. Но в отношении единой мировой истории повторяемость исключена, поскольку эта история единственна. Уже отсюда следует, что закон
мировой истории не есть обычный закон, какие знает наука, но что он
должен иметь трансцендентный характер.
Из сказанного ясно, что эта парадигма мышления истории охватывает очень разные концепции философии истории. К ней относятся все религиозные
интерпретации
истории,
теории
истории
немецкого
классического
идеализма
(И.Канта,
И.Г.Фихте,
Ф.В.Й.Шеллинга,
Г.В.Ф.Гегеля), марксистское материалистическое понимание истории, в котором трансцендентным фактором в отношении истории оказывается экономическая необходимость, своеобразная трактовка истории К.Ясперса и
др. Мы полагаем, что все эти концепции, при всем их различии, следует
отнести к одной парадигме исторического мышления в силу свойственных
им общих и существенных черт, отмеченных нами.
В философии истории, которая вводит трансцендентный фактор в
историю, предполагается, что трансцендентность действует через людей, подразумевается, что люди, движимые собственными побуждениями, вместе с тем реализуют нечто, не входившее в их намерения, но предусмотренное в истории и образующее истинное ее содержание. Движущей силой
истории здесь оказываются люди, деятельность человека, но направление
истории задается трансцендентностью, которая управляет ходом истории,
а люди с их побуждениями становятся орудиями трансцендентности, исторической необходимости. Строго говоря, в этих концепциях постулируются
два источника истории: трансцендентность и деятельность людей, но они
совмещаются, и утверждается, что первый действует через второй.
Другой вариант понимания движущих сил истории связан с натуралистическим подходом к истории, при котором историю пытаются обосновать исходя из некоторых естественных условий и влияний. В качестве
таковых воздействий, определяющих историю, называлось прежде
всего воздействие географической среды (Ш.Монтескье, Т.Бокль,
Л.И.Мечников и др.). Безусловно, общество живет во взаимодействии с
*
Философский термин «трансцендентный» происходит от латинского transcendens,
означающего «перешагивающий», «выходящий за пределы». Имеется в виду выход
за сферу ограниченного существования, конечного мира непосредственной данности к безусловному, абсолютному.
476
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
природой, и природная среда не может не оказывать влияния на общество
и историю. Но признавать влияние природной среды еще не значит признавать ее движущей силой истории. Что касается именно географической
среды, то утверждение, что географическая среда является движущей силой истории, если такое утверждение высказывается, легко опровержимо.
Для этого достаточно указать на то обстоятельство, что географическая
среда отличается относительным постоянством в сравнении с историей. Но
вопрос может быть поставлен шире – о влиянии на историю изменений
всей природной среды, в которой находится человек, имея в виду, что люди как живые существа включены многообразно в систему природы и испытывают самые разные ее воздействия (например, воздействия солнечной
и космической радиации, обнаруженные А.Л.Чижевским) и что об этих воздействиях мы знаем еще далеко не все и в будущем, по-видимому, узнаем
о не известных еще природных факторах, воздействующих на человека.
Принимая это во внимание и пытаясь оценить влияние природной среды на
историю, мы неизбежно выйдем к принципиальному вопросу о том, обладает ли человек самоопределением или он природно обусловлен, и от его
решения будет зависеть и ответ на вопрос, кому принадлежит история –
человеку или природе? Если исходить из того, что животные – вполне природные существа, а человек отличается от животных, и возникновение человека, как бы его ни трактовать, знаменовало отделение человека от
природы, и что он играет активную роль в своем отношении к природе и
даже может бесцеремонно противопоставить себя природе, как это делает
современный человек, то мы придем к выводу, что история принадлежит
человеку, а не природе, и природа не есть движущая сила его истории, хотя те или иные изменения, происходящие в природе, влияют прямо или
косвенно на общественное развитие. И если сегодня человек воздействием
на природу поставил под вопрос собственное существование и свою дальнейшую историю, то винить в этом природу он не может.
В качестве обоснования истории и в роли ее движущей силы называли также расово-антропологический фактор (Ж.А.Гобино, В.Ляпуж и др.)
В этих концепциях движущей силой истории оказывались «чистота расы»,
определенный антропологический тип. К натуралистическому обоснованию
истории относится и социал-дарвинизм, пытающийся применить к истории
принципы биологической эволюционной теории. Здесь движущей силой истории становятся борьба за существование и отбор. Натуралистический
подход к истории стирает грань между историей и природой, не признает
автономии истории. Природе и человеку как существу природы приписывается активность, а человек истории мыслится пассивным, обусловленным,
испытывающим воздействия. Натуралистическое обоснование истории есть
преодоление истории, отказ от нее. Подобное обоснование тоже есть
трансцендентное обоснование, «трансцензус» здесь состоит в выходе за
пределы истории – к природе и естествознанию.
Третий вариант понимания движущих сил истории предполагает
отказ от любой трансцендентности применительно к истории, от всего, что
может надстраиваться над нею. Тогда движущей силой истории оказывается сам человек, его деятельность. И эта деятельность, не скованная никакой трансцендентностью, принимается в качестве последней инстанции
истории.
477
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Философия»
Разумеется, деятельность людей определяется какими-то их побуждениями. Тогда именно побуждения, определяющие человеческую активность, предстают движущими силами истории. В философии установление
побуждений, определяющих человеческую активность, было связано с попытками определить природу человека, его сущность. Однако относительно сущности человека в философской антропологии имелись и имеются
весьма разные и прямо противоположные представления, из чего проистекает и различное понимание побуждений человеческой деятельности.
Принципиальное значение имеет расхождение в вопросе о том, является
ли сущность человека неизменной или человек меняется. Эта антитеза
имеет самое прямое отношение к истории – в ней заключена противоположность позиций относительно того, находится ли сущность человека вне
истории или внутри нее. Если сущность человека неизменна, то она внеисторична. Это означает, в частности, что побуждения человека во все времена остаются в принципе одними и теми же. Еще Фукидид полагал, что
природа человека неизменна, и пытался с помощью истории установить эту
природу. Противоположный же подход подразумевает, что человек вполне
принадлежит истории, меняясь вместе с историей, и настолько, что меняется сама мотивация его деятельности. В этом случае сущность человека
соотносится с историческими эпохами и культурами.
В философской антропологии 20-го века определился и еще один
подход к вопросу о сущности человека, состоящий в том, что за человеком
вообще отрицается какая-либо сущность. В этом подходе подчеркивается,
что человек ничем не обусловлен, что он есть то, чем он сам делает себя,
что его сущность заключается как раз в отсутствии какой бы то ни было
закрепленности, заданности. Человек в своей жизни постоянно оказывается в ситуациях выбора и, делая свой выбор, он тем самым формирует самого себя. Но делая выбор, он выбирает таким образом не только самого
себя, но и образ мира, каким ему быть. Применительно к истории это означает, что своим выбором, который человек делает в различных ситуациях,
он определяет историю.
Две противоположные сферы действия движущих сил истории.
Важное различие в решении вопроса о движущих силах истории существует по поводу того, находятся ли эти силы в духовной или в материальной
сфере жизни общества. Названная противоположность позиций обозначилась в философии истории после создания материалистического понимания истории К.Марксом и Ф.Энгельсом, которые усмотрели движущую силу
истории в развитии материального производства. Мы считаем, что в этом
понимании истории предполагаемый закон истории, связываемый здесь с
развитием материального производства, с якобы независимым от сознания
развитием общественного бытия, является трансцендентным фактором по
отношению к истории. Но и противоположное материалистическому понимание истории, мыслящее историю как необходимое развитие, совершающееся в сфере духа, тоже является трансцендентным. И в том, и в другом
случае имеет место трансцендентное обоснование истории, только сфера
действия трансцендентности разная. Однако, если отказаться от трансцендентности в обосновании истории, то противоположность материалистического и идеалистического подходов в понимании движущих сил истории
останется, поскольку останется противоположность материальной и духовной сфер жизни общества. Конечно, общество есть нечто взаимосвязанное,
478
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
оно должно мыслиться как целостный организм, и выделение в нем материальной и духовной сфер является абстрагированием и идеализацией.
Само общество есть мыслительная конструкция, вся его жизнь фокусируется в единственной точке – в человеческом индивиде, в этом смысле отделение материальной жизни от духовной является опять же абстрагированием. Но это – продуктивное, работающее абстрагирование. Оно продуктивно, в частности, в аспекте понимания движущих сил истории. Поскольку общество есть связанное целое, то изменение одной стороны
жизни общества влечет за собой изменение других сторон (что, во всяком
случае, верно в отношении предельно общего деления жизни общества на
материальную и духовную). Вопрос, следовательно, заключается в том, какие изменения вызывают весь процесс общественного развития. До возникновения материалистического понимания истории подразумевалось, что
развитие общества определяется духовными изменениями, либо история
обосновывалась натуралистически. Несомненная заслуга К.Маркса и
Ф.Энгельса состоит в том, что они показали, что обусловливающими общественное развитие могут быть изменения, совершающиеся в материальной
сфере общества. Но основоположники марксизма считали, что изменения
лишь материальной сферы жизни общества являются исходными, а духовная сфера только отражает эти изменения. Правда, Ф.Энгельс в последние
годы жизни, стремясь уйти от крайностей экономического детерминизма,
развивал мысль об относительной самостоятельности развития общественного сознания. Но самостоятельность суть независимость, самостоятельность либо есть, либо ее нет. И если общественное сознание в последнем
счете все же, как утверждал Ф.Энгельс, зависит от общественного бытия,
то у сознания в его развитии нет самостоятельности. А если самостоятельность у него все же есть, то это должно означать, что сознание способно
изменяться именно самостоятельно, то есть необусловленно, и тогда в этом
необусловленном изменении оно будет определять весь процесс общественного развития, то есть будет играть роль движущей силы истории.
Усмотрение последней причины общественных изменений в развитии материального производства или в духовном развитии – это две возможные различные схемы объяснения исторического процесса. И к
объяснению многих исторических явлений оказывается возможным применить и ту, и другую схемы, в то же время попытки объяснить весь исторический процесс исходя только из развития материального производства
или только из духовного развития малоубедительны. И вскоре после того,
как материалистическое понимание истории получило признание и известность, у ряда ученых возникла мысль, что наилучшего объяснения исторического
процесса
можно
достичь,
если
использовать
и
материалистический, и идеалистический подходы к истории. К такому выводу приходил, например, русский историк Н.И.Кареев [1]. К признанию
необходимости учитывать и материальные, и духовные влияния в объяснении исторических явлений приходил, в сущности, и Макс Вебер. Завершая
работу «Протестантская этика и дух капитализма», в которой он показал
влияние религиозного сознания на формирование хозяйственной этики капитализма, М.Вебер пишет: мы отнюдь не намерены «заменить одностороннюю «материалистическую» интерпретацию каузальных связей в
области культуры и истории столь же односторонней спиритуалистической
каузальной интерпретацией. Та и другая допустимы в равной степени, но
479
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Философия»
обе они одинаково мало помогают установлению исторической истины, если они служат не предварительным, а заключительным этапом исследования» [2]. Последним словом в объяснении и понимании процесса
общественного развития оказывается взаимодействие.
Субъекты исторического процесса: человечество, индивид, социальная общность. Представление о человеческой деятельности как движущей силе истории заставляет также размышлять о том, являются ли
субъектами истории отдельные индивиды, социальные общности или человечество в целом. Если история рассматривается как направленный всемирно-исторический процесс, то субъектом истории неизбежно становится
человечество. Именно человечество в целом должно быть носителем этого
процесса. Однако представление о единой мировой истории человечества
философия истории всегда осуществляла с помощью какого-либо трансцендентного фактора, вводимого в историю, и общность человечества реализовывалась здесь тоже трансцендентным образом. То есть,
представление о человечестве как субъекте истории относится к тому варианту понимания истории и ее движущих сил, в котором история осмысливается с помощью трансцендентности.
