Розроблення автоматизованого методу оцінювання руйнування композитних матеріалів за даними фрактального аналізу

,(3.7)

де D - фрактальна розмірність,

c - відповідає вихідній точці осі Y,

a - носить назву «Попередній фактор форми». Він є синтетичним вказівником локальних відхилень від розрахункового фрактального закону.

За замовчуванням використовується останнє рівняння.

Щоб гарантувати, що Fractalyse знаходить найкраще наближення, програмне забезпечення може виконувати оцінку за двома різними методами. Перший заснований на використанні часткової похідної в той час як інший - заснований на еволюційних стратегіях (тобто, генетичні алгоритми). У більшості випадків, ці два методи дають точно такі ж результати.

За замовчуванням використовується метод часткової похідної, проте можна використовувати обидва, перевіривши за допомогою «Оцінки ЕС».

Остання опція - функція помилок. За замовчуванням метод найменших квадратів: , проте можна вибрати нормалізацію найменших квадратів: , перевіривши за допомогою «Нормалізованої оцінки»

1.2. Лінійна логарифмічна регресія.

У цьому способі крива піддається логарифмічній трансформації, тоді степеневий закон приймає лінійне рівняння:

(3,8)

В програмі використовують

Враховуючи вищесказане робимо висновок що найточнішими результатами є box метод. Проте якщо співставити отримані зображення емпіричної та оцінюваної кривих обраних методів, то найбільше співпадіння буде у методу кореляції. Варто відмітити що найкраще проводити аналіз зображення не одним методом, а кількома у різних частинах, адже структура об'єкту не є однорідною, а тому і метод його дослідження повинен бути іншим. Різні способи розрахунку фрактальної розмірності зазвичай не дають той же результат, особливо якщо об'єкт мультифрактальний (Julien Clinton Sprott University of Wisconsin - Madison).

Знаючи про принцип визначення цих коефіцієнтів, та про особливості методики для визначення фрактальної розмірності ми можемо зробити висновки про методи і зрозуміти, чому результати різняться.

З обраних методів одразу відкидаються результати отримані методом Radius mas, адже даний метод може аналізувати тільки симетричні зображення, що не відповідає нашому варіанту, та метод Dilation, адже тут при аналізі програма спотворює вихідне зображення спрощуючи його, цим самим втрачається точність і відбувається викривлення результатів.

Для завершального висновку конкретизуємо два обрані методи, задля розуміння математичного аспекту при підрахунку.

Box-рахунок

Методи на основі фракталів є глобальними методами, які були успішно застосовані для оцінки атракторної розмірності (attractor dimension) основних динамічних система генерації часових рядів [48]. Розмірність Хаусдорфа DH області визначається шляхом введення кількості:

(3.9)

де область покрита клітинками зі змінним діаметром , всі діаметри задовольняють умову .

Тобто, ми шукаємо ту множину покритих клітин з діаметром меншим або рівним що зводить до мінімуму суму (формула 3.10) і позначимо найменшу суму .

- розмірність міри Хауздофа визначається як:

(3.11)

- розмірність міри Хауздофа узагальнює звичайне поняття загальної довжини, площі та об'єму простих множин.

Хауздорф довів, що для будь-якої області прямує до , якщо менша деякого критичного значення ; і рівна 0, якщо більша . Критичне значення називається розмірність Хаусдорфа для області. Оскільки розмірність Хайсдорфа є важкою для підрахунку, то її замінюють верхньою межею, що різниться тільки в деяких конструктивних прикладах: вимір Box-рахунку (або ємність Колмогорова) [73].

Розмірність Box-рахунку області визначається наступним чином: якщо - кількість коробок розміру , необхідних для заповнення області , тоді:

(3.12)

Це можна показати, що якщо у визначенні розмірності Хаусдорфа клітини мають однаковий діаметр , розмірність Хаусдорфа зводиться до розмірності Box-рахунку.

Хоча ефективні алгоритми [73], [74], [75] були запропоновані, вимірювання Box-рахунку може бути обчислена тільки для маломірних наборів, тому що алгоритмічна складність зростає експоненціально від заданої розмірності.

Метод кореляції

Хорошою заміною для вимірювання Box-рахунку може бути вимір кореляції [76]. Завдяки простоті обчислення, Кореляційна розмірність успішно використовується для оцінки розмірності атракторів динамічних систем.

Кореляційна розмірність визначається таким чином: нехай буде набором точок з множини . Якщо кореляційний інтеграл визначається як:

(3.13)

де - індикаторна функція (=1, якщо виконується стан , і рівна 0 в інших випадках), тоді Кореляційна розмірність області становить:

(3.14)

Розмірності Кореляції та Box-рахунку досить споріднені. Це спричинено тим, що обидві розмірності окремими випадками узагальненої розмірності Реньє. Якщо узагальнений кореляційний інтеграл становить:

(3.15)

Узагальнена розмірність Реньє визначається наступним чином:

(3.16)

Можна показати [76], що для і наближається, відповідно, до розмірності Box-рахунку та Кореляції. Крім того, це доводить, що Кореляційна розмірність є нижньою межею розмірності Box-рахунку. Тим не менш, через шум, різницею між двома розмірностями можна знехтувати при використанні в обрахунку реальних даних.

Тобто обидва обрані нами методи дають вірну оцінку фрактальної розмірності, різниця в даних спричинена шумами та похибками методу. Оскільки при обрахунку коробковим методом проходить розрахунок для більшої кількості точок і, відповідно, ловить більшу кількість шумів (метод кореляції дозволяє одночасно розглядати групу точок як один елемент підрахунку), то і похибка є дещо більшою ніж в методі кореляції, результати якого для нашого дослідження можна вважати найточнішими і сприймати як істинне значення фрактальної розмірності для досліджуваних зразків матеріалів.

3.3 Аналіз енергоємності руйнування композиту

Комплексне підвищення основних фізико-механічних властивостей (адгезійної і когезійної міцності, ударної в'язкості, циклічної міцності) і теплофізичних характеристик (термічного коефіцієнту лінійного розширення, термо- і теплостійкості) і, як наслідок, корозійної міцності і зносостійкості епкосидних композитних матеріалів (ЕКМ) може бути досягнуто введенням у епоксидні з'єднувачі мінеральних дисперсних наповнювачів різної фізичної природи. При цьому, властивості ЕКМ визначаються фізико хімічними процесами на межі розділу фаз «епоксидні з'єднувачі - дисперсний наповнювач» при структуроутворенні композитів, які, в свою чергу, остежать від фізичної природи і хімічної активності мінеральних часток армуючої фази [77, 78].

