Статьи журнала - Вестник Донского государственного технического университета
Все статьи: 1534
Исследование движения слоев жидкости
Статья научная
Проведено исследование дифракционного движения двух слоев несжимаемой тяжелой жидкости вокруг вертикальной круговой опорной колонны. Использовано приближение твердой крышки для выделения воздействия только внутренней волны. Результаты исследования распространяются на все возможные масштабы волнового движения слоев жидкости как натурного наблюдения, так и лабораторного испытания.
Бесплатно
Статья научная
Выполнено исследование динамических свойств центробежных аппаратов для распределения минеральных удобрений по поверхности поля применительно к обоснованию допусков на колебания параметров процесса. По допускаемой неравномерности распределения удобрений по полю рекомендуется вычислять допуски на равномерность подачи удобрений на распределяющий аппарат, математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение угла бросания и дальностей метания. Вероятностная модель системы представлена последовательным соединением звена постоянного запаздывания и двух апериодических звеньев. Численным моделированием определены характеристики звеньев.
Бесплатно
Статья научная
Введение. На длинноходовые перемещения в автоматизированных пневмоприводах приходится значительное количество исполнительных движений в координатных столах, на автоматизированных складах, раскройных машинах и т. д. Длинноходовые перемещения ухудшают динамическое качество и позиционирование привода. Это обусловлено трением поршня и нелинейными характеристиками потока сжатого газа в значительных объемах напорной и сливной полостей цилиндра. Таким образом, представляется перспективным создание автоматизированного позиционного пневмопривода для длинноходовых перемещений. Это позволит повысить производительность процессов при обеспечении заявленной точности.Цель работы - получение математической модели и зависимостей основных параметров предложенного автоматизированного позиционного длинноходового пневмопривода технологического оборудования на участках разгона, движения с установившейся скоростью, замедления и торможения.Материалы и методы. Базой для расчетов и моделирования стала схема двух траекторий перемещения из точки А в точку Е с учетом сил, затраченных на эти процессы. Оптимальное перемещение определили с помощью принципа Портнягина (то есть оптимального быстродействия). Пропорциональное управление приводом представлено как метод достижения результата. Для длинноходовых перемещений привода детально визуализированы (представлены как рисунки): схематическое решение и расчетная схема. Предложены оригинальный струйный датчик с внутренней пневматической связью и пневмомеханическое дискретнопропорциональное устройство для быстродействия контура управления. Математическая модель включает движение и торможение поршня, баланс массовых расходов, давление в точках и контур управления. Систему уравнений решали методом Рунге - Кутты в программном продукте «Симинтех» (Simintech). По итогам исследования обобщенной математической модели построили зависимости изменения кинематических, силовых и пневматических свойств привода в реальном времени при типовом цикле позиционирования. Информацию суммировали и представили как совокупность графиков.Результаты исследования. Математическая модель сформирована по комплексу расчетов. Она учитывает зависимости, характерные для движения поршня пневмоцилиндра. Баланс массовых расходов исследуется по уравнениям расхода газа при сжатии в камере, через распределители и дроссели, в нагнетательной и сливной полостях и в управляющем устройстве. Рассмотрены неравенства, описывающие давления в точках и контур управления. Сложная математическая модель решалась в программной среде «Симинтех» (Simintech) методом Рунге - Кутты с изменяемым шагом интегрирования. Фрагмент работы программы выбран в качестве одной из иллюстраций. Он показывает, что софт задействует для расчетов такие показатели, как: заданная и приведенные координаты; универсальная газовая постоянная; коэффициенты жесткости пружины, сопротивления, адиабаты и вязкого трения в поршне; давление компрессора; массу подвижных частей пневмопривода; силу внешних сопротивлений; диаметры трубопровода, поршня пневмоцилиндра и тормозного устройства; протяженность хода поршня цилиндра; площади поршневых полостей и дросселей; длину трубопровода и его внутренний объем. Таким образом, программа оперирует значительным комплексом данных, что дает возможность получить существенные и адекватные результаты. Схематически показана взаимосвязь блоков и диаграмм, использованных при решении модели. Речь идет о графиках перемещений, площадей, давлений, скоростей и температур. Использованы блоки с текстом программы и предназначенные для интегрирования. Таким образом получены математическая модель автоматизированного пневмопривода технологического оборудования и зависимости основных параметров его работы. Графики свидетельствуют о том, что исполнительный механизм пневмопривода должным образом следует предложенной траектории.Обсуждение и заключение. Итоги работы позволяют рассмотреть несколько этапов длинноходового перемещения привода, определить временные рамки этих процессов (от 0 до 0,65 сек), а также фиксируемые в данные промежутки изменения давления и скорости движения каретки пневмоцилиндра. Таких этапов пять: разгон, движение с установившейся скоростью, замедление, движение со скоростью позиционирования и торможение. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на оптимизации системы для сокращения продолжительности и поддержания точного позиционирования при внешних воздействиях.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача оптимизации состава жидкоподвижной самотвердеющей смеси (ЖСС) с регенерированным песком для изготовления форм стального фасонного литья. Приведены результаты исследования основных технологических свойств смеси при изменении её состава. Проведено моделирование основных технологических свойств смеси, и определён её оптимальный состав. Даны рекомендации дозирования материалов и технологии приготовления наливной смеси с регенерированным песком.