Противоположным является представление о том, что история
складывается из действий индивидов. Если принять это представление, то
наша позиция будет, конечно, неуязвимой в том смысле, что именно индивид является атомом исторического действия, пределом деления исторического процесса. Несомненно верно утверждение, что история зависит от
выбора, который делает каждый человек в различных жизненных ситуациях. Но верным является также и то, что в формировании истории особенно
значима единонаправленная деятельность многих индивидов, при которой
достигается эффект сложения их социальных действий, а не взаимного погашения, а эта единонаправленность должна быть соотнесена с определенными социальными общностями и организациями. Как бы то ни было,
представление о том, что история складывается из действий разрозненных,
атомарных индивидов, остается не востребованным исторической наукой. В
прошлом жило огромное множество людей, каждый из которых действовал, преследуя какие-то свои цели и под влиянием определенных побуждений, и, наверное, заманчивым было бы построить историю на основе
учета индивидуальных действий всех живших в прошлом людей. Но вполне
понятно, что наука история этого сделать не может, а если бы и смогла, то
это была бы совсем не та история, которую мы имеем и которая нам, повидимому, нужна. Та же наука история, которой мы располагаем, не сводит
и не стремится свести историю на действия индивидов. Картина истории,
которую она создает, располагается в промежутке между индивидом и человечеством, а в этом промежутке находятся социальные общности и организации – народы, государства, сословия, социальные слои и группы,
партии. Они и оказываются здесь субъектами исторического процесса. То
есть, историческая наука, создавая картину истории, производит редукцию
индивидуального к социальному. Что касается отдельных индивидов, то
историческая наука, вполне понятно, рассматривает в качестве исторических деятелей лишь некоторых из них, оставивших заметный след в истории.
480
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Великий человек, элита, народ, масса. Движущие силы истории осмысливаются также с точки зрения того, являются ли творцами истории
выдающиеся личности, высший слой выделяющихся по тому или иному
признаку людей (элита) или широкие слои населения (народ, масса). Понятно, что концепция элиты (политической, творческой, интеллектуальной
или какой-либо иной) как движущей силы истории и концепция выдающихся личностей как творцов истории достаточно близки. Выдающихся людей
считал творцами истории И.Г.Фихте. Великих людей в его понимании характеризует то, что всю свою жизнь они отдают служению идее. Творением великих людей, героев считал историю английский философ и историк
Т.Карлейль. Младогегельянцы полагали, что историю движут критически
мыслящие личности. Эти личности противопоставлялись ими массе как
консервативному элементу истории, враждебному духу. С деятельностью
отдельных людей, духовных лидеров связывал исторический прогресс
К.Ясперс.
В философии истории А.Тойнби в роли движущей силы истории
представала творческая элита. Ее задача состояла в том, чтобы находить
ответы на вызовы, с которыми сталкиваются цивилизации [3]. В концепции
американского экономиста и социолога У.Ростоу, предложившего известную модель «стадий экономического роста», переход от традиционного
общества к современному зависел от формирования новой промышленной
элиты, которая шла на смену старой элите, связанной с земельной собственностью [4]. И в концепции Д.Белла новый профессиональный класс,
владеющий знаниями, а не собственностью, который будет, по его мнению,
играть ведущую роль в постиндустриальном обществе, тоже представляет
собой новую элиту общества [5].
В марксистской философии истории движущей силой истории признается народная масса. Согласно марксистскому учению три общественноэкономические формации – рабовладельческая, феодальная и капиталистическая – основываются на эксплуатации, и общество в них расколото на
трудящееся эксплуатируемое большинство и эксплуатирующее меньшинство, и под «народом», «народными массами» в этих формациях марксизм
понимает эксплуатируемое большинство населения. И все общественные
изменения, которые оцениваются марксизмом как прогрессивные, он связывает прямо или косвенно с деятельностью и влиянием народа. Суждение
о решающей роли народных масс в истории увязано в марксистской теории
с положением о материальном производстве как основе существования и
развития общества и с положением о классовой борьбе как движущей силе
истории. Марксистское учение об обществе важнейшим элементом социальной структуры считает такую социальную общность, как класс, вкладывая в понятие «класса» определенное содержание, и утверждает, что в
рабовладельческой, феодальной и капиталистической общественных формациях имеет место антагонизм основных классов этих обществ, из чего
делается вывод о неизбежности здесь классовой борьбы. И далее утверждается, что классовой борьбой определяются все важнейшие изменения
на этом отрезке истории. Причем прогрессивное содержание этих изменений марксизм относит на счет нижних классов, которых он рассматривает
как трудящихся и как собственно народ.
481
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Философия»
Отметим, что социальная борьба, то есть борьба между различными социальными группами, если она происходит в обществе, несомненно
может быть источником социальных изменений, то есть движущей силой
истории. Но при взглядах на общество, отличных от марксистского взгляда,
борющимися группами могут мыслиться не классы в их марксистской интерпретации, а иные группы.
Что касается роли личности в истории, то марксистское учение
признает определенное влияние выдающихся личностей на историю, но
отнюдь не решающее, подчеркивая, что никакая личность не способна изменить объективного, закономерного хода истории. Само появление тех
или иных великих исторических деятелей объясняется в этом понимании
истории объективной потребностью разрешить определенные задачи общественного развития, то есть подразумевается, что историческое время
определяет появление великих людей и формирует их. Безусловно, для нас
в истории, поскольку она свершилась, время и великие исторические деятели этого времени нерасторжимо связаны. Но означает ли эта связь, что
время сформировало своих великих людей или что, наоборот, великие люди определили свое время? Если ход истории закономерен, как это считает
марксистская философия истории и не только она, то отсюда следует вывод, что время, то есть история, создает своих героев. Если же необходимости, определяющей историю, не существует (а мы полагаем, что это
именно так), то великих людей следует признать в качестве творцов истории.
К.Ясперс, как и некоторые другие мыслители, отмечал явления
массовизации в современном мире – явления нивелирования, стандартизации людей, утраты ими социального качества, которые он оценивал негативно. На историческую арену вышла масса, и теперь все, что не
воспринимается массой, обречено на неуспех [6]. Массу К.Ясперс отличал
от народа. Отличительным признаком народа является то, что он обладает
самосознанием. «Народ структурирован, осознает себя в своих жизненных
устоях, в своем мышлении и традициях…Масса, напротив, не структурирована, не обладает самосознанием, однородна и квантитативна, она лишена
каких-либо отличительных свойств, традиций, почвы – она пуста» [7]. Массе должно быть сказано, чего она хочет и к чему должна стремиться, она
внушаема, поэтому она легко становится объектом манипулирования политиков и элиты, если они безответственны или своекорыстны. Отдельный
человек, по мнению К.Ясперса, олицетворяет собой одновременно народ и
массу. Однако он совершенно по-разному ощущает себя в том и другом состоянии.
Российский философ И.А.Гобозов солидаризируется с К.Ясперсом в
том, что необходимо различать народ и массу. Он отмечает, что субъектом
истории выступает именно народ, а не масса [7]. Мы разделяем эту точку
зрения.
Мы полагаем, что в вопросе о роли народа, элиты и выдающейся
личности в истории правильным будет такое решение, которое отдаст
должное каждому из членов этой триады. Ошибочным было бы сбросить со
счетов какой-нибудь из них.
В современной социологии в качестве источника социальных изменений рассматриваются социальные движения. Они здесь тщательно
классифицируются и анализируются. Как источник социальных изменений
482
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
социальные движения являются, конечно, движущей силой истории, причем прямой и непосредственной силой. П.Штомпка определяет их следующим образом: «Под социальными движениями мы подразумеваем свободно
организованные коллективы, действующие совместно в неинституциализированной форме для того, чтобы произвести изменения в обществе» [8].
Еще одно понятие, с помощью которого социология пытается осмыслить социальные изменения, – это понятие социального конфликта.
Конфликты в обществе могут иметь различную природу и характеризоваться различной степенью глубины и остроты и различной длительностью.
Конфликты могут быть источником социальной борьбы и социальных движений, а разрешение конфликтов может быть сопряжено с социальными
изменениями, которые опять же могут быть различными по масштабам и
глубине.
Большинство современных философов и социологов указывают на
роль науки как источника новаций в современном мире и, следовательно, как источника его развития. Наука в наше время, как известно, определяет технический прогресс и через него главным образом она
воздействует на жизнь людей, вызывая в ней все новые изменения. Современная наука постоянно совершает революционные перемены в материально-производственной деятельности человека, со всеми вытекающими
отсюда социальными следствиями, но сама она производит знание, то есть
является духовным производством. Разумеется, воздействует она и непосредственно на сознание людей, опять же со всеми вытекающими отсюда
последствиями в отношении истории.
Эндогенные и экзогенные причины социальных изменений. Отметим также различие между теми источниками социального изменения, которые являются для общества внутренними (эндогенными),
и теми,
которые вызывают социальные изменения, действуя на общество извне
(экзогенными). Ясно, что это различие условно, так как зависит от того,
какую социальную систему мы выделим – источники социального изменения, являющиеся экзогенными для одной социальной системы, для более
широкой системы могут быть эндогенными. Однако источники социального
изменения, связанные с воздействием на общество изменений, совершающихся в природе, являются экзогенными для любой социальной системы,
если, конечно, изменения в природе не вызваны воздействием самого человека на природу. Если рассматривать мировую историю, то для нее все
источники социального изменения, за исключением природных изменений,
являются эндогенными. Философия истории и социология (а также другие
социальные науки) устанавливают общие причины социальных изменений
(изменение взглядов и представлений людей, развитие материального
производства, социальные движения, появление великих деятелей и т.д.) и
по отношению к определенному социально-историческому объекту
эти причины могут быть и эндогенными, и экзогенными (идеи и представления могут прийти извне, технические достижения могут быть заимствованы и т.д.). Историческая же наука изучает конкретные, специфические
причины определенных явлений, процессов, событий в истории различных
стран, народов, регионов, включая войны, вторжения, соперничество с
другими странами, различные природные катаклизмы и т.д., отчего в устанавливаемых ею причинах будет высок удельный вес экзогенных воздействий. Общие же схемы социального изменения, устанавливаемые
483
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Философия»
философией и социальными науками, в исторической науке играют роль
парадигм мышления, моделей интерпретации и объяснения конкретных исторических процессов и явлений.
Выводы. Верна деятельностная парадигма мышления истории, в которой
история рассматривается как результат деятельности людей и не предполагается никакой трансцендентности в истории. Но в этой парадигме ряд
вопросов, традиционно рассматривавшихся философией истории, утрачивают смысл. В их числе вопрос о необходимости, которой-де подчиняется
история. Что касается вопроса о движущих силах истории, то он вполне сохраняет свою актуальность. В деятельностной парадигме мышления истории движущей силой истории принимается сам человек, его деятельность,
но в рамках этого общего подхода возможны различные решения касательно движущих сил истории, которые рассмотрены в настоящей статье.
Библиографический список
1. Кареев Н. И. Историология. (Теория исторического процесса).
Петроград: Стасюлевич, 1915. – 320 с.
2. Вебер М. Протестантская этика и дух капитализма // Избранные
произведения. М.: Прогресс, 1990. – С. 61-272.
3. Тойнби А. Дж. Постижение истории: Сборник. - М.: Прогресс,
1991. – 736 с.
4. Rostow W. W. The Stages of Economic Growth. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1960. – 207 p.
5. Белл Д. Грядущее постиндустриальное общество. Опыт социального прогнозирования. - М.: Academia, 1999. – 786 с.
6. Ясперс К. Истоки истории и ее цель. Ч.2, раздел 2 // Смысл и назначение истории. - М.: Изд-во политич. лит-ры, 1991. – С. 28-286; 142-143.
7. Гобозов И. А. Введение в философию истории, изд. 2-е. - М.:
ТЕИС, 1999. – 363 с.
8. Штомпка П. Социология социальных изменений. - М.: Аспект–
Пресс, 1996. - С. 339.
Материал поступил в редакцию 29.08.03.
А.A.ALFYOROV
TO A QUESTION ON DRIVING FORCES OF HISTORY
The models of thinking of history come to light concerning driving forces of history. The decisions of a question on driving forces of history in the active paradigm of history are analyzed.
АЛФЕРОВ Анатолий Александрович (р.1943), доцент кафедры социальной философии РГУ (1991), кандидат философских наук (1979). Окончил (1973) философский факультет РГУ.
Научные интересы лежат в области науковедения и философии истории.
Опубликовано свыше 20 научных работ.
484
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
УДК 371 (09)
А.Н.КОПЫЛ
ИСТОРИКО-КУЛЬТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ
И ЦЕННОСТНЫЕ ОРИЕНТИРЫ
ГУМАНИСТИЧЕСКОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПАРАДИГМЫ
Обозначена система ценностей гуманистической парадигмы современного образования. Гуманистическая философия рассматривается как историческое явление в
диахроническом и синхроническом контексте. Особое внимание уделено формированию гуманистического мировоззрения в эпоху Возрождения. Проводится сопоставление европейского и русского понимания гуманизма, а также православной и
гуманистической аксиологии.
Ключевые слова: гуманизм, антропоцентризм, возрожденческий культ культуры,
диалогизм мышления, православная культурная парадигма, русский гуманизм,
православный педагогический идеал, гуманистическая парадигма современного
образования.
