Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don) @vestnik-donstu
Статьи журнала - Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)
Все статьи: 1636
Статья научная
Введение. Настоящая работа посвящена исследованию пространственно-трехмерной модели транспорта и осаждения взвеси в прибрежной зоне с учетом изменения рельефа дна. Модель учитывает следующие процессы: адвективный перенос, обусловленный движением водной среды, микротурбулентную диффузию и гравитационное осаждение частиц взвеси, а также изменение геометрии дна, вызванное осаждением частиц взвеси или подъемом частиц донных отложений.Целью работы являлось проведение аналитического исследования корректности начально-краевой задачи, соответствующей построенной модели.Материалы и методы. Изменение рельефа дна приводит к необходимости решать начально-краевую задачу для уравнения параболического типа с младшими производными в области, геометрия которой зависит от искомой функции решения, что приводит, в общем случае, к нелинейной постановке задачи. Выполнена линеаризация модели на временной сетке за счет «замораживания» рельефа дна в пределах одного шага по времени и последующего пересчета функции поверхности дна на основе изменившейся функции концентрации взвешенного вещества, а также возможного изменения вектора скорости движения водной среды...
Бесплатно
Построение математических моделей для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10
Статья научная
Разработаны математические модели для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10. Расчеты выполнены индивидуально для каждой из коксовых батарей коксохимического производства (КХП) Магнитогорского металлургического комбината (ММК). В основе моделирования — параметры шихты: сумма отощающих компонентов ОК, %; отражательная способность витринита R0, %. Такие модели необходимы при управлении качеством продукции и оптимизации, направленной на снижение производственных затрат. Цель исследования — по-строение адекватных математических моделей для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10 в условиях КХП ММК. Таким образом, предполагается, что ММК получит собственные модели, не уступающие по точности прогнозирования аналогам, используемым другими коксохимическими предприятиями России.
Бесплатно
Построение математических моделей для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10
Статья научная
Введение. Разработаны математические модели для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10. Расчеты выполнены индивидуально для каждой из коксовых батарей коксохимического производства (КХП) Магнито горского металлургического комбината (ММК). В основе моделирования - параметры шихты: сумма отощающих компонентов ОК, %; отражательная способность витринита R 0, %. Такие модели необходимы при управлении качеством продукции и оптимизации, направленной на снижение производственных затрат. Цель исследования - построение адекватных математических моделей для прогнозирования показателей качества кокса М25 и М10 в условиях КХП ММК. Таким образом, предполагается, что ММК получит собственные модели, не уступающие по точности прогнозирования аналогам, используемым другими коксохимическими предприятиями России. Материалы и методы. В качестве универсального аппроксиматора для построения математических моделей использовались нейронные сети. При выборе их архитектуры исходили из минимального количества нейронов и слоев сети. Кроме того, учитывалась минимизация ошибки прогнозирования на новой выборке, которая не использовалась при обучении и тестировании. Результаты исследования. Разработка основана на петрографических параметрах шихты: суммы отощающих компонентов OK (по ГОСТ 12112); показатель отражения витринита в шихте R 0 (ГОСТ 12113). С помощью искусственных нейронных сетей построены одномерные математические модели для прогнозирования показателей качества кокса на дробимость М25 и истираемость М10 (ГОСТ 5953). Созданные модели представлены в графическом виде. Оценены их прогнозирующие способности. Обсуждение и заключения. В моделях, разработанных в рамках данного исследования, использованы только петрографические параметры шихты. Не учитывались совокупные данные по техническому и пластометрическому анализам. Этим подход, представленный в данной статье, отличается от моделей, реализованных для других КХП, - например, на Нижнетагильском металлургическом комбинате (НТМК), Новокузнецком металлургическом комбинате (НКМК), Западно-Сибирском металлургическом комбинат (ЗСМК). Несмотря на это, доказана адекватность полученных зависимостей. Предполагается использовать их для оптимизации петрографических параметров шихты по различным критериям оптимальности показателей качества кокса.