Бесплатно
Статья научная
Введение.Принято считать, что электроупругие модули не зависят от амплитуды и частоты колебаний. Это подход отражен в российских и зарубежных стандартах для определения полного набора электроупругих модулей пьезокерамики. Например, для определения пьезомодуля 𝑑𝑑31 образца в форме диска необходимо провести измерения в трех частотных областях: в области первого и второго резонансов, в области антирезонанса и на частотах много ниже 1кГц. В связи с этим предполагается, что при определении 𝑑𝑑31модули исследуемой керамики в диапазоне частот от 1 КГц до второго резонанса не зависят от частоты. Целью данной работы является исследование зависимости от частоты электроупругих модулей керамики. При этом используется образец в форме диска из ЦТС (цирконата-титаната свинца).Материалы и методы.Использованы методы постановки и решения задач стационарной электроупругости и разделы теоретических основ электротехники. Для реализации метода конечных элементов применены метод возмущений и пакет прикладных программ ANSYS...
Бесплатно
Исследование зависимости силы всплывания специализированного аэростата от параметров его движения
Статья научная
Международный научно-исследовательский проект Multibody Advanced Airship for Transport (МААТ), финансируемый Евросоюзом по Седьмой рамочной программе, решает проблему планетарного масштаба — экологически безопасной транспортировки. Один из разделов проекта предусматривает исследования аэродинамики специализированных высотных аэростатов — так называемых челноков. Они предназначены для обеспечения коммуникаций между наземными аэропортами и аэростатами, постоянно курсирующими в стратосфере, — крейсерами. Решается одна из задач аэродинамических исследований, необходимых для получения соответствующей математической модели. Поставлена и решена задача математического описания закона изменения силы всплывания при вертикальном движении челнока в невозмущённом и возмущённом его положении. Для этого проведён имитационный эксперимент, основывающийся на так называемой «электронной обдувке» путём компьютерного моделирования. Методами регрессионного анализа обработаны результаты компьютерных измерений силы сопротивления всплыванию в разных условиях. Полученное выражение позволяет идентифицировать математическую модель динамики движения челнока, представленную уравнениями Эйлера. Результаты проиллюстрированы табличными и графическими данными.
Бесплатно
Исследование и моделирование многослойного композитного материала с применением базальтовой ткани
Статья научная
Введение. Композитные материалы (КМ) все шире используются в различных сферах: машиностроении (в том числе в производстве судов, авиа- и сельскохозяйственной техники), приборостроении, изготовлении емкостей высокого давления и т. д. Довольно часто применяются многослойные композиты, состоящие в основном из одного вида армирующего материала и связующего. Особый интерес представляет использование в одном композите различных видов армирующих материалов - более прочных в местах наибольших напряжений в сечении. В качестве примера можно привести многослойный КМ из стеклянных и базальтовых тканей и волокон с одним видом связующего. Цель исследования - оценить свойства такого материала и смоделировать его методом конечных элементов.Материалы и методы. В работе использованы компоненты, доступные в свободной продаже. Армирующие материалы - базальтовая ткань БТ-11, стеклоткань ТР-0,5, а также стекломат плотностью 300 г/м2.Связующее - смола эпоксидная ЭД-20 с отвердителем полиэтиленполиамином...
Бесплатно
Статья научная
Введение. В современных тяжелонагруженных узлах трения широко применяются металлополимерные подшипники с антифрикционными покрытиями, работающими в режиме граничного трения. Их успешное применение обеспечивается вязкоупругой деформацией этих покрытий под нагрузкой. Для перехода от граничного трения к жидкостному необходимо создать несущий гидродинамический клин. В настоящее время применение подшипников скольжения с полимерным покрытием опорного кольца, имеющего канавку, сдерживается отсутствием методики их расчета. Настоящая работа посвящена анализу модели движения микрополярного смазочного материала в рабочем зазоре радиального подшипника скольжения с нестандартным опорным профилем, имеющим на опорной поверхности фторопластсодержащее композиционное полимерное покрытие с канавкой. Цель исследования - установить зависимость устойчивого гидродинамического режима от ширины канавки на поверхности опорного профиля. Материалы и методы. Трибологические испытания радиальных подшипников с нестандартным опорным профилем, имеющим на поверхности полимерное покрытие с канавкой, выполнялись на образцах в виде частичных вкладышей (колодок). С помощью уравнения движения смазочного материала, обладающего микрополярными реологическими свойствами, а также уравнения неразрывности получены новые математические модели, учитывающие ширину канавки, полимерное покрытие и нестандартный опорный профиль. Результаты исследования. Достигнуто существенное расширение возможностей применения на практике расчетных моделей радиальных подшипников скольжения с конструктивными изменениями. Подшипники с полимерным покрытием с канавкой обеспечивают гидродинамический режим смазывания. Полученные результаты позволяют провести оценку эксплуатационных характеристик подшипника: величины гидродинамического давления, нагрузочной способности и коэффициента трения. Обсуждение и заключения. Конструкция радиального подшипника с полимерным покрытием и канавкой шириной 3 мм на поверхности втулки обеспечила стабильное всплытие вала на гидродинамическом клине, что подтверждается экспериментальными исследованиями. Эксперименты проводились для подшипников скольжения диаметром 40 мм с канавкой шириной 1-8 мм, при скорости скольжения 0,3-3 м/с и нагрузке 4,8-24 МПа.
Бесплатно
Исследование кинематики пружинных предохранителей культиваторов
Статья научная
Проведено сравнительное исследование кинематики пружинных предохранителей рабочих органов культиватора с различным исполнением упругого элемента. Изучены траектории движения носка рабочего органа под нагрузкой на испытательном стенде. Указаны достоинства предохранителя с S-образным упругим элементом, работающим на продольный изгиб.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Исследованы поперечные колебания биморфа, состоящего из двух пьезомагнитоэлектрических слоев и находящегося в переменном магнитном поле. Пьезомагнитоэлектрические слои представляют собой многослойный композит с чередующимися пьезоэлектрическими и пьезомагнитными слоями. Механические и физические свойства такого композита задаются известными эффективными константами.Материалы и методы. Прикладная теория колебаний многослойной пластины учитывает нелинейное распределение электрического и магнитного потенциала в пьезоактивных слоях в продольном и поперечном направлениях. На основе указанной теории исследованы напряженно-деформированное состояние, зависимости прогиба, электрического и магнитного потенциалов от объемного соотношения состава шарнирно опертого биморфа. Электрический потенциал принят равным нулю на всех электродах, магнитный равен нулю на внутренней границе и неизвестен на внешних. Поэтому распределение электрического и магнитного потенциалов в середине слоя - неизвестные функции. В случае магнитного потенциала распределение на внешней границе также неизвестно. В задаче были приняты гипотезы Кирхгофа для механических характеристик. Использование вариационного принципа и квадратичной зависимости электрического и магнитного потенциалов по толщине пьезоактивных слоев позволило получить систему дифференциальных уравнений и граничных условий.Результаты исследования. При изменении объемного соотношения состава пьезоактивных материалов биморфа электрический потенциал в середине слоя нелинейно изменяется. Магнитный потенциал в середине слоя и на внешней границе практически линейно увеличивается с увеличением объемного процента BaTiO3. Определена зависимость прогиба в середине слоя.Обсуждение и заключения. Построена прикладная теория расчета поперечных колебаний биморфа с двумя пьезомагнитоэлектрическими слоями. Исследована зависимость характеристик напряженно-деформированного состояния, электрического и магнитного полей от объемных долей пьезомагнитного и пьезоэлектрического материалов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности геометрии очага деформации и определены задачи конечно-элементного моделирования контактных напряжений в процессе упругопластического деформационного формообразования составного цилиндра методом дорнования отверстия.
Бесплатно
Статья научная
Измерены плотность теплового потока и температура нагревателя одновременно при различных недогревах жидкости до точки кипения. В экспериментах применен квазистационарный метод нагрева, благодаря которому можно точно зафиксировать критическую плотность теплового потока ( q кр) и температуру нагревателя ( Т ст). На основании экспериментального изучения поверхностного кипения определено, что критическая плотность теплового потока значительно зависит от недогрева жидкости. При температуре ядра жидкости Т я= 30 0С в смеси вода- n -бутанол 10 % критическая плотность теплового потока достигает значительной величины 20,68 МВт/м 2, а при Т я=90 0С в разы меньшей q кр=2,98 МВт/м 2. Это связано с увеличением температурного напора (∆ Т = Т ст кр+ Т я) в момент возникновения q кр.
Бесплатно
Статья научная
Установлена связь показателя фрактальной размерности поверхности с особенностями формирования комплекса магнитных свойств порошковых магнитно-мягких материалов системы Fe - P, подвергнутых горячей штамповке.
Бесплатно
Исследование методик определения констант поляризованной пьезокерамики
Статья научная
С помощью программы ANSYS проведены исследования амплитудно-частотных характеристик пьезокерамических элементов в форме тонкой пластины и стержня. Измерены резонансные и антирезонансные частоты первых двух радиальных мод диска, толщиной моды тонкой пластины и продольной моды длинного стержня прямоугольного поперечного сечения. Численные результаты сравниваются с известными методами определения упругих S ij, пьезоэлектрических d ij и диэлектрических ε ij констант пьезоэлектрических материалов. Предложена и экспериментально обоснована усовершенствованная методика определения константы S E13 на одном образце только из радиальных колебаний диска. Метод основан на соотношениях между упругими константами пьезокерамики и дисперсией продольных волн. Исследованы границы применения нового метода. По сравнению с известными способами предложенная методика упрощает процедуру измерения и позволяет определить упругую константу с повышенной точностью. Разработана принципиально новая методика измерения резонансных и антирезонансных частот пьезоэлементов с потерями для определения полного набора материальных констант идеальных элементов без потерь согласно российским отраслевым стандартам и стандартам Института радиоинженеров (США) для пьезоэлектрических кристаллов.
Бесплатно
Исследование методик определения констант поляризованной пьезокерамики (часть II)
Статья научная
Введение. Статья посвящена определению полного набора всех десяти электроупругих модулей поляризованной керамики, который необходим для анализа работы пьезокерамических чувствительных элементов различных приборов при численном решении краевых задач методом конечных элементов. Целью данной работы является создание нового метода определения констант пьезокерамических материалов, основанного на измерении частот резонансов и первых низкочастотных антирезонансных частот только на одном образце в виде кольца. Материалы и методы. Предложен новый метод определения полного набора упругих, пьезоэлектрических, диэлектрических модулей поляризованной пьезокерамики. При этом используется только один образец. Метод определения констант керамики основан на измерении резонансных частот и первого низкочастотного антирезонанса для элемента в виде кольца с осевой поляризацией. Первые семь констант, кроме сдвиговых, измеряют для кольца с электродами на торцах. Сдвиговые модули измеряют на том же кольце, но с новыми электродами на боковых цилиндрических поверхностях. Старые электроды на торцах удаляются. Для проверки корректности методики используется программа ANSYS, реализующая метод конечных элементов. Результаты исследования. Для пьезокерамики PZT 4 приведен полный набор констант, определенных новым методом - с использованием только одного образца. Погрешность определения констант, как правило, не превышает 1 Обсуждение и заключения. В работе приведены результаты исследований нового обоснованного численного метода и алгоритма определения полного набора совместимых материальных констант пьезокерамики на одном образце в виде кольца с различными электродами. Главное достоинство данного метода - для определения полного набора модулей пьезокерамики используется только один образец. В других методах измеренные модули пьезокерамики не являются совместимыми в силу того, что частоты резонансов и антирезонансов измеряются на трех различных по геометрии и степени поляризации образцах.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование покрытия из нитрида титана (TiN), нанесенного методом ионно-плазменного напыления на подготовленную поверхность образца стали 40Х. Для измерения толщины покрытия часть поверхности закрывалась маской из медной фольги. Свойства и характерные особенности микрорельефа поверхности образца до и после нанесения покрытия исследовались с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). Описана и применена методика определения толщины покрытия с высокой точностью на основе результатов АСМ сканирования переходной между подложкой и покрытием зоны на поверхности образца. Вычисленная неопределенность измеренного значения толщины значительно меньше, чем при использовании других методов. Методом инструментального индентирования измерены механические свойства покрытия; показана важность точного определения толщины для корректного измерения характеристик покрытия методом индентирования.
Бесплатно
Исследование механических свойств покрытия, наносимого методом электроискрового легирования
Статья научная
Описана методика выбора материала электрода, который используется при нанесении электроискровым методом покрытия на поверхностный слой металла. В основе данного подхода - исследование механических свойств покрытия методом наноиндентирования. Построено распределение микротвёрдости покрытия по глубине для ряда исследованных материалов. В качестве второй характеристики материала при индентировании использован индекс пластичности, отражающий структурное состояние материала. Величина H/E также используется для характеристики способности материалов к износу при трении. Для оценки сопротивления материалов пластической деформации была использована качественная сравнительная характеристика - соотношение H 3 /E 2. На основе анализа полученных результатов сделан обоснованный выбор материала электрода, создающий покрытия с достаточно высокими механическими свойствами. Актуальность исследования обоснована преимуществами электроискрового легирования (ЭИЛ), которое является эффективным методом воздействия на поверхностные слои различных деталей.
Бесплатно
Исследование моделей дефектов искусственных нейронных сетей
Статья научная
Рассмотрены модели дефектов аппаратных реализаций искусственных нейронных сетей. Предложено расширение классов дефектов нейроэлементов путем введения дополнительного класса моделей дефектов нейронов, вызывающих появление на их выходах определенного уровня сигналов в интервале (0,1). Проведено экспериментальное исследование влияния введенного класса дефектов на работоспособность искусственной нейронной сети.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Представлен сравнительный анализ решений модифицированной модели Уитли при различных способах формирования элитных особей. В данном исследовании для формирования элитных особей используются алгоритмы Крона и Плотникова-Зверева. Целями работы являлись разработка модифицированной модели Уитли с применением алгоритмов Крона и Плотникова-Зверева для формирования элитных особей, а также программного средства для решения задачи теории расписаний. Необходимо было получить лучшее решение этой задачи при различных исходных данных с последующей обработкой результатов и выявлением модификации модели Уитли. Описана задача, которая подразумевает поиск оптимального распределения работ по процессорам с минимизацией максимального времени выполнения работ. Материалы и методы. Приведено описание всех алгоритмов, которые были реализованы при разработке программного средства решения задачи оптимизации построения расписания. Разработаны следующие алгоритмы: модифицированная модель Уитли, применение стратегии элитизма, алгоритм Крона, алгоритм Плотникова-Зверева. Результаты исследования. Разработано программное средство, с помощью которого проведён вычислительный эксперимент при различных исходных данных, с использованием одной, двух, трёх и четырёх элитных особей. Вычислительный эксперимент проведён для наиболее распространённых наборов данных при различном количестве элитных особей. Каждая модификация модели Уитли запускалась сто раз с каждым набором исходных данных. В результате сравнительного анализа было выявлено, какое влияние оказывает использование рассмотренных стратегий элитизма в разработанных модификациях генетического алгоритма (модели Уитли) на точность решения однородной минимаксной задачи при различном количестве элитных особей. Обсуждение и заключения. Определены лучшие результаты работы алгоритмов, выявлена эффективность применения элитизма в модифицированной модели Уитли при решении однородной минимаксной задачи теории расписаний. Проведено сравнение результатов работы алгоритма при одной, двух, трёх и четырёх элитных особях.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты расчетов характеристик несущего винта с различными геометрическими и кинематическими параметрами. Сделан выбор оптимальных характеристик соосного винта на режиме висения для сельскохозяйственной модификации белорусско-российского вертолета «Брат».
Бесплатно