На більшій відстані від поверхні частинок дисперсної фази, за рахунок фізичної і хімічної взаємодії, можуть утворюватися зовнішні поверхневі шари (ЗПШ). Слід зазначити, що тільки фізична взаємодія матеріалів двох фаз не призводить до формування у ЗПШ нових структур. У той же час в процесі затвердіння ЕКМ хімічна взаємодію може відбуватися як між активними центрами на поверхні частинок і макромолекулами (що обумовлює підвищення адегезії), так і безпосередньо між активними бічними групами або сегментами ланцюгів самих макромолекул (що сприяє збільшенню когезії).

Вивчення ЕКМ в рамках методології фізичної мезомеханіки матеріалів [79] дозволяє досліджувати їх деформаційну поведінку на декількох масштабних рівнях з урахуванням особливостей внутрішньої структури і стадійності процесів деформації і руйнування. Відносно полімерних композитів запропоновано ввести такі масштаби:

- Мікромасштаб (процеси, що розвиваються на рівні, порівняним з діаметром дисперсної частинки і ЗПШ в матриці довкола неї);

- Мезомасштаб (рівень взаємодії кілька частинок з макромолекулами сполучного, так званий представницький мезооб'єм);

- Макромасштаб (процеси, що відбуваються при формуванні та руйнуванні композиту в цілому).

Когезійна міцність на межі розділу фаз «епоксидні з'єднувачі - дисперсний наповнювач», визначається величиною і кількістю хімічних міжфазових зв'язків (мікрорівнем). У той же час структура ЕКМ, наповненого дисперсними частинками, остежить від кількості і механічних властивостей наповнювача та фізико-хімічних процесів при структуроутворенні ЕКМ (мезорівень).

Механізми і стадії пластичної деформації в деформівному твердому тілі можуть бути описані в їх зв'язку з відповідними масштабними рівнями.

Ефективним підходом, що дозволяє з єдиних позицій описати мікро-, мезо-, макродеформації і руйнування як послідовні стадії єдиного процесу, є фізична мезомеханіка. Руйнування при цьому розглядається як заключна стадія пластичної (непружної) деформації. В основі даного підходу лежить розгляд ієрархії масштабних рівнів концентраторів напружень, які зумовлюють релаксаційні процеси в матеріалі і пов'язану з ними дисипації енергії [80, 81].

У дослідженнях ударну в'язкість визначали на зразках з епоксикомпозитних матеріалів (ЕКМ). Як об'єкт досліджень обраний промисловий епоксидний олігомер марки ЕД-20, який характеризується високою когезійною міцністю, невеликим просіданням, а також хорошими технологічними властивостями при нанесенні на поверхні складного профіля. Для зшивання епоксидних композицій, в якості затверджувача, використовували поліетиленополіамін ПЕПА (ТУ 6-05-241-202-78). При формуванні ЕКМ в епоксидний зв'язки вводили частки карбіду кремнію дисперсністю 63 мкм і концентрацією 1 0... 80 масових частинок на 100 масових частинок епоксидного олігомеру ЕД-20 і 10 масових частинок ПЕПА.

Для аналізу фізико-хімічних зв'язків (мікрорівень), що виникають при структуроутворенні епоксидної матриці і композитів, використаний метод інфрачервоної спектроскопії (ІЧС). ІЧ-спектри досліджували на спектрофотометрі «Spekord М80» в області частот 200... 4000 см^-1 двохпроменевим методом у відбитому світлі. Розгортку спектру за хвильовими числами л¹ = н здійснювали на діаграмі в межах 225 мм в діапазоні вибраних частот. Похибка визначення н становила Дн = ± 0,8 см^-1..Фотометрична точність становила ± 0,2% при програмному управлінні щілиною і тривалістю інтегрування ф = 10 с. Крок інтегрування становив Дл = 4 см^-1.

Для оцінки відносного змісту в матеріалі функціональних груп або груп атомів застосовували метод «внутрішнього стандарту», тобто відношення інтенсивностей поглинання двох смуг, виражене в значеннях оптичної щільності [82]. В якості внутрішнього стандарту використовували смугу поглинання ОН-групи (), яка характеризується постійними параметрами інтенсивності для всіх досліджуваних зразків.

Кількісний аналіз ІЧ-спектрів проводили за законом Ламберта-Бера, враховуючи при цьому значення оптичної щільності (D) і півширини (b) смуг поглинання на ІЧ-спектрах КМ [83, 84]. Для підвищення точності результатів дослідження враховували поправки на часткове розсіювання інфрачервоного випромінювання і перекриття сусідніх піків поглинання. Для цього будували базову лінію за методикою, описаної в роботі [83]. Далі оцінювали характеристики смуг поглинання, аналізуючи інтенсивність пропускання зразком інфрачервоних променів. Розшифровували ІЧ-спектри за методиками, описаними в роботах [82-84]. При розшифровці спектрів враховували хімічний склад макромолекул епоксидного олігомеру ЕД-20 і затверджувача ПЕПА.

Ступінь зшивки епоксидного полімеру в композитах визначали за вмістом в зразку Гель-золь-Фракції [85]. Метод базується на здатності розчинної частини матеріалу (золь-фракція), яка не зв'язана в полімерну сітку (гель-фракцію), вимиватися органічним розчинником толуолом в процесі досліджень. Кількість золь-фракції досліджували за допомогою екстрактора Сокслета, що працює в автоматичному режимі. Зміст золь-фракції Z (%) визначали за формулою визначали:

, (3.17)

де (G _про - G _п) - маса патрона з навішуванням композиту до і після екстракції протягом п годин, а - навішування композиту, г

Зразки для досліджень вибирали приблизно однакового об'єму і маси, яка була в межах від 1,0 до 1,2 г

Ударну в'язкість визначали на зразках розмірами 10 Ч 15 Ч 75 мм без надрізу. Випробування проводили на копрі RKP-300 для високошвидкісного навантаження (5,2 м / с) і реєстрацією діаграми деформування в координатах «навантаження - час» і «навантаження - згин зразка». Загальну роботу ударного руйнування матеріалу А розглядали як сукупність робіт зародження А_з і поширення тріщини А_р [11]:

(3.18)

Ударну в'язкість зразків визначали за формулою:

, (3.19)

де А - енергія удару, витрачена на руйнування зразка; b - ширина зразка; s - товщина зразка.

Розраховували напруги руйнування матеріалу [11]:

(3.20)

Використання програми керування та запису інформації ударних випробувань «VUHI-CHARPY» дозволило визначити складові енергії руйнування зразка шляхом трансформації залежності «сила - час» (Р-t) в залежність «сила - переміщення» (Р - S).