Бесплатно
Построение онтологии технического сервиса в агропромышленном комплексе
Статья научная
На основании процессно-системного подхода определены пространство знаний и основные концепты области технического сервиса в агропромышленном комплексе. Предложены онтологическая модель в виде таксономической иерархии классов с помощью OWL-диаграммы и подход к формированию контентов метаданных для её описания. В качестве инструментального средства использовали платформу Protégé.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены этапы построения модели компетентности выпускника в рамках стандартов третьего поколения. Предложен алгоритм построения модели компетентности выпускника по направлению 150700 «Машиностроение», профиль «Оборудование и технология сварочного производства» на основе анализа специальных компетенций.
Бесплатно
Статья научная
Исследована проблема потери устойчивости динамической системы резания за счет позиционных связей, формируемых в результате изменения сил резания в зависимости от упругих деформационных смещений инструмента относительно заготовки. Показывается зависимость потери устойчивости процесса резания от кососимметричных составляющих суммарной матрицы жесткости системы, формирующие циркуляционные (непотенциальные) силы.
Бесплатно
Статья научная
Описывается способ решения одной из задач вибродиагностики: определение интегральных параметров проходящего подвижного состава (момент времени прохождения контрольной точки железнодорожного пути, номер пути, тип локомотива, тип вагонов, скорость подвижного состава, количество вагонов).
Бесплатно
Статья научная
В работе найдены в явном виде экстремальные функции для широкого класса функционалов над пространством Харди H1.
Бесплатно
Предупреждение термомеханических повреждений трибосистемы «колесо - рельс» при движении юзом
Статья научная
Экспериментально доказываются гипотезы триботермодинамики, позволяющие идентифицировать атермическое и (или) термическое схватывание, определить максимальные величины контактных температур на фактической площади касания трибосистемы «колесо-рельс».
Бесплатно
Преимущества сварки трением штуцеров с конической контактирующей формой малого диаметра
Статья научная
Введение. По свидетельствам многочисленных производственных испытаний, применение ручной дуговой сварки (РДС) толстостенных штуцеров малого диаметра (до 80 мм) не обеспечивает получения качественного сварного соединения, удовлетворяющего требованиям нормативно-технических документов атомных электрических станций (АЭС). Решение указанной проблемы возможно на основе разработки технологии сварки с оптимальным тепловложением и применения ее взамен РДС. Существующие технологии сварки плавлением не позволяют обеспечить оптимальное регулируемое тепловложение. Однако это может быть реализовано при разработке и дальнейшем использовании способа сварки трением (СТ). Поэтому цель данной работы заключалась в разработке технологии на основе автоматизированного способа сварки трением, позволяющей повысить качество сварных соединений штуцеров малого диаметра энергетического оборудования до уровня нормативных требований.Материалы и методы. Использовали штуцеры малого диаметра с конусной контактирующей поверхностью из низколегированной стали 10ГН2МФА. Экспериментальное исследование выполняли на машине сварки трением МСТ-41. Использованы методы неразрушающего и разрушающего контроля качества в соответствии с нормативно-технической документацией атомного энергетического машиностроения.Результаты исследования. Разработана методика и определены оптимальные размеры конусной контактирующей поверхности при сварке. Показано, что оптимальное тепловложение при сварке трением достигается при подготовке конусной контактирующей поверхности в диапазоне углов α = 30º-40º. Экспериментально отработана методика и параметры режима сварки трением моделей штуцеров малого диаметра. В ходе исследований получена и описана циклограмма процесса сварки трением, подтвердившая стадийное формирование сварного соединения за счет последовательного включения в стадию нагрева кольцевых участков конической поверхности соединяемых деталей. Получены результаты неразрушающего и разрушающего контроля, подтвердившие наличие качественного сварного соединения на уровне требований нормативно-технических документов АЭС.Обсуждение и заключение. Полученные результаты исследований могут быть использованы для разработки технологии сварки трением патрубков, а также изделий из углеродистых и низколегированных сталей.
