Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu
Статьи журнала - Вестник Донского государственного технического университета
Все статьи: 1573
Статья научная
Введение. Высокопористые композиты - металлические пены - находят широкое применение в силу своих механических свойств. В литературе представлены различные методы их математического моделирования, в том числе, на основе периодических ячеек Гибсона-Эшби. Пьезоактивные композиты обладают рядом свойств, таких как высокая чувствительность сенсоров и широкая полоса пропускания. Этим обусловлен интерес к их моделированию. Однако при построении таких моделей из пьезокерамических материалов возникает определенная трудность, связанная с выбором распределения предварительной поляризации. Следует отметить, что этот вопрос, особенно для высокопористой пьезокерамики, недостаточно изучен в литературе. Поэтому целью данной работы являлось установление влияния модели поляризации на характеристики пьезоактивного композита.Материалы и методы. Материал конструкции - пьезокерамика PZT-4, поляризация которой существенно зависит от условий ее наведения (геометрии модели, расположения электродов). Исследование разделено на два шага: в первом проводится расчет остаточной поляризации на основе теории известной в литературе, реализация которой осуществлена в пакете ACELAN; на втором решается ряд задач для ячейки композита и находится зависимость ее свойств от модели поляризации. В качестве метода решения соответствующих краевых задач электроупругости для кусочно-неоднородных тел используется метод конечных элементов, реализованный в пакете ACELAN.Результаты исследования. Решена задача определения неоднородной поляризации для двух видов конструкций плоских ячеек высокопористой пьезокерамики. Отмечены некоторые особенности полученного распределения поляризации, в частности, ее неоднородность и наличие встречной поляризации в некоторых ребрах. Решены задачи определения собственных частот и форм колебаний «внутри ячейки» и их зависимость от модели поляризации (однородной и неоднородной). Отмечается, что некоторые частоты отличаются на 10 %, а формы колебаний качественно совпадают. Проанализирована зависимость напряженно деформированного состояния и выходных характеристик от поляризации, разница некоторых значений которых достигала 15 %.Обсуждение и заключение. Процесс поляризации высокопористых пьезокерамик имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать для получения достоверных сведений о ее механическом и электрическом поведении. Ауксетические свойства, разница в механическом и электрическом отклике рассматриваемой ячейки напрямую связаны с этими особенностями. Таким образом модель поляризации оказывает существенное влияние на характеристики пьезоактивного композита, что определяет важность ее правильного выбора. Полученные результаты надо учитывать при моделировании представительных объемов высокопористых пьезоэлектрических композитов для определения их эффективных свойств, на основе которых строятся модели пьезоэлектрических устройств и рассчитываются их выходные характеристики.
Бесплатно
Статья научная
Исследуется возможность определения полей подвижности воздуха, температур и концентраций вредных веществ на основе конечно-элементного моделирования процессов массопереноса загрязнений в производственной среде с учётом завихрений воздушных потоков.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается моделирование пьезоэлектрического генератора, который является элементом устройства накопления энергии. Пьезоэлектрический генератор представляет собой консольно-закреплённую пластину, на которую наклеены пьезоэлектрические элементы и присоединена инерционная масса. Исследуются два варианта возбуждения колебаний пластины. В первом - закреплённая сторона совершает вертикальные гармонические колебания на заданной частоте и с заданной амплитудой, во втором к этой стороне приложена сила, изменяющаяся по гармоническому закону. В качестве математической модели устройства рассматривается трёхмерная краевая задача линейной теории электроупругости для составного упругого и пьзоэлектрического тела. Решение краевой задачи проводится методом конечных элементов в пакете ANSYS. При численном решении в качестве пьезоэлектрического материала взята пьезокерамика ПКР-7М, а в качестве материала пластины рассмотрены стеклопластик, дюраль, сталь. В качестве материала инерционной массы используется алюминий. Численно исследованы два случая колебания на резонансной частоте и колебания в низкочастотной области на частоте значительно меньшей частоты первого резонанса. Проведено исследование зависимости резонансной частоты устройства от толщины пластины для различных материалов и от величины массы инерционного элемента. Результаты представлены в виде графиков, позволяющих найти резонансную частоту для определённых размеров. Исследованы зависимости выходного потенциала на свободных электродах пьезоэлементов на резонансных частотах и в низкочастотной области от этих же параметров, эти результаты представлены также в виде графиков, что позволяет конструктору выбрать рациональные размеры элементов и сочетание материалов для достижения наибольшей эффективности устройства.