Необхідно відзначити, що ЕКМ характеризується максимальною міцністю у_р = 110 МП в діапазоні 20... 40 масових частин наповнювача. Подальше збільшення кількості наповнювача призводить до хрупкості матеріалу і відповідно до зниження міцнісних властивостей до у_р = 50... 60 МПа при 60... 80 масових частинок карбіду кремнію (рис. 3.5а). Епоксидна матриця мало чутлива до швидкості деформування, таким чином, в матеріалі пружні властивості переважають над в'язкими [21-23]. У той же час, ЕКМ відрізняється певними в'язкими властивостями, зумовленим ступенем міжфазної взаємодії наповнювача і полімерної матриці.



а) б)

Рис. 3.5. Залежність напружень руйнування композитів (у_р) і критичних деформацій () від масової концентрації наповнювача

Для розуміння (аналізу) вище описаних результатів досліджували поверхню зламу зразків при різній кількості наповнювача карбіду кремнію методом оптичної мікроскопії. Встановлено, що поверхня зламу матриці і епоксикомпозитів, наповнених карбідом кремнію, має квазіоднорідний характер, проте в деяких зразках виявлений ряд мікротріщин (рис. 3). Це свідчить про наявність локальних напружень в матеріалі. Консольним методом [86] встановлено, що величина залишкових напружень в епоксидній матриці (тобто без наповнювача) становить (рис. 4). Слід зазначити, що виникнення таких напружень зумовлене формуванням хімічних і фізичних вузлів структурної сітки при формуванні епоксіполімеру. Необхідно також відзначити криволінійну траєкторію поширення тріщини. Після стрибка тріщини шлях тріщини вирівнюється, змішана мода деформації змінюється деформацією нормального відриву, що особливо помітно при руйнуванні матеріалу.

Слід зазначити, що для зразків на основі ненаповненої матриці і ЕКМ з карбідом кремнію (10... 40 масс. ч.) спостерігали хвилеподібний характер макрозлам. Можна стверджувати про незначну товщину ЗПШ навколо наповнювача в таких ЕКМ [86], що обумовлено недостатньою кількістю частин карбіду кремнію в системі. У свою чергу такі матеріали мають невисоку когезійну міцність, що зумовлює незначну енергоємність їх деформування і руйнування порівняно з іншими досліджуваними в даній роботі епоксикомпозитами. Додатково встановлено (рис. 3.6), величина залишкових напруг при введенні в епоксидний олігомер частинок карбіду кремнію при даній концентрації зменшується з (для епоксидної матриці) до . Це свідчить про напружений стан в ЕКМ за рахунок зшивання полімеру і формуванням ЗПШ навколо частинок наповнювача. Як було зазначено вище, а також в результаті проведених раніше досліджень [87, 88] можна констатувати про більшу міру зшивання полімеру в ЗПШ в порівнянні з полімером в об'ємі ЕКМ. Хоча величина напружень зменшується в результаті формування ЗПШ незначної товщини.

З допомогою макро- і мікроаналізу встановлено, що руйнування ЕКМ з наповнювачем при місткості 40... 60 мас. ч. відбувається практично перпендикулярно поздовжньої осі зразків. Поверхня зламу таких зразків має квазікрихкий характер, а в зразках відсутні лінії сколу. На рис. 4 показано, що залишкові напруги в таких композитах хоча і зростають, але незначно (від до ). Можна припустити, що в таких ЕКМ формуються ЗПШ навколо наповнювача значного обсягу, і, відповідно, композити відрізняються поліпшеними когезійними властивостями [89]. Таким чином, напруги ударного руйнування таких зразків зростають.

При збільшенні вмісту наповнювача до 80 мас. ч. формується матеріал, який має хвилеподібний характер макрозлому. Це, на наш погляд, обумовлено зростанням залишкових напружень в композиті і формуванням ЗПШ з пухкою структурою за рахунок недостатнього зволожування сполучником значної кількості дисперсних частинок. Дане припущення підтверджується дослідженням залишкових напружень зразків. Показано (рис. 3.6), що в таких композитах напруги зростають до у _ост = 5,4 МПа. Відповідно спостерігали в 1,6... 2,1 р. меншу міцність руйнування при ударі : таких зразків в порівнянні з композитами, що містять оптимальну концентрацію наповнювача.

Рисунок 3.6 залежність залишкових напружень від кількості наповнювача карбіду кремнію в ЕКМ

Отже - інтенсивна зшивка полімерної матриці відбувається внаслідок часткового окислення сполучного з утворенням карбонільних і гідроксильних груп, а також за рахунок вибіркової адсорбції макромолекул епоксидної смоли групами = NH - затверджувача. Рівень зшивки матриці, а, отже, і її властивості визначаються величиною енергії хімічних зв'язків і типів асоціатів в зшитих системах. Введення наповнювачів в полімерні матеріали зумовлює появу різних видів хімічної і фізичної взаємодії, що виникає на межі поділу фаз «полімер - наповнювач». Характерною рисою карбіду кремнію, як наповнювача, є наявність на його поверхні гідроксильних груп, які є хімічно активними щодо епоксидного сполучного [78]. Для встановлення міжфазної взаємодії компонентів системи є необхідність обліку хімічних властивостей дисперсних частинок. Крім того, відомо, що від кількості активних центрів на поверхні дисперсних частинок остежать адсорбційні властивості і протікання дифузійних процесів на кордоні розділу фаз [90]. При цьому змінюються умови міжфазної взаємодії в ЗПШ навколо частинок наповнювача. Тому, на наступному етапі методом ІЧ-спектроскопії досліджували механізм утворення хімічних зв'язків в ЕКМ, мінеральними частинками карбіду кремнію при різному : їх вмісті в полімері.

Проведений нами аналіз літературних даних щодо обґрунтуванню можливих механізмів взаємодія на межі поділу фаз «олігомер - наповнювач» дозволив виділити чотири основні гіпотези про вплив дисперсних частинок на геометричні параметри і структурні характеристики ЗПШ навколо наповнювача в матриці [78, 90].

1. Хімічна гіпотеза. Ґрунтується на уявленнях про взаємодію макромолекул олігомеру з активним центрами на поверхні наповнювача, внаслідок чого на межі поділу фаз формуються фізичні та хімічні зв'язки. Авторами показано, що на початковому етапі фізико-хімічної взаємодії відбувається адсорбція макромолекул на поверхні частинок [91]. При аналізі кінетичних і термодинамічних параметрів адсорбції необхідно враховувати конкуренцію при взаємодії макромолекул суміші олігомерів, в тому числі і пластифікаторів, з активними центрами на поверхні наповнювача. Такі процеси безпосередньо остежать від енергії активації взаємодії системи «олігомер - наповнювач». Причому швидкість процесів взаємодії в часі обмежена внаслідок втрати рухливості сегментів макромолекул сполучного при його зшивці. Це призводить до зміни геометричних параметрів (товщини і об'єму) і структурних характеристик (щільності та ступеня зшивання) ЗПШ навколо наповнювача.

1. Фізико-хімічна гіпотеза. Відповідно до цієї гіпотези зміна структури ЗПШ може відбуватися внаслідок стеричних ефектів, які обмежують рухливість бічних груп, сегментів і ланцюгів макромолекул під впливом твердої поверхні частинок наповнювача. Це призводить до обмеження конфірмаційного набору макромолекул і, як наслідок, до зміни властивост адсорбційного шару, в порівнянні з властивостями ЗПШ в об'ємі сполучного, які віддалені від поверхні наповнювача.

2. Деформаційна гіпотеза. Ґрунтується на уявленнях про те, що поверхневі шари навколо частинок є деформованими або «розтягнутими» [92]. Це обумовлено тим, що формування поверхневих шарів навколо частинок відбувається в момент, коли олігомер знаходиться в в'язко-текучому стані і його макромолекули можуть приймати різні конформації. При зшивці матриці відбувається усадка полімеру, виникають залишкові напруги, що призводять до мікроруйнування фізичних зв'язків, внаслідок чого, від залежності в концентрації наповнювача можуть формуватися деформовані зі структурою ЗПШ, що містить дефекти. Зауважимо, що безпосередньо на поверхні дисперсних частинок адсорбційні шари формуються з товщиною Н = 30... 300 Е, а на більшій відстані (ч = 50... 80 мкм) - ЗПШ, які є результатом виникнення залишкових напружень при структуроутворенні ЕКМ. Такі ЗПШ, в залежності від дисперсності, змісту і природи наповнювачів, можуть бути гетерогенними. Слід зазначити, що рівень зшивки і товщина областей в таких шарах залежить і від: температурно-часових умов затвердіння композитів, або впливу інших факторів (енергетичних полів, випромінювання, попереднього хімічного або фізичного модифікування дисперсних частинок).

3. Теплофізична гіпотеза. Відомо, що процес зшивання характеризується, в основному, екзотермічними ефектами при незначній теплопровідності полімеру. Тому при формуванні ЕКМ виникають градієнти температур, які призводять до формування структури ЗПШ з дефектами. Одночасно в матеріалах, сформованих у вигляді тонкого шару, такі ефекти нівелюються і процес полімеризації є близьким до ізотермічного. Тому структура полімеру в об'ємі і в поверхневих шарах, а, отже, і їх властивості, істотно відрізняються.

Очевидно, що зміна структури і властивостей ЗПШ може відбуватися внаслідок як спільного впливу всіх перерахованих вище механізмів міжфазної взаємодії, так і в результаті домінуючого впливу одного з них. Для об'єктивної оцінки впливу зовнішніх критеріїв на процеси структуроутворення необхідно комплексно використовувати методи дослідження і характеристик структури ЗПШ, що дозволяють оцінювати вплив кожного з перерахованих вище механізмів взаємодії на межі розділу фаз «олігомер - наповнювач» при зшивці композитів.

Аналіз енергоємності руйнування композиту (макрорівень). Час навантаження і криві деформування зразка в координатах «навантаження - прогин» зразка аналізували з метою виявлення основних етапів руйнування.

Вищевикладені механізми підтверджуються даними наших ранніх робіт в яких отримані подібні результати, а також випробуванням зразків з множинними дефектами, при статичному не швидкому навантаженні, де отримані аналогічні за формою діаграми [77, 90].

Діаграма руйнування композиту має «m» - подібну форму. На ній помітна стадія затуплення тріщини, що може бути пов'язано з пластичними локальними деформаціями або інтенсивним утворення мікротріщин. Таким чином, в матеріалі ще до макроруйнування утворюється ансамбль орієнтованих в різних площинах мікроруйнувань. Надалі вони впливають на закономірності поширення макротріщини. Необхідно відзначити що найбільшою енергоємністю руйнування відрізняється ЕКМ з 40 мас. ч. карбіду кремнію (рис. 3.7 а). Зменшення кількості наповнювача збільшує в'язкість матеріалу, знижуючи його механічні властивості. Крім цього, збільшення кількості наповнювача призводить до ослаблення матеріалу (рис. 3.7 б). Викладені механізми руйнування підтверджуються зміною енергії руйнування ЕКМ в залежності від концентрації в полімері наповнювача (рис. 3.7 б).

Можна припустити, що старт тріщини пов'язаний з локальною нестабільністю властивостей матеріалу, перехід від старту до поширення тріщини це - процес накопичення критичної концентрації дефектів в певному обсязі (мезорівень) - який зумовлює процес руйнування зразка (макрорівень). Узагальнені дані руйнування ЕКМ представлені в таблиці 3.6



Рис. 3.7 Діаграма динамічного деформування (а) і крива енергоємності руйнування ЕКМ (б) при 10, 20, 40, 60, 80 мас. ч. наповнювача карбіду кремнію відповідно 1,2,3,4,5

Таблица 3.6

Енергія деформування	Масова частка, масс. ч.
	10	20	40	60	80
А1, Дж	0,112	0,170	0,576	0,096	0,169
А2, Дж	0,130	0,168	0,554	0,154	0,201
А3, Дж	0,215	0,191	0,734	0,105	0,045
А4, Дж	0,448	0,456	1,379	0,147	0,293
А, Дж	0,905	0,985	3,243	0,502	0,708
КС, КДж/м2	6,03	6,56	21,62	3,35	4,72

Слід зазначити, що максимальна енергія деформування А = 3243 Дж і відповідно ударна в'язкість володіє ЕКМ з наповнювачем при концентрації 40 мас. ч. Отримані експериментальні результати залежності механічних властивостей ЕКМ від концентрації частинок в полімері на макрорівні узгоджуються з описаними вище результатів дослідження цих же матеріалів на мікро- і мезорівні.

Проводили порівняння величин ударної в'язкості ЕКМ при малих (до 2,5 м/с) і високих (5,2 м/с) швидкостях завантаження (рис. 3.8а). При великих швидкостях завантаження ударна в'язкість ЕКМ вище ніж при низьких в 1,2... 2,0 рази (рис. 3.8 б). При низькошвидкісних навантаженні ЕКМ малочуттєвий до ударних навантажень, максимальне відхилення даних по отриманих в діапазоні 10... 80 ма з с. ч. SiC становить 15 % (рис. 3.8 б).Необхідно відзначити збільшення відмінності міцності властивостей з підвищенням енергоємності та високошвидкісного навантаження (рис. 3.8). Очевидно це пов'язано з різним впливом енергії удару на фізико-механічні властивості матеріалу, особливо на систему «наповнювач-матриця».

а) б)

Рисунок 3.8 залежність ударної в'язкості композиту (КС) від масової концентрації наповнювача (а) і низько (КС) від високошвидкісної в'язкості (КС *) руйнування (б)

Таким чином, внаслідок наведених вище теоретичних припущень і експериментальних досліджень в роботі на різних масштабних (мікро-, мезо- і макро-) рівнях обґрунтовано механізм формування, а також закономірності деформування і ударного руйнування ЕКМ (табл. 3.7), що дозволяє прогнозовано вводити частки наповнювача в сполучник для формування композитів з підвищеними експлуатаційними властивостями.

Як результат бачимо, що високий ступінь структурної неоднорідності ЕКМ, закладена на етапі його формування, забезпечує : їх високі механічні характеристики.

Таблиця 3.7 - Масштабні проходження рівнів вивчення і стадійності Структури процесів і деформації Руйнування ЕКМ

Масштабні рівні	Механізм формування	Закономірності деформацій і руйнувань
Мікрорівень	Аналіз фізико-хімічних процесів взаємодії макромолекул олігомеру з активними центрами на поверхні наповнювача з урахуванням формування на кордоні розділу фаз третьої фази - матеріалу полімеру в стані ЗПШ.	Процеси деформування просторово зшитих композитів визначаються дифузійними обмеженнями в ЗПШ, що обумовлено адсорбцією сполучного на поверхні мінеральних часток, створення фізичних (водневих), а також іонних, металевих і ковалентних хімічних зв'язків. Деформування та руйнування остежать від структури і рівня зшивки на початковому етапі «м'яких» шарів з подальшим їх переходом в «жорсткі» поверхневі шари.
Мезорівень	Розробка моделей формування ЕКМ при різних концентраціях наповнювача в системі. Обґрунтовано механізм підвищення когезійної міцності ЕКМ внаслідок введення в сполучник частинок наповнювача при критичній концентрації. В такому випадку відбувається взаємодії між ЗПШ навколо частинок, максимальна частина полімеру переходить в стан поверхневих шарів, збільшується щільність матриці і, відповідно, зростає ударна в'язкість ЕКМ.	Обґрунтовано закономірності підвищення когезіонних властивостей ЕКМ в внаслідок введення полімер критичної концентрації наповнювача. Встановлено збільшення енергії руйнування зразків внаслідок введення оптимальної концентрації частинок, що обумовлено взаємодією макромолекул в ЗПШ і між ЗПШ, а також збільшенням вмісту гель-фракції в ЕКМ.
Макрорівень	Аналіз орієнтованих в різних площинах мікроруйнування, які :надалі впливають на закономірності поширення макротріщин при ударному навантаженні в цілому композитів. Обґрунтовано механізм зародження, старту, поширення тріщини внаслідок накопичення критичної концентрації дефектів, що зумовлює процес руйнування зразка.	Встановлено, що повне руйнування зразка на макрорівні відбувається по в'язкому механізму. Обґрунтовано, що старт тріщини пов'язаний з локальною нестабільністю властивостей матеріалу, а поширення тріщини відбувається в процесі накопичення критичної концентрації дефектів в певному обсязі, який зумовлює процес руйнування зразка.

При динамічному деформуванні в матеріалі створюється розвинена ієрархія структурних рівнів деформації (мікро-, макро-), яка обумовлює самоузгоджене деформування і руйнування всього обсягу матеріалу. Розвиток мікротріщин (Мікровідколи) обумовлений малою величиною зсувної деформації, додатково обмеженою наявністю частинок зміцнюючої фази. Визначальним є мікрорівень (при старті тріщини), просування фронту тріщини визначається макромеханізмами руйнування.

Методом ІЧ-спектроскопії встановлено вплив наповнювача карбіду кремнію на хімічну міжфазну взаємодію макромолекулами епоксидного сполучного і активними центрами на поверхні дисперсних частинок. Відзначимо, що така взаємодія в основному відбувається на кордоні розділу фаз «епоксидний сполучник - дисперсний наповнювач» у зовнішніх поверхневих шарах навколо дисперсних частинок. Саме ступінь зшивання матриці у зовнішніх поверхневих шарах і їх обсяг в полімері визначає експлуатаційні характеристики, в тому числі і ударну в'язкість ЕКМ. Встановлено, що максимальною міцністю характеризується ЕКМ, який містить 20... 40 мас. ч. наповнювача карбіду кремнію на 100 мас. ч. епоксидного сполучного. Мінімальна деформаційна здатність матеріалу на макрорівні отримана при 40 мас. ч. на 100 мас. ч. епоксидного олігомеру ЕД-20. Необхідно відзначити що найбільшою енергоємністю руйнування відрізняється ЕКМ, 40 який містить мас. ч. карбіду кремнію в матриці. Зменшення кількості наповнювача збільшує в'язкість матеріалу, знижуючи його механічні властивості. Крім цього, збільшення кількості наповнювача призводить до крихкості матеріалу. Таким чином, композит з частинками карбіду кремнію при концентрації 40... 50 мас. ч. на 100 мас. ч епоксидного. сполучного можна рекомендувати для підвищення міцності механізмів технологічного обладнання, яке експлуатується в умовах ударних навантажень.

3.4 Підвищення точності обчислення параметрів

Точність і спосіб вимірювання дефектів важливі як параметри для цифрової діагностики. Визначення фрактальної розмірності було виконано з врахуванням обмеження станів. Допустима фрактальної розмірності [D] при термомеханічному навантаженні, характерна для металургійного устаткування повинна, бути нижче, ніж критичне значення : , де фрактальний коефіцієнт запасу.

Фрактальна розмірність дозволяє описати просторові структури крекінгу, беручи до уваги розміщення сітки тріщин. Оцінку фрактальної розмірності ефективно доповнює існуючий методи діагностики CCM rollers [31], [94]. Використовуючи методи фрактальної геометрії ми проаналізували геометричну модель множинних тріщин. Їх просторові розміри відповідають розмірам статистичних масивів двійкових зображень, що показують в реальному перелом структур. Значення Dcr повинне бути в діапазоні 0.0-2.0, при Dcr <1,0 вважається що елемент не містить окремих елементів (розривів). При 1,0 <DCR <2,0, зображення складається зі змішаних елементів і містить великі і малі кластери з окремими ізольованими елементами.

Вибраний підхід дозволяє визначити інтегральну оцінку множинної геометрії сітки тріщин за допомогою фрактальної розмірності, він характеризує анізотропію топологічних властивостей тріщинуватих структур. Збільшення фрактальної розмірності свідчить про накопичення пошкоджень на аналізованій поверхні.

Отримані значення D свідчать про упорядкований стан структури, при якій морфологія окремих елементів сітки тріщин зберігається. Залежність фрактальної розмірності від числа виявлених одиночних і спільних тріщин встановлюється.

4. Спеціальна частина

Програмне забезпечення Fractalyse є розроблена компанією дослідницької групи "Mobilities, city and transport" науково-дослідного центру TheMA. Програма є результатом кількохрічної науково-дослідницької роботи Pierre Frankhauser та Cйcile Tannier.

Fractalyse спочатку був розроблений для вимірювання фрактальної розмірності забудованих територіях міст. Проте програма може бути використаний для обчислення фрактальної розмірності чорно-білого зображення, кривої та мережі. Вона містить також кілька інструментів обробки зображень.

Після завантаження програми відображається початкове вікно(рис. 4.1), на якому знаходяться пункти меню "File" (Файл), та "?". Останнє вікном містить підпункт "About…", що служить для виклику довідки про програму (рис. 4.2).

Рисунок 4.1. Початкове вікно програми

Рисунок 4.2. Виклик вікна "About…"

Одним з найважливіших є пункт "File" (Файл) (рисунок 4.3), що дозволяє відкрити зображення для аналізу за допомогою підпункту "Open…" (Fractalyse працює тільки із чорно-білими зображеннями розширення TIFF або BMP); підпункт "Preferences…" (Уподобання) - управління стійкими перевагами параметрів для окремих алгоритмів; "Quit" - вихід з програми, її закриття.

Рисунок 4.3. Пункт меню "File"

Підпункт "Preferences…" (Уподобання) дозволяє задати одну з базових функцій (рис. 4.4). У цьому пункті, ми можемо наблизити емпіричну криву за чотирма різними рівняннями: фрактальним законом і трьома іншими, які дозволяють вимірювати також відхилення фрактального закону

- ,

- ,

- .

де D - фрактальна розмірність;

C - початкова точка на осі ординат

а - "попередній фактор форми". Він є синтетичною ознакою місцевих відхилень від розрахункового фрактального закону.



Рисунок 4.4. Підпункт "Preferences…"

За замовчуванням програма обирає останнє рівняння.

Після обрання зображення для аналізу вікно програми дещо змінюється - появляються нові пункти меню (рис. 4.5).

Рисунок 4.5. Вікно програми fractalyse після обрання зображення для аналізу

Меню "File" (Файл) (рис.4.6) дозволяє:

- Відкрити нове зображення для аналізу;

- Зберегти зображення;

- Задати базову функцію;

- Змінити роздільну здатність (по замовчуванню вона встановлюється в 1 піксель);

- Закрити програму (вихід).

Рисунок 4.6. Меню "File"

Меню "Analyse" дозволяє обрати спосіб визначення фрактальної розмірності (рис. 4.7)

Наявні способи визначення фрактальної розмірності:

- radius mass (радіус мас);

- grid (or box counting) (метод сітки чи коробковий підрахунок);

- correlation (кореляція);

- dilation (розширення);

- cluster (кластер);

- методи що поки на тестуванні.

Рисунок 4.7.Меню "Analyse"

Основна увага приділяється саме вибору методу, адже потім результати обрахунку будуть виведені відштовхуючись саме від цього.

Кожен з запропонованих методів, відповідно до їх природи та методики розрахунку, має ще додаткові налаштування (рис. 4.8).



Рисунок 4.8. Додаткові параметру для методу correlation

Заключним етапом є виведення результатів у вікні Estimation (рис.4.9)

Рисунок 4.9. Вікно результатів "Estimation"

Пункт меню Estimation дозволяє зберегти результати у форматі.txt (Save as…) або зберегти отриманий графік зображення у форматі .EPS (Save image…).

Encapsulated PostScript (EPS) - формат файлів заснований на підмножині мови PostScript і призначений для обміну графічними даними між різними додатками.

Пункт меню View (перегляд) дозволяє вибрати для відображення один з наступних графіків (рис. 4.10):

- Direct Estimation (пряма оцінка);

- Logarithmic Estimation (логарифмічна оцінка);

- Scaling behaviour (поведінка масштабування);

- objective curve (реальна крива);

- Error curve (крива помилок).



Рисунок 4.10. Приклади кривих оцінки

Програма Fractalyse є досить простою у користуванні, в той же час вона розроблена так, щоб задовольняти широке коло потреб дослідників, яких цікавить значення фрактальної розмірності для певного об'єкта. в той же час програмні та апаратні засоби, що потребує програма, є настільки примітивними, що їх вимоги може задовольнити практично будь-який користувач.

5. Обґрунтування економічної ефективності

5.1 Вдосконалення організації наукових досліджень

Наукове дослідження - процес дослідження певного об'єкта (предмета або явища) за допомогою наукових методів, яке має на меті встановлення закономірностей його виникнення, розвитку і перетворення в інтересах раціонального використання у практичній діяльності людей.

Основна мета пошукових прикладних науково-дослідних робіт - знаходження нових шляхів дослідження та створення нової техніки та технології виробництва, практичне застосування досліджуваних явищ та фактів, вони направлені на створення нових технологічних процесів, механізмів, машин, виробів, організаційних та економічних структур, методичних рекомендацій На стадії виконання пошукових робіт визначається науково - технічний ефект. Вияснюються можливі області застосування результатів в народному господарстві і на основі комплексного якісного аналізу дається характеристика очікуваної технічної та економічної ваги результатів пошукових робіт. При цьому визначається сукупність показників, які змінюються під впливом впровадження результатів робіт, а також можливий діапазон цих змін.

Основні етапи виконання НДР:

1. Вибір напряму дослідження, яке планується провести.

2. Попереднє вивчення стану питання, що досліджується, в науці та практиці.

3. Виявлення суперечностей, формулювання проблеми.

4. Обґрунтування актуальності дослідження.

5. Формулювання теми дослідження.

6. Визначення об'єкта та предмета дослідження.

7. Визначення мети дослідження.

8. Формулювання гіпотези дослідження.

9. Постановка завдань дослідження.

Основними напрямами вдосконалення організації наукових досліджень є:

- Математичне планування експерименту та скорочення обсягів дослідних робіт;

- Розширення області пошуку за рахунок використання нових технічних засобів;

- Використання компютерно-інтегрованих технологій, автоматизація процесу вимірювань та скорочення трудомісткості і підвищення точності вимірювань;

- Розробка подібно-функціональних математичних моделей, реалізація на ПК обчислювального експерименту, що дозволяє уникнути проведення попередніх експериментальних досліджень.

З цією метою для реалізації поставлених задач було аналізовано програму fractalyse та, після оцінки та порівняння результатів дослідження, було обрано оптимальний метод для визначення фрактальної розмірності для досліджуваних зразків матеріалів.

Результати дослідження дозволили спростити процес дослідження структурованості утворень та визначення фрактальної розмірності оптимальним методом, що даватиме найточніший результат. Для проведення роботи достатньо мати пристрій для оцифруваня зображення (в нашому випадку фотоапарат), персональний комп'ютер або портативний персональний комп'ютер з операційною системою Windows або Linux (Debian/Ubuntu), програму для бінаризації отриманого зображення (CoralDraw або Photoshop), та безпосередньо програму fractalyse 4.0.

Методика проведення дослідження є досить простою і тим самим - дозволяє аналізувати значну кількість зразків при необхідності, не вимагаючи значних затрат часу. Найбільш громіздким та трудомістким є етап підготовки досліджуваного зразка, очищення його від сторонніх забруднень та підготовка до оцифрування - безпосереднього етапу дослідження.

5.2 Планування та розрахунок передвиробничих затрат та капіталовкладень на проведення НДР

При планування затрат на виконання НДР розрізняють передвиробничі затрати та капіталовкладення .

Передвиробничі затрати складаються із затрат на виконання таких робіт: постановка задач НДР та розробка технічного завдання; теоретичні дослідження та огляд літератури; лабораторні та заводські дослідження; проектування та конструювання виробів, обладнання, оснастки техпроцесів, цехів і т.д., що є об'єктами НДР; виготовлення, випробування та підналадка зразків. Всі розглянуті затрати є поточними затратами для виконання НДР. Проте при визначені капіталовкладень та госпрозрахункового економічного ефекту від впровадження результатів НДР, виробничі затрати повинні впроваджуватись разом з поточними затратами виробництва нових видів продукції, обладнання і т.д.

Капіталовкладення, які необхідні для виконання НДР, складаються із вкладів в лабораторне обладнання, апарати, прилади з врахуванням затрат на їх проектування та монтаж; в будови та споруди лабораторій, необхідність в яких обумовлена виконанням даної НДР.

Капітальні вклади в НДР складають окремими складовими (додатками) в загальну суму, разом з прямими вкладами в підприємство, що виготовляє продукцію, а також (спряженими і супутніми) вкладами і інші галузі. Їх величина приймається в частині, що відповідає зайнятості обладнання лабораторії, будов та інших засобів на протязі року виконання розглядуваної НДР.

Для визначення передвиробничих (поточних) затрат на виконання НДР складається кошторис затрат, вихідними даними для якого є:

- План проведення НДР;

- Розрахунок вартості обладнання для проведення НДР;

- План потреби в основних та допоміжних матеріалах та готових покупних виробах;

- План по праці та заробітній праці.

Для планування праці та заробітної плати на виконання НДР необхідно визначити:

1. Етапи впровадження НДР.

2. Трудомісткість етапів в людино-годинах, людино-днях.

3. Кількість учасників, що виконують роботи по окремих етапах.

4. Тривалість окремих етапів НДР в днях.

Трудомісткість НДР та її окремих етапів визначається за даними НДЧ ТДТУ. На основі трудомісткості встановлюється чисельність робочих, фонд зарплати. Оплата праці науково - технічного персоналу основних лабораторій, проводиться у відповідності із схемою посадових окладів, затверджених вищестоящою організацією для даного вузу чи НДІ. Посадовий оклад повинен мати вилку.

Після розрахунку кількості робочих та фонду зарплати слід визначити продуктивність праці (відношення кошторисної вартості робочих до кількості працюючих) та середню зарплату.

Розрахунок амортизації дослідного обладнання

Якщо обладнання та прилади будуть використовуватись і після завершення НДР, то необхідно визначити величину амортизаційних відрахувань, що припадають на дану НДР. Амортизація за час (період) використання обладнання складає долю затрат, які припадають на дослідницьку роботу, і визначаються за формулою 5.1:

, (5.1)

Де - балансова вартість обладнання, грн.;

- норма амортизаційних відрахувань в рік, %;

- річний робочий фонд часу, год.;

- фактичний час роботи обладнання по дослідній темі, год.

Для обладнання науково-дослідної лабораторії "Механіки руйнування конструкційних матеріалів", що використовувалось в експериментах 5000 грн.; = 20%; = 2016 год.

Фактичний час роботи обладнання під час проведення експериментів - = 36 год.

Відповідно амортизація за використання обладнання науково-дослідної лабораторії "Механіки руйнування конструкційних матеріалів" складає:

грн.

Експериментально-виробничі витрати визначаються як витрати на машинний час, який є потрібним для виконання необхідного об'єму робіт виходячи з його вартості за одиницю часу. Вартість роботи на ПЕОМ і користуванням мережею Інтернет () встановлюємо виходячи з реальних даних. Приймаємо середній тариф роботи на ПЕОМ 2 грн. /год. = 360 грн.

Експериментально-виробничі витрати: грн.

Розрахунок затрат на матеріали та напівфабрикати

Розрахунок матеріалів та покупних виробів ведеться виходячи з їх потреби, по нормам витрат та оптово - відпускних цін за одиницю (т, кг).

Для експериментів використовували матеріали: епоксидна смола ЕД - 20: 300грам, вартість яких за кілограм - 124,60грн.: = 37,38 грн.

Витрати на допоміжні матеріали (канцелярські товари тощо) приймаємо за аналогічними тематиками із розрахунку 20 грн. на місяць, звідки: =30 грн.

Загальна вартість матеріалів грн.

Розрахунок витрат на електроенергію

Час роботи установки складав безпосередньо 40% () від часу проведення експеримент.. Середній коефіцієнт навантаження становив , N - потужність електроустановки - 0,6кВт.

Відповідно витрати на електроенергію становлять ,

де - ціна електроенергії (за квт год) = 0,595 грн.

грн

Розрахунок затрат на заробітну плату

Для визначення загальної тривалості проведення наукових досліджень доцільно дані витрат часу на виконання окремих стадій (етапів) звести у таблицю 5.1

Таблиця 5.1 - Середній час виконання розробки

Номер і назва етапу	Середній час виконання етапу, год.
	інженер	керівник проекту
Постановка задачі	15	15
Розробка теоретичних моделей транспортування вантажу ГК	50	20
Розробка методики та проведення експериментальних досліджень	70	20
Уточнення моделей та оптимізація параметрів та режимів роботи	20	10
Підсумовування отриманих результатів, висновки	10	10
Разом	~150	~75

Основна з/п складається із прямої з/п і доплати, яка при укрупнених розрахунках становить 25%-35% від прямої з/п. При розрахунку з/п кількість робочих днів в місяці приймаємо рівною 25,4 дні/міс, що відповідає 203,2 год./міс. Розмір місячних окладів керівника приймаємо 4000 грн. та інженерів - 3200 грн.

Пряма з/п визначається наступним чином: ЗП = (Оі - Ті) / 203,2,

де Оі - розмір місячних окладів 1-х категорій працівників;

Ті - трудомісткість робіт виконаних працівниками /*-х категорій.

Для інженера: (грн.);

Для керівника: (грн.).

Величина доплат визначається по формулі 5.2, тобто наступним чином:

(5.2)

де К1 - коефіцієнт доплат (0,25-0,35).

Приймаємо коефіцієнт доплат рівним 0,3:

Для інженера: (грн.);

Для керівника: (грн.);

Основна з/п визначається наступним чином (формула 5.3):

(5.3)

Для інженера: (грн.);

Для керівника: (грн.).

Величина додаткової з/п визначається наступним чином (формула 5.4):

. (5.4)

Де Кд - коефіцієнт додаткової з/п (0,05-0,1).

Приймаємо коефіцієнт додаткової з/п рівним 0,1, тоді:

Для інженера: (грн.);

Для керівника: (грн.).

Витрати, на проведення наукової роботи крім річного фонду заробітної плати включають ще й соціальні нарахування. Нормативи нарахувань на заробітну плату наступні:

- Єдиний соціальний внесок (ЄСВ) - 3,6%;

- податок на доходи фізичних осіб (ПДФО) - 15%.

Утримання із зарплати роблять у наступному порядку, на початку утримується ЄСВ, а з решти суми ПДФО.

Сума заробітної плати:

Для інженера:

ЄСВ: (грн.);

ПДФО: (грн.).

Для керівника:

ЄСВ: (грн.);

ПДФО: (грн.).

Таким чином, результати розрахунку заробітної плати та нарахувань на неї зведемо в таблицю 5.2.

Таблиця 5.2 - Зведена відомість витрат на заробітну плату, грн.

№ п/п	Категорія працівників	Основна заробітна плата, грн.	Додаткова заробітна плата	Нарахування на заробітну плату	Всього витрат на заробітну
		Пряма заробітна плата	Доплати	Всього
1	Інженер	2362,21	708,67	3070,9	307,09	610,07	3988,06
2	Керівник	1476,38	445,92	1922,3	192,23	381,89	2496,42
Всього	3838,59	1154,59	4993,2	499,32	991,96	6484,48

Загальновиробничі витрати при укрупнених розрахунках приймаємо на рівні 80% від суми основної і додаткової з/п інженера, яка була нарахована за роботу по проведенні досліджень. Аналогічно визначаються адміністративні витрати, які доцільно прийняти на рівні 50% від суми основної і додаткової з/п інженера. Позавиробничі витрати приймаємо на рівні 5% від виробничої собівартості.

Розрахунок поточних витрат на проведення наукової роботи зведемо в таблицю 5.3.

Таблиця 5.3 - Калькуляція собівартості проведення НДР (розробки програмного продукту)

Статті витрат	Витрати, грн.	В % до загальної суми, %
1. Основна заробітна плата	4993,20	42,4
2. Додаткова заробітна плата	499,32	4,24
3. Нарахування на заробітну плату	991,93	8,42
5. Матеріали	37,38	0,32
6. Електроенергія	3,86	0,03
7. Експериментально-виробничі витрати	377,86	3,21
Загальновиробничі витрати	2702,39	22,95
Разом виробнича собівартість	9605,94	81,58
7. Адміністративні витрати	1689,00	14,34
8. Позавиробничі витрати	480,30	4,09
Повна собівартість	11775,24	100

Найбільшу частину повної собівартості складає основна заробітна плата (понад 42%), загальновиробничі витрати становлять понад 22% від основної зарплати інженера, що рівне 2702,39 грн.

6. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях

6.1 Надзвичайні ситуації соціально-політичного характеру

Постановою Кабінету Міністрів України № 1099 “Про порядок класифікації надзвичайних ситуацій” затверджено “Положення про класифікацію надзвичайних ситуацій”. За характером походження подій, які зумовлюють виникнення надзвичайних ситуацій на території України, розрізняють такі їх види:

- надзвичайні ситуації техногенного характеру - транспортні аварії (катастрофи), пожежі, неспровоковані вибухи чи їх загроза, аварії з викидом (загрозою викиду) небезпечних хімічних, радіоактивних, біологічних речовин, раптове руйнування споруд та будівель, аварії на інженерних мережах і спорудах життєзабезпечення, гідродинамічні аварії на греблях, дамбах;

- надзвичайні ситуації природного характеру - небезпечні геологічні, метеорологічні, гідрологічні морські та прісноводні явища, деградація ґрунтів чи надр, природні пожежі, зміна стану повітряного басейну, інфекційна захворюваність людей, сільськогосподарських тварин, масове ураження сільськогосподарських рослин хворобами чи шкідниками, зміна стану водних ресурсів та біосфери;

- надзвичайні ситуації соціально-політичного характеру, пов'язані з протиправними діями терористичного та антиконституційного спрямування: здійснення або реальна загроза терористичного акту (збройний напад, захоплення і затримання важливих об'єктів, ядерних установок і матеріалів, систем зв'язку та телекомунікацій, напад чи замах на екіпаж повітряного чи морського судна), викрадення (спроба викрадення) чи знищення суден, встановлення вибухових пристроїв у громадських місцях, викрадання зброї;

- надзвичайні ситуації воєнного характеру, пов'язані з наслідками застосування зброї масового ураження або звичайних засобів ураження, під час яких виникають вторинні фактори ураження населення внаслідок руйнування атомних і гідроелектричних станцій, складів і сховищ радіоактивних і токсичних речовин та відходів, нафтопродуктів, вибухівки, сильнодіючих отруйних речовин, токсичних відходів, транспортних та інженерних комунікацій.

Надзвичайні ситуації соціально-політичного характеру можуть виникати в будь-якому місті, населеному пункті, районі, області або регіоні України.

Тероризм став небезпечною хворобою суспільства дуже давно. Ще в І ст. нашої ери в Іудеї діяла секта сикаріїв (сика - кинджал або короткий меч), що знищувала представників єврейської знаті, які співпрацювали з римлянами. Однак тільки в сучасному світі масштаби тероризму досягли таких розмірів, що він став глобальною проблемою - нарівні з ядерною загрозою й екологічними небезпеками.

Терористи повною мірою стали користуватись усіма досягненнями сучасної науки і техніки - від супутникового зв'язку і мережі Інтернет до ракет з тепловою головкою наведення. Причини виникнення тероризму як явища мають соціальний характер і пов'язані з існуванням занадто великих відмінностей між умовами життя людей, а також дотриманням прав і свобод особистості у різних країнах світу. За причинами виникнення тероризм ділиться на такі види: