скачать книгу бесплатно
Тенденция изменения степени дробления Тенденция увеличения степени дробления Общая тенденция увеличения степени дробления
Тенденция увеличения степени дробления (дисперсности) – это постепенный переход от твердого состояния к гибкому жидкому, газообразному и полю[53 - Основные направления и идеи этой работы были изложены В. Петровым в письме кГ. С. Альтшуллеру в 1973 г. Эта работа была изложена в рукописях: Петров В. М. Цепочка дробления в технических системах. – Л., 1973, 2 с. (рукопись). Петров В. М. Тенденция дробления объектов. – Л., 1973, 8 с. (рукопись). В дальнейшем работа была доложена В. Петровым на семинаре преподавателей и разработчиков ТРИЗ (Петрозаводск-82) и издана в работах: Петров В. М. Идеализация технических систем. – Областная научно-практическая конференция «Проблемы развития научно-технического творчества ИТР». Тезисы докладов. Горький, 1983, С. 60—62. Петров В. М. Закономерности развития технических систем. – Методология и методы технического творчества. – Тезисы докладов и сообщений к научно-практической конференции 30 июня – 2 июля 1984 г. – Новосибирск, 1984, С. 52—54.].
Чаще всего эту тенденцию применяют к рабочему органу.
Твердость может быть разных степеней и зависит:
1) от межатомных расстояний;
2) координационного числа – чем выше число, тем выше твердость;
3) валентности;
4) природы химической связи;
5) направления (например, минерал дистен (кианит) – вдоль кристалла твердость 4,4, а поперек 7);
6) хрупкости и ковкости;
7) гибкости – минерал легко гнется, изгиб не выпрямляется (например, «тальк»);
8) упругости – минерал сгибается, но выпрямляется (например, «слюда»);
9) вязкости – минерал трудно сломать (например, «жадеит» – разновидность пироксена);
10) спаянности.
Рабочий орган может быть монолитным и немонолитным (состоящим из отдельных частей). Вещество рабочего органа может меняться от твердого к нетвердому (мягкому, гибкому), жидкому, газообразному и перейти в поле.
Рассмотрим более детально последовательность дробления. Она представлена на рис. 5.43.
Рис. 5.43. Схема тенденции увеличения степени дробления
Эта последовательность характеризуется переходом от твердой монолитной системы (1) к гибкому, эластичному объекту (2). Дальнейшее дробление приводит к разделению объекта на отдельные части, не связанные между собой или связанные с помощью какого-либо поля, например, магнитного.
Дробление идет в сторону измельчения каждой части вплоть до получения мелкодисперсного порошка или микросфер, т. е. объект становится порошкообразным (3).
Следующий переход приводит к гелю (4) – пастообразному веществу.
Затем изменяется степень вязкости вещества до получения жидкости (5). Далее изменяется степень связанности жидкости. Используются более легкие и летучие жидкости.
На следующем этапе в жидкость добавляют газ (газированные жидкости). Количество газа в жидкости увеличивается, процентное содержание газа в жидкости становится больше, давление газа увеличивается, и затем переходят к аэрозолям (6).
Содержание газа в аэрозоле увеличивается, и таким образом происходит переход к газу (7). Постепенно используется все более легкий газ. Затем газ становится более разряженным, следующий шаг приводит к крайнему состоянию – образованию вакуума.
Последнее состояние в этой цепочке – использование поля (8), в частности это может быть и плазма.
Понятие поля в ТРИЗ рассматривается более широко, чем в физике – это любое действие или взаимодействие.
На новом витке развития система вновь становится монолитной. На рисунке это показано в виде петли обратной связи.
Промежуточное состояние в каждом из указанных переходов может занимать «пена» (9) в твердом, жидком, газообразном и прочих видах (рис. 5.44). Под пеной понимается вкрапление (проникновение) одного вещества в другое.