Бесплатно
Преобразование энергии гидравлического сопротивления системы в электричество
Статья научная
Введение. Рассматривается гравитационный водовод с регулирующей задвижкой и регулятором давления в трубе самотечного водоснабжения в условиях, когда не нарушен гидравлический режим водопровода. Применительно к такой системе исследуются проблемы преобразования энергии местного искусственного гидравлического сопротивления в электричество.Материалы и методы. Изучена литература, в которой освещается возможность использования микротурбин для выработки электроэнергии в системах водоснабжения. Даны фактические значения, зафиксированные устройством непрерывной регистрации давления (логгер) в течение 12 часов, а также расход воды турбиной на данном участке узла (средний показатель в течение года) и перепад давления. Отмечено, что применение малых гидроэлектростанций в системах подачи воды значительно снижает стоимость их эксплуатации. Приведены показатели расхода воды в гидротурбинном агрегате в течение года с разбивкой по месяцам. Рассчитана максимальная мощность у входа турбины. Описаны принципы выбора типа гидротурбины. Указаны средние значения КПД для разных элементов гидротурбинной установки, усредненные параметры мощности МГЭС и соответствующие им показатели среднемесячной выработки электроэнергии.Результаты исследования. Оснащение исследуемых узлов специально разработанными турбинами позволит получить электрическую энергию, преобразуя искусственно созданную местным сопротивлением и погашенную механическую энергию. Подходы, описанные в данной статье, можно использовать при замене агрегатов регулирования давления системы водопроводной сети Еревана. Спрогнозированы производительность МГЭС, сроки ее строительства и эксплуатации - 2 года и 30 лет соответственно. Предварительно рассчитаны затраты на сооружение и обслуживание. Приведены предполагаемые данные о доходах, расходах и чистой прибыли. Указано, что потенциально она будет близка к 6 млн драмов в год. Анализ данных позволил сделать вывод, что внутренняя норма доходности окажется на уровне 10,4 %, а срок окупаемости - 9 лет.Обсуждение и заключения. Рекомендуется заменить регулятор гидротурбиной с таким же гидравлическим сопротивлением и функцией автоматической регулировки расхода воды в системе. Выводы подтверждаются энергетическими и экономическими показателями гидротурбинной установки, расположенной на участке магистрального водовода «Арзакан - Ереван».
Бесплатно
Статья научная
Введение. Задачи и методы нахождения Н∞ – управления являются основой современной теории управления и активно используются для разработки робастных регуляторов, особенно в системах управления летательными аппаратами под ограниченными внешними воздействиями. Эти методы позволяют адаптировать системы управления к изменяющимся условиям окружающей среды, что критически важно для обеспечения надежности и безопасности работы летательных аппаратов. Текущие исследования направлены на усовершенствование подходов к синтезу регуляторов, охватывающих как линейные, так и нелинейные динамические системы. В этом контексте особое внимание уделяется интеграции новых математических методов, таких как линейные матричные неравенства и частотный анализ, что позволяет оптимизировать отклик системы на различные внешние воздействия и гарантировать защиту от непредвиденных условий. Важно отметить, что, несмотря на достигнутые успехи в данной области, остаются нерешенными значительные проблемы, касающиеся анализа и синтеза регуляторов для нелинейных систем. Это создает необходимость в дальнейших исследованиях и разработках в этой перспективной области. В данной работе с целью заполнения существующего пробела сформулированы и доказаны достаточные условия существования управления для одного из часто встречающихся классов нелинейных систем, которые затем будут использоваться в качестве теоретического обоснования для разработки приближенных алгоритмов его нахождения. Материалы и методы. В качестве основного инструмента исследования используются методы синтеза Н∞ – управления, основанные на минимаксном подходе, заключающемся в нахождении закона управления в условиях наихудшего внешнего воздействия. В этом контексте предлагается доказать достаточные условия существования управления, используя принцип расширения. Однако из-за вычислительных трудностей, которые могут возникнуть при применении этих условий, было решено упростить исходную постановку задачи. Процесс упрощения осуществлялся путем приближенной замены нелинейной системы на другую нелинейную систему, которая по своей структуре схожа с линейной, с помощью процедуры факторизации. Такой подход позволяет применять решение уравнения Риккати, коэффициенты которого зависят от вектора состояния, для синтеза регуляторов. Для решения модельных примеров и прикладных задач был разработан программный комплекс с использованием математического пакета MATLAB. Результаты исследования. В статье решена проблема синтеза Н∞ – управления состоянием нелинейных непрерывных динамических систем, линейных по управлению и возмущению; сформулированы и на основе принципа расширения доказаны достаточные условия существования Н∞ – управления. Предложен приближенный метод, позволяющий решать задачу нахождения законов управления для динамических систем, нелинейных по состоянию, аналогичный методам, применяемым для линейных систем. Найдены аналитические решения двух модельных примеров, которые проиллюстрированы графиками переходных процессов для демонстрации результатов численного моделирования рассмотренных нелинейных динамических систем в присутствии внешних воздействий. Обсуждение и заключение. Предложенный приближенный алгоритм синтеза регуляторов по состоянию и выходу гарантирует необходимое качество переходных процессов и асимптотическую устойчивость замкнутых нелинейных систем управления. Это значительно расширяет класс динамических систем, для которых возможно синтезирование регуляторов, способных противостоять различным внешним воздействиям. Методы, изложенные в данной работе, могут быть эффективно применены для решения множества задач управления, включая проектирование автопилотов и автоматических навигационных систем для летательных аппаратов, даже в условиях ограниченного воздействия извне.
Бесплатно
Приведение вихревого магнитного поля к потенциальному полю источников
Статья научная
В настоящей статье излагается методика расчета и моделирования стационарных и квазистационарных магнитных полей, основанная на преобразовании вихревого магнитного поля в потенциальное поле источников. В результате электрические токи заменяются магнитными зарядами, а уравнения для векторов поля заменяются уравнением для скалярной функции.
Бесплатно
Приведенная объёмная жёсткость гидравлических систем
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований, направленных на определение приведенной объёмной жёсткости рукавов высокого давления и зависимости приведенной объёмной жёсткости гидравлического цилиндра от изменения объёмов рабочих полостей в процессе перемещения его штока.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Развитие ультразвуковой техники требует создания пьезоэлектрических преобразователей с улучшенными эксплуатационными и метрологическими характеристиками. Одним из наиболее перспективных направлений является применение композиционных материалов. Как показано в литературе, пористая пьезокерамика обладает уникальным свойством: ее пьезомодуль d33 практически не зависит от пористости, тогда как модули упругости заметно убывают при её увеличении. Это открывает возможности для проектирования высокоэффективных устройств, в частности композитов с полимерной матрицей и пористыми пьезокерамическими стержнями с осевой поляризацией. Однако, несмотря на достаточную изученность статических свойств, теоретический анализ динамического поведения таких структур, включая их упрощённые двумерные модели, при изгибных колебаниях и продольной поляризации в научной литературе практически отсутствует. В этой связи целью работы является разработка упрощённой математической модели для анализа изгибных колебаний слоистой пластины указанного композита и выявление влияния пористости на её динамические характеристики. Материалы и методы. Материал конструкции — пьезоэлектрический композит, состоящий из нескольких слоёв. Каждый слой представляет собой пьезокомпозит связности 1–3, образованный полимерной матрицей и пористыми продольно поляризованными пьезокерамическими стержнями. Математическая постановка краевых задач выполнена в рамках линейной теории электроупругости. На основе гипотез типа Кирхгоффа-Лява и предположений о распределении электрического потенциала предложен прикладной метод расчёта установившихся изгибных колебаний слоистой пластины. Адекватность подхода проверена сопоставлением с результатами конечно-элементного моделирования, реализованного в пакете ACELAN. Результаты исследования. Ключевым итогом работы стала разработка и успешная апробация прикладной теории, позволяющей свести трёхмерную краевую задачу электроупругости для слоистых пьезоэлементов к более простой двумерной постановке. Это обеспечило существенное сокращение времени расчёта по сравнению с традиционными методами конечных элементов при сохранении требуемой точности. Для верификации предложенной модели выполнено численное тестирование путём сравнения с расчётами в программном комплексе