Технические науки. Рубрика в журнале - Огарёв-online
Анализ модели разрушения бетона при сжатии
Статья научная
Введение. Актуальность исследования обусловлена необходимостью прогнозирования долговечности бетонных конструкций с учетом их сложного многоступенчатого характера разрушения. Цель исследования - получение критериев разрушения, позволяющих проанализировать процесс трещинообразования на различных масштабных уровнях.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Тестоделительные машины вакуумно-поршневого типа широко применяются в хлебопекарной промышленности для дозирования тестяных заготовок, однако в их технической документации отсутствуют критерии оценки их предельного состояния. Цель исследования – определить критерий предельного состояния и способ нахождения его значения при оценке технического состояния тестоделительных машин вакуумно-поршневого типа. Материалы и методы. Исследование проводилось на тестоделительной машине ТД-4 с использованием пищевого масла Foodline WP 32. Расход масла измерялся с помощью электронных весов и специально разработанного устройства. Экспериментальная база включала обработку 300 тестовых заготовок массой 500 г каждая. Результаты исследования. В качестве критерия оценки определен показатель расхода пищевого масла. Его оптимальная величина составляет от 320–350 мл на 1000 единиц продукции (производственных циклов). Для поддержания данного уровня расхода верхние дроссели должны быть открыты на три оборота, боковые – на два. Вначале происходит увеличение расхода масла через верхние дроссели, а при достижении десяти оборотов открытия – через боковые. Разработана схема устройства для измерения расхода масла. Обсуждение и заключение. Показано, что расход пищевого масла является диагностическим критерием износа деталей. Для временной компенсации износа деталей осуществляется кратковременное увеличение подачи масла от насоса до максимального значения посредством открытия дросселей. Своевременный контроль позволяет продлить срок службы оборудования. Предложенная методика может быть использована предприятиями технического сервиса.
Бесплатно
Дизайн, молекулярный докинг и анализ «структура–свойство» новых производных комбретастатина А-4
Статья научная
Введение. Одним из наиболее перспективных направлений таргетного подхода к лечению злокачественных новообразований является ингибирование полимеризации тубулина. В связи с этим, целью настоящего исследования является молекулярный дизайн новых производных комбретастатина А-4 для выявления соединений с высокой аффинностью к колхициновому сайту β-тубулина. Материалы и методы. Молекулярный докинг выполнялся в программном комплексе Glide (модуль Schrödinger Maestro). В качестве рецептора использована кристаллографическая структура комплекса тубулина с комбретастатином A4 (PDB ID 5LYJ). Для выявления зависимостей «структура–свойство» были вычислены следующие дескрипторы: количество гидроксильных и метоксильных групп; наличие C=C-связей, циклопропановых и 1,2,5-оксадиазольных колец. ADME характеристики были рассчитаны с использованием ресурса ADMETlab. Результаты исследования. Из 96 рассмотренных соединений 7 молекул продемонстрировали лучшие (более отрицательные) значения GlideScore, чем комбретастатин. Наличие метоксильных групп отрицательно коррелирует со значением GlideScore, внося основной вклад в аффинность за счет гидрофобных взаимодействий с сайтом связывания. Гидроксильные группы также способствует улучшению связывания с мишенью за счет формирования дополнительных водородных связей. Замена двойной связи на циклопропановый фрагмент приводит к получению соединений с сопоставимой аффинностью (GlideScore ≈ – 8,2 ккал/моль). Напротив, оксадиазольные аналоги в среднем демонстрируют худшие показатели связывания. Обсуждение и заключение. Соединения, содержащие цис-алкеновый мостик и комбинацию гидрокси- и метокси-заместителей, продемонстрировали значения GlideScore, превосходящие комбретастатин A-4, что делает их кандидатами для дальнейшего синтеза и экспериментального изучения in vitro.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Рынок недвижимости - ключевой сектор экономики с высокой динамикой цен, зависимостью от макроэкономических факторов и сложностью прогнозирования. Традиционные методы анализа требуют много времени и ресурсов, что ограничивает их применение. Использование low-code платформ позволяет сократить затраты на разработку моделей и сделать инструменты анализа доступными для специалистов без углубленных навыков программирования. Цель исследования - продемонстрировать использование KNIME для прогнозирования стоимости объектов недвижимости и их классификации; оценить, насколько точны модели и насколько они полезны на практике.
Бесплатно
Исследование механических свойств полилактида, изготовленного FFF-метода
Статья научная
Введение. Активное внедрение аддитивных технологий в промышленность требует точного прогнозирования механических характеристик изделий, существенно зависящих от параметров настройки процесса печати. Цель работы – выявить влияние степени внутреннего заполнения (от 15 до 100 %) на прочностные характеристики образцов из полилактида, напечатанных на 3D-принтере путем наплавления филамента, и определить оптимальные параметры использования материала в промышленном прототипировании и производстве малонагруженных деталей. Материалы и методы. Экспериментальные образцы стандартной геометрии были изготовлены на трехмерном принтере модели Anycubic Cobra 2 Neo из коммерческого филамента на основе полилактида при варьировании плотности заполнения (15, 30, 60 и 100 %). Испытания на одноосное растяжение выполнялись в соответствии с требованиями государственного стандарта ГОСТ 11262-2017 с регистрацией нагрузочно-деформационных диаграмм. Результаты исследования. Установлено, что максимальное усилие разрушения напрямую зависит от доли заполнителя: при 100 % заполнении оно достигает 642 Н, тогда как снижение параметра до 15 % приводит к падению несущей способности более чем в три раза. На основе полученных данных сформулированы практические рекомендации по выбору режима печати в зависимости от назначения детали: заполнение 15–60 % оптимально для быстрого прототипирования и вспомогательных узлов, а сплошная структура (100 %) необходима для функциональных элементов, подверженных эксплуатационным нагрузкам. Заключение. Полученные данные о механических свойствах полилактида, напечатанного методом наплавления филамента, подтверждают целесообразность его применения в элементах конструкций промышленных изделий. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании и прототипировании деталей различного оборудования.
Бесплатно
Исследование явных численных методов решения уравнений параболического типа
Статья научная
Введение. Численные методы решения уравнений теплопроводности широко применяются в различных областях науки и техники. Разработка новых улучшенных численных алгоритмов для решения уравнений параболического типа позволяет повысить точность расчетов, снять ограничения на шаг интегрирования по времени, что позволит решать практические задачи за приемлемое время с высокой точностью. Цель исследования - изучить явные методы решения уравнений параболического типа на примере решения уравнения теплопроводности с переменными коэффициентами.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) является важной производной целлюлозы, широко применяемой в различных отраслях промышленности. Цель исследования – разработка метода синтеза ГПМЦ из целлюлозы технической конопли, выступающей возобновляемым и экономичным сырьем. Материалы и методы. В работе использованы образцы целлюлозосодержащей пеньки и химические реагенты промышленного производства без дополнительной очистки. Синтез проводили в гетерогенной среде толуол/изопропанол. Для характеристики продукта применяли инфракрасную спектроскопию (ИК) с преобразованием Фурье, а также спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах ¹H и ¹³C. Вязкость 2 %-ных водных растворов определяли с помощью вискозиметра Брукфильда (Brookfield). Результаты исследования. Успешно осуществлен синтез ГПМЦ из предварительно высушенной пеньки. Степень метилирования (DS) и гидроксипропилирования (MS) определена методом ЯМР-спектроскопии на ядрах ¹³C. Данные ИК-спектроскопии подтвердили образование эфира целлюлозы. Динамическая вязкость полученных образцов для 2 %-ных водных растворов составила от 35 до 58 Па · с. Обсуждение и заключение. Разработанный метод демонстрирует возможность эффективного получения ГПМЦ из возобновляемого конопляного сырья в лабораторных условиях. Процесс воспроизводимый и управляемый; выход целевого продукта составляет 76–81 %.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Решение эллиптических уравнений в частных производных, таких как уравнение Пуассона, является вычислительно затратным этапом при моделировании физических процессов в технических системах цилиндрической формы, включая плазменные ловушки и ускорители частиц. Цель исследования – создание высокопроизводительной реализации геометрического многосеточного метода для цилиндрических координат на базе технологии единой архитектуры вычислительных устройств и оценке ее эффективности. Материалы и методы. В основе предлагаемого подхода лежит геометрический многосеточный метод, использующий иерархию вложенных сеток. Его вычислительный механизм опирается на ключевые операторы: итерационное сглаживание, ограничение невязки посредством оператора полного взвешивания и трилинейную интерполяцию для пролонгации поправки. Для организации обхода сеточных уровней исследованы три стратегии: V-, W- и F-цикл. В качестве сглаживателя на каждом уровне применялся параллельный метод Якоби. Результаты исследования. Вычислительные эксперименты на серии сгущающихся сеток показали, что все варианты многосеточного метода существенно превосходят параллельный метод Якоби по времени достижения заданной точности, подтверждая линейную зависимость времени расчета от количества узлов сетки. На архитектуре графических процессоров наименьшее время вычислений среди рассмотренных стратегий обхода продемонстрировал F-цикл. Заключение. Геометрический многосеточный метод подтверждает свою высокую эффективность, обеспечивая скорость сходимости, не зависящую от размера сетки. Показано, что W-цикл уступает V-циклу на графических ускорителях из-за высоких накладных расходов и недостаточной загрузки вычислительных ядер на грубых сеточных уровнях. Разработанный алгоритм является эффективным инструментом для высокоскоростного моделирования осесимметричных систем в задачах электростатики и физики плазмы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Высокие стартовые затраты и избыточная автоматизация при внедрении вертикальных ферм и гидропонных систем повышают риск неудачи проектов на ранних этапах. Цель исследования – формализовать и верифицировать методику поэтапного перехода управления ячейкой от микроконтроллера к промышленному контроллеру без потерь управляемости и данных, обеспечивающую низкие стартовые затраты. Материалы и методы. Прототип – одна гидропонная ячейка с циклом «затопление – осушение» (2 ч / 15 мин). Аппаратная часть: плата Iskra Mega, перистальтические и воздушные насосы, датчики водородного показателя и электропроводности, управляемые фитолампы, а также коммуникационный протокол Modbus RTU на базе интерфейса RS-485. Методы: лабораторный эксперимент, калибровка измерительных каналов, протоколирование и аудит событий, нагрузочные испытания шины связи, моделирование алгоритмов онлайн-перехвата и офлайн-миграции управляющих воздействий. Контуры поддержания водородного показателя и электропроводности реализованы на пропорционально-интегральных регуляторах с защитой от насыщения интегратора. Результаты исследования. Результаты показали детерминированность расписания с ошибкой переключения фаз < 0,1 %. Время установления pH/EC – не более 12–15 мин, перерегулирование незначительное. Доля кадров, отвергнутых по CRC, – низкая. Онлайн-перехват осуществляется за миллисекунды без пропусков кадров. Офлайн-миграция корректно восстанавливает графики. Обсуждение и заключение. Подтверждена работоспособность многоступенчатого перехода от микроконтроллера к общепромышленному исполнению. Шина синхронизации и адресная активация подпрограмм обеспечивают бесшовный переход и целостность данных. Экономически микроконтроллер оправдан при 1–3 ячейках; промышленные контроллеры – при 6–12 ячейках и более. Результаты исследования представляют практическую ценность для интеграторов автоматизированных систем управления технологическими процессами и разработчиков вертикальных ферм. Данные позволяют применять пошаговые процедуры онлайн- и офлайн-реинтеграции, учитывать требования к шине и адресации, а также использовать обоснованные критерии перехода к промышленному исполнению при масштабировании системы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Магнитные наночастицы на основе оксида железа (Fe3O4) занимают особое место в современной биотехнологии, в частности для выделения ДНК. Методы с их использованием быстрее, проще и легче автоматизируются, чем классические подходы. В условиях дефицита импортных реагентов повышается спрос на разработку отечественных аналогов магнитных наночастиц. Цель исследования – разработка технологии синтеза и модификации магнитных наночастиц, обеспечивающих эффективное выделение ДНК из цельной крови. Материалы и методы. Магнитные наночастицы Fe3O4 сферической морфологии получали гидротермальным методом. Для придания сорбционных свойств частицы покрывали диоксидом кремния (SiO2) или аминофункционализированным диоксидом кремния (SiO2–NH2). Характеризацию полученных частиц проводили с помощью методов просвечивающей электронной микроскопии (Transmission Electron Microscopy, TEM), рентгеновской энерго-дисперсионной спектроскопии (Energy-Dispersive X-ray, EDX), динамического светорассеяния (Dynamic Light Scattering, DLS) и БЭТ (Брунауэра-Эммета- Теллера). Сорбционную емкость наночастиц и целостность выделенной ДНК определяли спектрофотометрически и методом электрофореза. Результаты исследования. TEM и DLS анализ показал сферическую морфологию полученных магнитных частиц с узким распределением по размерам. Частицы Fe3O4@SiO2–NH2 продемонстрировали максимальную сорбционную емкость, превосходящую как частицы с покрытием из чистого SiO2, так и коммерческий аналог. При этом все синтезированные частицы обеспечили высокое качество препарата с выделенной из крови ДНК. Обсуждение и заключение. Разработаны частицы для сепарации ДНК сферической морфологии с многослойным покрытием на основе SiO2. Показано преимущество функционализированных частиц перед коммерческим аналогом по эффективности сорбции. Полученные результаты подтверждают перспективность применения разработанных магнитных частиц в коммерческих наборах для выделения нуклеиновых кислот из цельной крови, способных заменить иностранные аналоги в диагностических и исследовательских целях.
Бесплатно
Получение электродных материалов из порошков, полученных методом электроэрозионного диспергирования
Статья научная
Введение. Узлы машин содержат в своем составе детали, изготовленные из цветных металлов и сплавов, таких как бронза. Поверхности этих деталей в процессе эксплуатации изнашиваются, что приводит к необходимости их восстановления. Одним из наиболее универсальных и при этом энергоэффективных методов восстановления изношенных поверхностей деталей является электроискровая обработка. Этот процесс позволяет улучшить эксплуатационные свойства деталей, восстанавливая их первоначальные размеры. В связи с этим создание электродов из мелкодисперсных порошковых материалов становится важным направлением. Цель исследования – разработка технологии изготовления электродов для электроискровой обработки на основе порошков, полученных методом электроэрозионного диспергирования. Материалы и методы. Для спекания использовался бронзовый порошок БрКМц 3-1, полученный методом электроэрозионного диспергирования. Спекание проводилось в системе искрового плазменного спекания SPS 10-3. Для подготовки образцов и их последующего анализа также были задействованы: сушильный шкаф ШС-80-01 СПУ, набор сит, соответствующий стандарту ГОСТ 2715–75, аналитические весы марки Acculab ALC-210d4 и рентгено-флуоресцентный спектрометр Jingpu MX-2. Результаты исследования. В результате спекания получена заготовка диаметром 40 миллиметров и высотой 20 миллиметров. Химический состав спеченных электродов сопоставим с составом исходного металлического лома. При пробной наплавке электроды из спеченной бронзы обеспечили формирование покрытий, по физико-механическим и триботехническим параметрам не уступающих покрытиям, полученным стандартным электродным материалом. Обсуждение и заключение. Методом искрового плазменного спекания возможно получать электроды из бронзовых порошковых материалов, полученных методом электроэрозионного диспергирования. Эти электроды обладают свойствами, подходящими для их применения в процессе электроискровой обработки.
Бесплатно
Резервирование электропитания в системах регулируемого электропривода переменного тока
Статья научная
Введение. Применение электропривода переменного тока находит все более широкое применение во многих отраслях промышленности. Однако проблемы с бесперебойным питанием системы регулируемого электропривода лишают его известных преимуществ, таких как: энергоффективность, точность регулирования, надежность. Цель исследования – верифицировать предложенные идеи по резервированию питания электропривода от источника постоянного напряжения с применением DC-DC преобразователей. Материалы и методы. Объект – электропривод на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) мощностью 11 кВт, напряжением 0,4 кВ и номинальной скоростью 157 рад/с с двухзвенным преобразователем частоты. Модель в PSIM включает преобразователь частоты, СДПМ, механическую нагрузку, векторную систему управления с обратной связью по скорости, повышающий DC-DC преобразователь, систему идентификации аварийного режима и имитации обрыва/просадки фаз. Результаты исследования. Результаты моделирования электропривода переменного тока с функцией резервного электропитания показали возможность переключения на резервный источник питания за интервал времени переходного процесса не более 0,02 с и несущественной просадкой скорости двигателя (не более 10 %). Выходное напряжение Н-моста стабилизируется на уровне 535 В. Предложенная система идентификации аварийного режима питающей сети и переключения на резервный источник питания показала работоспособность. Заключение. Подтверждена работоспособность привода с резервным питанием; повышающий DC-DC преобразователь и модель управления обеспечивают безударное переключение на накопитель при авариях сети, что повышает надежность автоматизации автономных и ответственных объектов, в которых выход из строя электропривода серьезным последствиям: от экономических потерь и простоев до риска аварий, угрозы безопасности людей или нарушения критических технологических процессов. К таким отраслям относятся: атомная энергетика, нефтегазовая отрасль, горнодобывающая отрасль, транспорт и спецтехника.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Маршрутизация транспортных средств – проблема транспортной логистики, сводящаяся к поиску оптимальных траекторий движения для парка машин из единого депо. Она относится к NP-трудному классу задач, что делает точные алгоритмы неприменимыми при росте числа клиентов. Цель – провести сравнительный анализ метаэвристических алгоритмов для задачи маршрутизации транспорта с ограничениями и поиск оптимальных условий их применения. Материалы и методы. Сравниваются классический жадный алгоритм, алгоритм муравьиной колонии и модифицированный генетический алгоритм с адаптивным механизмом мутации. Тестирование проводится на пяти сценариях различной размерности, имитирующих реальные логистические условия. Оценка производится по трем критериям: суммарная дистанция, время расчета и соблюдение всех ограничений, что позволяет выявить сильные стороны каждого алгоритма в различных условиях. Результаты исследования. На малых и средних задачах оба метаэвристических метода достигли одинакового оптимального результата, при этом муравьиный алгоритм в среднем работает быстрее. Однако на самом сложном сценарии генетический алгоритм с адаптивной мутацией превзошел муравьиный как по длине маршрута, так и по времени вычислений, продемонстрировав лучшую масштабируемость и стабильность при жестких ограничениях. Заключение. Жадный алгоритм показал максимальную скорость, но в 40 % случаев нарушал ограничения. Муравьиный алгоритм быстро работает на малых задачах, но на сложных замедляется и уступает по качеству. Генетический алгоритм показал 100 % реализуемых маршрутов во всех сценариях, наименьшую суммарную длину и отличную масштабируемость. Таким образом, алгоритм муравьиной колонии предпочтителен для быстрого решения задач малой размерности, а предложенный модифицированный генетический алгоритм обеспечивает наилучший баланс скорости и качества.
Бесплатно
