Уперше обгрунтовано та розроблено концептуальні засади інтеграції знань з матеріалознавства у професійній підготовці майбутніх фахівців швейного виробництва з урахуванням сучасних тенденцій у науці, освіті й виробництві, дидактичну модель навчального предмета "Матеріалознавство швейного виробництва", що визначає структуру та компонентний склад навчального матеріалу, модель інтеграції знань з матеріалознавства з урахуванням професійних вимог до фахівців сучасного швейного виробництва, структурно-навчального процесу. Уточнено рівні реалізації дидактичної інтеграції матеріалозавства та навчальних предметів природничо-наукового циклу, що характеризують ступінь змін інтеграційного змісту та обумовлюються інтеграцією змістового й процесуального компонентів навчання. Розвинуто методи та форми організації навчання учнів ПТНЗ швейного профілю на інтеграційній основі.

  Скачати повний текст

Теоретично обгрунтовано коцнептуальні засади інтеграції знань з матеріалознавства швейного виробництва та експериментально перевірено її вплив на рівень професійної підготовки фахівців у галузі виготовлення швейних виробів. Здійснено аналіз психолого-педагогічної, методичної літератури, а також дисертаційних робіт з проблеми впровадження дидактичної інтеграції до навчально-виховного процесу професійно-технічних навчальних закладів, з'ясовано його об'єктивні передумови, розглянуто різноманітні підходи до визначення поняття "інтеграція". Розроблено дидактичну модель навчального предмета "Матеріалознавство швейного виробництва", а також модель інтеграції знань з матеріалознавства у професійній підготовці майбутніх фахівців швейного виробництва, що відображає педагогічні умови, необхідні для її впровадження та реалізації у навчальному процесі. Запропоновано методику формування в учнів цілісної системи знань про властивості швейних тканин і матеріалів на інтеграційній основі, що передбачає єдність і взаємозумовленість інтеграції змістового (змісту природничо-наукових дисциплін і матеріалознавства швейного виробництва) та процесуального (форм, методів і засобів) компонентів знань.

  Скачати повний текст

Об'єкт дослідження – процес оптимізації упаковки неопуклих багатогранників в контейнері з урахуванням обмежень балансу та обмежень розміщення, включаючи мінімально допустимі відстані. Мета роботи – підвищення ефективності розв'язання оптимізаційних задач оптимальної упаковки довільних багатогранників шляхом розробки конструктивних засобів математичного і комп'ютерного моделювання, нових математичних моделей та ефективних методів локальної оптимізації із застосуванням сучасних солверів (NLP- солвери). Методи дослідження: в роботі застосовуються аналітична геометрія та функціональний аналіз для побудови phi-функцій, псевдонормалізованих phi-функцій, квазі phi-функцій та псевдонормалізованих квазі phi-функцій; методи геометричного проектування для побудови математичних моделей та розробки методів пошуку допустимих стартових точок і методів локальної оптимізації для задачі OPP. Практичні результати – наукові результати дисертаційної роботи є подальшим розвитком математичного моделювання і обчислювальних методів в геометричному проектуванні: створено нові математичні моделі та розроблено ефективні методи розв'язання оптимізаційних задачах оптимальної упаковки довільних багатогранників, що мають широкий спектр застосувань в пріоритетних областях науки і техніки (включаючи адитивні технології, матеріалознавство, логістику, мінералогію, медицину, нанотехнології, робототехніку, системи розпізнавання образів, системи керування, системи керування космічними апаратами, енергетику, машинобудування, авіабудування, будівництво). Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що набув подальшого розвитку метод phi-функцій: вперше побудовані phi-функції, псевдонормалізовані phi-функції, квазі phi-функції та псевдонормалізовані квазі phi-функції як засоби математичного моделювання обмежень розміщення для задачі OPP, що дозволяє описати в аналітичному вигляді: неперетин довільних багатогранників; включення багатогранників в опуклий контейнер; мінімально допустимі відстані між довільними багатогранниками та між багатогранниками та границею контейнера; вперше побудована математична модель задачі OPP у вигляді задачі нелінійного програмування (що включає всі глобально оптимальні розв'язки) для неопуклих багатогранників в опуклому контейнері, границя якого формується за допомогою сферичних, циліндричних, еліптичних поверхонь та площини з урахуванням обмежень розміщення та обмежень балансу, що дозволяє використовувати сучасні NLP-солвери; вперше побудована математична модель задачі кластерингу неопуклих багатогранників (OPC – Optimal Polytopes Clustering) в сферичній, кубоїдній та циліндричній областях мінімального об'єму, що дозволяє генерувати ефективні допустимі стартові точки для пошуку локальних екстремумів задачі OPP; набули подальшого розвитку методи розв'язання задач геометричного проектування: запропонована стратегія розв'язання задачі OPP та розроблені ефективні методи для основних її реалізацій, які на відміну від існуючих підходів: враховують одночасно неперервні трансляції та обертання об'єктів, мінімально допустимі відстані і обмеження балансу; дозволяють отримувати локально оптимальні розв'язки для задач OPP, що є кращими за значенням цільової функції (порівняно з benchmark instances – відомими опублікованими результатами). За результатами дисертаційної роботи отримано акт о впровадженні наукових результатів в навчальний процес Харківського національного університету радіоелектроніки; довідка про використання розробленого програмного модуля для розв'язання задачі оптимального заповнення заданого об'єму частинками несферичної форми в матеріалознавстві; листа підтримки від G. Fasano – провідного вченого та спеціаліста в області математичного моделювання та оптимізації систем європейської компанії «Thales Alenia Space»; акт про використання результатів дисертаційної роботи в IT-компанії «Cloud Works» для розв'язання задач оптимізації процесу 3D-друку, яка використовує SLS технологію та задачі оптимальної упаковки вантажів у довільних контейнерах у галузі логістики. Отримані результати можуть бути використані для подальших фундаментальних досліджень з розробки методів розв'язання оптимізаційних задач упаковки неорієнтованих тривимірних об'єктів, що мають довільну просторову форму.^UThe object of the study is the process of optimization of arbitrary polyhedral packing in the container, taking into account the equilibrium constraints and placement constraints, including the minimum allowable distances. The purpose of the work is to increase the efficiency of solving optimization problems of optimal packing of arbitrary polyhedra by developing constructive tools of mathematical and computer modeling, new mathematical models and effective methods of local optimization with the use of modern solvers (NLP-solvers). Research methods: in the work analytical geometry and functional analysis are used for constructing phi-functions, pseudonormalized phi-functions, quasi phi-functions and pseudonormalized quasi phi-functions; geometrical design methods for constructing mathematical models and developing methods of searching for feasible starting points and methods of local optimization for the OPP problem. Practical results - the scientific results of the dissertation work are the further development of mathematical modeling and computational methods in geometric design: new mathematical models are created and effective methods for solving optimization problems of optimal packing of arbitrary polyhedra with a wide range of applications in the priority fields of science and technology (including additive technologies, materials science, logistics, mineralogy, medicine, nanotechnology, robotics, image recognition systems, control systems, space launch systems, energy, engineering, aerospace, construction). The scientific novelty of the results obtained is that the method of phi-functions has been further developed: firstly constructed phi-functions, pseudonormalized phi-functions, quasi phi-functions and pseudonormalized quasi phi-functions as tools of mathematical modeling of placement constraints for the OPP problem, which allows to describe in an analytical form: non-overlapping of arbitrary polyhedra; the containment of polyhedra in a convex container; minimum allowable distances between arbitrary polyhedra and between polyhedra and the boundary of the container; For the first time, a mathematical model of the OPP problem is built in the form of a nonlinear programming problem (including all globally optimal solutions) for convex polyhedra in a convex container, whose boundary is formed by spherical, cylindrical, elliptic surfaces and a plane, taking into account the placement constraints and the equilibrium constraints, which allows to use modern NLP-solvers; For the first time, a mathematical model of Optimal Polytopes Clustering (OPC) problem is constructed in spherical, cuboidal and cylindrical areas of minimal volume, which allows to generate effective feasible starting points to search for local extremes of the OPP problem; methods for solving geometric design problems have been further developed: the strategy for solving the OPP problem and effective methods for its main implementations were proposed, which, in contrast to existing approaches: take into account simultaneously continuous translations and rotations of objects, minimum allowable distances and equilibrium constraints; allow to obtain locally optimal solutions for OPP problems that are better than the target function (compared to benchmark instances known for published results). As a result of the dissertation, there were received: an act on the implementation of scientific results in the educational process of the Kharkiv National University of Radio Electronics; a reference on the use of the developed software module for solving the problem of optimal filling of a given volume by particles of non-spherical form in material science; a letter of support from G. Fasano - leading scientist and specialist in the field of mathematical modeling and optimization of the systems of the European company "Thales Alenia Space"; an act about the use of the results of the dissertation work in the IT company "Cloud Works" to solve the problems of optimizing the process of 3D printing, which uses SLS technology and problems of optimal packaging of cargoes in arbitrary containers in the field of logistics. The obtained results can be used for further fundamental research on the development of methods for solving the optimization problems of packing of non-oriented three-dimensional objects of arbitrary spatial shape.