Бесплатно
Конечно-элементное моделирование совместной работы оползня скольжения и защитного сооружения
Статья научная
Введение. В рамках задачи о плоской деформации разработана конечно-элементная модель оползневого склона естественного залегания, позволяющая учитывать совместную работу оползня скольжения и защитного инженерного сооружения. Для учета физической нелинейности материала слоев склона использована модель Друкера-Прагера. Для активации кинематической нестабильности в расчетную схему введена упруго-вязкая прослойка, вдоль которой происходит скольжение оползневого слоя.Материалы и методы. Численные эксперименты выполнены с помощью программного комплекса ANSYS Mechanical, в котором реализован метод конечных элементов в форме метода перемещений. Дискретизация склона выполнена на базе плоских четырех узловых конечных элементов PLANE42. Для моделирования смещения оползневого слоя относительно неподвижного основания применены комбинированные упруговязкие элементы COMBIN14. Результаты исследования. Формализована физически нелинейная модель оползневого склона естественного залегания, состоящая из основания, оползневого слоя и упруго-вязкой прослойки. Разработана инженерная методика анализа напряженно-деформированного состояния системы «склон-защитное сооружение» с учетом кинематической нестабильности оползневого слоя. Проведена серия вычислительных экспериментов. Обсуждение и заключение. На основании выполненных расчетов показано, что предлагаемая методика позволяет уточнить силовое воздействие оползневого слоя на защитное сооружение и, тем самым, повысить надежность оценки рисков при активизации оползневого процесса.
Бесплатно
Конечноэлементное моделирование конструкций из неоднородных материалов с усложнёнными свойствами
Статья научная
Рассмотрены два алгоритма конечноэлементного моделирования неоднородных свойств, в том числе при связности механических и электрических полей. В первом случае неоднородные механические и пьезоэлектрические свойства тела задаются в виде аналитических зависимостей в некоторых классах функций. Во втором предполагается, что функции, описывающие неоднородные свойства, известны в дискретном наборе точек. Неоднородные свойства учитываются при вычислении элементных матриц. Для этого во втором случае интерполяция неоднородных свойств внутри тела осуществляется двумя способами: с помощью сплайнов, реализующих модель тонкой упругой пластины, и сплайнов Ж. Менге. Предложенные алгоритмы реализованы в виде модулей конечноэлементного комплекса ACELAN. Разработанное программное обеспечение может быть использовано при решении статических и динамических задач для неоднородных упругих и электроупругих тел. Приведены соответствующие примеры.
Бесплатно
Конечноэлементное моделирование усталостной прочности композитного материала
Статья научная
Расчёт на усталость играет важную роль при проектировании работающих под действием переменной нагрузки деталей и узлов из композитных материалов. Рассматривается конечноэлементное моделирование представительного объёма материала, находящегося в напряжённо деформируемом состоянии, соответствующем эксплуатационным условиям. На этом основана методика расчёта полимеркомпозитов на многоцикловую усталость. В работе проведены расчёты. Исследуется однонаправленный армированный композиционный материал, полученный термическим отверждением эпоксидного связующего, усиленного стекловолокном. Механические свойства материалов такого рода (в том числе усталостная долговечность) в весьма значительной степени зависят от технологии изготовления. В работе приведён расчёт, позволяющий оценить изменение прочностных свойств на усталостную долговечность при нарушении технологических требований к процентному содержанию компонентов композита.
Бесплатно
Конкурентная позиция организаций розничной торговли
Статья научная
Рассмотрены понятия «конкуренция», «конкурентоспособность», «конкурентная позиция». По результатам их анализа сформулировано авторское определение конкурентной позиции предприятия розничной торговли с использованием потребительских оценок, основанных на рейтинге предпочтений покупателей конкретной торговой сети, положения каждого товара в отдельности и лабораторных исследований качества реализуемой продукции.
Бесплатно
Консолидация банковского сектора в условиях финансового кризиса: рынок слияний и поглощений
Статья научная
Общей тенденцией развития банковского сектора является консолидация. Укрупнение банков способствует росту устойчивости банковской системы. Особенно это актуально в условиях глобального кризиса ликвидности и ипотечного кризиса, которые снизили возможности российских банков в привлечении средств для финансирования кредитования. Статья посвящена анализу процессов слияний и поглощений банков, их влияния на экономику.
