Статьи журнала - Вестник Донского государственного технического университета
Все статьи: 1552
Статья научная
Введение. Развитие методов машинного обучения дало новый толчок в области решения обратных задач механики. Многие работы показывают, что наряду с хорошо зарекомендовавшими себя техниками ультразвукового, магнитного, теплового неразрушающего контроля, применяются новейшие методы, в том числе на основе нейросетевых моделей. В данной работе продемонстрирован потенциал применения методов машинного обучения в задаче двумерной ультразвуковой визуализации. Материалы и методы. Авторами построена тестовая модель акустического ультразвукового неразрушающего контроля, в которой происходит зондирование исследуемого объекта с последующей фиксацией сигналовоткликов. Распространение ультразвуковой волны моделируется методом конечных разностей во временной области. На вход сверточной нейронной сети подается ультразвуковой сигнал, полученный во внутренних точках объекта контроля. На выходе генерируется изображение, визуализирующее внутренний дефект. Результаты исследования. В ходе проведенного комплекса численных экспериментов был создан набор данных, предназначенный для обучения сверточной нейронной сети. Представлена сверточная нейросетевая модель, разработанная для решения задачи визуализации внутренних дефектов на основе методов ультразвукового неразрушающего контроля. Данная модель имеет небольшой размер, который составляет 3,8 миллиона параметров. Её простота и универсальность обеспечивают высокую скорость обучения и широкие возможности применения в классе смежных задач. Представленные результаты показывают высокую степень информативности ультразвукового отклика и его соответствия реальной форме внутреннего дефекта, находящегося внутри объекта контроля. Исследовано влияние геометрических параметров дефектов на точность работы нейросетевой модели. Обсуждение и заключение. На основе полученных результатов выявлено, что предлагаемая модель показывает высокую точность работы (F1 > 0,95) в случаях, когда длина волны зондирующего импульса в десятки раз меньше размера дефекта. Авторы полагают, что комбинация предложенных методов в данном подходе может послужить хорошей отправной точкой для будущих исследований в области решения задач дефектоскопии и обратных задач в целом.
Бесплатно
Визуализация движения мехатронно-модульного робота
Статья научная
Проанализированы актуальность и сфера применения модульных роботов, состоящих из однотипных модулей. Разработана кинематическая модель и на ее основе составлена программа визуализации движения одного из таких роботов. Полученные результаты могут быть использованы при отработке системы интеллектуального управления движением таких роботов.
Бесплатно
Визуальная когерентность в дополненной реальности
Статья научная
Введение. 2020-е годы ознаменовались появлением нового поколения компьютерных тренажеров с применением технологии дополненной реальности. Одно из преимуществ данной технологии - возможность безопасного моделирования опасных ситуаций в реальном мире. Необходимым условием использования этого преимущества является обеспечение визуальной когерентности сцен дополненной реальности: виртуальные объекты должны быть неотличимы от реальных. Все мировые IT-лидеры рассматривают дополненную реальность как следующую волну радикальных изменений в цифровой среде, поэтому визуальная когерентность становится ключевым вопросом для будущего IT, а в аэрокосмических приложениях визуальная когерентность уже приобрела практическое значение. Примером может служить разработка корпорацией Боинг пилотского тренажера с дополненной реальностью (2022). Визуальная когерентность - сложная комплексная проблема, одним из аспектов которой является обеспечение корректной колористической тонировки виртуальных объектов в сцене дополненной реальности. Цель работы - разработка нового метода такой тонировки.Материалы и методы. В разработанном методе (названном спектральной трансплантацией) используются двумерные спектральные преобразования изображений.Результаты исследования. Предложена технология спектральной трансплантации, обеспечивающая прямую передачу характеристик цвета, яркости и контраста от реального фона к виртуальным объектам. Разработан алгоритм автоматического выбора оптимального вида спектрального преобразования.Обсуждение и заключение. Будучи полностью автоматическим процессом без регистрации условий освещенности, спектральная трансплантация решает ряд сложных проблем визуальной когерентности. Спектральная трансплантация может стать ценным дополнением к другим методам обеспечения визуальной когерентности.
Бесплатно
Визуально-декларативный язык для проектирования программного обеспечения информационных систем
Статья обзорная
В работе представлен визуально-декларативный язык, N-Visual Language (NVL), предназначенный для проектирования программного обеспечения информационных систем: структуры базы данных и кода, реализующего бизнес-логику
Бесплатно
Влияние армирования стекловолокном на механические свойства полиэстерных композитов
Статья научная
Введение. Стекловолокна существенно улучшают качество композитных материалов, делают их легче, прочнее, устойчивее к коррозии и термически стабильнее. В научной и прикладной литературе активно обсуждаются сильные и слабые стороны конкретных композитов. При этом недостаточно исследовано влияние соотношения волокон и материала матрицы на механические характеристики композитов. Представленная работа призвана восполнить этот пробел. Цели исследования - изготовление композиционного материала на полимерной основе, армированного стекловолокном, а также изучение влияния весовых соотношений элементов на механические характеристики композита. Впервые публикуется отчет о сопоставлении характеристик композитов (с различным содержанием волокна) друг с другом и со сталью.Материалы и методы. В качестве исходных материалов использовались стекловолокно и полиэстер с добавлением медиатора для ускорения процесса формования. Образцы изготавливались вручную и при помощи стандартного оборудования испытывались на растяжение, твердость и ударную прочность. Результаты обобщали в виде таблиц, визуализировали в виде графиков и обрабатывали методом сравнительного анализа.Результаты исследования. Показаны способ создания образцов и методы их испытаний. Изыскания позволили установить, что твердость, прочность на разрыв и устойчивость к удару возрастают с увеличением процентного содержания случайно распределенного стекловолокна до 50 % при 50 % ненасыщенного полиэстера. В этом случае достигаются максимальные значения прочности на разрыв - 175,4 МПа, твердости - 38 HV и ударопрочности - 1,56 Дж/мм2. Экспериментально доказана нецелесообразность превышения доли стекловолокна более чем на 50 %, т. к. механические свойства ухудшаются. Это объясняется, в частности, хрупкостью стекла, которая при нарушении пропорций передается всему композиту. Кроме того, при чрезмерно высоком объеме армирующих волокон смолы будет недостаточно для качественного скрепления элементов, что существенно снизит прочность материала. Большинство механических характеристик композита из 50 % полиэстера и 50 % стекловолокна лучше, чем у стали.Обсуждение и заключение. Доказано, что свойства композитного материала существенно зависят от содержания стекловолокна. Полученный композит сравнили со сталью. Выяснилось, что он обладает лучшими механическими характеристиками и меньшим весом. Это позволяет рекомендовать использовать данный материал для изготовления корпусов лодок.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Проблемы динамики процесса резания, рассматриваемые в единстве устойчивости равновесия в подвижной системе координат, определяемой траекториями исполнительных элементов станка, а также свойств притягивающих множеств, формируемых в окрестности точки равновесия, являлись предметом многочисленных исследований. В отличие от этих работ, в данной статье обсуждается проблема формирования притягивающих множеств, формируемых в динамической системе резания, в которой траектории движения исполнительных элементов станка являются возмущенными периодическими колебательными смещениями шпиндельной группы. Эти возмущения во многом определяются биениями шпиндельной группы. Они вызывают периодические колебательные смещения инструмента относительно обрабатываемой детали и в совокупности с динамическими свойствами системы приводят к различным динамическим эффектам. Во-первых, за счет параметрического самовозбуждения возможна потеря устойчивости установившихся стационарных траекторий периодических деформационных смещений. Во-вторых, в зависимости от частоты и амплитуды пространственных биений шпиндельной группы, возможны формирования притягивающих множеств типа предельных циклов и инвариантных торов и их вырождение. Наконец, при вариациях частоты имеют место бифуркации удвоения периода колебаний и, как следствие, образование хаотических аттракторов. Причем их формирование является чрезвычайно чувствительным, как к параметрам взаимодействующих через процесс резания подсистем со стороны инструмента и обрабатываемой детали, так к параметрам динамической связи формируемой процессом резания. Материалы и методы. Свойства притягивающих множеств и законы их формирования изучаются на основе цифрового моделирования. Для этого приводится математическая модель возмущенной системы, а также результаты изучения формирования притягивающих множеств в динамической системе резания на примере процесса точения. Результаты исследования. Приводятся примеры влияния биений на притягивающие множества системы, в том числе рассматриваются бифуркации системы в зависимости от параметров возмущений.
Бесплатно
Влияние виброакустических характеристик силовых установок на уровни шума в кабинах плавучих кранов
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований спектров шума в кабинах плавучих кранов при воздействии звукового излучения силовой установки двигателей внутреннего сгорания. Показаны частотные диапазоны, в которых уровни шума в кабинах превышают санитарные нормы.
Бесплатно
Влияние внешней среды на износ твердых сплавов
Статья научная
Представлены результаты влияния кислорода воздуха на окислительный износ твердосплавного инструмента. На базе уравнения баланса энтропии в теоретической зависимости для расчета интенсивности изнашивания учтен вклад реакций окисления компонентов твердого сплава в общее производство энтропии системы резания (трения). Показано влияние тонкослойных покрытий из карбида и нитрида титана на снижение окислительного износа.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Реакция композиционных материалов на воздействие определённого рода нагрузок трудно прогнозируема, поэтому исследованиям в этой области не уделялось должного внимания. Целью настоящей работы было изучение влияния волнового эффекта на предел прочности при растяжении полимерных композитов волокнистой структуры.Материалы и методы. В испытаниях использовались образцы многослойных материалов различной толщины с непрерывными, длинными и короткими волокнами, образующими ткань, а также слоистую структуру. Число слоев соответствует сопротивляемости приложенным нагрузкам. Применялись волокна стекла, углерода, кевлара или их комбинации. В качестве связующих использовали изотропные материалы: эпоксид, полиэфир и виниловый эфир.Результаты исследования: Получены результаты испытания на растяжение гомогенных образцов и образцов волокнистой структуры. При этом варьировались значения угла наклона волокон. Установлена стабильность результатов испытания путем их взаимного сравнения...
Бесплатно
Статья научная
По данным работ специалистов Германии и Франции волнообразный износ рельса способствует повышению интенсивности звукового излучения рельса. Кроме этого, учёт волнообразного износа фактически объясняет высокочастотный спектр шума рельса. Волнообразный износ рельса характеризуется двумя основными параметрами — амплитудой и шагом волнистости. Наличие волнистости приводит к высокочастотному воздействию на рельс при движении состава, так как частота воздействия представляет собой отношение скорости движения к шагу волнистости. Для определения силового воздействия на рельс при движении подвижного состава использованы уравнения Лагранжа. Скорости колебаний рельса получены из дифференциальных уравнений изгибных колебаний для различных способов укладки рельса: на сплошном основании, на деревянных и железобетонных шпалах. Показано, что при наличии волнообразного износа скорость движения в большей степени оказывает влияние на увеличение уровней шума.
Бесплатно
Влияние выделения окклюдированных газов на акустическую эмиссию в процессе сольватации кристаллов
Статья научная
Исследована акустическая эмиссия, сопровождающая процессы растворения солей. Выявлено, что параметры акустической эмиссии зависят от химического состава вещества. Установлено, что независимо от степени чистоты кристаллов по мере их растворения суммарный счет сигналов растет по логарифмическому закону, а активность акустической эмиссии экспоненциально снижается. Показано, что выделение окклюдированных газов является значимым элементом акустической эмиссии при растворении кристаллов.
Бесплатно
Влияние высокотемпературных воздействий на риск эксплуатации подъёмных канатов
Статья научная
При общей оценке безопасности стального каната необходимо установить, что в процессе эксплуатации характер, значения и количество дефектов не превысят допустимые нормы браковки. Вследствие высокотемпературного воздействия при эксплуатации стального каната происходит неравномерный нагрев проволок. Это приводит к изменению напряжённо-деформированного состояния каната, и, соответственно, возрастает риск возникновения аварии. С увеличением температуры нагрева до 370 °С стальные канаты необходимо браковать даже при отсутствии волнистости. Риск обрыва усугубляется тем, что технология изготовления стальных канатов, в том числе и с механическим сердечником, допускает несовершенства (различную длину прядей). При эксплуатации короткие пряди перегружаются, а длинные недогружаются — так возникает волнистость. Для повышения безопасности эксплуатации подъёмных канатов в условиях высокотемпературных воздействий (при температуре свыше 370 °С) предлагается использовать алгоритм, учитывающий риск деградационных процессов в стальном канате, а также специальные конструкции канатов с индикаторными проволоками.
Бесплатно
Влияние геометрии режущего инструмента на динамику процесса точения
Статья научная
Введение. Многие ученые в своих исследованиях, направленных на изучение динамики процесса точения, устойчивости системы резания и формируемых различных притягивающих множеств деформационных смещений, рассматривают станок, как автономную систему. В отличие от этих работ, в данной статье рассматриваются динамические свойства процесса резания, зависящие от параметров динамической связи, формируемой процессом резания, и от свойств подсистем, взаимодействующих с резанием, с учетом влияния внешних возмущений. Многие из этих свойств зависят от геометрии режущего инструмента, следовательно, динамические свойства процесса обработки изменяются при изменении геометрических характеристик инструмента. В частности, изменение геометрических параметров инструмента изменяют устойчивость траекторий формообразующих движений, и их вариации могут вызывать бифуркации притягивающих множеств деформационных смещений. Траектории формообразующих движений не только определяют геометрическую топологию обрабатываемой детали, но и интенсивность изнашивания инструмента, которые зависят от геометрических параметров инструмента. Материалы и методы. В статье приводится математическая модель, характеризующая динамику системы, возмущенной биениями шпиндельной группы, и на ее основе с помощью программного пакета Matlab создана модель, позволяющая проводить цифровое экспериментальное исследование. Результаты исследования. Приводятся результаты математического моделирования и примеры изменения свойств системы в зависимости от геометрических параметров режущего инструмента. Обсуждение и заключение. Обсуждается вопрос о согласовании управления (например, от системы ЧПУ) с динамическими свойствами процесса резания. Одно из направлений такого согласования связано с выбором углов режущего инструмента такими, чтобы траектории формообразующих движений оставались устойчивыми при всех вариациях технологических режимов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Исследованы резонансные частоты продольных колебаний системы, состоящей из цепочки разных по геометрическим и физическим параметрам элементов: пьезокерамического, упругих и акустического. Проведено сравнение результатов в пакетах COMSOL и ACELAN. Оценена зависимость значения первой собственной частоты от геометрических параметров. Исследовано влияние динамической вязкости на АЧХ продольных колебаний. Материалы и методы. Для исследования выбрана система упругих и акустических элементов, позволяющая описывать работу ультразвукового режущего устройства. Возбудителем колебаний выступает пьезокерамический преобразователь, совершающий колебания по толщине. Концентратор колебаний и стержневой элемент принимаются в качестве упругих элементов и выполнены из нержавеющей стали. Имитатором режущего элемента выступает акустическая жидкость. Проведен модальный и гармонический анализ сложной системы, состоящей из разных по физическим свойствам элементов. Результаты исследования. Построены осесимметричная и трехмерная конечноэлементные модели исследуемой системы. Для концентратора колебаний предложены различные виды кривизны и толщины звена с изменяемой формой поверхности. Получены первые собственные частоты продольных колебаний стержневого элемента, контактирующего с акустической жидкостью. Установлено хорошее согласие с результатами работы конечноэлементного пакета ACELAN. Получены амплитудно-частотные характеристики колебаний концевой части вблизи первой резонансной частоты. Отмечено, что вязкость акустической среды мало влияет на амплитуду колебаний упругого стержня и совсем не влияет на резонансную частоту. Обсуждение и заключения. Гармонический и модальный анализ показал, что высокочастотные продольные колебания стержневого элемента значительно зависят от тангенса угла потерь упругих элементов и слабо зависят от вязкости контактирующей акустической среды. Полученные результаты могут представлять интерес при конструировании ультразвуковых режущих медицинских приборов.
Бесплатно
Влияние динамики процесса сверления на формирование погрешностей глубоких отверстий
Статья научная
Рассматривается механизм формирования нелинейной динамической характеристики процесса сверления в радиальном направлении на различных этапах сверления. Анализируется влияние на нелинейную динамическую характеристику некоторых факторов. Особое внимание уделено динамике колебательных движений сверла в радиальном направлении с позиции формирования погрешностей отверстия.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Типичным примером процессов самоорганизации в трибосистемах является избирательный перенос. В этом случае в области контакта формируются сопрягающие поверхности сервовитной пленки, что принципиально меняет условия трения и изнашивания. Для образования избирательного переноса в зоне сопряжения контактирующих поверхностей необходима некоторая мощность необратимых преобразований подводимой энергии, которая зависит от упруго-диссипативных свойств контактирующих поверхностей.Материалы и методы. Приводится математическая модель динамической системы с учетом эволюционно изменяющейся сервовитной пленки. Ее формирование зависит от фазовой траектории мощности необратимых преобразований в зоне сопряжения поверхностей и представляется в виде интегрального оператора Вольтерры второго рода.