Об'єкт дослідження - процеси формування та структуроутворення ущільнювальних газотермічних покриттів деталей гарячого тракту газотурбінного двигуна. Предмет дослідження - структурно-фазові перетворення в удосконалених ітрійвмісних ущільнювальних покриттях деталей ГТД та характер зміни їх властивостей під час високотемпературної експлуатації. Метою роботи було вирішення науково-технічної задачі щодо розробки складу ущільнювального покриття на деталі газотурбінних двигунів, які тривало експлуатуються в умовах дії агресивного розігрітого газового потоку при підвищених температурах. Методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань і одержання основних результатів роботи використовували наступні методи: рентгеноструктурні дослідження - для вивчення фазових перетворень в матеріалі; металографічні методи з використанням растрової електронної та оптичної мікроскопії - для аналізу трансформації структури покриття під час нанесення та в процесі подальшої експлуатації; методи дослідження механічних властивостей - для оцінки експлуатаційної надійності виробів; методи дослідження теплофізичних властивостей - для прогнозування поведінки матеріалу під впливом температурного фактору; методи моделювання процесу експлуатації лабіринтного ущільнення - для оцінки впливу інтенсивності зношування покриттів і збільшення величини радіальних зазорів на витрати палива та отримання рекомендацій щодо вибору раціонального складу ущільнювальних покриттів. Дослідження проводилися на кафедрі "Фізичне матеріалознавство" Запорізького національного технічного університету спільно з ПАТ "Мотор Січ". Результати роботи. Виконано актуальне завдання розробки хімічного складу ущільнювального покриття турбіни з високою експлуатаційною стійкістю в умовах дії високотемпературного газового потоку. Методами моделювання встановлено, що застосування даного покриття дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна за рахунок зменшення витоку газів при збереженні розміру радіальних зазорів та знизити витрати палива за годину на 2,3 кг, що приводить до загального зниження річних витрат авіаційного палива на 184 т. Результати роботи впроваджені у діюче виробництво АТ"Мотор Січ" (м.Запоріжжя) та у навчальний процес на кафедрі фізичного матеріалознавства ЗНТУ.^UThe matter for scientific inquiry is the processes of formation and structurization of the gas-thermal sealing coatings of the hot gas path parts of the gas turbine engine. The subject of the research is the structural and phase transformations in the improved yttrium-containing sealing coatings of the gas turbine engine parts and the nature of the changes in their properties in high-temperature environment. The objective of the research was to solve the scientific and technical problem of developing the composition of the sealing coating for the parts of gas turbine engines that are exploited for a long time under the influence of an aggressive, warmed up gas flow at elevated temperatures.Methods of research. In order to solve the identified problems and obtain the basic results of the research, the following methods were applied: X-ray diffraction study was used to examine the phase transformations in the material; metallographic methods with the scanning electron and optical microscopy were exploited to analyze the transformations in the structure of the coating when applying it and during further operation; methods for the study of mechanical properties were used to evaluate the service reliability of the products; methods for the research of thermophysical properties were applied to forecast the behavior of the material under the influence of the temperature factor; methods for modeling the process of a labyrinth sealing use were applied to evaluate the impact of the coatings wear-our rate and increase of the radial clearances on fuel consumption and get recommendations on the choice of the optimal composition of the sealing coatings.The research was carried out at the Department of Physical Material Science, Zaporizhzhia National Technical University, in collaboration with Motor Sich JSC.Results of the study. The topical problem of developing the chemical composition of the sealing coating for the turbine with high service durability under the influence of a high-temperature gas flow was solved. By applying the modeling methods, it was found out that the usage of this coating enables to increase the efficiency of the engine due to the decrease of gas leakage while retaining the size of the radial clearances and reduce fuel consumption by 2,3 kg per hour, which results in the general reduction of the annual consumption of aviation fuel by 184 tons. The results of the study are implemented in the manufacturing process at Motor Sich JSC (Zaporizhzhia) and in the educational process at the Department of Physical Material Science, ZNTU.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук заспеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. – Херсонська державна морськаакадемія, Херсон, 2020 р.Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-технічної задачі –дослідженні та керуванні процесами впливу комбінованого деформування тапередрекристалізаційної термічної обробки на зміну субструктури та фізикомеханічних властивостей сталей.Розроблено спосіб підвищення фізико-механічних і експлуатаційнихвластивостей сталевих виробів, який полягає у тому, що сталевий виріб, післяпопередньої динамічної деформації на 30 %, піддають статичній деформації на30 %, далі нагрівають до температури початку первинної рекристалізації,витримують до 60 хв та охолоджують до температури навколишньогосередовища зі швидкістю, яка унеможливлює ріст субзерен. Виконаніекспериментальні та теоретичні дослідження дозволили обрати та обґрунтувативибір виду та швидкості деформації сталей та розробити фізико-технологічнізасади формування наномасштабної полігонізаційної субструктури.Експериментально встановлено вплив виду та швидкості деформації натвердість технічно чистого заліза.Вперше експериментально встановлено закономірності збільшеннятвердості комбінованого деформованих (динамічна деформація 30% + статичнадеформація 30%) технічно чистого заліза та сталей шляхом фіксації здрібненоїполігонізаційної субструктури за допомогою передрекристалізаційної термічноїобробки.Встановлено, що в результаті передрекристалізаційної термічної обробкикомбіновано деформованих технічно чистого заліза та нікелю протягом 60 хввідбувається стабілізація субструктури незалежно від типу кристалічної ґраткиматеріалу.^UThe thesis is devoted to the solution of scientific and technical task of increasingthe level of physico-mechanical and performance characteristics of steel products bythe formation of polygonization nanosized subgrains due to the combination of colddynamic deformation and static deformation with subsequent pre-recrystallization heattreatment.The method of increasing physico-mechanical and performance characteristics ofsteel products is developed. It consists in that steel products after preliminary dynamicdeformation by 30 % are subjected to static deformation by 30 % and then are heatedup to the temperature of primary recrystallization initiation, then held during time up to60 minutes and cooled down to the temperature of surrounding with cooling rate thatmakes subgrain growth impossible. Conducted experimental and theoretical studiesallowed selection and justification of the type and rate of steel deformation as well asthe development of physical and technological bases of the formation of nanosizedpolygonization substructure.The impact of the type and rate of deformation on the hardness of technicallyclear iron is experimentally determined.The regularities of the increase of hardness of technically clear iron and steelsafter combined deformation (dynamic deformation by 30 % and static deformation by30 %) using fixation of grinded polygonization substructure using pre-recrystallizationheat treatment are experimentally determined for the first time.It is found out, that stabilization of the substructure of technically clear iron andnickel after their combined deformation and pre-recrystallization heat treatment during60 minutes takes place independently on materials crystal lattice.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. – Інститут монокристалів НАН України. – Харків, 2020.Роботу присвячено розробці наукових засад створення композиційних сцинтиляторів, які складаються із прозорої основи, яка не здатна до люмінесценції та містять сцинтиляційні гранули неорганічних кристалів. Розроблено критерії оцінювання товщини композиційного сцинтилятору.Для задач фізики високих енергій запропоновано шляхи створення композиційних сцинтиляторів, коли композиційний елемент працює як в контакті з фотоприймачем, так і коли світло від сцинтилятору передається до фотоприймача з використанням радіаційно стійкого волокна.Визначено умови для отримання композиційних сцинтиляторів, які забезпечують високу чутливість до короткопробіжних альфа- і бета- частинок, фотонів рентгенівського і гамма-випромінювань низької енергії, реєстрації теплових нейтронів. Отримані результати дозволили створити системи детектування на базі композиційних матеріалів великої площини для реєстрації слабких потоків різних типів іонізуючого випромінювання.Ключові слова: композиційний сцинтилятор, люмінесценція, радіаційна стійкість, світлозбирання, сцинтиляційні гранули, полісилоксан.