ACELAN. Сравнительный анализ показал практически полное совпадение результатов в низкочастотном диапазоне, включая точное определение частоты первой изгибной моды. Полученное соответствие подтверждает высокую адекватность и достоверность разработанного метода, демонстрируя его применимость в качестве эффективного инструмента для анализа и оптимального проектирования пьезоэлектрических устройств. Обсуждение. Одной из ключевых проблем при проектировании слоистых пьезоэлектрических преобразователей является высокая ресурсоёмкость трёхмерного моделирования без перехода к эффективным характеристикам, что существенно ограничивает возможности оптимизации. Предложенный подход, основанный на сведении трёхмерной задачи к двумерной, представляет значимый шаг вперёд в решении этой проблемы. Его основное преимущество — снижение вычислительных затрат и возможность использования более простого программного инструментария по сравнению с «тяжёлыми» CAE‑пакетами при численном анализе, что открывает путь к множественным прогонкам, в том числе с применением эволюционных алгоритмов, в процессе поиска оптимальной геометрии и структуры пьезоэлемента. Валидация модели на основе сравнения с расчётами в конечно-элементном пакете ACELAN показала высокую степень соответствия в низкочастотной области, что подтверждает её адекватность для практического применения. Вместе с тем выявленные ограничения, связанные с частотным диапазоном и различиями в упругих свойствах слоёв, очерчивают границы применимости и задают направления для последующих исследований. Заключение. В результате проведённого исследования создан и апробирован эффективный метод расчёта, сводящий трёхмерную краевую задачу электроупругости для слоистых пьезоэлементов к двумерной постановке. Главный итог — существенное ускорение численного моделирования при сохранении точности. Показано, что предложенная теория обеспечивает высокую корректность результатов в низкочастотном диапазоне, вплоть до первой изгибной моды, что подтверждено сравнением с эталонными данными конечно-элементного анализа в ACELAN. Тем самым продемонстрирована практическая значимость метода как эффективного инструмента для итерационного поиска оптимальной конструкции преобразователей. Открываются перспективы его применения в инженерной практике при проектировании новых типов пьезокерамических устройств, а также для дальнейшего развития прикладной теории — в направлении расширения частотного диапазона и адаптации к более сложным многослойным структурам.
Бесплатно
Приложение моделей сверхзвуковых радиационных волн для описания пламени в поршневых двигателях
Краткое сообщение
Исследована связь различных авто- и солитонных моделей. Выявлена общность постановки задач горения, распространения сверхзвуковой радиационной волны и движения уединенной волны на мелкой воде. Обосновано использование известных математических результатов для описания волновых пламенных структур в заряде поршневых двигателей.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Зарождающиеся усталостные повреждения в металлических пролетных строениях мостов создают определенные угрозы безопасности эксплуатации. Для их своевременного выявления и диагностики используются различные методы неразрушающего контроля. Современным и популярным решением на данный момент является метод инфракрасной (ИК) термографии. В силу особенности работы ИК-камер для получения точного результата требуется дополнительная обработка записей, полученных с этих камер. Цель данной работы - представить метод обработки термофильмов и показать возможности его применения в реальных условиях.Материалы и методы. Приводится описание способа обработки термографических фильмов, позволяющего выявить температурные аномалии, используя только информацию с камеры. Приведены результаты его применения на элементах действующих металлических пролетных строений мостов.Результаты исследования. Показано, что для существующих дефектов имеются температурные аномалии. Это означает, что дефекты продолжают развиваться, что подтвердилось последующими наблюдениями за их состоянием. Кроме этого был выявлен случай температурной аномалии в бездефектной внешней области. Это может быть признаком зарождающегося дефекта, который не мог быть продиагностирован другими методами. Если наличие этого дефекта будет подтверждено при повторных обследованиях, то представится возможность диагностирования скрытых дефектов, которые еще не вышли на поверхность, и/или обнаружения потенциально разрушающихся мест.Обсуждение и заключения. Показана эффективность ИК-термографии как метода бесконтактного неразрушающего контроля, а также его работоспособность на реальных объектах, находящихся под случайной нагрузкой.
Бесплатно
Статья научная
Предложены оригинальные модификации генетических алгоритмов для расчета стационарных состояний динамических систем химической природы, в том числе двигателей внутреннего сгорания, при заданных термодинамических параметрах. Особенностью разработки является разнесение малых и больших параметров уравнений между уравнениями и алгоритмом их решения. Наряду с известными нейросетевыми методиками разработка интегрируется в состав имитационной системы «Мотор».
Бесплатно
Статья научная
Введение. Исследуется задача управления движением экзоскелета нижних конечностей. Для ее решения предлагается задействовать программное управление и управление в виде обратной связи. Формирование управления в виде обратной связи требует оценки состояния экзоскелета (углы поворота, угловые скорости и ускорения звеньев). Рассматривается возможность применения блока инерциальных датчиков для оценки угловых скоростей и ускорений звеньев экзоскелета. Цель работы - определить законы формирования управления движением экзоскелета, которые обеспечат устойчивость программного движения и будут использовать измерения энкодеров, микромеханических гироскопов и акселерометров.Материалы и методы. Ранее выполненное математическое моделирование динамики экзоскелета задействовали при формировании программного управления. Предложили оснастить экзоскелет блоками инерциальных датчиков. Это решение позволяет оценивать вектор состояния экзоскелета и использовать данные оценки в цепи обратной связи. Описали математическую модель измерений указанных датчиков. Предложенный вариант пригоден для систем управления трехзвенными экзоскелетами нижних конечностей и может быть расширен для многозвенных.Результаты исследования. Предложены новые законы управления движением экзоскелета, основанные на математической модели динамики системы и использующие измерительную информацию с энкодеров и инерциальных датчиков. В математическом пакете Wolfram Mathematica выполнено численное моделирование движения экзоскелета. Его итоги подтвердили работоспособность предложенного управления и возможность использования блока инерциальных датчиков для оценки состояния экзоскелета. Приводятся результаты численного моделирования для следующих программных движений: подъем экзоскелета из положения сидя в вертикальное и стабилизация вертикального положения равновесия.Обсуждение и заключения. Предлагаемое управление применимо в экзоскелетах для медицинских приложений (например, в задаче вертикализации пациентов с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата). Показана возможность использования измерительной информации, полученной от блоков инерциальных датчиков, в задаче оценки состояния звеньев экзоскелета. Применение инерциальных датчиков позволит определять угловое ускорение звеньев экзоскелета, избегая численного дифференцирования измерительной информации, полученной от энкодеров. Оценки углового ускорения позволяют вводить в систему управления обратную связь по угловым ускорениям, что открывает возможность улучшить переходные процессы при управлении движением экзоскелета.
Бесплатно
Применение вейвлет-преобразования и метода Прони для идентификации биогенных сигналов
Статья научная
Рассмотрены нестационарные сигналы биогенного характера (кардиограмма, электроэнцефалограмма и др.). Применен анализ сигналов с использованием вейвлет-преобразования и метода Прони, которые в отличие от классического метода Фурье дают улучшенную спектральную оценку биогенных сигналов.
Бесплатно