Введение. В настоящий период в российской культуре в целом и в педагогике в частности сложились условия для перехода от традиционной образовательной парадигмы к новой, гуманистической, личностно ориентированной. Гуманизм современной наукой определяется как исторически изменяющаяся система воззрений, признающая ценность человека как личности, его право на свободу, счастье, развитие и проявление своих способностей, считающая благо человека критерием оценки социальных институтов, а принципы равенства, справедливости, человечности желаемой нормой отношений между людьми.
Однако характеристика современной научной мысли и педагогического процесса в контексте гуманистических идеалов предполагает рассмотрение системы ценностей, соответствующей гуманистическому мировоззрению и гуманистической педагогике в исторической перспективе. Современные ученые актуализируют как российский, так и европейский опыт
утверждения гуманистических идеалов как методологической основы педагогической науки, поэтому целесообразно обратиться к судьбе гуманистической традиции в Западной Европе и в России и выделить общие тенденции и неповторимые особенности интерпретации гуманистических ценностей в европейской и русской культурной парадигме.
Результаты исследования. Гуманизм как этическое понятие был введен
в философию стоиком Панецием. Идеи гуманизма получили значительное
развитие в трудах Сенеки. Однако подлинное рождение гуманизма как философской системы, признаками которой являются автономность, универсальность и фундаментальность, происходит в эпоху Возрождения. Именно
в эпоху Возрождения начинается освобождение личности от духовного гнета католической церкви и утверждается новое мировосприятие, адекватное
новой системе экономических и политических отношений.
Коренные перемены в экономическом и политическом устройстве
европейского общества сопровождались в этот период не менее существенными трансформациями в духовной сфере. Одним из проявлений самого духа Возрождения, квинтэссенцией ренессансного мировосприятия ста485
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Философия»
новится гуманизм. Философы Ренессанса размышляют обо всем, но главная
тема, которая волнует всех, - это природа человека. Человек предстает как
центр мироздания, как начало всех начал. Средневековый антропоцентризм сосредотачивал внимание на греховной природе человека и его спасении через обретение истинной веры и Божественной благодати. Гуманисты же оценивают человека как свободное существо, наделенное колоссальными творческими потенциями и обладающее правом на самоутверждение. Ренессансная философия реабилитирует прежде всего земное
предназначение человека. Его отношения с природой и Богом рассматриваются в рамках пантеистического мировоззрения. Человек для философов
Возрождения – это высшая ступень в иерархии бытия. Таким образом, ренессансная философия прежде всего не космологична, не теоцентрична, а
антропоцентрична.
Возрожденческий человек наделяется свободой распоряжаться самим собой, правом свободного выбора жизненного пути. Возрожденческая
концепция личности проникнута идеей духовного самоконструирования.
Ренессансный гуманизм признает неоспоримое право человека на счастье,
развитие и проявление своих способностей, считает благо человека критерием оценки социальных институтов. Значит, основополагающий постулат
возрожденческого мировоззрения - признание абсолютной ценности человеческой личности.
Антропоцентризм Ренессанса обусловил особое представление о
времени. Время рассматривается как конкретное достояние индивида. Возрожденческая философия снимает противоречие между бренным временем
и трансцедентной вечностью, возвышая самоосуществление личности и ее
краткий жизненный срок. Следствием такого подхода к соотношению временного и вечного становится апология деятельной жизни, противопоставленной средневековому созерцанию и смирению. Возрожденческий человек должен владеть временем, окультуриваться в нем.
Вторым по значимости после культа человека следует назвать возрожденческий культ культуры. Ренессансной эстетике, как подчеркивает
С.С.Аверинцев, было свойственно "внутреннее отождествление жизни и
культуры, но благодаря их дистанциированию; понимание их как процесса
окультуривания жизни и экзистенциального наполнения культуры, реализации сущности в существовании" [1, с.251]. Приобщение к культуре, к
культурному знанию рассматривается как приобщение к подлинно человеческому. Не случайно педагогика эпохи Возрождения придавала большое
значение стимулированию живого интереса к знаниям, созданию атмосферы, при которой процесс учения приносит удовлетворение и радость. Характерной чертой гуманистического мировоззрения было представление о
том, что именно знания дают возможность человеку быть свободным.
Л.М.Баткин, характеризуя ренессансный стиль мышления, в качестве одной из его определяющих особенностей называет диалогичность. Гуманистическая структура мышления, как подчеркивает ученый, основана
"не на жесткой выводной логике, а на поисках истины в общении, на признании общения истиной [2, с.133]. Ренессанс подрывает средневековую
авторитарность мышления. Средневековье считало неоспоримым авторитет
теологии и Библии. Исходя из признания абсолютности человека и мира,
Ренессанс выдвигает мысль о релятивности всяких человеческих убеждений. Любое утверждение неокончательно перед лицом истины. Синтез раз486
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
личных мнений уподобляется Л.М.Баткиным "контрапунктическому басу,
первому среди равных голосов полифонической ткани" [2, с.146]. Гуманисты, сохраняя звучание каждого голоса в отдельности, пытаются уравновесить их, отождествляя общее с индивидуальным.
Диалогизм как имманентная черта возрожденческого мышления
определяет и решение проблемы гармонии, которая проходит через работы практически всех итальянских гуманистов. Понятие гармонии рассматривается не просто как элемент эстетической теории, а как принцип организации социальной жизни. Идеей гармонии как краеугольного камня мироздания определяется не только изначальное совершенство человека и
природы, но и стремление к индивидуальному совершенствованию, к гармонии, которое живет в человеке.
Идея гармонии положена гуманистами в основу системы воспитания. Смысловым центром их размышлений о конечной цели воспитания
является рефлексия по поводу гармонической и всесторонне развитой
личности как высшем эталоне, на который должен ориентироваться любой
воспитатель. Идеал гармоничной личности предполагал самые разнообразные знания, универсальную образованность, сочетание физического и
нравственного развития.
Таким образом, возрожденческий гуманизм основан на следующих
постулатах:
- антропоцентризм, определение человека как венца творения и
центра мироздания; признание права человека на свободу, счастье и самореализацию;
- апология деятельного, творческого отношения человека к миру;
признание способности человека владеть временем;
- культ культуры и знания; идеал универсально образованного,
гармонично развитого человека;
- диалогизм мышления.
Новая эпоха выдвинула новый педагогический идеал. Средневековье создало модель авторитарного патриархального воспитания. В эпоху
Возрождения "маятник качнулся в сторону индивида – его талантов, способностей, личных стремлений" [3, с.41-42). Гуманистическое образование
ориентировано на интересы и способности ученика, на его любознательность, связь с жизнью и самостоятельность мышления. Гуманисты призывали к нравственному воздействию и на ум, и на сердце ребенка. Не принимая схоластического, бесплодного умствования, гуманисты делали акцент на изучении того, что необходимо человеку, т.е. того, что затрагивает
сферу его непосредственных интересов. Возрожденческая педагогика
особое внимание уделяет индивидуальному совершенствованию человека
и его активному самовоспитанию: "Природные семена, коих самих по
себе недостаточно, должны быть дополнены – и улучшены, исправлены! –
"горячим
желанием",
героическим
энтузиазмом
и
свободной
энергией индивида, который очеловечивает себя, высвобождает в себе
звездную предрасположенность, тщательно гранит, как ювелир, собственную душу" [4, с.86-87].
487
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Философия»
Концепция личности и система ценностей эпохи Возрождения имели принципиальное значение для дальнейшего развития философских и
педагогических традиций. Однако, если для европейской педагогики возрожденческий ориентир постепенно стал определяющим, начинает развиваться в качестве ведущей "парадигма человекоориентированной системы
образования и воспитания, т.е. такой системы, центром которой становится
личность воспитуемого, ее потребности и интересы" [5, с.21], то в русской
педагогике продолжал господствовать православный идеал. Идее личной
инициативы, актуальной для Запада, противопоставлялась идея соборности, имманетно присущая русскому, православному сознанию. Не случайно
многие философы, в частности В.В.Зеньковский, указывают на неразрывную связь русского гуманизма с Православием. По его мнению, русская гуманистическая мысль всегда оказывалась связанной со своей религиозной
почвой. В России не было эпохи Возрождения, как мы понимает ее в соответствии с европейским образцами, однако, гуманистические идеи были
свойственны русской философии на разных этапах ее развития. Однако,
как подчеркивает Н.А.Гусева, "через все этапы русского Возрождения проходит идея религиозности… Через все этапы русского Возрождения проходят идеи гармонии между верой и разумом, духом и плотью, самосовершенствования как целостного процесса, соборности как единства многих
лиц на основе их любви к Богу, спасения души через нравственнодобродетельный образ жизни" [5, с.37]. Таким образом, долгое время
гуманистическая мысль в России развивается в рамках православной, что
является одной из характерных особенностей русской гуманистической
традиции.
Было бы ошибочным утверждать, что православный педагогический
идеал противостоит гуманистической традиции: христианская основа в
возрожденческом гуманистическом идеале остается незыблемой. Однако
религиозное понимание человека как высшей ценности несколько отличается от возрожденческого культа человеческой индивидуальности. Диалектику общего и особенного в православном и гуманистическом идеалах подробно исследовала в одной из своих работ О.В.Кошелева [6].
В основе обеих традиций, православной и гуманистической, лежат
общечеловеческие ценности. Однако гуманизм предельно антропоцентричен, направлен на развитие индвидуальной личности, в то время как Православие видит в антропоцентризме поклонение личности себе как идолу.
Гуманистическая мысль воспринимает человека как венец творения, утверждает нерасторжимое единство человека и всего мира. Православие
рассматривает человека только в системе его взаимоотношений с Богом.
488
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Гуманистической и православной концепцией личности определяется и подход к образованию. Гуманистическое образование видит свою
цель в создании условий для самоактуализации личности, готовой самостоятельно преодолевать все жизненные трудности. Цель православного
образования – наставить человека на путь спасения души. Православие
формирует личность на основе идей Веры, Надежды, Любви к Богу. Человек не должен сопротивляться обстоятельствам, он должен научиться не
замечать их в своем стремлении к Высшему. Становление личности мыслится Православием не через противостояние внешним условиям и развитие собственных дарований, а через смирение и борьбу с собственной греховностью в сотрудничестве с Богом.
В гуманистической парадигме ученик – самоценная и самостоятельная личность, детство – уникальный мир, требующий понимания и
уважения. Учитель должен выстраивать процесс обучения и воспитания
так, чтобы были востребованы и реализованы природные задатки ребенка.
Православие не интересуется детством как нравственной, вневозрастной
категорией. Покрестившиеся младенец и старец для Православия равны по
значимости, поскольку возраст человека отсчитывается от момента Крещения. В православной системе образования ученик в процессе приобретения
знаний должен отказаться от личной активности, своевольных желаний. Он
должен полностью довериться духовному отцу, опереться на его опыт. Таким образом, ученик репродуцирует и опыт учителя, и его личность.
Гуманистическое образование – это не утилитарно-образовательная, а морально-познавательная деятельность. Оно не ставит перед собой
цели прямолинейной социальной ориентации ученика, подчинения его социальному заказу. Входя в культурно-историческую традицию, ученик самостоятельно постигает причинно-следственные связи, приобретает собственный взгляд на мир, основанный на рефлексии по отношению к мировой
культуре, получает свободу мыслей и действий. С точки зрения Православия такая свобода иллюзорна. Ей противопоставляется свобода совести,
свобода выбора меры ответственности за помыслы и поступки. Ценность
православного образования ученик видит в возможности стать на истинный путь, укрепить себя в истинной вере.
Гуманистическая педагогика ориентируется на гуманитарные науки.
Содержание православного образования сводится к знаниям о вере. Православное образование во всех аспектах зависит от церкви. Несмотря на
верность христианским идеалам и несовместимость с тоталитарным обществом, православная педагогика, как подчеркивает О.Е.Кошелева, в своей
авторитарной направленности ближе к советской системе.
Таким образом, усваивая ориентацию Православия на общечеловеческие ценности, гуманистическая педагогика обеспечивает человеку самые широкие возможности для самореализации и личностного становления, освобождая процесс образования от каких-либо проявлений авторита489
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Философия»
ризма. Идеал служения, в течение многих веков определявший развитие
педагогики, утрачивает в современном мире свою актуальность, превращаясь в механизм, сдерживающий развитие личности.
Выводы. Новая эпоха в истории русской педагогики – это собственно гуманистическая эпоха. Не отрицая богатого духовного опыта Православия,
идей непрерывного нравственного совершенствования, присущей православному сознанию, современная российская гуманистическая педагогика
постоянно обращается к возрожденческому пониманию гуманизма с его
предельным антропоцентризмом.