Бесплатно
Конструктивная прочность трубных сталей со структурой естественного ферритно-мартенситного композита
Статья научная
Приведены результаты экспериментов по определению процессов развития усталостной трещины в трубных сталях со структурой естественного ферритно-мартен-ситного композита (ЕФМК). Показано, что достижение повышенной конструктивной прочности обусловлено особым механизмом распространения трещины у сталей со структурой ЕФМК.
Бесплатно
Конструктивные особенности магнитовибрационного сепаратора
Статья научная
Представлен магнитовибрационный сепаратор, с помощью которого можно производить сепарацию шламов шлифовального производства и получать продукты переработки высокого качества. Приведены конструктивные особенности и параметры установки.
Бесплатно
Статья научная
Раскрыта концепция проектирования и рациональной организации производства материалов и изделий из порошковых композиций оригинальных составов типа «Fe-P», «Fe-Sn-P», «Fe-Si-P» (где P=1,0-3,0%, Sn=1,5-2,0%, Si=1,0-3,5%, остальное - железо). Проанализированы конструкторско-технологические и экологические аспекты подготовки и реализации такого производства на примере изготовления электротехнических функциональных изделий - ротора и статора элетродвигателя - с учетом функций производственного персонала и экологических требований.
Бесплатно
Контактная задача для двухслойного цилиндра
Статья научная
Введение. Актуальность исследования контактных задач для цилиндрических тел обусловлена необходимостью проведения инженерных расчетов на контактную прочность валов, стержней и трубопроводов. В настоящей работе изучается новая контактная задача статической теории упругости о взаимодействии жесткого бандажа с бесконечным двухслойным цилиндром, состоящим из внутреннего сплошного и внешнего полого цилиндров, между которыми выполняются условия гладкого контакта. Наружный цилиндрический бандаж посажен с натягом и имеет конечную длину. При помощи интегрального преобразования Фурье задача сводится к интегральному уравнению относительно неизвестного контактного давления.Материалы и методы. Рассматриваются разные комбинации линейно-упругих материалов составного цилиндра. Исследуется асимптотика функции-символа ядра интегрального уравнения в нуле и бесконечности, играющая важную роль для использования аналитических методов решения. Для решения интегрального уравнения вводится основной безразмерный геометрический параметр и применяется сингулярный асимптотический метод.Результаты исследования. В соответствии со свойствами функции-символа предложена специальная легко факторизуемая аппроксимация этой функции, пригодная в широком диапазоне изменения параметров задачи. При помощи метода Монте-Карло рассчитаны параметры этой аппроксимации. Получены асимптотические формулы как для контактных давлений, так и для их интегральной характеристики. Расчеты сделаны для разных материалов и относительных толщин цилиндрического слоя, в том числе для тонкостенных слоев.Обсуждение и заключения. Полученные асимптотические решения эффективны для относительно широких бандажей, когда размер области контакта превышает диаметр составного цилиндра. Важно, что используемый метод остается применимым и для случаев, когда внешний цилиндрический слой можно рассматривать как цилиндрическую оболочку. Асимптотические решения можно рекомендовать инженерам для анализа контактной прочности упругих деталей цилиндрической формы с упругим покрытием из другого материала.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена осесимметричная контактная задача теории упругости о кручении круговым штампом трансверсально-изотропного полупространства с неоднородным покрытием. С помощью техники интегральных преобразований решение задачи сведено к решению интегрального уравнения. Построено явное выражение трансформанты ядра интегрального уравнения для однородного трансверсально-изотропного покрытия. Предложена схема численного построения трансформанты ядра в случае произвольного закона изменения модуля сдвига по глубине покрытия. Используя аппроксимацию трансформанты ядра некоторыми специальными функциями, построено двухсторонне асимптотически точное приближённое аналитическое решение задачи. Проанализирован частный случай изменения модулей сдвига в трансверсально-изотропном покрытии, позволяющий построить явное замкнутое решение задачи. Численно исследуется модельная задача о кручении биоматериала. Считается, что покрытие представляет собой хрящевую ткань, а свойства подложки соответствуют кортикальной кости.