Пена (условное название) – это проникновение вещества в одном состоянии в другое. Состояния представлены на рис. 5.44. Рассмотрим некоторые виды пены, как комбинации твердого, жидкого и газообразного состояний:
– твердое вещество, включающее газообразные полости;
– твердое вещество, включающее жидкие полости;
– твердое вещество, включающее газообразные и жидкие полости;
– жидкое вещество, включающее твердые включения;
– жидкое вещество, включающее газообразные пузыри;
– жидкое вещество, включающее твердые и газообразные включения;
– газообразное вещество, включающее твердые включения;
– газообразное вещество, включающее жидкие полости;
– газообразное вещество, включающее твердые и жидкие включения.
Мы рассматриваем пену как промежуточное состояние между состояниями, указанными на рис. 5.44.
Кроме того, возможна комбинация (10) из указанных состояний в любом сочетании.
С целью повышения эффективности могут быть использованы эффекты (11), характерные для данного состояния.
Рис. 5.44. Схема тенденции увеличения степени дробления
Под эффектами (11) в ТРИЗ понимаются: физические, химические, биологические и геометрические эффекты.
На этапе 1 широко применяются геометрические и некоторые физические эффекты. Сочетание этих эффектов часто встречается в строительстве при использовании предварительно напряженных конструкций. На дальнейших этапах меньше применяются геометрические эффекты и больше используются физические, химические и биологические эффекты.
Полная схема дробления приведена на рис. 5.45. В нее дополнительно введены переходы от состояния (1) к состоянию (2), от (2) к (3) и переходы от состояний (1) и (2) к капиллярно-пористым материалам (КПМ).
Рис. 5.45. Полная схема тенденции увеличения степени дробления
Переход от твердого к гибкому состоянию
Переход от монолитной (твердой) системы (1) к гибкой (2) происходит по определенной линии, показанной на рис. 5.46. Рассмотрим ее.
Рис. 5.46. Линия перехода от твердого состояния к гибкому
Первоначально объект разбивается на части, вплотную присоединенные друг к другу (1.1). Это соединение может быть неразъемным и разъемным.
К разъемным соединениям могут относиться и соединения, осуществляемые с помощью различных полей, например, магнитного или электрического; соединения, использующие эффект обратимой памяти формы и т. д. Такие соединения осуществляются с помощь «включения» соответствующего поля и его «выключения». При этом могут использоваться соответствующие эффекты, например, эффект точки Кюри.
Разъемные соединения могут осуществляться и с помощью, разрушения части соединения, но не разрушающих контактирующие части. Например, растворение клеевых соединений, нагревом легкоплавких веществ (парафин, воск и т. п.; легкоплавкие металлы: олово, свинец и т. д.) и т. п.
Сначала монолит разбивается на две части (на рис. 5.46 – 1.1а). Дальнейшее разбиение приводит к увеличению количества частей в системе (1.1b, c, d).
На следующем этапе 1.2 соединение частей осуществляется с помощью посредника. Сначала, посредник, осуществляющий соединение, делают жестким – этап 1.2а, затем число связей-посредников увеличивается – этап 1.2b, связи становятся более гибкими (шарнирными, пружинными, другими гибкими частями и т. п.) – этап 1.2c.
Примером этапов 1.2а—1.2b могут служить конструкции типа штанги, фермы и т. д. Они так же, как и в случае 1.1, могут быть разборные и неразборные.
И, в конце концов, происходит переход к полностью гибкому объекту (2).
Переход от гибкого к порошкообразному состоянию
Последовательность, подобная рис. 5.46, характерна и для перехода от эластичного вещества (2) к порошкообразному (3). Она изображена на рис. 5.47.
Первоначально гибкий объект разбивается на части, вплотную присоединенные друг к другу (2.1а). Это соединение может быть разъемным и неразъемным. Дальнейшее разбиение приводит к увеличению количества частей в системе (2.1b, c, d). Для повышения эффективности конструкций используются физические эффекты, например, предварительно напряженные, вантовые, надувные и гидравлические конструкции.
На следующем этапе гибкие конструкции соединяются гибкими связями (2.2a, b, c). Необходимо учесть, что постепенно число частей увеличивается, а связи между ними становятся все более гибкими.
Далее объект разбивается ни отдельные не связанные между собой части (3.1). Части измельчаются вплоть до микрочастиц, микросфер, порошка.
Рис. 5.47. Линия перехода от гибкого состояния к порошкообразному
Гели (от лат. gelo – застываю), дисперсные системы с жидкой или газообразной дисперсионной средой, обладающие некоторыми свойствами твердых тел: способностью сохранять форму, прочностью, упругостью, пластичностью. Эти свойства гелей обусловлены существованием у них структурной сетки (каркаса), образованной частицами дисперсной фазы, которые связаны между собой молекулярными силами различной природы[54 - Гели – Большая Советская Энциклопедия. Т. 6. – М.: Советская энциклопедия, 1971, С. 192.].
В гелях происходит переход от густых гелей к менее плотным вплоть до густых жидкостей.
Увеличения степени дробления в жидкости происходит от использования очень вязких жидкостей вплоть до летучих жидкостей.
Аэрозоли (от аэро,aerо – воздух и золи,solucio – раствор), дисперсные системы, состоящие из мелких твердых или жидких частиц, взвешенных в газообразной среде (обычно в воздухе)[55 - Аэрозоли – Большая Советская Энциклопедия. Т. 2. – М.: Советская энциклопедия, 1970, С. 485—486; Википедия.].
Увеличения степени дробления в аэрозолях происходит к все большему содержания газа и уменьшению количества жидкости.
Практически аэрозоль представляет собой одно из состояний, которое мы назвали «пена» – этап 9.
Увеличения степени дробления в газах происходит от использования тяжелых газов вплоть до самого легкого – водорода.
Тенденция уменьшения степени дробления
Эта тенденция противоположна (анти-тенденция) тенденции увеличения степени дробления.
Тенденция уменьшения степени дробления – это постепенный переход от поля к газообразному, жидкому и твердому состоянию.
Рассмотрим более детально последовательность уменьшения степени дробления. Она представлена на рис. 5.48.
Эта последовательность характеризуется переходом от поля (1) к газообразному состоянию (2), далее переходу к аэрозолям (3), к жидкостям (4), к гелю (5), к порошкообразному состоянию (6), к гибкому (8) и к твердому монолитному состоянию (9).
Рис. 5.48. Схема тенденции уменьшения степени дробления
Тенденция перехода к капиллярно-пористым материалам (КПМ)
Тенденция перехода к капиллярно-пористым материалам (КПМ) – это постепенный переход от сплошного вещества к веществу с полостью, к веществу со многими полостями, к капиллярно-пористому веществу, к капиллярно-пористому веществу на микроуровне.
Графически тенденция перехода к капиллярно-пористым материалам (КПМ) представлена на рис. 5.49.
1. Сплошное вещество, твердое (1) или эластичное (2).
2. Вещество с одной полостью – полость с оболочкой (A).
3. Вещество со многими полостями (ячейками), перфорированное вещество или полость, разделенная перегородками (B).
4. Капиллярно-пористое вещество – КПМ (C).
5. КПМ на микроуровне (D) – на схеме обозначены как µКПМ.
Рис. 5.49. Переход к капиллярно-пористым материалам (КПМ)
где
1 – монолит в твердом состоянии;
2 – монолит в гибком состоянии;
A – вещество с одной полостью;
B – вещество со многими полостями;
C – КПМ;
D – µКПМ;
КПМ – капиллярно-пористый материал;
µКПМ – микро-КПМ.
На этапах A и B используются макро-полости, а на C и D – капилляры.
Отличие этапов A от B и C от D в размерах полостей и капилляров, соответственно.
Разметы полостей от этапа (A) могут быть сотни метров, десятки метров до метра. На этапе (B) размеры ячеек измеряются десятками сантиметров, сантиметрами или миллиметрами, но не метрами.
Переход от состояния 1 (2) к A, как правило, идет скачком.
Переходы от A к B, от B к C и от C к D осуществляются постепенно. Переход от A к B показан на рис. 5.50.
A1 – вещество с одной полостью,
A2 – вещество с двумя полостями,
A3-A4 – вещество со многими полостями,