Сущностное содержание гуманистической педагогики представляется возможным определить через ряд системообразующих положений:
- примат человека, его сознания в системе источников саморазвития общества; оценка человека как творца своего настоящего и будущего;
- в центре внимания гуманистической педагогики уникальная целостная личность, стремления которой направлены к оптимальной реализации своих возможностей; признание ученика активным субъектом образовательного процесса;
- лидирующая роль гуманитарных наук в системе научного познания, синтез знаний, взаимное обогащение наук на стыках различных областей знания;
- отрицание обезличенного характера образования и его жесткой
ориентации на однозначный социальный заказ;
- принятие ребенка таким, каков он есть; признание права ученика
на ошибку, на свободный творческий поиск; педагогическая поддержка
ребенка; обязательность индивидуального подхода к ребенку, учета его
индивидуальных особенностей и свойств;
- такая организация учебного процесса, при которой у учеников
возникает личная заинтересованность в приобретении знаний;
- недопустимость формальных, механистических принципов обучения, широкое использование различных способов активизации обучения;
- природосообразный, культуросообразный характер образования;
- гуманистический стиль отношений между учеником и учителем.
Библиографический список
1. Аверинцев С.С. Типология и взаимосвязи литератур древнего
мира. – М.: Наука, 1971. - С.251.
2. Баткин Л.М. Итальянские гуманисты: стиль жизни и стиль мышления. – М.: Наука, 1978. - С.146.
3. Розов Н.С. Ценности и образование (вехи истории европейской
мысли)//Альма матер. - №12 – 1991. - С.41-42.
4. Баткин Л.М. Гуманисты: стиль жизни, стиль мышления. – М.:
Наука, 1976. - С.87.
5. Гуманистическая парадигма образования и воспитания: теоретические основы и исторический опыт реализации (конец девятнадцатого –
490
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
90-е годы двадцатого века) // Тезисы докладов и выступлений на девятнадцатой сессии Научного Совета по проблемам истории образования и педагогической науки (октябрь 1998г.). – М.: ИТОиП РАО, 1998. - С.37.
6. Кошелева О.Е. Гуманистическая и православная педагогические
традиции в свете проблем создания новой системы отечественного образования // Историко-педагогические исследования и проблемы стратегии
развития современного отечественного образования. - М.:ИТОиП РАО,
1993. - С.86
Материал поступил в редакцию 15.07.03.
AL.N. KOPYI
THE HISTORICAL SOURCES AND VALUES OF THE HUMANE EDUCATIONAL PARADIGM
The system of values of the humane paradigm of the contemporary education is
defined in the article. Humane Philosophy is considered as a historic reality both
diachronically and synchronically. Special attention is devoted to the formation
of the humane outlook in Renaissance. The diversity in understanding of Humanism in Europe and Russia is analysed, as well as in orthodox Christianity
and humanistic axiology.
КОПЫЛ Алексей Николаевич (р.1963), доцент кафедры «Технологии»
Ростовского государственного педагогического университета, кандидат педагогических наук.
Научные интересы связаны с историко-педагогическим исследованиями.
Автор 40 научных публикаций.
491
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экономика»
ЭКОНОМИКА
УДК 330.322
К.А.БАРМУТА
ИНВЕСТИЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КАК ОСНОВА
ЭФФЕКТИВНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ
Активизация технического развития промышленных предприятий предполагает создание хорошо обоснованной системы инвестирования. В статье
рассмотрена динамика инвестиций в основной капитал в России и Ростовской области. Выявлены основные направления инвестирования в промышленность Ростовской области, что позволило дать характеристику проектов машиностроения. Предложены направления развития научнотехнического и производственного потенциала предприятий машиностроения.
Ключевые слова: инвестиции, инвестиционные проекты, потенциал
предприятия, экономическая эффективность.
Введение. В настоящее время возможности роста выпуска продукции и
услуг за счет большей занятости трудоспособного населения и вовлечения
в экономический оборот новых природных ресурсов становятся все более
ограниченными. Решающее значение для экономической динамики приобретают интенсивные факторы. Важнейшим условием интенсификации производства является выработка предприятием соответствующей стратегии
развития, поиск привлекательных объектов бизнеса. Передовые позиции
занимают и будут занимать предприятия, ориентированные на рынок. Обязательным условием интенсификации производства как типа экономического развития является создание новых отраслей и производств, систематическое обновление техники и технологии. Условие это реализуемо только с помощью инвестиций. По существу, невозможно проводить курс на
интенсификацию без привлечения дополнительных финансовых, трудовых
и материальных ресурсов. Но важно при этом, чтобы результаты производства росли быстрее, чем затраты на него. Инвестиции должны обеспечить
в конечном итоге сокращение цикла создания новых и обновления действующих производственных мощностей с соблюдением их высокого технического уровня и наименьшими затратами.
Важно подчеркнуть, что только развитие производства на основе
изучения потребностей потребителя, платежеспособного спроса, повышения конкурентоспособности отечественной машиностроительной продукции, организации эффективных каналов сбыта, рекламы даст положительный эффект, выражающийся в возврате инвестированных средств, заполнении рынка отечественной продукцией, обеспечении занятости высококвалифицированных работников.
Инвестиционные процессы в России. Стремительное падение масштабов освоения инноваций связано с отсутствием государственного регулирования в этой области, экономическим риском освоения новой продукции,
492
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
нехваткой инвестиций. Именно активизация инвестиционной деятельности,
на наш взгляд, имеет первостепенное значение для подъема промышленного и сельскохозяйственного производства.
Между тем, как показывают исследования, в этой сфере спад проявляется особенно остро. Так, за 9 лет (1990—1998 гг.) объем инвестиций
в экономику страны сократился почти в пять раз и составил в 1998 г. 22%
от уровня 1990 г. (табл.1). Согласно оценкам каждые 2% спада инвестиций
означают 1% спада валового внутреннего продукта (ВВП) [1].
Таблица 1
Динамика инвестиций в основной капитал
Инвестиции в основной капитал, %
Год
к предыдущему году
к 1990 году
1991
85
85
1992
60
51
1993
88
45
1994
76
34
1995
90
31
1996
82
25
1997
95
24
1998
93
22
1999
105
23
2000
118
28
2001
109
30
2002
103
31
Примечание. Рассчитано по данным:
1. Российский статистический ежегодник: Стат. сб. / Госкомстат России. – М., 1999. – С. 14—16.
2. Инвестиции в основной капитал в РФ в декабре выросли// Деловые
новости, 27.01.2003
В целом в течение последнего десятилетия развитие всей российской экономики протекало на фоне глубокого инвестиционного кризиса,
который в полной мере не преодолен вплоть до настоящего времени.
Внешними формами его проявления стали острая нехватка капиталообразующих инвестиций на рынке, устойчивое нежелание инвесторов (как
внутренних, так и внешних) вкладывать средства в производственный сектор экономики.
Во второй половине 1999г. появилась тенденция к активизации инвестиционной деятельности, объемы инвестиций в основной капитал увеличились на 5% по сравнению с 1998 г. (см. табл.1). В 2000 г. эта тенденция сохранилась и получила свое развитие. С 2001 г. наблюдается замедление роста объема инвестиций в основной капитал. Так, в 2001 г. объем
инвестиций увеличился на 9% по сравнению с 2000 г., а в 2002 г. – на 3%
по сравнению с 2001 г. Отмеченный рост инвестиций был незначительным
по своим масштабам (в 2002 г. 31 % от уровня 1990 г.) и во многом обусловлен последствиями резкой девальвации национальной валюты в результате финансово-экономическогокризиса 1998 г., после которого произошло некоторое улучшение конкурентных позиций отечественных предприятий. Вместе с тем значительная степень изношенности основного капитала и практически полная утрата предприятиями за годы реформ фондов амортизационных отчислений и накоплений означают, что рост произ493
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экономика»
водства за счет более полного задействования имеющихся производственных мощностей может быть исключительно краткосрочным.
Инвестиционные процессы в Ростовской области. Инвестиционные процессы в Ростовской области отражают ситуацию, сложившуюся в российской экономике (табл.2). Анализ показывает, что в период с
1990 г. по 1997 г. размер инвестиций постоянно снижался и к 1997 г. составил 18 % от уровня 1990г. Согласно статистическим данным, инвестиционный процесс несколько ожил в 1998 г. Так, инвестиции в основной
капитал в 1998 г. увеличились на 8% по сравнению с 1997 г., в 1999 г. – на
2% по сравнению с 1998 г., в 2000 г. – на 33% по сравнению с 1999 г.
Таблица 2
Динамика инвестиций в основной капитал Ростовской области
Год
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Инвестиции в основной капитал, %
к предыдущему году
к 1990 г.
83
83
80
66
65
43
73
32
95
30
65
20
94
18
108
20
102
20
133
27
112
30
108
32
Примечание. Рассчитано по данным:
1. Емельянов В. Внешние ресурсы почти исчерпаны, внутренние –
весьма ограничены // Экономика и жизнь ЮГ. – 2002. – февраль (№3).
– С. 2.
2. Регионы России: Стат. сб.: В 2 т. Т.1 / Госкомстат России. – М.,
1999. – С.304—306.
3. Ростовская область: Стат. ежегодник / Госкомстат РФ,
Рост.обл.ком.гос.статистики. – Ростов н/Д: РОКС, 2001. – С.14.
В 2001 – 2002 гг. наблюдается замедление темпов роста инвестиций в основной капитал Ростовской области, хотя он превышает темпы
роста объема инвестиций в целом по России. Однако объемы капиталовложений в основное производство по-прежнему остаются незначительными
(в 2002 г. 32% от уровня 1990 г.) по сравнению с теми потребностями, которые есть у хозяйственного комплекса области, и поэтому не способны
играть заметную роль в обновлении основных производственных фондов.
Попытки предприятий решить этот важнейший вопрос за счет повышения
цен на свою продукцию тоже малоперспективны, поскольку платежеспособность большинства потребителей, как и раньше, остается на достаточно
низком уровне. С одной стороны, валютно-финансовый кризис 1998г., вытеснив с российского рынка многие товары импортного производства, освободил место для российских товаров, что дало возможность отечественным товаропроизводителям работать на собственное развитие.
494
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Но, с другой стороны, наши товаропроизводители столкнулись с
новой проблемой – с трудностями в приобретении импортной техники и
оборудования, без которых нельзя рассчитывать на выпуск конкурентоспособной продукции. На сегодняшний день степень износа основных производственных фондов по Ростовской области составляет более 50%, а в отдельных отраслях достигает 70%. Собственных средств на обновление
производства не хватает, внешние же инвестиции имеют, как правило, избирательный характер и, в основном, идут в сырьевые отрасли. И если односторонняя модель развития экономики сохранится на сравнительно длительный период, это приведет к дальнейшему техническому отставанию
промышленности, росту затрат и в результате – к новому спаду производства.
Основные направления инвестирования в промышленность Ростовской области. Чтобы определить основные направления инвестирования в промышленность Ростовской области, проведен анализ инвестиционных проектов, прошедших экспертизу в Администрации Ростовской области
в период с 1996г. по 2002 г.
Анализ инвестиционных заявок, представленных в каталогах инвестиционных проектов Ростовской области, показал следующее:
- по числу проектов преобладают проекты машиностроения, АПК,
пищевой промышленности и строительного комплекса;
- наибольшие сроки окупаемости у проектов топливноэнергетического комплекса, АПК, машиностроения и строительного комплекса;
- наиболее капиталоемкими являются проекты химии и нефтехимии, ТЭК, машиностроения, металлургии;
- предпочтительной формой инвестирования является кредитование.
Проведенный анализ показал, что проекты машиностроения являются приоритетными в Ростовской области. Количество проектов машиностроения составляет в среднем 17—18% от общего числа проектов, что
обусловлено специализацией области на производстве продукции машиностроения. Данные проекты являются капиталоемкими и предполагают в
основном закупку импортного оборудования. Инвестиционные проекты
машиностроения имеют достаточно большие сроки окупаемости – в среднем 5 лет. Это связано с длительным циклом разработки, освоения и производства новой продукции. Проекты машиностроения имеют высокую долю внешних инвестиций. Привлечение инвестиций в основном осуществляется только за счет кредитов, кроме того, используются такие формы участия в проектах, как лизинг, участие в акционерном капитале [2]. Отказ от
реализации данных проектов может привести к зависимости от зарубежного производства. Существует объективная необходимость в обновлении
машиностроительного производства, внедрении новых, более совершенных
машин и оборудования.