Бесплатно
Контактная разность потенциалов легированной стали после термической обработки
Статья научная
Введение. Статья посвящена актуальному вопросу разработки и применения неразрушающего метода контроля качества поверхностей стальных изделий (метод зонда Кельвина). Цель работы - установление величины контактной разности потенциалов (КРП) стали марки ХВГ после проведения термической обработки. Материалы и методы. Объектом исследования явилась легированная инструментальная сталь марки ХВГ. Химический состав образцов уточнялся методом оптико-эмиссионного анализа. Для проведения статистической обработки в трех сериях исследовали по три образца. Были выбраны разные режимы термической обработки каждой серии: закалка с низким отпуском, улучшение и нормализация. Торцы образцов шлифовались, затем один из них обрабатывался раствором азотной кислоты. Далее проводилось измерение контактной разности потенциалов, статистическая обработка данных. Результаты исследования. Полученные данные показывают, что величина КРП образцов стали марки ХВГ после проведения термической обработки изменяется. С увеличением температуры отпуска величина контактной разности потенциалов шлифованной поверхности и твердость снижаются практически линейно. Воздействие кислоты приводит к значительному уменьшению и выравниванию величины контактной разности потенциалов для всех структур. Проведено сравнение контактной разности потенциалов сталей ХВГ и У10. Легирование стали элементами со значениями работы выхода электрона выше, чем у железа, вызывает снижение контактной разности потенциалов между эталоном и образцом. Характер изменения КРП при изменении состава стали сильно зависит от наличия легирующих элементов. Зависимость КРП от дисперсности структуры видна в обоих случаях, однако, для стали ХВГ она более ярко выражена. Проведены расчеты работы выхода электрона структур мартенсита, троостита и сорбита, полученные в результате термообработки сталей ХВГ и У10.Обсуждение и заключения. Экспериментально установлена зависимость величины контактной разности потенциалов от структуры, химического и фазового состава, рассчитана работа выхода электрона сталей марок ХВГ и У10. Данный метод более чувствителен к образцам легированной стали, чем к углеродистой. Следует заключить, что измерение контактной разности потенциалов можно использовать как неразрушающий экспресс-метод диагностики для контроля поверхностей, подвергающихся воздействию активных сред или повышенных температур.
Бесплатно
Контролируемость и управляемость в детерминированных динамических системах над конечными полями
Статья научная
На основе линейного контрольного уравнения предложено свойство контролируемости детерминированных динамических систем над конечными полями. Установлена связь между контролируемостью и фундаментальным свойством управляемости системы. Построен пример синтеза контролируемой детерминированной динамической системы над конечным полем.
Бесплатно
Контроллинг в системе управления предприятием
Статья научная
Проведен анализ контроллинга как системы координации внешней и внутренней среды современного предприятия. Рассмотрены основные функции контроллинга, особенности их реализации.
Бесплатно
Контроль активной мощности электропривода металлорежущих станков
Краткое сообщение
Рассматривается высокоточное, быстродействующее устройство измерения активной электрической мощности.
Бесплатно
Статья научная
Доказана возможность использования метода акустической эмиссии для контроля процесса вторичной пропитки обмоток электродвигателей. Описан метод пропитки погружением. Предложена модель акустико-эмиссионного контроля вторичной пропитки обмоток электродвигателей методом погружения на примере гипсового образца. Представлены два возможных сценария выделения пузырьков и соответствующие математические модели. В первом случае пузырьки, попадающие в жидкость, схлопываются под действием гидростатического давления жидкости и сил поверхностного натяжения. Во втором случае пузырьки поднимаются к поверхности под действием Архимедовой силы и схлопываются под действием внутреннего давления. Использование акустико-эмиссионного контроля пропитки позволяет улучшить качество этого процесса, точно определить его длительность. Таким образом можно сократить время нахождения работника в токсичной зоне, снизить класс опасности цеха (и, соответственно, оптимизировать затраты на компенсации и льготы сотрудникам).
Бесплатно
Контртела в трибосистемах с фторопластсодержащим покрытием
Статья научная
В работе приводятся результаты экспериментальных исследований параметров контртел, контактирующих с композиционными полимерными покрытиями.
Бесплатно
Концептуальные идеи выбора парадигмы образования в негосударственном экономическом вузе
Статья научная
Обоснован выбор парадигмы организации образовательного процесса в негосударственном экономическом вузе, который придает концептуальным идеям гармонизации вузовского образования, лежащим в основе теоретического построения, равновесный характер. Представлена авторская точка зрения о возможности вписывания требований базово-традиционной и личностно-ориентированной (развивающей) парадигм органично в рамки компетентностной парадигмы в соответствии с парадигмальной образовательной моделью.
Бесплатно