Результаты исследования. Приводится анализ результатов исследования, в том числе зависимости формирования сервовитной пленки от динамических параметров взаимодействующих подсистем. Впервые рассматривается проблема математического моделирования эволюции свойств узла трения с образованием или разрушением сервовитной пленки.Обсуждение и заключение. В ходе эволюционного процесса образования сервовитной пленки меняются параметры динамической связи, формируемой в узле трения. Следовательно, меняются и динамические свойства системы. Впервые проанализирована динамика трибосистемы в процессе образования избирательного переноса.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Одно из направлений повышения точности изготовления деталей резанием связано с управлением упругими деформациями инструмента и заготовки. Особенно это относится к деталям малой жесткости, закон изменения которой вдоль траектории движения инструмента является заданным. При этом управляющим параметром, как правило, выступает величина оборотной подачи, влияющая на силы резания, изменение которых вызывает вариации упругих деформаций. Для обеспечения заданной точности диаметра необходимо согласовать управляемую траекторию частоты вращения привода подачи с величиной подачи и априорно заданным законом изменения жесткости заготовки или законом изменения параметров процесса резания. Для этого необходимо определить закон преобразования частоты вращения двигателя в величину подачи и в конечном счете в упругие деформации. Этот закон зависит от жесткости механической части привода подачи и изменяющихся параметров процесса резания.Материалы и методы. В статье приводится математическое моделирование и на его основе - анализ преобразования скорости подачи в силы резания с учетом конечного значения жесткости механической части привода и эволюционно изменяющихся параметров процесса резания. Результаты исследования. Показано, что начиная с некоторого критического значения закон преобразования скорости подачи в силы резания становится принципиально зависящим от жесткости механической части привода. При этом наблюдается увеличение времени установления нового значения силы при варьировании скорости подачи, что влияет на точность обеспечения сил, согласованных с законом изменения жесткости детали. В статье приводятся алгоритмы вычисления упругих деформаций при заданном законе изменения жесткости, а также алгоритмы вычисления траектории скорости подачи, при которой деформации остаются постоянными. Показано, что на закон преобразования влияют и вариации параметров резания. Обсуждение и заключение. Обсуждаются частотные и временные характеристики преобразования. Делается заключение о точности формируемого резанием диаметра в зависимости от жесткости механической части привода подачи и от некоторых параметров процесса резания.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты исследований влияния стабильности операции и упрочнения инструментов на производительность обработки, себестоимость операции и инструментальные расходы, а также рекомендации по оптимизации режимов резания при черновой обработке твердосплавными инструментами.
Бесплатно
Статья научная
В условиях обострения конкурентной борьбы с иностранными компаниями постановка вопроса об определяющем влиянии инновационного развития отечественных предприятий на конечные результаты их деятельности становится особенно актуальной. Выявлен характер влияния инвестиций в инновационную сферу на объем продукции, работ и услуг и балансовую прибыль машиностроительных предприятий и определены условия максимизации эффекта от инновационной деятельности одной из основных отраслей промышленности Ростовской области.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние кинематических параметров движения локтя (угловое перемещение, скорость и ускорение) на поверхностный электромиографический сигнал двуглавой мышцы плеча при выполнении движений локтя с различной нагрузкой. Установлены зависимости частотных и амплитудных параметров ЭМГ-сигналов от параметров движения локтя при подъеме и опускании груза. Показана структура экспериментального стенда. Представлена методика записи ЭМГ-сигналов с двуглавой мышцы плеча, а также методика обработки сигналов. Для формирования количественных значений показателей анализа сигналов использовались методы спектрального и статистического анализа. Статистический анализ во временной области включал в себя определение следующих параметров: дисперсия амплитудных значений ЭМГ, среднее и среднеквадратическое значение абсолютных величин амплитуд ЭМГ, частота пересечения нулевой линии ЭМГ-сигналом. Эти параметры, а также параметр, характеризующий форму сигнала, определялись на основе массива измеренных значений сигнала, формируемого в течение 0,3 секунды текущего интервала времени («скользящий» интервал). Оценена величина развиваемого мышечного усилия, найдены коэффициенты косинусного преобразования Фурье. Построены гистограммы распределений биопотенциалов ЭМГ. В частотной области выполнялся спектральный анализ ЭМГ-сигналов методом быстрого преобразования Фурье. Определялись общая мощность спектра, средняя частота, медиана, частота спектральной составляющей, имеющей наибольшую амплитуду. Регистрация и анализ биопотенциалов ЭМГ выполнялись средствами Matlab. Выявлены информационные признаки, которые могут быть использованы для синтеза интеллектуальной системы управления на основе нейронных сетей.
Бесплатно