Направления развития научно-технического и производственного
потенциала предприятий машиностроения. Исследования показывают, что развитие научно-технического и производственного потенциала
предприятий машиностроения возможно по двум взаимосвязанным направлениям (см. рисунок):
495
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экономика»
1. Устранение нарушений в инвестиционной сфере:
- развитие производства посредством реализации инвестиционных проектов машиностроения, направленных на повышение конкурентоспособности отечественной машиностроительной продукции;
- обеспечение финансирования таких проектов путем пополнения оборотных средств машиностроительных предприятий и получения ими
прибыли через реализацию высокоэффективных быстроокупаемых инвестиционных проектов.
2. Устранение нарушений в организации и управлении деятельностью предприятия машиностроения:
- повышение инвестиционной привлекательности предприятия в
результате совершенствования технологической, производственной, общехозяйственной структур предприятия, структуры активов и затрат в соответствии с требованиями рыночной экономики;
- облегчение перелива капитала в производственную сферу через создание интегрированных объединений с банками.
Цель предприятия
Повышение конкурентоспособности машиностроительной продукции и
сохранение научно-технического, производственного, кадрового потенциала
Повышение уровня
качества
машиностроительной
продукции
Реализация высокотехнологических
инвестиционных
проектов, направленных на повышение уровня качества
отечественной машиностроительной
продукции
Рост
рентабельности
продаж
Приоритетные задачи
Обеспечение финанПовышение инвесирования инвестистиционной привлеционных проектов
кательности предсобственными средприятия
ствами
Первоочередные мероприятия
Реализация высокоИзменение технолоэффективных быстгической, производрокупаемых проектов
ственной, общехопредприятийзяйственной структур
потребителей машипредприятия, струкностроительной протуры активов и задукции
трат
Облегчение перелива капитала из финансовой сферы в
производственную
Создание при необходимости интегрированного объединения в форме ФПГ,
НПО
Основные результаты проведения мероприятий
Увеличение
Повышение
Создание рабоДостижение
объемов произпроизводительчих мест
планируемых
водства и реаности труда
показателей
лизации проэкономической
дукции
эффективности
инвестиционных
проектов
Направления развития научно-технического и производственного потенциала
предприятий машиностроения
496
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Выводы. Анализ практики отечественных и зарубежных предприятий показывает, что от своевременности и адресности распределения инвестиционных ресурсов во многом зависит конечный результат любой хозяйственной деятельности. Активизация технического развития промышленных
предприятий предполагает создание стройной и хорошо обоснованной системы инвестирования. Только в этом случае могут быть созданы необходимые условия для накопления и маневра финансовыми средствами и возможность их концентрации на ключевых направлениях инвестиционной
политики.
Результатом проведения предложенных мероприятий по развитию
научно-технического и производственного потенциала предприятий машиностроения могут стать такие показатели, как увеличение прибыли, рост
рентабельности производства, создание рабочих мест, повышение техникоорганизационного уровня производства, достижение планируемых показателей экономической (в том числе коммерческой, бюджетной и социальной) эффективности от реализации инвестиционных проектов и др. Возможно также увеличение объемов производства и реализации продукции
через персонификацию (массовое производство «на заказ»).
Библиографический список
1. Марковская В., Шкуренко А. Инвестиционный рынок: конъюнктура января – сентября 2001 г. // Инвестиции в России. – 2002. – №1. –
С.28—33.
2. Инвестиции в донскую промышленность: проекты, кредиты, лизинг… Экспертизы заявок и предложений // Экономика Дона. – 2001.
– №4. – С.8.
Материал поступил в редакцию 5.05.03.
K.A.BARMUTA
INVESTMENT ACTIVITY AS A BASIS
OF EFFECTIVE FUNCTIONING OF THE ENTERPRISE
The activization of technical development of the industrial enterprises assumes
creation well proved system of investment. In article is considered dynamics of
the investments in a basic capital in Russia and Rostov area. The basic directions of investment in an industry of the Rostov area are revealed, that has allowed to give the characteristic of the projects of mechanical engineering. The
directions of development of scientific and technical and industrial potential of
the enterprises of mechanical engineering are offered.
БАРМУТА Каринэ Александровна, доцент кафедры «Экономика и менеджмент» ДГТУ, кандидат экономических наук (2001). Окончила ДГТУ
(1998) по специальности «Экономика и управление на предприятии машиностроения».
Научная деятельность связана с инновационными и инвестиционными процессами на машиностроительных предприятиях.
497
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экономика»
УДК 658.5.012.1:519.252
А.И.БОРОДИН
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ СТРАТЕГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
К УПРАВЛЕНИЮ ТРАНСФОРМАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ
В этой статье рассмотрена методология стратегического анализа применительно к
управлению трансформационными процессами, происходящими в организациях.
Ключевые слова: трансформационные процессы, стратегическое управление,
стратегический анализ, предприятие.
Трансформационные процессы, происходящие как на уровне отдельной организации (предприятия, учреждения, корпорации и т.п.), так и
экономики в целом, нуждаются в целенаправленном воздействии, т.е. в
управлении. Как известно, существуют разнообразные управленческие
концепции ("здравого смысла", научного управления, школы "человеческих
отношений" и поведенческих наук, количественного подхода, системного и
ситуационного подходов и др.), оказавшие и продолжающие оказывать
влияние на выводы и положения науки управления. Примерно с середины
70-х годов XX века в центре внимания теоретиков и практиков оказались
проблемы взаимосвязей между организацией и ее внешней средой,
которые привели к появлению новой системы взглядов на управление,
получившей известность в литературе как "тихая управленческая
революция" [1, с. 26].
Организации все чаще вынуждены обращаться к методам стратегического управления (strategic management), т.е. деятельности, связанной с
постановкой целей и задач и с поддержанием ряда взаимоотношений между организацией и окружением, которые ей дают возможность добиться
своих целей, соответствуют ее внутренним возможностям и позволяют оставаться восприимчивой к внешним требованиям.
Потребность в стратегическом управлении повышается с ростом
нестабильности условий функционирования организации, что, в свою очередь, вызывает необходимость проведения трансформационных мероприятий. С другой стороны, трансформационные процессы, осуществляемые в
организационных системах социально-экономического типа (на предприятиях, в учреждениях, корпорациях и т.п.), должны в конечном итоге обеспечивать достижение целей, поставленных перед этими системами.
В рамках концепции стратегического управления для содержательного и более менее формального описания объекта исследования, выявления особенностей, тенденций, возможных и невозможных направлений его
развития получила распространение методология стратегического анализа.
В общем случае стратегический анализ выполняет описательную,
пояснительную и прогнозную функции. Результатом стратегического анализа является системная модель объекта (предприятия) и его окружения.
498
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Применительно к управлению трансформационными процессами описательная функция стратегического анализа позволит дать характеристику
ресурсов, эндогенных и экзогенных факторов, условий внутренней и внешней среды организации (предприятия, учреждения, корпорации и т.п.), которые вызывают изменения.
Чтобы объяснить состояние эндогенных и экзогенных факторов, тех
или иных условий, в которых оказалась организация под воздействием окружающей ее среды и прочих обстоятельств, вызвавших необходимость
трансформационных действий, используется пояснительная функция стратегического анализа.
Прогнозная функция стратегического анализа предоставит возможность выявить тенденции изменения эндогенных и экзогенных факторов,
условий внутренней и внешней среды организации (предприятия, учреждения, корпорации и т.п.), ресурсных составляющих и других компонентов,
необходимых при создании трансформационной системы менеджмента.
Применение методологии стратегического анализа к управлению
трансформационными процессами с учетом новой управленческой парадигмы, сформировавшейся в связи с переходом к экономике рыночно предпринимательской ориентации, должно основываться на следующих ее
положениях:
- Предприятие как открытая система должно рассматриваться в
единстве факторов внутренней и внешней среды.
- Ориентироваться следует не на объемы выпуска, а на качество
продукции и услуг, на удовлетворение потребителей.
- Должен быть ситуационный подход к управлению, признание
важности быстроты и адекватности реакции, обеспечивающих адаптацию к
условиям существования организации, при которых рационализация производства становится задачей второго плана.
- Люди как главный источник прибавочной стоимости должны обладать знаниями (когнитариат) и условиями для реализации их потенциала.
- Системы
управления должны ориентироваться на повышение
роли организационной культуры и нововведений, мотивацию работников и
стиль руководства.
Каждый из подходов к стратегическому управлению, которые
применяются в мировой практике, имеет особенности в содержании и
структуре отдельных этапов и подсистем, в перечне и последовательности действий в процессе анализа, но все они базируются на двух
основных посылках — анализе внутренней и внешней среды организации.
Поэтому при применении стратегического анализа к управлению трансформационными процессами целесообразно в первую очередь сосредоточить внимание на изучении отношений, которые и рекомендуется охарактеризовать при помощи системы "среда - предприятие". При этом можно воспользоваться двумя известными концепциями: иерархической
и
неиерархической. Примером модели иерархической среды можно считать
499
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экономика»
модель предприятия, адаптированная к трансформационным процессам на
основе Бостонской консалтинговой группы, которая при адаптации получит вид, представленный на рис. 1.
ВИД СИСТЕМЫ
Международная экономика
Национальная экономика
Отрасль
Сегмент рынка
Предприятие
Реориентация и др.
Демонополизация,
реструктуризация
Приватизация,
либерализация и др.
Глобализация,
информатизация и др.
Реориентация,
Реструктуризация,
Регенерация и др.
ВИД ТРАНСФОРМАЦИОННОГО
ПРОЦЕССА
Рис.1. Иерархическая модель предприятия, адаптированная
к трансформационным процессам на основе Бостонской консалтинговой группы
Неиерархическая модель при описании структуры внешней среды
организации содержит, как отмечается, несколько взаимосвязанных между
собой и неподчиненных друг другу элементов, которые расположены вне
предприятия (организации). При этом главным является утверждение о
наличии элементов, которые так или иначе влияют на определение целей,
распределение ресурсов и формирование места предприятия (его имиджа)
на рынке. Внимание акцентируется на сформированной под влиянием
внешних элементов структуре целей, распределении властных полномочий
и налаживании эффективного взаимодействия между компонентами внешней среды. В качестве примера неиерархической модели внешней среды
можно привести модель влияния непредвиденных обстоятельств на организацию, где различается среда прямого и косвенного воздействия на
предприятие, а также внутренняя среда.
Указанные модели внешней среды не исчерпывают всего разнообразия существующих подходов, однако, демонстрируют наиболее важные
направления в этой сфере. Практическая ценность этих моделей различна
для разных отраслей экономики и предприятий. В настоящее время не существует интегрированного подхода к построению общей концепции
внешней среды, которая всесторонне объединяла бы экономические, технологические, социальные и политические воздействия на организацию,
особенности взаимодействия предприятия с его партнерами, конкурентами,
потребителями и т.п.
500
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Для целей стратегического анализа трансформационных процессов,
происходящих в организации, целесообразно различать:
- внутреннюю среду организации;
- внешнюю среду прямого воздействия;
- внешнюю среду косвенного воздействия.
В настоящее время существуют следующие методики: "SWOT- анализ", "SNW- анализ", "PEST- анализ". На взгляд автора, для анализа трансформационных процессов происходящих на предприятии, лучше всего
применить "SWOT- анализ", благодаря которому наиболее полно можно
систематизировать информацию о внутренней и внешней среде предприятия по критерию "хорошо-плохо", что далее может быть использовано в
принятии стратегических решений. Причем при стратегическом анализе
трансформационных процессов к организации следует подходить как к открытой системе, рассматриваемой в единстве факторов внутренней и
внешней среды.
Внутренняя среда организации характеризуется эндогенными переменными, т.е. ситуационными факторами внутреннего происхождения, вызываемыми внутренними причинами, процессами, обусловленными внутренними силами организации. Следует согласиться с мнением, высказанным в работе [2, с.89], что набор эндогенных переменных, определяющих
внутреннюю среду организации, зависит от управленческого решения, поскольку организации представляют собой созданные людьми системы. Однако, как отмечается теми же авторами, это вовсе не означает, что все
внутренние переменные полностью контролируются руководством. Часто
внутренний фактор есть нечто "данное", что не зависит от руководства.
Каждая из школ управления внесла свой вклад в понимание различных внутренних переменных организаций, но именно развитие теории
систем дало возможность создать концепцию организации как единого целого, состоящего из взаимозависимых частей. Если воспользоваться системной моделью внутренних переменных, представленной в [2, с. 107],
показывающей взаимоотношения таких внутренних переменных, как цели,
структуры, задачи, технологии и люди, то, добавив к этим переменным такие, как материальные и финансовые ресурсы, при стратегическом анализе
трансформационных процессов следует обратить внимание на перечисленные ниже составляющие системной модели эндогенных переменных в организации, а именно: цели, структуру, задачи, технологию и ресурсы (лю-
ди, финансы, вещественно-энергетические составляющие).