^UThesis for Doctor of Science Degree in of a scientific degree of the doctor of technical sciences on a speciality 05.02.01 – materials science. – Institute for Single Crystals NAS of Ukraine. – Kharkiv, 2020.The work is devoted to the development of scientific bases for the creation of composite scintillator materials. The material consists of a transparent non-luminescent base and contains scintillation grains of inorganic crystals. It develops the criteria of thikness of scintillation layers.The dissertation analyses the working conditions of composite scintillators for two main schemes in high energy physics. A scintillator is in direct contact with the photodetector. The additional radiation-resistant fibre transmits the light to the photodetector.The thesis defines the conditions of obtaining high sensitive composite scintillators. It examines this problem of selective detection of alpha and beta particles, photons of low-energy X-ray and gamma radiation, registration of thermal neutrons. The results of the thesis made to create systems for recording weak fluxes of various types of ionizing radiation based on large-area composite materials. Keywords: composite scintillator, luminescence, radiation hardness, light collection, scintillation granules, polysiloxane.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. – Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2021.Дисертація присвячена розробці фізико-технологічних основ створення новітніх композитних матеріалів на основі кристалів KDP з інкорпорованими наночастинками металооксидів, органічними та напіворганічними молекулами та підвищеними у порівнянні з чистим KDP нелінійно-оптичними властивостями, а також композитних матеріалів на основі прозорих золь-гель SiO2-матриць з інкорпорованими молекулами лазерних барвників (для області спектра 610-750 нм) або органічними молекулами DAST (для інфрачервоного і терагерцового випромінювання).Встановлено оптимальні режими вирощування композитів на основі KDP з водних розчинів та оптимальні діапазони концентрацій відповідних домішок в розчинах – наночастинок оксигідроксиду алюмінію Al2O3•nH2O(n=3,5-3,6); молекул NN'-диметилмочевини; молекул L-аргініну та L-аргінінфосфату. Вперше отримано та досліждено низку якісних композитних матеріалів на основі KDP, які демонструють корисне поєднання поліпшених нелінійно-оптичних, міцнісних, структурних і термофізичних властивостей.Запропоновано два різні підходи для отримання нових композитів на основі аморфних SiO2-матриць шляхом інкорпорування активних молекул на стадії ростового синтезу або в попередньо відпалені до температур 600-700°С SiO2-матриці. Встановлені оптимальні співвідношення компонентів для синтезу композитів на основі SiO2-матриць з лазерними барвниками. Висока оптична досконалість створених лазерних композитів обох типів на основі невідпалених та відпалених SiO2-матриць підтверджується лінійчатою структурою спектрів отриманої лазерної генерації. Встановлено вплив пористості SiO2-матриць на люмінесцентні властивості композитів з інкорпорованими молекулами DAST. Розроблені SiO2-композити можуть використовуватись для створення сучасних сенсорів і лазерів для червоної, інфрачервоної та терагерцової області спектру.Ключові слова: композити, монокристали групи KDP, наночастинки, металооксиди, SiO2-матриця, лазерні барвники, DAST, люмінесценція, нелінійно-оптичний відгук, лазерне випромінювання, терагерцове випромінювання.^UTechnical Sciences in speciality 05.02.01. – Materials Science. – Institute of Single Crystals of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkiv, 2021.The thesis is devoted to the development of physico-technological foundations of creation of new composite materials based on KDP crystals with incorporated metal oxide nanoparticles, organic and semi-organic molecules, and increased nonlinear optical properties in comparison with pure KDP, as well as on composite materials based on transparent sol-gel SiO2-matrices with incorporated molecules of laser dyes (for the spectral region 610-750 nm) or organic molecules DAST (for infrared and terahertz radiation).There were established optimum conditions for the growth of KDP-based composites from aqueous solutions, and optimum ranges of concentrations of the corresponding impurities in solutions – nanoparticles of aluminum oxyhydroxide Al2O3•nH2O(n=3,5-3,6), and NN'-dimethylurea, L-arginine and L-arginine phosphate molecules. For the first time, a number of high-quality KDP-based composite materials was obtained and investigated. This demonstrates a useful combination of improved nonlinear optical, strength, structural and thermophysical properties.Proposed were different approaches to the obtaining of new composites based on amorphous SiO2-matrices: by incorporating active molecules either during the stage of synthesis, or into SiO2-matrices pre-annealed at temperatures of 600-700°C. There were established the optimum ratios of the components for the synthesis of composites based on SiO2-matrices with laser dyes. A high optical perfection of the created laser composites of both types based on unannealed and annealed SiO2-matrices is confirmed by the linear structure of the spectra of the obtained laser generation. The influence of the porosity of SiO2-matrices on the luminescent properties of the composites with DAST was determined. The developed SiO2-composites can be used to create modern sensors and lasers for the red, infrared and terahertz regions of the spectrum.Keywords: composite materials, single crystals of KDP group, nanoparticles, metal oxides, SiO2-matrice, laser dyes, DAST, luminescence, nonlinear optical response, laser radiation, terahertz radiation.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство (13 – Механічна інженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2021. Дисертацію присвячено проведенню комплексних досліджень в області структурної інженерії вакуумно-дугових одно-, багатошарових та багатоелементних покриттів щодо впливу основних фізико-технологічних параметрів на структурний стан покриттів. Це може стати базою для розвитку основ структурної інженерії багатошарових та багатоелементних нітридних покриттів, для забезпечення надвисокої твердості та функціональних властивостей. Дослідження здійснені за допомогою як класичних, так і принципово нових сучасних методів отримання та моделювання процесів формування покриттів, рентгеноструктурного аналізу, механічних випробувань.^UThe thesis is submitted to obtain a scientific degree of Doctor of Philosophy, specialty 132 – Materials science (13 - Mechanical engineering). - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2021. The thesis is devoted to the implementation of complex researches in the field of structural engineering of vacuum-arc single-, multilayer and multi-element coatings on the influence of the main physical and technological parameters on a structural condition of coatings. This can become the basis for the development of the foundations of the structural engineering of multilayer and multi-element nitride coatings to ensure ultra-high hardness and functional properties. The studies were carried out using both classical and fundamentally new modern methods of obtaining and modeling the processes of formation of coatings, X-ray diffraction analysis, mechanical tests.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 "Матеріалознавство" (13–Механічна інженерія). – Донбаська державна машинобудівна академія, Краматорськ; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Об'єктом дослідження є процес зміцнення та відновлення деталей машин переробки твердих корисних копалин шляхом наплавлення самозахисним порошковим дротом з екзотермічною добавкою. Предметом дослідження є зміцнюючий сплав та зварювально технологічні властивості самозахисного порошкового дроту з екзотермічною добавкою у складі наповнювача, що забезпечує підвищення експлуатаційної стійкості наплавленого металу до абразивного та корозійного зношування. Найбільш розповсюдженою технологією відновлення таких деталей є електродугове наплавлення. На теперішній час підвищуються вимоги до наплавлених деталей. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми, а саме розробці зносостійкого сплаву для зміцнення та відновлення робочих поверхонь деталей машин переробки твердих корисних копалин шляхом наплавлювання самозахисного порошкового дроту (СПД) з екзотермічною добавкою CuO – Al у складі наповнювача. В літературних джерелах відсутні дані або недостатньо досліджено вплив екзотермічної добавки CuO – Al, що входить до складу наповнювача порошкового дроту та характер легування наплавленого металу міддю та трибологічні властивості зміцнюючого шару. У першому розділі виконаний аналітичний огляд стану питання й обґрунтовано вибір напряму досліджень. Проведений аналіз сучасного погляду на вимоги, стосовно показників, які характеризують наплавлений метал. Наведено огляд сучасної літератури відносно систем легування металу. Обґрунтовано, що подальше підвищення зварювально-технологічних властивостей СПД та трибологічних властивостей наплавленого металу можливе за рахунок екзотермічної добавки CuO–Al, яка входить до композиції наповнювача СПД. Другий розділ «Вибір напрямків, методик та обладнання досліджень» присвячено вивченню штатних і оригінальних методик випробувань, що гарантували б достовірність отриманих результатів, та забезпечували відтворюваність отриманих результатів іншими дослідниками. Запропоновані нові методики досліджень, що дозволяють оцінити тепловий вклад екзотермічних добавок на плавлення СПД та визначити температуру протікання можливої екзотермічної реакції у наповнювачі СПД. Третій розділ "Головні напрямки оптимізації складу самозахисного порошкового дроту" присвячений термодинамічним дослідженням оцінки протікання реакцій у композиції наповнювача порошкового дроту та термодинамічним розрахункам складу фаз за допомогою програмного продукту Thermo. Вперше проведені комплексні дослідження впливу окремих параметрів режимів наплавлення та кількості екзотермічної добавки (CuO–Al) в осерді наповнювача СПД на показники плавлення, геометрію наплавленого валика, зварювальний струм та ефективну теплову потужність. Обрані оптимальні значення параметрів наплавлення та обґрунтовані межі додавання екзотермічної добавки CuO-Al. Четвертий розділ "Дослідження впливу екзотермічної добавки на тепловий стан вилиту самозахисного порошкового дроту" присвячений дослідженню впливу композиції наповнювача СПД на показники плавлення та коефіцієнти засвоєння легуючих елементів. Досліджено вплив композиції наповнювача на показники плавлення, коефіцієнту відновлення легуючого елементу та коефіцієнт засвоєння легуючих елементів. Експериментально та розрахунками підтверджено легування наплавленого металу міддю. На підставі отриманих експериментальних даних побудовані математичні залежності впливу зазначених чинників та обрані їх оптимальні значення, що склали: ЕД=33..39%, СuO/Al=3,75…4, СuO/C=5…5,25. П'ятий розділ «Дослідження механічних та трибологічних властивостей вдосконаленого самозахисного порошкового дроту» присвячений дослідженню і порівнянню порошкового дроту марки СПД-200Х15С1ГРТ, що застосовується при відновленні деталей машин для переробки твердих корисних копалин, з експериментальним порошковим дротом з екзотермічною добавкою СuO–Al в складі наповнювача. Проведені експериментальні дослідження показали, що введення екзотермічної добавки CuО-Al до складу наповнювача порошкового дроту знижує розмір зерна наплавленого металу та позитивно впливає на розмір і морфологіє неметалевих включень в наплавленому металі. Порівняльні трибологічні випробування засвідчили підвищення стійкості до абразивного зношування закріпленим та незакріпленим абразивом у 1,52 та 1,63 разів відповідно, що підтверджується проведеними промисловими випробуваннями. У дисертації наведено нові науково обґрунтовані розробки в області технології, матеріалів для відновного наплавлення зубів крокуючих та кар'єрних екскаваторів, які забезпечують підвищену стійкість до абразивного зношування та якість наплавленого металу за рахунок ведення екзотермічної добавки до складу наповнювача СПД.^UThe dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of philosophy on a specialty 132 "Materials science" (13 - Mechanical engineering). - DSEA of Ukraine, Kramatorsk, 2021. The object of the study is the process of hardening and renovation of parts of solid mineral processing machines by hardfacing with self-shielded flux-cored wire with an exothermic addition. The subject of the study is the hardfacing alloy and hardfacing technological properties of self-shielded flux-cored wire with an exothermic addition, which increase the operational resistance of the deposited metal to abrasive and corrosion wear. Hardfacing is the most widely-used technology for such parts renovation. At present, the requirements to welded parts operating in these conditions are increasing. The dissertation aim is to solve the actual scientific and technical problem, as follows: development of the self-shielded flux-cored wire electrode (FCAW-S) with an exothermic addition CuO–Al in the core filler for hardening and renovation of working surfaces of machines parts for processing of solid minerals. There is a lack of data and studies in literature sources concerning influence CuO–Al exothermic addition to the core filler and alloying of deposited metal by copper and tribological properties of deposited metal. This is expected to be a significant margin to increase the service life of the parts subject to wear. The first section represented an analytical review of the issue and grounding of the research line choice. Modern view at the requirements to be met were analized, as well as the deposited metal characteristics. A review of modern literature on metal alloying systems is presented. It is substantiated that further improvement of welding and technological properties of FCAW-S and tribological properties of deposited metal is possible due to exothermic addition CuO-Al, which is included in the composition of the core filler. The second section "Choice of lines, methods and equipment of the researches" described the study of standard and original test methods which canprovide avalidity of the received results and reproducibility of the results by other researchers. New research methods are proposed to estimate the of exothermic addition addition in to the core filler during melting of self-shielded flux-cored wire and to determine the temperature of a possible exothermic reaction in the core filler. The third section "Main directions of the self-shielded flux-cored wire composition optimization" described the thermodynamic studies of evaluation of reactions behaviour in the flux-cored wire core filler, and thermodynamic calculations of phase composition using the software Thermo.For the first time, multi-method researches of influence of some hardfacing mode parameters and the amount of exothermic addition (CuO-Al) in the core filler during FCAW-S on melting parameters, geometry of the weld bead and heat input were conducted. The optimal values of the hardfacing parameters were selected. The limits for exothermic addition CuO–Al addition were grounded. The fourth section "Investigation of exothermic addition influence on the thermal state of self shielded flux-cored wire electrode" presented the study of the influence of the self shielded flux-cored wire filler composition on melting indicators and recovery rate of alloying element. An influence of the core filler composition on the melting indicators, alloy recovery efficiency and alloy transfer efficiency of alloying elements was investigated. An alloying of deposited metal by copper was confirmed experimentally and based on calculations. Mathematical relationships of specified factors influence were built and their optimal values were chosenbased on the received experimental data, as follows: ЕД=33..39%, CuO/Al=3,75…4, CuO/C= 5…5,25. The fifth section "Investigation of mechanical and tribological properties of advanced self shielded flux-cored wire electrode" presented the study and comparison of FCAW S 200Cr15Si1MnBTi used during revamping of machine parts for processing of solid minerals with experimental flux-cored wire electrode with the introduction of exothermic addition CuO-Al in the core filler. Experimental studies have shown the following: the introduction of exothermic addition CuO Al to the core filler reduced the grain size of deposited metal and had a positive effect on the size and morphology of non-metallic inclusions in the deposited metal. Comparative tribological tests showed an increase in resistance to abrasive wear by two-body and three-body abrasive wear test in 1.52 and 1.63 times correspondingly. The dissertation presented new scientifically grounded developments in the field of technology, materials and restorative hardfacing of teeth of walking and mine draglines, providing increased resistance to abrasive wear and improvement of deposited metal quality due to the introduction of exothermic additions in the core filler at FCAW-S.

Об'єкт дослідження: процеси спікання та фазоутворення клінкерної кераміки у взаємозв'язку з експлуатаційними властивостями виробів. Мета дослідження: розробка рецептур керамічних мас на основі полімінеральної глинистої сировини і відходів промисловості та опрацювання технологічних параметрів виготовлення клінкерної цегли широкої кольорової гами в умовах енергоощадного виробництва. Методи дослідження: хімічний, рентгенофазовий, диференційно-термічний, оптичний та електронно-мікроскопічний аналізи. Теоретичні та практичні результати:створені науково-технологічні засади розробки клінкерних керамічних виробів з використанням встановлених закономірностей їх структуро-, фазо- і кольороутворення в умовах енергоощадного виробництва. Розроблено ресурсо- та енергоощадну технологію клінкерних керамічних матеріалів будівельного призначення. Наукова новизна: теоретично аргументовано та експериментально підтверджена можливість отримання за енергоощадною технологією клінкерних керамічних матеріалів на основі низькосортної полі мінеральної глинистої сировини за рахунок науково обґрунтованого використання техногенних матеріалів як інтенсифікаторів спікання, структуро- та фазоутворення. Ступінь впровадження: розробки випробувані та впроваджені у виробництво ТзОВ «Керамейя»; наукові і практичні результати впроваджено у навчальний процес кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей НТУ «ХПІ». Сфера використання: керамічне матеріалознавство; підприємства з виробництва клінкерних керамічних виробів будівельного призначення.^UThe object of research : the processes of sintering and phase formation of clinker ceramics in conjunction with the performance properties of products. The purpose of the study: the development of recipes for ceramic masses based on polymineral clay raw materials and industrial waste and the development of technological parameters for the manufacture of clinker bricks of a wide range of colors in terms of energy saving production. Research methods: chemical, X-ray phase, differential thermal, optical and electron microscopic analyzes. Theoretical and practical results cientific and technological bases of development of clinker ceramic products with use of the established laws of their structure, phase and color formation in the conditions of energy saving production are created. Resource- and energy-saving technology of clinker ceramic materials for construction purposes has been developed. Scientific novelty. The basic principles of mass design on the basis of substandard clays using industrial waste as sintering and phase-forming intensifiers have been developed. Degree of implementation: developments tested and implemented in the production of LLC "Kerameya"; scientific and practical results are introduced into the educational process of the department of ceramics, refractories, glass and enamels technology of NTU "KhPI". Scope: ceramic materials science; enterprises for the production of clinker ceramics for construction purposes.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 ‒ Матеріалознавство (132 – Матеріалознавство). – ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет» Міністерства освіти і науки України, Маріуполь; Національний університет «Львівська політехніка» Міністерства освіти і науки України, Львів, 2023.У дисертації вирішена актуальна науково-технічна проблема підвищення експлуатаційної стійкості металовиробів із білих легованих чавунів триботехнічного призначення. Мета дослідження досягається в роботі за рахунок оптимізації хімічного складу сплавів та застосування зміцнювальних технологій з використанням висококонцентрованих джерел енергії. Вивчено процеси модифікування структури та властивостей різних груп легованих чавунів (Cr-Mn-Ni-Mo-V, V-Mn-Ni, Cr-V-Mn-Ni) та сталей ледебуритного класу (Cr-Mn-Si-Ni-V-B, Cr-Mn-Si-Mo-B, Cr-Mn-Si-Mo-V-B) при обробці поверхні сталим плазмовим струменем. Встановлено оптимальні режим плазмового нагріву та тип вихідної структури матриці високохромистого чавуну, які забезпечують максимальний модифікувальний ефект. Показана можливість суттєвого (на порядок) подрібнення структурних складових (дендритів, карбідів) чавунів поєднанням плазмового оплавлення поверхні із пост-плазмовою термічною обробкою. Встановлено, що плазмова обробка забезпечує підвищення абразивної та абразивно-ерозійної стійкості вказаних сплавів на 20-50 %.В роботі вперше досліджено процеси модифікування чавунів/сталей та нанесення чавуноподібних покриттів при імпульсно-плазмовій обробці із використанням електротермічного аксіального плазмового прискорювача (ЕАПП). Цей спосіб забезпечує нагрів і охолодження поверхні зі швидкістю приблизно (2-4)10 6 К/с із глибиною модифікації до 30 мкм. В результаті твердість поверхні конструкційної сталі, сірого та високохромистого чавунів зростає до 800-1050 HV із відповідним збільшенням адгезійної та абразивної зносостійкості на 18-100 %. Досліджено процеси формування імпульсно-плазмових чавунних покриттів при використанні ЕАПП. В роботі вперше запропоновано використовувати в якості катоду ЕАПП леговані чавуни та сталі ледебуритного класу, що полегшує оплавлення катоду й сприяє нарощенню покриття при повторних плазмових імпульсах. Швидка кристалізація мікрокрапель на металевій поверхні призводить до формування покриття з метастабільною аустенітною структурою без крупних карбідних включень. Утворення карбідів в покритті відбувається за твердофазною реакцією при пост-плазмовій термообробці, в результаті чого твердість зростає до 1200-1550 HV із відповідним підвищенням абразивної (в 3 рази) та адгезійної (до 1200 разів) зносостійкості. Вперше встановлено факт насичення продуктів ерозії катоду атомами вуглецю, які випаровуються при розряді з поверхні діелектричних стінок камери ЕАПП, що майже у два рази підвищує об’ємну частку карбідів відносно матеріалу катоду. Запропоновано використання катодів ЕАПП композитного типу із компонентами (карбіди, металева зв’язка) з великою різницею в температурі плавлення. Легке оплавлення зв’язки дозволяє застосовувати меншу енергію розряду та запобігати розплавленню карбідів задля їх перенесення у неоплавленому стані. Запропоновані варіанти конструкції катоду (спечені сплави «WC-Сu(Бронза)», композит «Сталь+карбіди+епоксидна смола»), за допомогою яких були отримані зносостійкі покриття (без тріщин) із високим вмістом карбідів WC та TiC та різним типом матриці без пост-плазмової термообробки. Запропонована «гібридна» концепція легування, на основі якої розроблено ливарні зносостійкі сплави нового класу – мультикомпонентні W-Mo-V-Cr-Ti-Si-Mn-(1,5-3,5)%В-(0,3-1,1)%С чавуни. В сплавах формується багатофазна структура, що складається з складнолегованих карбоборидів М2(B,C)5, М(C,B), М7(C,B)3 та М3(C,B), кількість та хімічний склад яких визначаються вмістом вуглецю та бору. Визначено оптимальний хімічний склад мультикомпонентного сплаву для використання в умовах інтенсивного абразивного зношування. Результати досліджень впроваджені у вигляді параметрів модифікування та нанесення композитних чавуноподібних покриттів із застосуванням плазмового нагріву. Ключові слова: легований чавун, плазмова обробка, лазерна обробка, покриття, модифікування, мікроструктура, функціональні властивості.^UThesis for the Doctor’s degree of Engineering Sciences in the specialty 05.02.01 – Materials Science (132 – Materials Science). – State Higher Educational Institution “Pryazovskyi State Technical University” of the Ministry of Education and Science of Ukraine; Lviv Polytechnic National University of the Ministry of Education and Science of Ukraine; Lviv, 2023.The thesis solves the actual scientific and technical problem of increasing the operational stability of metal products made of white alloyed cast iron for tribological applications. The goal of the research is achieved due to the optimization of the chemical composition of alloys and the application of surface strengthening technologies using highly concentrated energy sources. The processes of modifying the structure and properties of various groups of alloyed cast irons (Cr-Mn-Ni-Mo-V, V-Mn-Ni, Cr-V-Mn-Ni) and steels of the ledeburite class (Cr-Mn-Si-Ni- V-B, Cr-Mn-Si-Mo-B, Cr-Mn-Si-Mo-V-B) during surface treatment with a solid plasma flux are studied. The optimal mode of plasma heating and the type of the initial matrix structure of high-chromium cast iron, which provides the maximum modifying effect, have been established. The possibility of significant (by an order of magnitude) refinement of structural components (dendrites, carbides) of cast irons by a combination of plasma melting of the surface with post-plasma heat treatment is shown. Plasma processing ensures an increase in the abrasive and abrasive-erosion resistance of the specified alloys by 20-50%.In the work, the processes of modification of cast irons/steels and the deposition of cast-iron-like coatings during pulsed plasma processing using an electrothermal axial plasma accelerator (EAPP) were investigated for the first time. This method provides heating and cooling of the surface at a speed of (2-4)106 K/s with a modification depth of up to 30 μm. As a result, the surface hardness of structural steel, gray- and high-chromium cast irons increases to 800-1050 HV with a corresponding increase in adhesive and abrasive wear resistance by 18-100%.The processes of forming pulse-plasma cast-iron-like coatings using EAPP were investigated. In the work, for the first time, it is proposed to use alloyed cast irons and steels of the ledeburite class as the cathode of EAPP, which facilitates the melting of the cathode and contributes to the increase of the coating during repeated plasma pulses. Rapid crystallization of microdroplets on the metal surface leads to the formation of a coating with a metastable austenite structure without large carbide inclusions. The formation of carbides in the coating occurs by a solid-phase reaction during post-plasma heat treatment, as a result of which the hardness increases to 1200-1550 HV with a corresponding increase in abrasive (3 times) and adhesive (up to 1200 times) wear resistance. For the first time, the fact of saturation of cathode erosion products with carbon atoms, which evaporate during discharge from the surface of the dielectric walls of the EAPP chamber, has been established, which almost doubles the volume fraction of carbides relative to the cathode material. It is proposed to use the EAPP cathodes of composite type with components (carbides, metal binder) having a large difference in melting temperature. The easy melting of the binder allows for the use of lower discharge energy thus preventing the carbides melting for transfer in the unmelted state. The variants of the cathode design (sintered alloys «WC-Cu(Bronze)», composite «Steel+carbides+epoxy resin») are proposed, with the help of which the wear-resistant coatings with a high content of WC and TiC carbides and different types of the matrix were obtained without post-plasma heat treatment. The «hybrid» concept of alloying is formulated, on the basis of which cast wear-resistant alloys of a new class were developed – multicomponent W-Mo-V-Cr-Ti-Si-Mn-(1.5-3.5)%В-(0.3 -1.1)%C cast irons. A multiphase structure is formed in the alloys, consisting of complex alloyed carboborides М2(B, C)5, М(C, B), М7(C, B)3, and M3(C, B), the amount and chemical composition of which are determined by the carbon content and boron The optimal chemical composition of the multicomponent alloy for use in conditions of intensive abrasive wear was determined. The results of the research are implemented as the technological parameters of modification and deposition of the composite cast-iron-like coatings using plasma heating.keywords: alloyed cast iron, plasma treatment, laser treatment, coating, modification, microalloying, microstructure, functional properties.

Результатом дисертаційної роботи є встановлення закономірностей впливу синтезу та модифікації матеріалів на їхні структурно-морфологічні, фізичні та питомі електрохімічні характеристики.Об'єкт дослідження: вплив умов отримання та модифікації вольфрамату нікелю, вуглецевих матеріалів та їхніх композитів на питомі електрохімічні характеристики пристроїв накопичення електричної енергії.Мета дослідження: встановлення закономірностей впливу синтезу та модифікації матеріалів на їхні структурно-морфологічні, фізичні та питомі електрохімічні характеристики.Опис методології/методики дослідження. Для досягнення мети поставлених задач використовувалися взаємодоповнювальні та взаємоконтролювальні методи, а саме: Х-променевий аналіз, низькотемпературна адсорбційна порометрія, імпедансна спектроскопія, раманівська спектроскопія, потенціодинамічний та гальваностатичний метод, методи математичної обробки експериментальних результатів. Спеціальні інструменти та апаратура: дифрактометр ДРОН-3, Х-променевий флуоресцентний спектрометр Expert 3L, раманівський спектрометр Horiba Jobin-Yvon T64000, імпедансний спектрометр Autolab PGSTAT, сорбометр Quantachrome Nova 2200e. Програмне забезпечення, яке використовувалось під час опрацювання отриманих даних або для проведення дослідження: Match, Quantachrome NovaWin 11.0., FRA2, ZView-2, OriginPro 2018, MS Excel 2016, Теоретичні і практичні результати: отримано електродні матеріали, які використовуються у пристроях накопичення та генерації електричної енергії. Результати дослідження показують перспективи використання отриманих матеріалів у таких пристроях. Новизна: Запропоновані методики синтезу та оптимальні умови модифікації NiWO4, за яких матеріал демонструє найвищі енергетичні питомі характеристики. Також запропоновано методику отримання та багаторазової хімічної активації нанопористого вуглецевого матеріалу. Встановлено, що багаторазова хімічна активація підвищує ємність вуглецевого матеріалу вдвічі та зменшує його питомий опір. Було встановлено оптимальні умови і режими лазерної, термічної та термохімічної модифікації отриманих матеріалів в розрізі їхніх електрохімічних властивостей. Сформовано нанокомпозити NiWO4/C та з’ясовано вплив відсоткового вкладу пористого вуглецевого матеріалу на їхні електрохімічні властивості. А також встановлено кількісне співвідношення між вкладами ємностей ПЕШ та фарадеївської ємності в гібридних суперконденсаторах.Ефективність впровадження: отримані матеріали мають перспективу використання у пристроях генерації та накопичення електричної енергії. Галузь використання: енергетика, електроніка, матеріалознавство.^UThe result of the dissertation work is the establishment of regularities of influence of synthesis and modification of materials on their structural-morphological, physical and specific electrochemical characteristics.Object of research: the influence of the conditions of obtaining and modification of nickel tungstate, carbon materials and their composites on the specific electrochemical characteristics of electrical energy storage devices.Purpose of the research: to establish the regularities of the influence of synthesis and modification of materials on their structural-morphological, physical and specific electrochemical characteristics.Description of methodology / research methods. To achieve the goal of the tasks, complementary and mutually controlling methods were used, namely: X-ray analysis, Low-temperature adsorption porometry, Impedance spectroscopy, Raman spectroscopy, Potentiodynamic and galvanostatic methods, Methods of mathematical processing of experimental results.Special tools and equipment: DRON-3 diffractometer, Expert 3L X-ray fluorescence spectrometer, Horiba Jobin-Yvon T64000 Raman spectrometer, Autolab PGSTAT impedance spectrometer, Quantachrome Nova 2200e sorbometer.Software that was used during the processing of the obtained data or for conducting research: Match, Quantachrome NovaWin 11.0., FRA2, ZView-2, OriginPro 2018, MS Excel 2016,Theoretical and practical results: electrode materials used in electrical energy storage and generation devices were obtained. The research results show the prospects of using the obtained materials in such devices.Novelty: Proposed methods of synthesis and optimal conditions for modification of NiWO4, under which the material demonstrates the highest specific energy characteristics. A method of obtaining and multiple chemical activation of nanoporous carbon material is also proposed. It was established that multiple chemical activation increases the capacity of the carbon material by twice and reduces its specific resistance. The optimal conditions and modes of laser, thermal and thermochemical modification of the obtained materials in terms of their electrochemical properties were established. Nanocomposites NiWO4/C were formed and the influence of the percentage contribution of porous carbon material on their electrochemical properties was determined. The quantitative ratio between the contributions of Electric Double Layer and Faradaic capacitance in hybrid supercapacitors was also established.Effectiveness of implementation: the obtained materials have the prospect of used in devices for generation and storage of electrical energy.Field of application: energy, electronics, materials science.

Дисертацію присвячено вирішенню актуальної науково-прикладної задачі забезпечення більш ефективного будівництва підземних комунікацій шляхом використання технологій, що передбачають прокладання комунікацій закритими способами, а саме формування технологічних порожнин у ґрунті для безтраншейного прокладання декількох лінійно-протяжних об’єктів розподільних підземних комунікацій шляхом узагальнення наукових основ створення установок і робочого обладнання обґрунтування їх раціональних конструктивних параметрів, розширення області використання та технологічних можливостей статичних методів формування технологічних порожнин для лінійно-протяжних об’єктів. Одним зі шляхів підвищення ефективності процесу безтраншейного прокладання трубопроводів способом проколу є застосування оптимальної форми технологічної порожнини в ґрунті, що дасть змогу істотно зменшити зусилля проколювання, а також зменшити зону розповсюдження переущільненого ґрунту. В роботі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано об’єкт, предмет, мету і завдання дослідження, описано методи дослідження, а також визначено зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами; надано інформацію про апробацію та публікації результатів дисертаційного дослідження. Проведений огляд способів безтраншейного прокладання комунікацій, машини та робочих органів для сумісного безтраншейного прокладання групи лінійно-протяжних об’єктів показав, що для досягнення цієї мети використовують багато різноманітних машин, основним недоліком яких є їхні габаритні розміри або розміри робочої зони, велика вартість машин та виконання робіт, інколи низька точність прокладання, обмеження по величині робочої зони, що остаточно визначило напрямок пошуків – в бік малогабаритних установок, що методом статичного проколу, з можливістю корекції траєкторії й подальшим ступеневим розширенням технологічних порожнин до потрібного розміру, виконують технологічні переходи в тісних умовах міської забудови. Огляд теоретичних досліджень в галузі статичного проколювання порожнин показує значну зацікавленість цим питанням у світі, але одночасно показує складність процесу. Багато вчених вводять нові експериментальні коефіцієнти, що вимагають додаткових досліджень, інші не враховують кут загострення, треті не враховують вологість чи пористість. Найлегшим у використанні, для визначення сили проколювання технологічних порожнин у ґрунті, є теорії описані в роботах С. В. Кравця, В. В. Кованько та В. М. Супонєва, що пропонують залежності всі складові яких взяті з будівельних норм, або отримані простими експрес-аналізами – визначають тип ґрунту та його вологість. Результатом досліджень дисертаційної роботи стала методика розрахунку конструктивних параметрів клиново-призматичних наконечників для отримання підземних порожнин в залежності від типу ґрунту, кількості та розмірів футлярів, для лінійно-протяжних об’єктів, а також методика визначення впливу робочих органів на сусідні підземні комунікації, яка впроваджена при проєктуванні траси прокладання комунікації інженерними працівниками компанії ТОВ «МБК СІНЕРГІЯ», м. Дніпро, (акт впровадження від 25.05.2021 р.), та ПФ "АЛРУС", м. Дніпро, (акт впровадження від 20.05.2021 р.). Результати досліджень використано в навчальному процесі при підготовці фахівців у рамках дисциплін «Машини для колійних робіт» та «Землерийні машини», що викладаються на кафедрі «Прикладна механіка та матеріалознавство» факультету «Транспортна інженерія» «Українського державного університету науки і технологій». Економічний ефект від впровадження клиново-призматичного робочого органу для сумісного безтраншейного прокладання лінійно протяжних об’єктів відбувається шляхом зменшення собівартості спорудження технологічної порожнини, можливості виконання робіт на менших глибинах та ближче до сусідніх комунікацій, зменшення витрат на земляні роботи, на транспортні витрати та збільшення експлуатаційної продуктивності. Проведено розрахунки економічної ефективності використання базової установки горизонтально спрямованого буріння ГНБ-800/300, що експлуатуються фірмою ТОВ «МБК СІНЕРГІЯ», та нової установки МПК-30-100 (машини керованого проколу) з клиново-призматичним робочим обладнанням, при спорудженні переходів довжиною 50 м керованого проколу та горизонтально направленого буріння, що показали зниження собівартості спорудження переходу на 27,68%. Даний показник підтверджується при розмірах до 350 мм, збільшення розміру порожнини різко знижує ефективність, а після 450 мм використання статичного проколу стає неможливим, через значні деформації ґрунту та велике збільшення робочих зусиль.^UThe dissertation is devoted to the solution of the actual scientific and applied problem of ensuring more efficient construction of underground communications by using technologies that provide for the laying of communications by closed methods, namely the formation of technological cavities in the soil for the trenchless laying of several linear and extended objects of distribution underground communications by summarizing the scientific foundations of the creation installations and working equipment, justification of their rational design parameters, expansion of the field of use and technological possibilities of static methods of forming technological cavities for linear and long objects. One of the ways to increase the efficiency of the process of trenchless laying of pipelines by the puncture method is by using the optimal form of the technological cavity in the soil, which will make it possible to significantly reduce the puncture force as well as reduce the spread zone of overcompacted soil. The work substantiates the relevance of the topic, formulates the object, subject, goal and task of the research, describes the research methods, and also defines the connection of the work with scientific programs, plans, and topics. Information about the approval and publication of the results of the dissertation research is provided. A review of the methods of trenchless laying of communications, machines and working bodies for the simultaneous trenchless laying of a group of linear and long objects showed that many different machines are used to achieve this goal, the main drawback of which is their overall dimensions or the dimensions of the working area, the high cost of the machines and execution of work, sometimes low accuracy of laying, limitation of the size of the working area, which finally determined the direction of the search - in the direction of small-sized installations, which by the method of static puncture, with the possibility of trajectory correction and further gradual expansion of technological cavities to the required size, perform technological transitions in cramped conditions urban development. A review of theoretical studies in the field of static piercing of cavities shows significant interest in this issue around the world, but at the same time shows the complexity of the process. Many scientists introduce new experimental coefficients that require additional research; others do not take into account the angle of sharpening; others do not take into account humidity or porosity. The easiest to use to determine the strength of piercing technological cavities in the soil are the theories described in the works of S. V. Kravets, V. V. Kovanko, and V. M. Suponev, which offer dependencies, all the components of which are taken from construction standards or obtained by simple express analyses to determine the type of soil and its moisture content. The result of the research for the dissertation was a method of calculating the structural parameters of wedge-prismatic tips for obtaining underground cavities depending on the type of soil, the number and size of the cases, for linear and long objects, as well as a method of determining the influence of working bodies on nearby underground communications, which has been implemented during the design of the communication route by engineering employees of MBK SYNERGY LLC, Dnipro (implementation act dated 05/25/2021) and ALRUS PF, Dnipro (implementation act dated 05/20/2021). The results of the research were used in the educational process in the training of specialists within the disciplines "Machines for track work" and "Earth-moving machines", which are taught at the "Applied Mechanics and Materials Science" department of the "Transport Engineering" faculty of the "Ukrainian State University of Science and Technology". The economic effect of the introduction of a wedge-prismatic working body for compatible trenchless laying of linearly extended objects occurs by reducing the cost of construction of a technological cavity, the possibility of performing work at shallower depths and closer to neighboring communications, reducing the costs of earthworks and transportation costs, and increasing operating productivity. Calculations of the economic efficiency of the use of the basic horizontal drilling HDD-800/300 installation, operated by ABC SYNERGY, and the new CPM-30-100 (controlled puncture machines) installation with wedge-prismatic working equipment, during the construction of transitions 50 m long with controlled puncture and horizontally directed drilling, were carried out. Which showed a 27.68% reduction in the cost of construction for the transition. This indicator is confirmed for sizes up to 350 mm, an increase in the size of the cavity sharply reduces the efficiency, and after 450 mm, the use of static puncture becomes impossible, due to significant deformations of the soil and a large increase in work effort.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 Матеріалознавство галузі знань 13 Механічна інженерія. – Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, Харків, 2023.Дисертація присвячена питанням отримання пластмасових сцинтиляторів на основі полістиролу великих габаритів з однорідними оптичними та сцинтиляційними властивостями.Створено пластмасові сцинтилятори підвищеної прозорості з однорідними оптичними властивостями. Отримані пластмасові сцинтилятори мають мінімальну кількість оптичних дефектів у вигляді свілей, технічна довжина затухання для зразків пластмасового сцинтилятору на основі полістиролу розміром 50х1000 мм складає 2 ÷ 2,3 м. Також, отримані результати показують покращення мінімальної активності, що детектується, при опроміненні гама-квантами з енергією 59,2 кеВ від джерела іонізуючого випромінювання 241Am на 30 ÷ 35 % для сцинтиляторів розміром 50х250х1000 мм. Визначено умови для отримання таких пластмасових сцинтиляторів.Також були отримано пластмасові сцинтилятори з низьким рівнем внутрішніх напружень за рахунок температурної термообробки та за рахунок антиадгезійного покриття форми для полімеризації. Це дозволило отримати однорідність спаду світлового сигналу на рівні 2 ÷ 3 % для пластмасового сцинтилятору розміром 50х1000 мм. Також було отримано нейтрончутливий великогабаритний пластмасовий сцинтилятор на основі полістиролу розміром 100х110 мм з коефіцієнтом нейтрон-гама дискримінації на рівні 1,9.У ході проведення дослідження за темою дисертаційної роботи було отримано наступні результати:1.?Промодельовано конвекційний рух реакційної маси у процесі полімеризації стиролу. Обчислено залежність швидкості конвекційного руху реакційної маси від ширини ампули. Показано, що зміна ширини ампули з 600 мм до 300 мм дозволяє зменшити швидкість руху реакційної маси на 20 %. Зміна ширини ампули з 600 мм до 60 мм дозволяє зменшити швидкість руху реакційної маси в 10 разів2.?Показано, що при зменшенні ширини шару реакційної маси стиролу з 500 ÷ 600 мм до 60 ÷ 80 мм при градієнті температур 3 ÷ 5 °С оптична неоднорідність, оцінена за наявністю дефектів у вигляді cвілей, зменшується з 1-ї до 5-ї категорії, технічна довжина ослаблення світлового сигналу довгомірних сцинтиляторів зростає на 10 ÷ 25 %. Мінімальна активність, що детектується, при опроміненні джерелами іонізуючого випромінювання 241Am з енергією гама-квантів 59,2 кеВ та 137Cs з енергією гама-квантів 662 кеВ, поліпшується на 30 ÷ 35 %.3.?Відпрацьовано метод експрес-перевірки якості п-Терфенілу, який на етапі доочистки чи вхідного контролю дозволяє визначати придатність п-Терфенілу для виготовлення пластмасового сцинтилятору. Показано, що п-Терфеніл, придатний для отримання ПС, повинен мати показник кольоровості розплаву за платино-кобальтовою шкалою не більше 10 одиниць Хайзена.4.?Запропоновано температурні режими термообробки заготовок сцинтиляторів для отримання однорідних оптичних характеристик. Показано, що в результаті термообробки при температурі 100 ºС впродовж 12 годин неоднорідність розподілу відносного світлового виходу вздовж пластмасового сцинтилятору на основі полістиролу розміром 50х1000 мм зменшується з 10 ÷ 18 % до 3 %.5.?Запропоновано антиадгезійне покриття на основі політетрафторетилену внутрішньої поверхні металевих або скляних форм для отримання пластмасових сцинтиляторів (у тому числі нейтрончутливих пластмасових сцинтиляторів з високим вмістом активуючої добавки), яке дозволяє знизити внутрішні напруження, обумовлені контактною адгезією між пластмасовим сцинтилятором та поверхнею форми з 2,7 МПа до 0,6 МПа, що зменшує неоднорідність розподілу значення відносного світлового виходу вздовж довгомірного сцинтилятору до 3 %.6.?Визначено, що зразки пластмасових сцинтиляторів розміром 50х1000 мм з категорією свільності 5 та рівнем внутрішніх напружень менш ніж 0,55 МПа мають технічну довжину ослаблення світлового сигналу 2,3 ÷ 2,5 м.Наукові результати, що були отримані вперше:1.?Промодельовано залежність поводження конвекційних потоків реакційної маси при отриманні сцинтиляційної композиції на основі полістиролу від ширини форми для полімеризації, що дозволяє визначати наявність оптичної неоднорідності у вигляді свілей в об'ємі сцинтилятору.2.?Визначено умови отримання довгомірних пластмасових сцинтиляторів без свілей. Показано, що при зменшенні ширини шару реакційної маси при полімеризації стиролу з 600 ÷ 500 мм до 60 ÷ 80 мм при градієнті температур 3 ÷ 5 °С технічна довжина ослаблення світлового сигналу для довгомірних сцинтиляторів на основі полістиролу зростає на 10 ÷ 25 %.3.?Запропоновано температурні режими термообробки для довгомірних заготовок пластмасових сцинтиляторів. Визначено, що додаткова термообробка заготовок пластмасового сцинтилятору при температурі 100 °С зменшує неоднорідність розподілу показника відносного світлового виходу вздовж довгомірного сцинтилятору з 18 % до 3 %.^UThesis for obtaining the scientific degree of a Doctor of Philosophy by Programme Subject Area 132 Material Science of the Field of Study 13 Mechanical Engineering. – Institute for Scintillation Materials of National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkiv, 2023. The thesis is devoted to the issues of obtaining large-size polystyrene based plastic scintillators with uniform optical and scintillation properties.Plastic scintillators of higher transparency with uniform optical properties were developed. The obtained plastic scintillators have a minimum quantity of optical defects in the form of striae, technical attenuation length is 2÷2.3 m for samples of polystyrene based plastic scintillators dimensions 501000 mm. Also, the obtained results show an improvement of the minimum detection activity during irradiation with gamma quanta with an energy of 59.2 keV from a 241Am ionizing radiation source by 30 ÷ 35 % for scintillators dimensions 502501000 mm. The conditions for obtaining such plastic scintillators were defined. Plastic scintillators with a low level of internal stresses were also obtained due to temperature heat treatment and due to applying anti-adhesive coating to the polymerization mold. This made it possible to obtain the light signal decay uniformity at the level of 2÷3 % for a 501000 mm plastic scintillator. In addition, a neutron-sensitive large-size polystyrene based plastic scintillator dimensions 100110 mm was obtained with the n/γ discrimination coefficient at the level of 1.9.During the research on the topic of the thesis, the following results were obtained:1.?The convection movement of the reaction mass during styrene polymerization was modeled. The dependence of the speed of the convection movement of the reaction mass on the ampoule width was calculated. It was shown that changing the width of the ampoule from 600 mm to 300 mm allows reducing the speed of the movement of the reaction mass by 20 %. Changing the width of the ampoule from 600 mm to 60 mm allows reducing the speed of the movement of the reaction mass by 10 times.2.?It was shown that with a reduced width of the layer of the styrene reaction mass from 500÷600 mm to 60÷80 mm and a temperature gradient of about 3÷5 °С, optical non-uniformity assessed by the presence of defects in the form of striae decreases from the 1st to the 5th category, technical attenuation length of the light signal of long scintillators increases by 10÷25 %. The minimum detection activity during irradiation with 241Am ionizing radiation source with gamma quanta energy of 59.2 keV and 137Cs ionizing radiation source with gamma quanta energy of 662 keV improves by 30÷35 %.3.?A method of express quality control for p-Terphenyl was developed, which, at the stage of post-cleaning or incoming control, allows determining the suitability of p-Terphenyl for the production of plastic scintillator. It was shown that the p-Terphenyl suitable for the production of PS must have a melt color index on the platinum-cobalt scale of no more than 10 Hazen units.4.?Temperature regimes for heat treatment scintillator blanks to obtain uniform optical characteristics were proposed. It was shown that as a result of an heat treatment at a temperature of 100 ºС for 12 hours, the non-uniformity of the relative light output distribution along a polystyrene based plastic scintillator dimensions 501000 mm decreases from 10÷18 % to 3 %.5.?An anti-adhesive coating based on polytetrafluoroethylene for the inner surface of metal or glass molds for production of plastic scintillators (including neutron-sensitive plastic scintillators with a high content of activating additive) was proposed, which allows reducing internal stresses caused by the contact adhesion between the plastic scintillator and the surface of the mold from 2.7 MPa to 0.6 MPa, which reduces the non-uniformity of the relative light output distribution along a long scintillator to 3 %.6.?It was determined that plastic scintillator samples dimensions 501000 mm with striae category 5 and an internal stress level of less than 0.55 MPa have a technical attenuation length of the light signal of 2.3÷2.5 m.Scientific results obtained for the first time:1.?The dependence of the behavior of the convection flows of the reaction mass during the production of polystyrene based scintillation composition on the width of the polymerization mold was modeled, which allows determining the presence of optical non-uniformity in the form of striae in the scintillator’s volume.2.?The conditions for obtaining long plastic scintillators without striae were determined. It was shown that with a reduced width of the layer of the reaction mass during styrene polymerization from 600÷500 mm to 60÷80 mm at a temperature gradient of 3÷5 °C, technical attenuation length of the light signal of long polystyrene based scintillators increases by 10÷25 %.

Результатом дисертаційної роботи є встановлення структури, морфології та адсорбційних властивостей натрованого ТіО2. Об'єкт дослідження: наночастинковий діоксид титану (розмір частинок 4 - 6 нм) на поверхні якого укорінено 5 - 7 мас.% атомів Na. Мета дослідження: розробити наукові основи одержання натрованого мезопористого діоксиду титану з покращеними йонообмінними властивостями, дослідити активність нового оксидного матеріалу адсорбувати катіони металів і радіонуклідів, підібрати умови для їх селективного зв’язування. Опис методології/методики дослідження. Для досягнення мети поставлених задач використовувалися такі фізико-хімічні методи, а саме: золь-гель метод синтезу, XRF, XRD, ТЕМ, ІЧ- методи аналізу, метод адсорбції-десорбції молекул N2 для вимірювання питомої площі поверхні та розподілу пор за об’ємом та радіусом, метод дрейфу водневого показника для визначення точки нульового заряду поверхні адсорбентів, методи прямої або зворотньої комплексонометрії, а також методом масспектроскопії з індуктивно зв'язаною плазмою (ICP-MS) для визначення початкової і рівноважної концентрації досліджуваних елементів. Спеціальні інструменти та апаратура: дифрактометр ДРОН-3, ІЧ-спектрометр SPECORD M80, Х-променевий дифрактометр STOE STADI P, трансмісійний електронний мікроскоп (ТЕМ) LSM 2100F, ICP-MS спектрометр “Element-2”, сорбометр “Quantachrom, NOVA”. Програмне забезпечення, яке використовувалось під час опрацювання отриманих даних або для проведення дослідження: Match, Quantachrome NovaWin 11.0., FRA2, ZView-2, OriginPro 2018, MS Excel 2016, Теоретичні і практичні результати: отримано адсорбент, який використовують у адсорбції катіонів металів і радіонуклідів. Результати дослідження показують перспективи використання отриманого адсорбента для селективного зв'язування деяких катіонів важких металів і радіонуклідів. Новизна: полягає в тому, що вперше синтезовано діоксид титану анатазної модифікації з йонообмінними властивостями, завдяки впровадженню у поверхню мезопористого ТіО2 катіонів натрію. Синтезовані зразки Na-TiO2 суттєво перевищують базовий Н-ТіО2 та інші відомі адсорбенти за адсорбційною спроможністю зв’язувати катіони металів Ba2+, Sr2+, Zn2+, Y3+, Zr4+. Запропоновано механізм адсорбції катіонів металів мезопористим Na-TiO2, який полягає у тому, що вивільнені, внаслідок йонообмінного процесу, катіони Na+ спричинюють дисоціацію молекул води та локальне залуження водного середовища, що приводить до відновлення двохзарядних катіонів відповідно до однозарядного стану ZnОН+, SrОН+ і BaОН+. Вперше проведено розділення йонів цирконію і стронцію в сильнокислому середовищі натрованим діоксидом титану, запропоновано механізм селективної адсорбції катіонів цирконію. Ефективність впровадження: отримані матеріали мають перспективу використання у екології, криміналістиці та хімічній промисловості. Галузь використання: хімічна промисловість, криміналістика, матеріалознавство, екологія.^UThe result of the dissertation work is the establishment of the structure, morphology and adsorption properties of sodium TiO2. The object of research: nanoparticle titanium dioxide (particle size 4 - 6 nm) on the surface of which 5 - 7 wt. % of Na atoms are rooted. Purpose of the research: to develop the scientific basis for obtaining sodium mesoporous titanium dioxide with improved ion exchange properties, to study the activity of a new oxide material to adsorb metal cations and radionuclides, and to select conditions for their selective binding. Description of methodology/research methods. To achieve the goal of the tasks, the following physicochemical methods were used, namely: sol-gel method of the synthesis of the samples, XRF, XRD, TEM, IR methods of analysis of its surface, method of low-temperature N2 adsorption-desorption for determining of surface area and pore size distribution, Drift method of determining of pH of zero charge of the surface of adsorbents, forward or reverse complexometry for the measured the initial and equilibrium concentrations of the studied elements, as well as ICP-MS. Special tools and equipment: IR-spectrometer SPECORD M80, Х-ray diffractometer STOE STADI P, ТЕМ- microscope LSM 2100F, ICP-MS spectrometer "Element-2", "Quantachrom, NOVA" equipment. Software that was used during the processing of the obtained data or for conducting research: Match, Quantachrome NovaWin 11.0., FRA2, ZView-2, OriginPro 2018, MS Excel 2016, Theoretical and practical results: an obtained adsorbent can be used in the adsorption of metal cations and radionuclides. The results of the study show the prospects for using the obtained adsorbent for selective separation of some heavy metal cations and radionuclides. Novelty: titanium dioxide of anatase modification with ion-exchange properties was synthesized due to the introduction of sodium cations into the surface of mesoporous TiO2 for the first time. The synthesized samples of Na-TiO2 significantly exceed the base H-TiO2 and other known adsorbents in terms of adsorption capacity to bind metal cations Ba2+, Sr2+, Zn2+, Y3+, and Zr4+. The mechanism of adsorption of metal cations by mesoporous Na-TiO2 is proposed, which consists of the fact that the Na+ cations released as a result of the ion exchange process cause dissociation of water molecules and local alkalinization of the aqueous medium, which leads to the reduction of double-charged cations to the single-charge state of ZnOH+, SrOH+, and BaOH+. For the first time, the separation of zirconium and strontium ions in a strongly acidic environment with sodium titanium dioxide was carried out, and the mechanism of selective adsorption of zirconium cations was proposed. Effectiveness of implementation: the obtained materials have the prospect of being used in forensics, the chemical industry, and the ecology. Field of application: chemical industry, forensics, materials science, ecology.