Цели — это, если исходить из современных концепций менеджмента,
конкретные конечные состояния или желаемый результат, которого стремятся добиться. При стратегическом анализе трансформационных процессов, происходящих в организации, целесообразно использовать пирамиду
целей, представленную на рис. 2.
501
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экономика»
Социальноэкономические
цели
_____________________
Общие долгосрочные
стратегические цели
организации
_______________________________
Цели организации в
отдельных, наиболее важных
сферах деятельности
_________________________________________
Цели отдельных отделений
(управлений)
_________________________________________________
Цели подразделений
______________________________________________________
Миссия
Рис.2. Иерархия целей организации
Структура организации — это логические взаимоотношения уровней управления и функциональных областей (подразделений), построенные в такой форме, которая позволяет наиболее эффективно достигать
целей организации. При исследовании трансформационных процессов с
помощью стратегического анализа к структуре организации следует подходить не как к статическому образованию, а как к "скелету" организации,
который следует изменять в зависимости от поставленных целей.
Изменения организационной структуры и соответствующие им
трансформационные процессы с помощью методологии стратегического
анализа следует осуществлять согласно схеме, приведенной на рис. 3. Задача - это,
согласно
определению, приведенному в работе [2, с. 92],
предписанная работа, серия работ или часть работы, которая должна быть
выполнена заранее установленным способом в
заранее
оговоренные
сроки. Как известно, задачи организации традиционно делятся на три
категории. Это работа с людьми, предметами (машинами, сырьем, инструментами), информацией. Выполнение задачи связано с преобразованием
ресурсов
(материалов, финансов, информации, труда), поступающих на входе, в форму, получаемую на выходе, с помощью использования конкретной технологии как определенного трансформационного
средства.
Таким образом, для того чтобы трансформационные процессы,
происходящие в организациях, обеспечивали достижение поставленных
502
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
целей, они должны осуществляться по определенной технологии в соответствующих организационных структурах путем выполнения соответствующих задач с помощью необходимых для этого ресурсов. Методология
стратегического анализа, базируясь на системном и ситуационном взглядах
на вещи, предполагает сосредоточить внимание на быстро изменяющейся
среде и ее воздействиях на внутренние переменные организации.
Ситуационный анализ
Формулировка цели и разработка
стратегии
Разработка необходимой
организационной структуры
Оценка существующей
организационной структуры
Сравнение требуемой организационной структуры с существующей на
предмет оценки масштаба необходимых трансформационных процессов
Начало управления процессом
трансформации
Рис. 3. Этапы осуществления процесса изменения
организационной структуры и трансформационной процедуры
с помощью методологии стратегического анализа
Поэтому представляется логичным при разработке системы управления трансформационными процессами рассмотреть, кроме эндогенных
переменных, экзогенные характеристики организации, т.е. те факторы, силы, процессы, которые являются внешними по отношению к организации и
действуют в ее внешнем окружении.
503
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экономика»
Библиографический список
1. Управление организацией: Учебник / Под ред. А.Г. Поршнева,
З.П. Румянцевой, Н.А. Саломатина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 1999.— 668 с.
2. Мескон М.Х., Альберт М., Хедоури Ф. Основы менеджмента: Пер.
с англ. — М.: Дело, 1992. — 704 с.
Материал поступил в редакцию 19.03.03.
A.I.BORODIN
METHODOLOGY OF STRATEGY ANALYSIS APPLYING
TO TRANSFORMATION PROCESSES.
This article describes methodology of strategical analysis applying to existent
transformation processes management at an enterprise.
БОРОДИН Александр Иванович, ведущий экономист отдела реинжиниринга и внедрения информационных систем ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат», аспирант Воронежского государственного университета.
504
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 37.015
В.Н.РУДЕНКО
КУЛЬТУРОЛОГИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ
СОДЕРЖАНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
В рассматриваемой концепции категория «целостность» определяет общую стратегию исследования и составляет его основной педагогический норматив. Целостность содержания раскрывается на основе тождественности образования культуре.
Это открывает возможность реконструировать в образовании процессуальные, содержательные, смысловые и другие элементы духовного, социального и технологического компонентов культуры в их единстве.
Ключевые слова: культура, содержание образования, культурологический подход, целостность.
Введение. Теоретическое осмысление закономерного характера взаимосвязи образования и культуры, выводы о том, что образование как культурно-исторический феномен по своей природе культуросообразно, культурно-событийно; образование – это та часть культуры, которая воспроизводит ее в целостности; образование в системном отношении изоморфно
культуре; системосвязующим образование и культуру звеном является человек; цель современного высшего образования – интеллигент – (профессионал и человек культуры) [4, 5], позволяют выдвинуть общую гипотезу о
перспективности и продуктивности использования культурологического
подхода в качестве концептуальной основы модернизации содержания
высшего образования.
Образование есть отражение культуры определенной эпохи. В то же
время существующая система образования во многом построена на культурных доминантах прошлого – рациональном взгляде на мир, интеллектуализме, утилитарности, монокультурности. В содержании высшего образования культура представлена фрагментарно и ограничена в основном
своей цивилизационной компонентой, диктуемой социальным заказом,
уровнем развития науки, достижениями в области техники и технологии и т.д. В классическом педагогическом сознании, как правило, доминировала и до сих продолжает оставаться главной не культура, а одна из
ее форм (идеология, наука, технология), изначальная приверженность которой делает неизбежной соответствующую редукцию культуры в образовании. В качестве причин такого положения выделяются два основных
фактора, без которых проектирование образования в контексте культуры
невозможно. Во-первых, гуманитарные науки интегративного характера,
такие как культурология, должны быть достаточно развиты, а степень их
интеграции и дифференциации в сфере научного знания довольно высока
[2]. Во-вторых, педагогика должна сначала сама принять установку на
«возвращение образования в контекст культуры», на «воспитание человека культуры» [1].
505
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Образование»
Аналитический обзор исследований образования в контексте культуры показал, что термин «культурологический подход» не имеет в педагогике однозначной трактовки и используется для обозначения различных
методологических аспектов: метопринцип в педагогике (В.И. Андреев);
методологическая основа личностно-ориентированного образования,
его принцип и метод проектирования (Е.В. Бондаревская); конкретнонаучная методология познания и преобразования педагогической реальности (С.А. Смирнов); разновидность социокультурного подхода (А.М. Новиков) и др.
В основе культурологических версий образования лежат соответствующие концепции культуры: деятельностная (Э.С.Балер, В.Е.Давидович,
М.С.Каган); ценностная (А.А.Зворыкин, Г.Г.Карпов); структуралистская
(К.Леви-Строс, Ю.М. Лотман); диалогическая (М.М.Бахтин, В.С.Библер)
и др. Известен ряд культурологических системных моделей, используемых
для анализа и решения проблем образовательной ситуации: «генетический
код» культуры (Л.С. Выготский); модель «культурного взаимодействия»
(И.А.Ракитов);
четырехэлементная
схема
«культурного
бытия»
(А.Г.Бермус); «функциональная культурно-образовательная» модель
(А.Я.Флиер).
Культурологический подход нашел наиболее продвинутую реализацию в концепции профессиональной культуры педагогических кадров. Существующие представления позволяют оценить состав и содержание основных элементов педагогической культуры. Так, Е.В. Бондаревская рассматривает ее как часть общей культуры общества, как систему ценностейрегуляторов (аксиологический аспект); как предпосылку, цель, способ, инструмент (деятельностный аспект); как уровень самореализации личности,
результат и критерий оценки педагогической деятельности (личностный
аспект). В педагогическую культуру Ю.В.Сенько включает профессиональную и непрофессиональную, общую и педагогическую культуру, культуру
как таковую и педагогическую культуру социума. Е.Н.Шиянов трактует ее
как непрерывное общекультурное, социально-нравственное и профессиональное развитие. Таким образом, в структуре педагогической культуры
выделяются: педагогическая позиция; профессиональные знания и умения;
профессионально значимые личностные качества; творческий опыт деятельности.
При построении содержания образования культурологический подход
расценивается как реализация гуманистической установки в понимании
социальной функции человека и предполагает включение в контекст содержания образования структуры культуры в различных ее проявлениях,
прежде всего духовной культуры (В.В. Краевский). Компонентами содержания образования признаются общая, базовая и профессиональная культура
(С.А.Смирнов). Интегральным результатом культурологической направленности содержания образования выступает становление человека, готового
к гуманистически ориентированному выбору, обладающего многофункциональными компетенциями (А.В.Хуторской).
Вместе с тем доминирующие теории содержания образования, в частности, 4-компонентная концепция (И.Я.Лернер, М.Н.Скаткин и др.), представляя исходным источником содержания образования «культуру, воплощенную в социальном опыте» [7], не включают ряд компонентов, например, таких как значения, смысл, личностный смысл, личностный культур506
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
ный смысл, «в равной степени относящихся к сфере сознания и к сфере
бытия, выражая укорененность индивидуального сознания в бытии человека» [6, с.127], которые могут претендовать на признание их в качестве
специфических элементов содержания образования, удовлетворяя и одновременно обеспечивая тем самым его целостность.
Культурологические основы целостности содержания высшего
образования. Проведенное уточнение главных оснований культурологического подхода показало сложность однозначной трактовки предмета,
научного статуса и методов культурологии, что объясняется начальной
стадией развития наук о культуре, активизацией в последнее время
процесса их дифференциации, переосмыслением собственных предметов,
перераспределением проблемных полей, исследованием феномена
культуры на различных уровнях абстракции с помощью различных научных
методов [8].
Выбор термина «культурологический» подчеркивает позицию, в соответствии с которой предмет культуры рассматривается как некая целостность, развивающаяся и функционирующая по особым законам, при этом
культурология обретает статус «метанауки, пытающейся осмыслить мир
культуры как единое целое, проясняющее смысл человеческого бытия и
историческое предназначение человека» [8, с.16]. Этимология понятия
«культурология» (cultura и logos) раскрывает два основных значения: знание о культуре и теория культуры и позволяет обозначить главные основания культурологического подхода, рассматривая культуру и как источник
образования, и как метод его исследования и проектирования.
Таким образом, основные обобщения относительно культурологического подхода сводятся к следующему: видение образования как феномена
культуры; культуросообразность как основная тенденция развития образования, основное средство реализации идеи его гуманизации; цель высшего
образования – человек культуры – профессионал и личность; обращенность образования к человеку через культуру; признание культуры решающим фактором развития профессионально-личностных качеств; единство аксиологии и культурной антропологии как признак комплексности
подхода; приоритет гуманитарной культуры и пр. Системообразующим
принципом культурологического подхода как метода исследования и проектирования педагогических систем в контексте культуры выступает категория «целостность» 1.
Культурологическая концепция целостности содержания высшего образования заключается в том, что основным источником содержания признает целостную культуру в единстве ее духовного, социального и технологического компонентов, каждый из которых может быть представлен совокупностью универсальных элементов: артефактов, значений, ценностей,
смыслов, наполняемых конкретным предметным, учебно-воспитательным и
личностным содержанием. При этом любой усваиваемый вид деятельности,
педагогически организуемый как культурный целостный акт-событие, способен интегрировать указанные компоненты культуры через личностные
1
Целостность, – обобщенная характеристика объектов, обладающих сложной внутренней структурой (общество, образование, личность). Понятие целостности выражает интегрированность, самодостаточность, автономность этих объектов (Философский энциклопедический словарь. – М., 1983. - С.763).
507
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Образование»
смысловые формы (когнитивные, ценностные, регулятивные) постижения
этих универсальных элементов содержания.
Методологическое значение системного представления о целостности
– это понимание образования одновременно и как части культуры, и как
относительно самостоятельной подсистемы, которая в малом масштабе
(изоморфно) воспроизводит культуру в единстве внутренней интегрированности и дифференцированности на всех уровнях ее системной организации со всеми характерными формами, признаками и свойствами.
Понимание образования как целостной культуросообразной культурологической среды, изоморфной культуры, дает основание переноса знаний,
полученных при изучении свойств одной структуры или системы (культуры) на другую (образование), и таким образом открывает принципиальную
возможность реконструировать в образовании ценностно-смысловые, процессуальные, содержательные и другие компоненты культуры, с учетом ее
функционально-морфологических свойств, уровней системной организации, характеристик и особенностей, что и составляет общую идею культурологической концепции целостности содержания образования.
Культурологические основы целостности содержания высшего образования базируются на следующих положениях:
– целостное представление человека («Homo totus» – человек целостный) как единство природного, социального и духовного (природного
явления, общественной формы жизни, душевной и духовной реальности), а
также относительность и противоречивость целостности человека в его
незавершенности, определяющей движущие силы развития;
– целостная личность специалиста (культурологические представления о цели высшего образования) – профессионально-личностная модель выпускника университета, которая предполагает успешность деятельности в профессиональной, социальной и духовной сфере, наполненная не
только интеллектуальными, нравственно-эстетическими элементами, мотивационно-ценностным отношением, но и порождаемыми культурными
смыслами, а также сбалансированное развитие всех сфер личности: сознания, чувств и воли;
– целостный подход – направленность всех частей (внешней –
деятельностной и внутренней – ценностно-содержательной) образовательного процесса на достижение единой цели;
– принцип целостности содержания – внутренняя неразрывность
культуросообразного представления содержания образования и культурологических средств его реализации, определяющая направленность всех
ранее разрозненных частей на функционирование в едином режиме;
– целостный процесс образования как единство воспитания и обучения, единство умственного, нравственного, физического и других видов
воспитания, несводимых к механическому соотношению части и целого;
– целостная педагогическая система (принципов, содержания, методов, средств) как единство ее подсистем;
– целостность как условие – целостная личность может быть развита только в целостном педагогическом процессе;
– целостность как качество педагогического процесса, характеризующее высший уровень его развития;
– представления о целостности, понимаемые как относительные и
исторически преходящие.
508
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
В содержательном плане целостность обеспечивается отражением в
цели и содержании образования всего культурного опыта, накопленного
человечеством, в организационном – единством компонентов, отражающих
предметные, педагогические и личностные уровни взаимоотношения субъектов образовательного процесса; в способах усвоения, предполагающих
раскрытие смыслового аспекта знаний, – через систему личностных структур сознания, т.е. превращения знаний из объективных общечеловеческих
в личностно-значимые ценности.
Выводы. Культурологический подход в высшем образовании не сводится к
радикальной перестройке существующих образовательных систем, структур
и процессов, его суть состоит в их модернизации – придании им целевой
(профессиональной и личностной), содержательной, процессуальной, организационной и технологической целостности. Определяя векторы проектирования образовательной системы, культурологическая парадигма не
отменяет цивилизационной составляющей образования (усвоение научных
знаний, развитие мышления, раскрытие сущности объектов техники и технологии, процесса социализации студентов), не изменяет государственных
образовательных стандартов, структуру базовых учебных планов и программ, но предполагает «модернизацию» цивилизационного компонента
содержания в основном за счет раскрытия его гуманитарной сущности [3].
Это требует переструктурирования и систематизации учебного материала,
изменения интерпретации, композиции, комментирования, иллюстрирования, дополнения его ценностно-смысловыми элементами, внесения новых
культурных представлений, направленных на активизацию личностных
структур сознания и других преобразований содержания на известных
уровнях его проектирования.
Культурологическая направленность содержания образования как
фактор его целостности реализуется на основе единства процессуальной и
содержательной сторон образовательного процесса; интеграции гуманитарных, естественнонаучных и специальных дисциплин в содержании профессионального образования; многообразия используемых культуротворческих педагогических технологий, методов и средств воспитания и обучения в процессе научного и эстетического познания мира путем совместной
теоретической и практической деятельности субъектов образования на основе диалога. Культурологическая направленность содержания образования предполагает соответствующую корректировку образовательных технологий. На нормативном уровне она проявляется в требованиях к содержательному компоненту, который должен быть «культуроемким»; к процессуальной стороне обучения и воспитания как к культурному процессу; к
управлению педагогической деятельностью, которое должно быть построено как «самоорганизуемое»; к научно-образовательному пространству
вуза, как «культуросообразной среде»; средствам диагностики и мониторинга качества образования, позволяющим объективно оценить уровень
профессионального и личностного развития студентов; методам изучения
педагогической действительности и ее инновационному проектированию,
интегрирующим естественнонаучный и гуманитарный исследовательский
потенциал.
509
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Образование»
Библиографический список
1. Бондаревская Е.В. Теория и практика личностно-ориентированного образования. – Ростов н/Д: Изд-во РГПУ, 2000. – 352 с.
2. Данилюк А.Я. Теория интеграции образования. – Ростов н/Д: Издво РГПУ, 2000. – 440 с.
3. Руденко В.Н. Горизонты образования: цивилизация и культура //
Педагогический альманах: Наука и практика. – 2002. – № 3-4. – Тирасполь: РИО ПГУ, 2002. – С. 17-23.
4. Руденко В.Н. Образование в контексте культуры // Славянская
педагогическая культура. – Тирасполь: РИО ПГУ, 2002. – №1. – С. 31-34.
5. Руденко В.Н., Руденко Н.Н. Феноменология взаимосвязи образования и культуры как методологическая основа поликультурной направленности образования // Педагогика высшей и средней школы: Сборник
научных работ/ КДПУ. – Кривой Рог, 2002. – С. 278-298.
6. Слободчиков В.И., Исаев Е.И. Основы психологической антропологии. Психология человека . Введение в психологию субъектности. – М.:
Школа-Пресс, 1995. – 384 с.
7. Теоретические основы содержания общего среднего образования
/ Под ред. В.В.Краевского, И.Я.Лернера. – М.: Педагогика, 1983. – 352 с.
8. Шендрик А.И. Теория культуры. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, Единство. 2002. – 519 с.
Материал поступил в редакцию 19.08.03.
V.N. RUDENKO
THE CULTURALOGICAL CONCEPT
OF INTEGRITY OF THE CONTENTS OF HIGHER EDUCATION
In the concept a category «integrity» defines general strategy of research and
makes its basic pedagogical specification. The integrity of the contents is
opened on the basis of identity of education to culture. It opens an opportunity
to reconstruct in education remedial, substantial, semantic and other elements
of spiritual, social and technological components of culture in their unity.
РУДЕНКО Владимир Николаевич, заведующий кафедрой «Информатика и вычислительная техника» Приднестровского государственного
университета им. Т.Г.Шевченко (г.Тирасполь), доцент, кандидат педагогических наук.
510
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
ЭКОЛОГИЯ
УДК 504:574:14
А.Е. АСТВАЦАТУРОВ
ОПТИМИЗМ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
СОВРЕМЕННОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ
Рассмотрен оптимизм экологической безопасности развития современной цивилизации, философия которого предполагает прорыв за пределы пассивного восприятия окружающего нас мира; утверждается концепция слияния познания с действием, а также уверенности в решительности и неограниченной познаваемости мира.
Ключевые слова: экология, глобалистика, философия, безопасность.
Введение. Конкретные экологические и естественнонаучные знания сочетаются с анализом проблемы глобальной экологической безопасности,
проблемы познания, проблемы пессимизма и оптимизма в классической
философии. По-видимому, такой подход соответствует некоторым существенным тенденциям и философии, и экологии, и естествознания.
Условием и решающим фактором обеспечения экологической
безопасности в техносфере современной цивилизации является гносеологический оптимизм. Растущий гносеологический оптимизм в условиях ускорения научного и технического прогресса представляет собой устремленную в бесконечность идею познания, преобразования и конкретизацию защиты человека и общества от техногенных и природных катастроф. В наши
дни это способствует преобразованию и прогрессу самых фундаментальных
представлений, решительно ограничивающих идею пессимизма.
В статье мы пытаемся обосновать философию оптимизма защиты
человеческой цивилизации от экологических катастроф в техносфере и
биосфере.
Оптимизм защиты общества от экологических катастроф. Рассматривая вопросы экологической безопасности с позиции оптимизма выхода
человечества из экологического кризиса, нельзя оставить без внимания тот
факт, что достаточно много выдающихся ученых исповедывало чисто пессимистическое мировоззрение. Корни пессимизма имеют весьма древнее
происхождение, хотя проповедовался он и в современную эпоху. Вспомним
пессимистический афоризм Экклезиаста за десять с лишним веков до нашей эры: «Все суета сует и всяческая суета!» Мысли о том, что все суета и
томление духа, мы находим в творчестве Байрона, Шиллера, Леонарди,
Пушкина, Лермонтова, Есенина, Ахматовой, Цветаевой и многих других. Мы
не будем останавливаться на прекрасных творениях целой плеяды поэтов,
воспевающих мировую скорбь, – это уведет нас далеко от темы исследования.
Будда возвел пессимизм в ранг учения. Всякая сильная привязанность ко всему земному – страдание. Рождение – страдание, старость –
страдание, связь без любви – страдание, смерть – страдание [1]. Этот пессимизм стал источником большинства пессимистических теорий. В книге
511
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экология»
«Этюды оптимизма» И. И. Мечников показывает, что почти все пессимистические теории были задуманы молодыми людьми. В пример приводятся
Будда, Байрон, Леонарди, Шопенгауэр, Гартман, Майнлендер, Меттерлинк
и другие менее известные имена. Эту же мысль поддерживает известный
невропатолог Мебиус: «В теории можно оставаться пессимистом, но чтобы
быть пессимистом по чувству, надо быть молодым. Чем старше мы становимся, тем больше дорожим жизнью» [2]. Тщательно изучивший биографию и сочинения Шопенгауэра лейпцигский невропатолог подтверждает,
что к старости образ мыслей Шопенгауэра принял оптимистический характер, объясняя это тем, что философ достиг возраста, когда развивается
чувство жизни. Ибо, по выражению Мебиуса, пессимизм – ступень юношеского возраста, уступающая место в более поздний период жизни более
светлому мировоззрению.
Пессимистический тупик, провозглашающий свое заклятие незнания – «Ignoratio», которое звучало: не знаем – «Ignorabis» и никогда не узнаем – «Ignorabimus», проявил себя тогда, когда эти понятия были выдвинуты в 1872 г. Дюбуа – Раймоном в речи о границах познания. Какова природа атома? Какова, спрашивает Дюбуа – Раймон, природа ощущения? И
на эти вопросы следует ответ: не знаем и не узнаем» [4].
Эта концепция, построенная на определенном представлении о
природе познания, вызвала в кругах ученых различную реакцию. Но в полемике принимали участие представители фундаментальных наук, не затрагивая вопросов, узнаем или никогда не узнаем то, что определяет нашу
практику и технику. Разумеется, рассматривая аспекты представления о
природе познания, можно априорно признать их результаты и для техники,
однако, поскольку речь идет о безопасности жизнедеятельности в техносфере, постольку есть прямая необходимость выяснить, насколько правомерен гносеологический пессимизм в сфере научного и технического прогресса.
Для оценки концепции, устанавливающей границы познания и отрицающей безграничность и бесконечность его, остановимся на том, как
ставил задачу Дюбуа – Раймон, получив ту форму гносеологического пессимизма, которая привела его к «открытию» тупика познания. Достаточно
четкую, на наш взгляд, оценку пессимистической концепции дал в одной из
своих философских работ Б. Г. Кузнецов.
Для Дюбуа – Раймона прогресс науки состоит в обнаружении механической основы явлений – положений, скоростей и ускорений тел, т.е.
их поведения и сил, которые могут быть определены положениями и скоростями тел [4].
Таким образом, рассматриваемые явления ограничиваются следующими задачами: с одной стороны, определением положения тел по силам, а с другой – определением сил по положению тел. Это задачи, которые Ньютон рассматривал в «Математических началах натуральной философии». Последующее развитие науки обогатило этот подход определением сил по скорости, которые, в свою очередь, оказались зависящими от
движения тел [5]. Это, по сути дела, представляет механическую картину
мира, в которой присутствуют лишь движущиеся тела и силы их взаимодействия. Однако, ни движения частиц, ни их взаимодействия не могут
дать объяснения, что представляет собой частица.
512
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Выход из пессимистического тупика. Классическая философия,
обобщавшая развитие классической науки в XIX в., выходила из пессимистического тупика. Познание картины мира и объяснение rerum natura уже
не сводились к раскрытию движений и взаимодействию тел. Неклассическая наука пошла дальше: новая физика в теории относительности и квантовой механике пошла по пути, не предусмотренному классикой Ньютона.
Физические представления о пространстве, времени, массе, действии изменились – это было началом более сложного представления о мире. Но
это вовсе не означало сокрушения ньютоновой механики. Законы Ньютона
получили свою надстройку, обратившись из общих в предельные, справедливые для относительно малых скоростей и больших объемов. Общая тенденция физики теперь уже состоит в представлении о частице как о многосложном представлении (отображении) сложного, бесконечного мира. Это
общая тенденция неклассической физики оказывается за пределами той
картины мира, в которой бытие частицы относится к её поведению. Видимо, в таком отнесении состоит коллизия классической науки, которая и
привела к гносеологическому пессимизму.
Для человека, обитателя нашей планеты, эти небольшие скорости и
большие объемы представляются естественными, нормально вписывающимися в нашу практику и технику. Инженеру, создателю многообразных технических сооружений и сложных управляемых систем в техносфере теория
относительности и квантовая механика нужны в весьма малой степени, ибо
в расчеты на основе ньютоновой механики они могут внести бесконечно
малую поправку. Современная новая техника или искусственное сооружение есть всегда, в известной мере, результат применения знаний ньютоновой механики.
Однако скорость науки, динамическое воздействие современной
неклассической науки на развитие человеческого общества заменили иллюзию завершенного гносеологического идеала. Этот оптимизм дальнейшего продвижения познания, эта концепция его принципиальной бесконечности стали в наше время основой научно – технического оптимизма.
Оптимизм безопасности развития цивилизации, философия этого
оптимизма предполагает, прежде всего, отказ от безнадежной позиции,
прорыв за пределы пассивного восприятия окружающего нас мира. Для того чтобы познание продвигалось к цели, к достижению истины, оно должно
быть активным. Познание должно сливаться с действием, укрепляя свою
уверенность и решительность в бытии и неограниченной познаваемости
мира. Такой подход может быть назван гносеологическим оптимизмом.
Именно такой оптимизм и является методологической основой философии
безопасности современной цивилизации.
Объективное развитие событий подводит нас вновь к известному
тезису о том, что для реальных шагов к достижению истины мы должны не
только различным образом объяснять мир, но и прилагать усилия к тому,
чтобы изменить его. Актуальность и полезность высказываний К. Маркса,
связанных с практической деятельностью человека, очевидна. Сегодня, когда человечество оказалось в затворе глобального экологического кризиса,
когда мир раздирают страшные противоречия, ведущие не только к разрушительным процессам, но и рассогласованиям в самом духовном мире (в
том числе между наукой и нравственностью), что само по себе также пред513
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экология»
ставляет глобальный объект опасности, упомянутый тезис Маркса в контексте решения глобальных проблем безопасности цивилизации (переход
от слов к делу) – это путь философии оптимизма, путь веры в космогармоническую эволюцию цивилизации.
Философия оптимизма безопасности современного человека должна рассматривать опасные для жизни явления нашего мира в ракурсе единой системы жизнедеятельности общества и среды обитания, включая биосферу и техносферу планеты. В этой связи концепция гносеологического
оптимизма, рассмотренная выше в аспекте фундаментальных наук, в частности физики, связана общими закономерностями биологии, медицины и
других научных дисциплин.
Для того, чтобы убедиться в этом, обратимся к совершенно не связанным между собой научным открытиям в различных областях науки
в XX веке.
Символами, определившими основные направления человеческой
мысли, стали «относительность», «кибернетика», «принцип дополнительности», к которым можно отнести и «стресс», представляющий опасность в
планетарных масштабах.
Автор концепции стресса – выдающийся естествоиспытатель и
мыслитель, канадский биолог и врач Ганс Селье (1907-1982), на первые же
статьи о стрессе получил письмо А. Эйнштейна, выразившего поддержку
идеи «единой теории медицины» [6]. Эйнштейн и Селье никогда не встречались. Теория стресса, в отличие от теории относительности, была разработана, как известно, не к физическим, а к биологическим объектам, где
решение строгих математических задач было проблематичным и в работе
не рассматривалось. Однако исследования Селье произвели прорыв в решении биологических и медицинских проблем, открыв реальные пути выхода из сложных ситуаций.
По убеждению Эйнштейна, существующий мир обладает рациональной структурой. В 1947 г. он писал Максу Борну: «Ты веришь в играющего в кости Бога, а я – в полную закономерность в мире объективного
сущего». Селье разделяет эту веру, только касательно живой природы, относя ее и к морально – этическим нормам: «Я уверен, что любой принцип
человеческого поведения должен быть основан на объективных биологических законах».
В работе «Эволюция физики» Эйнштейн писал: «Без веры во внутреннюю гармонию нашего мира не могло бы существовать и науки». Сам
Эйнштейн беззаветно верил в высшую гармонию существования Вселенной
и всю жизнь упорно искал пути к ней. Селье многие годы своей творческой
жизни также посвятил поиску гармонии человеческого существования,
уделяя особое внимание созданию методов «нейтрализации последствий
внутренней и внешней дисгармонии человеческой природы».
Гармония – это органическая целостность единого акта природы.
Гармоническое совершенство, которое во все времена истории человеческого общества поражала воображение и побуждала мыслителей к творческим взрывам, это совершенство даже в самой изменчивости уже содержит
зародыш порядка, начало, которое приводит к устойчивому состоянию. Это
начало древние философы раскрыли нам как принцип пропорций. Принцип, который, как мы попробуем показать в дальнейшем, является одной
514
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
из основ теории безопасности жизнедеятельности цивилизации. Этот
принцип впитал в себя потенциальную энергию и позитивную информацию
безопасности земной цивилизации. Будучи составной частью Законов Вселенной, содержащей «таинство» защиты от коллизий, пропорция противоположных сил и явлений (например, в восточной философии Инь-Янь)
приводит в равновесие опасные проявления дисгармонии, то, что мы можем назвать "Устойчивым обновлением фундаментальных жизненных позиций" [7].
Равномерные изменения (в том числе равномерные колебательные
движения, ритмы: день – ночь, океанские приливы – отливы, рост солнечной активности и т.д.) определяют собой гармоническое состояние. Катастрофы же, будь то в биосфере или техносфере – это явления, возникающие в критических узлах или точках пересечения различных гармонических состояний.
В свое время автором этих строк в более ранних работах были рассмотрены и раскрыты причины «несчастных случаев», производственных
аварий и травм в техносфере, происходящих именно в упомянутых выше
точках пересечения. Поскольку это происходило в узлах пересечения различных состояний, которые каждое в отдельности не представляли собой
потенциальную опасность и, в ряде случаев, при поверхностном расследовании, могли создавать впечатление неопределенности, постольку, видимо, эти явления и стали называть «несчастными случаями» (термином, который растворял в себе суть, происшедшей аварии)1.
Моделируя бытие в сферах жизни и техники планеты с позиции
теории безопасности жизнедеятельности или, можно сказать иначе, – с позиции теории защиты биосферы от коллизий и катастроф, за основу всех
построений в техносфере необходимо принять одну данность – принцип
пропорций. Именно этим началом, как известно, определены законы природы. Физические законы посредством пропорций (т.е. отношений) формируют явления и системы, в которых действуют равные изменения сил, пространства, времени.
Поиск новых путей защиты биосферы. Рассматривая глобальные процессы
в биосфере с позиции осуществления защиты от экологических катастроф
видные ученые считают, что «основной целью общества должно стать …
возвращение веществ в круговорот», т.е. главная направленность коэволюции природы и человека должна заключаться в превращении ациклических обменных процессов в циклические [8]. Таким образом, цель всего
производства видится в том, чтобы не допустить нарушения природных
циклов в круговороте веществ и при этом потребление ресурсов не должно
превышать скорость их восстановления и рециклирования. Известно, что в
Японии развертываются усилия по разработке и осуществлению
«100-летнего плана», ставящего своей главной целью спасение окружаю1
См. А.Е. Аствацатуров. Анализ причин и меры профилактики производственного
травматизма на заводах по ремонту подвижного состава МПС. - Ростов н/Д, 1970;
А.Е. Аствацатуров. Методологические предпосылки проблемы человек-машинаокружающая среда. - М.: ВИНИТИ. 1982; также А.Е. Аствацатуров. Проблемы повышения безопасности технических систем. - Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1996;
Аствацатуров А. Е. Проблемы повышения безопасности технических систем. – Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1999. - С.32.
515
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Раздел «Экология»
щей среды планеты, при условии обеспечения сохранения среды обитания
и повышения производительности труда, качества продукций и экономической эффективности [10]. К сожалению, ничего похожего на подобные
стратегические меры по спасению биосферы в России нет. Вместе с тем
понятно, что для осуществления подобного рода программ необходим особый уровень промышленной культуры, включающий в себя новейшие достижения науки и практики, и информационных ресурсов мирового сообщества. В ряде исследовательских работ, в различных вариантах, авторы утверждают, что только переход на информационно – синергетический способ производства даст возможность устранить технологический стереотип,
необратимо угнетающий окружающую среду [11].
Для того чтобы прогрессивный перелом все-таки стал возможным,
для того чтобы глобальным катастрофам и массовым жертвам по причинам
несовершенства бытия общества, порочных технологий и ошибок человека
в биосфере положить конец, приоритет в социально-экономическом развитии должен перейти к науке и образованию. Лидерами мирового развития
становятся страны, способные обеспечить высокий уровень образованности своего населения, общей культуры, технологической дисциплины производства, и, конечно, науки, которая становится основной созидательной
силой общества. Человечество в ответ на кризисные условия жизни повышает свою внутреннюю организацию. Мы солидаризируемся с выводами Е.
Я. Режабека и Н. Н. Моисеева о том, что развитие нового общества, становление ноосферы без мощной государственной поддержки информационной компоненты невозможно [12]. При этом речь должна идти не просто
о получении информации. Необходимы новые теоретические и экспериментальные методы дальнейшего получения, обработки и хранения информации. Нужны методы ускорения получения информации о появлении
новых проблем и стимулов научного творчества. Результативность такого
рода творчества, исследований и поиска позитивных решений, невозможна
без обращения к философскому мышлению, без взаимодействия с философскими идеями.
Выводы. Таким образом, философия экологической безопасности базируется на информации, на тех данных, которые дает нам реальность. Вместе
с тем философия безопасности – это, прежде всего, выход за пределы поля
только пассивного восприятия мира и в этой связи она так же, как было
отмечено выше, является философией экологического оптимизма. Пассивное познание не может гарантировать действенности своих результатов и
позитивности продвижения к истине. Только объединяясь с действием, познание обретает силу и уверенность в бытии. Именно такой переход от познания к действию (и право быть названным гносеологическим оптимизмом) был всегда фундаментальной проблемой для классической философии.
Библиографический список
1. Томпсон М. Восточная философия / Пер. с англ. Ю. Бондарева –
М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. - С. 76.
2. Мечников И. И. Этюды оптимизма. - М.: Наука, 1988. - С. 220.
3. Гегель Г.В.Ф. Энциклопедия философских наук. Т1. Наука логики.
- М.: Наука, 1974. - С. 52.
4. Кузнецов Б.Г. Философия оптимизма. - М., 1972. - C. 10.
5. Ньютон И. Математические начала натуральной философии //
516
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник ДГТУ, 2003.Т.3.№4(18)
ISBN 5-7890-0285-4
Собр. тр. академика А.Н. Крылова. М.;Л.: Изд-во АН СССР. Т.7, 1936. С.115.
6. Khorol J. Einstein and Selye. – «Rejuvenation» April, 1977, vol. № 2.
(To the anniversary of dr. Hans Selie) / Селье Ганс. От мечты к открытию. –
М.: Прогресс 1987. С. 18.
7. Аствацатуров А.Е. Очерки философии экологической безопасности современной цивилизации. – Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 2001. - С. 56.
8. Одум Ю. Экология: В 2т. Т.1. Пер. с англ. – М.: Мир, 1986. - С. 24.
9. Горошков В.Г., Кондратьев К. Я., Лосев К. С. Глобальные экологические перспективы // Вестник РАН, 1992. - С. 41.
10. Негодаев И.А. На путях к информационному обществу. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 1999. - С. 135.
11. Моисеев Н. Н. Расставание с простотой. – М.: Аграф, 1998. С.27.
12. Режабек Е.Я. Перспективы эволюционизма с позиции синергетики. // НМК. – 1994. - №4. - С. 3.
Материал поступил в редакцию 20.05.03.
A.E. ASTVACATUROV
THE OPTIMISM OF ECOLOGICAL SAFETY
OF A MODERN CIVILIZATION
There is considered the optimism of ecological safety of development of a modern civilization which philosophy assumes break out of limits of passive perception of the world environing us; there is confirmed the concept of merger of
knowledge with action, and also the concept of confidence in resolution and
unlimited cognition of the world.
АСТВАЦАТУРОВ Артем Ервандович (р.1927), заведующий кафедрой
«Охрана труда и окружающей среды», профессор (1998), кандидат
технических наук (1972). Окончил (1952) Тбилисский государственный
университет.
Область научных интересов – инженерия, экология, философия.
Автор более 200 научных работ, в том числе 10 монографий.
Заслуженный эколог Российской Федерации.
517
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
27
Размер файла
2 444 Кб
Теги
3142
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа