Машиностроение и машиноведение. Рубрика в журнале - Вестник Донского государственного технического университета
Статья научная
Introduction. The integration of reliability and optimization concepts seeks to design structures that should be both economic and reliable. This model is called Reliability-Based Design Optimization (RBDO). In fact, the coupling between the mechanical modelling, the reliability analyses and the optimization methods leads to very high computational cost and weak convergence stability. Materials andMethods. Several methods have been developed to overcome these difficulties. The methods called Reliability Index Approach (RIA) and Performance Measure Approach (PMA) are two alternative methods. RIA describes the probabilistic constraint as a reliability index while PMA was proposed by converting the probability measure to a performance measure. An Optimum Safety Factor (OSF) method is proposed to compute safety factors satisfying a required reliability level without demanding additional computing cost for the reliability evaluation. The OSF equations are formulated considering RIA and PMA and extended to multiple failure case.Research Results...
Бесплатно
Integration of reliability concept into soil tillage machine design
Статья научная
The main interest of designers is not only to determine the amplitudes of tillage forces but also the type of their distributions under different soil mechanical properties with object of achieving reliable designs. Whereas, the deterministic design approach consists in achieving designs without considering the randomness of the design parameters that may lead to non reliable designs. In this work, we establish a statistical study on the randomness of the soil properties in collaboration with Cranfield University. This new study can be considered as a useful database for agricultural equipment design fields. Here, we take into account the uncertainties of soil mechanical properties that have big effects on tillage forces. The tillage forces are calculated in accordance with analytical model of McKyes and Ali with some modifications to include the effect of both soil-metal adhesion and tool speed. The distributions of soil-tool forces are next established to design soil tillage equipments such as shank chisel plow. The reliability index is then calculated using two deferent methods (Monte Carlo method and Hasofer and Lind approach). The Hasofer and Lind approach provides the structural reliability level with a low computing time relative to the Monte Carlo approach
Бесплатно
Modeling the dynamic loads affecting a bridge crane during start-up
Статья научная
Introduction. The dynamic loads during the start-up of a bridge crane can cause excessive stress in the structure and components, leading to potential safety hazards and increased wear and tear. To reduce the influence of the dynamic loads, various strategies can be implemented including optimization of the acceleration and deceleration profiles, using the soft start controls, implementing the vibration damping systems. It is vital to ensure that the proper crane maintenance and inspection protocols are in place. By reducing the impact of dynamic loads during the start-up, the overall performance and longevity of a bridge crane can be improved, ultimately enhancing safety and efficiency of the industrial operations. The present research offers a new approach to improving the efficiency and safety of industrial operations by providing a more precise account of the dynamic loads during the start-up of a bridge crane. The objective of this study is to develop a mathematical model for investigating the mechanical properties of the bridge cranes by analyzing the dynamic loads that occur during lifting operations.Materials and Methods. The development of the mathematical model was based on the kinetic model of the system, which included three connecting blocks and two flexible connections for a more accurate description of the bridge crane structure. Lagrange’s equations incorporating the information about the geometry and structure of a bridge crane were used. They made it possible to describe the motion of a system with the multiple elements and degrees of freedom. Processing and analysis of the results of the mathematical model were carried out in the MATLAB program using the Runge-Kutta method.Results. As a result of the research, a mathematical model was developed to study the dynamic loads affecting a bridge crane during lifting operations. Graphs describing the dependences of speed, acceleration, load, and rope angle over time, and their influence on the crane beam were plotted. The changes in these parameters over time, including their maximum values, were analyzed. The reasons for load changes and factors influencing the extension of lifting machines’ service life as well as reducing metal consumption during production thereof were identified.Discussion and Conclusion. The developed mathematical model and its numerical solution using the specialized software (MATLAB) allow for conducting the dynamic analysis of the bridge crane structures and determining the optimal design solutions. The analysis of the factors influencing the load changes leads to the conclusion that the use of this model can significantly reduce the load magnitudes and metal consumption, as well as increase the service life of lifting machines. The results obtained with the developed mathematical model and its numerical solution are useful for optimizing the crane structures, providing compliance with the operational requirements, and extending the service life of lifting machines.
Бесплатно
Organization of walking of the lower-extremity exoskeleton using the control of the supporting foot
Статья научная
Introduction. The development of robotics in many advanced countries has raised various industries to a high level. The demand for robots increases the share of their use in production tasks, mainly in the motor-vehicle and electronics industries. Advanced robotics can increase productivity in many industries by 30%, while reducing labor costs. Automation of technological processes of electronics production has a positive impact on the use of robots. Robots are used in construction, logistics, oil and gas, aerospace, plant engineering and construction, mining, healthcare, etc. The authors consider robots from the point of view of their application in medicine for the rehabilitation of musculoskeletal patients. This paper describes the mechanisms for controlling the feet and the center of mass of a humanoid robot.Materials and Methods. The authors chose the simplest algorithm for searching for the law of motion control of a humanoid robot. The robot movement was presented as a reverse pendulum. Using the large kinematic redundancy of walking robots, we have developed a way to control the robot in such a way as to bring the dynamics of its movement to the reverse pendulum as close as possible. At the same time, the problem of determining the generalized coordinates is considered, at which a given position and orientation of the transferred foot and a given position of the projection of the center of mass (CM) of the robot onto the reference surface are provided.Results. The authors have developed a digitalized automatic control scheme for the movement of the feet and the center of mass of the human exoskeleton, which will largely reduce the load on a sick person.Discussion and Conclusions. When discussing the results, comparing the data of the tables obtained during the calculation, the following conclusion was made. The scheme for controlling the feet movement of a human exoskeleton developed by the authors is most effective when designing an automatic scheme for controlling the movement of the feet and the center of mass of a human exoskeleton using digital technology, which will largely reduce the load on a sick person.
Бесплатно
Rational possibility of generating power laws in the synthesis of cam mechanisms
Статья научная
Introduction.The generation of polynomial power laws of motion for the synthesis of cam mechanisms is complicated by the need to determine the coefficients of power polynomials. The study objective is to discover a rational capability of generating power law swith arbitrary terms number under s with an rbitrary number of terms under the synthesis of cam mechanisms.Materials and Methods.A unified formula for determining the values of coefficients of power polynomials with any number of integers and/or non-integer exponents is derived through the so-called transfinite mathematical induction. Results.A unified formula for determining the values of coefficients, which gives correct results for any number of even and/or odd exponents, is presented. The correctness of the derived formula is validated by the results on the multiple checks for different numbers, even and odd values of the exponents of quinquinomial and hexanomial power functions. Discussion and Conclusions. A unified formula for determining the values of coefficients of power polynomials makes it possible to rationally define the laws of motion without finite and infinite spikes in the synthesis of elastic cam-lever systems. This provides a rational determination of the laws of motion without finite and infinite spikes in the synthesis of elastic cam-lever systems, and simple verification of the accuracy of the results obtained. The functions are particularly suitable for the synthesis of polydyne cams, as well as cams, since one polynomial can be used throughout the entire geometric mechanism cycle.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Основой для исследования, анализа и математической оптимизации любого химического процесса является адекватная математическая модель, учитывающая кинетику объекта. Кинетический анализ в химической технологии является важной задачей, поскольку позволяет оптимизировать процессы синтеза и прогнозировать их эффективность. Многие химические процессы включают в себя несколько стадийных реакций. Для успешного проектирования и оптимизации необходима математическая модель, которая описывает каждую стадию. Создание такой модели вручную может быть трудоемким и затратным процессом, требующим обработки большого объема информации. Современный уровень автоматизации позволяет ускорить получение математического описания кинетики многостадийных реакций. В этом случае значительно упрощается работа с данными и уменьшается вероятность совершения ошибок. Полученная математическая модель может быть применена для последующего анализа и оптимизации процесса. В работе рассмотрена промышленная реакция каталитического риформинга бензина, занимающая важное место в современной схеме переработки нефти, поскольку является источником высокооктановых компонентов товарных бензинов и индивидуальных ароматических углеводородов. Данный процесс характеризуется участием в нем большого числа (до 300) различных углеводородов, изменением числа молей и неизотермичностью. Математическое моделирование таких процессов предполагает детализацию стадий до необходимого уровня. Рассмотрена детализация до 173 стадий. В такой постановке задачи автоматизация формирования математического описания кинетики для каталитического риформинга бензинов ранее не проводилась. Поэтому целью представленной работы явилась реализация эффективных численных методов и алгоритмов для автоматизации формирования математической модели с учётом кинетики, термодинамики и изменения числа молей.Материалы и методы. Математическое описание кинетики многостадийных реакций разрабатывается на основе закона действующих масс. Значения кинетических параметров взяты из литературных источников. Решение прямой задачи кинетики проводилось с применением следующих алгоритмов: метод Гира, Рунге-Кутты 4 порядка и метод scipy.odeint() языка Python. Концепция автоматизации реализована с помощью методологии IDEF0. Программное обеспечение написано на языке программирования Python.Результаты исследования. Создано новое программное обеспечение для автоматизации процесса формирования математической модели с учетом кинетики, термодинамики и учета объема реакционной смеси. Приведены результаты работы программы на примере каталитического риформинга бензина. Реализована возможность учета в модели промежуточного подогрева смеси в каскаде реакторов. Получены численные значения изменения температуры, соответствующие промышленным данным.Обсуждение и заключение. Результаты, полученные при моделировании химических превращений в каскаде реакторов каталитического риформинга бензина, подтвердили экзотермический характер реакции.Разработанный программный продукт позволяет отобразить изменения концентраций веществ реакции, а также изменение температуры в реакторе и может быть использован в научных исследованиях организаций для анализа многостадийных каталитических процессов. Результаты моделирования кинетики реакции будут использоваться в последующей оптимизации условий проведения процесса на производстве.
Бесплатно
Адаптация структур зон лазерной закалки стали к условиям трения
Статья научная
Введение. Рассмотрено структурное состояние поверхностных слоев машиностроительных изделий, изготовленных с применением лазерной обработки на различных режимах облучения. Реализованы структуры с максимально возможной стабильностью по отношению к внешнему воздействию в условиях трения, либо с возможностью оптимальной перестройки и дополнительного упрочнения при эксплуатации путем образования вторичных структур. В условиях эксплуатации под влиянием механических и тепловых импульсов происходит экспрессная перестройка одной структуры в другую, устойчивую на более высоком уровне нагрузочно-скоростных условий. Таким образом, реализуется явление структурно-энергетической приспосабливаемости. Образующиеся адаптируемые структуры наиболее эффективно рассеивают вводимую в трибосистему энергию и минимизируют износ пар трения.Материалы и методы. Исследовались образцы из стали Р6М5 помощью следующей аппаратуры: • технологическая установка Квант-16 с плотностью мощности 100 МВт/м2 для импульсного лазерного облучения образцов;• оптический микроскоп Neophot-21 для металлофизических исследований;• дифрактометр ДРОН-0,5 для идентификации фазового состава.Результаты исследования...
Бесплатно
Адаптивный гидропривод с объемным регулированием подачи инструмента технологической машины
Статья научная
Введение. Рассматривается разработка адаптивного гидропривода с объемным регулированием скорости подачи инструмента технологических машин на примере мобильной буровой установки УРБ-2,5. Для адаптации гидропривода подачи инструмента к изменяющейся нагрузке на приводе главного движения в процессе бурения был разработан гидравлический контур управления. Контур включает многофункциональный гидромеханический датчик, выполняющий функции мониторинга процесса бурения и управления оригинальным гидравлическим клапаном, позволяющим формировать давление управления гидромотором подачи инструмента. Материалы и методы. Разработана обобщенная математическая модель адаптивного гидропривода с объемным регулированием. Проведен вычислительный эксперимент с целью идентификации процессов в оригинальном гидравлическом контуре управления гидромотором и приводе подачи инструмента в целом. Результаты исследования. Получены новые математические и компьютерные модели адаптивного гидропривода с объемным способом регулирования частоты вращения двухмассовой динамической системы и гидравлического контура управления с гидромеханическим многофункциональным устройством. Идентифицированы процессы, протекающие в гидравлическом контуре управления, доказана работоспособность предлагаемых схемотехнических решений. Определены количественные и качественные характеристики адаптивного привода, зависимости скоростей подачи и вращения инструмента и диапазон их изменений. Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы при создании новых буровых установок с различными характеристиками. Использование разработанных математических и компьютерных моделей позволит сократить затраты времени и средств при проектировании адаптивного гидропривода буровой установки, создании опытных образцов и пуско-наладочных работах.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Композиционные материалы являются основным способом уменьшения массы конструкции летательного аппарата и повышения его летно-технических характеристик. Методы неразрушающего контроля позволяют оценить техническое состояние композиционных материалов, а также определить концентраторы напряжений в них с целью принятия решения о дальнейшей эксплуатации данного объекта контроля. В работе представлен анализ применения композиционных материалов в конструкции летательных аппаратов и способы повышения их летно-технических характеристик за счет применения композитов. Описан акустико-эмиссионный способ оценки трещиностойкости на основе инвариантов. Целью исследования являлось повышение точности и оперативности оценки трещиностойкости конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов за счет применения акустико-эмиссионного метода неразрушающего контроля. Материалы и методы. Приведена номенклатура применяемых композиционных материалов в летательных аппаратах и произведено сравнение их физико-механических свойств. Использован акустико-эмиссионный метод неразрушающего контроля композиционных материалов на основе инвариантных соотношений. Результаты исследования. Разработан способ оценки трещиностойкости силовых элементов конструкций на основе инвариантов акустико-эмиссионных процессов и программно-аппаратный комплекс на его основе. Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы при определении прочностных характеристик композиционных материалов акустико-эмиссионным методом неразрушающего контроля для проведения оценки технического состояния силовых элементов конструкций в машиностроении, судостроении и авиастроении. Статья рекомендована научным сотрудникам, занимающимся разработкой летательных аппаратов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Рассмотрен процесс формирования усталостных дефектов в металлических сплавах с различной структурной морфологией.Цель работы - создание расчетного аппарата для определения момента зарождения указанных дефектов в условиях циклического нагружения. Материалы и методы. Построена физическая модель, представлены расчетные выражения. В основу физической модели положена теория дислокаций. Показано, что при динамических циклических нагружениях определяющее значение в процессе зарождения очагов разрушения имеет структурный фактор. В зависимости от структуры и свойств материала, а также от характера нагрузок, критический усталостный дефект развивается в форме трещины, поры или микрократера износа. Результаты исследования. Выполнен численный эксперимент по определению момента зарождения дефекта критического размера в сплавах на основе железа при высокоскоростных капельных соударениях. Представлены сравнительные данные расчетов и стендовых испытаний по каплеударной эрозии сталей и сплавов со структурой феррита, аустенита, сорбита и мартенсита...
Бесплатно
Статья научная
Введение. Проанализированы отечественные и зарубежные работы о проблемах фрезерования сложнопрофильных поверхностей сфероцилиндрическим концевым инструментом. Рассмотрены методы контроля качества поверхности и пути обеспечения амплитудных параметров шероховатости, которые базируются на данных исследований и натурных экспериментов. Представлены теоретические положения по определению сил резания и результаты виброакустической диагностики.Материалы и методы. Использовались методы корреляционного анализа, сравнения и обобщения результатов. Расчетные данные находились при различных углах наклона инструмента с учетом мгновенных сил резания и фиксировались в диапазоне значений переменной подачи на зуб (fz) и угла наклона поверхности (γ). Нашли экспериментальное подтверждение сведения виброакустической диагностики и теоретические данные представленной модели при различных углах наклона инструмента. Следовательно, такие методы можно использовать для прогнозирования параметров шероховатости поверхности.Результаты исследования. Выявлена взаимосвязь между силами резания, углом наклона инструмента и данными виброакустической диагностики. Сформулирована модель силы резания и перемещений инструмента с учетом наклона поверхности. Определен оптимальный диапазон углов наклона инструмента к обрабатываемой поверхности, который обеспечивает минимальные значения амплитудных параметров шероховатости. Полученные эмпирическим путем звуковые колебания, представленные в спектральном и волновом виде, хорошо согласуются с данными из других источников, что позволило сделать вывод о целесообразности прогнозирования и мониторинга параметров шероховатости в реальном времени за счет акустики.Обсуждение и заключения. Установлено, что рост сил в направлении ae(X) и fz(Y) наблюдается при γ > 40°. Это объясняется распределением составляющих силы резания вдоль режущей кромки и зависит от наклона поверхности. Уменьшение амплитудных параметров происходит при увеличении угла от 10 до 40 градусов. Найденные взаимосвязи силового анализа, направления обработки и виброакустической диагностики подтверждают корректность использования виброакустической диагностики для прогнозирования шероховатости поверхности. Акустическая диагностика вне зависимости от компоновки технологического оборудования позволяет быстро наладить звуковое устройство и оценить влияние режимов резания на параметры шероховатости.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена исследованию эффективности обогрева или поддержания рабочей температуры жидкости, находящейся в мерной емкости передвижной насосной установки, от выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания. Цель работы - совершенствование процесса проектирования и снижение затрат на натурные эксперименты.Материалы и методы. Для решения поставленной задачи были использованы методы численного анализа при расчете систем обогрева мерной емкости с внешним расположением трубопровода от выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на примере широко распространенных установок ЦА-320, УНБ, АЧФ и др. Применен нестационарный нелинейный решатель газодинамических процессов (Siemens STAR-CCM+), позволяющий оценить правильность постановки задачи и значительно сокращающий затраты на полномасштабные натурные испытания.Результаты исследования. Исследование проводилось для условий работы цементировочного агрегата на шасси «Камаз-43118» с насосом «СИН-32» и приводом от коробки отбора мощности на коробке переключения передач двигателя шасси.В расчетной модели применен конвекционный тип теплопередачи между корпусом мерной емкости и окружающим воздухом; между корпусом мерной емкости и жидкостью; между трубопроводом выхлопной системы шасси и воздухом окружающей среды; между трубопроводом выхлопной системы и выхлопными газами.В результате исследования получены графические зависимости изменения температуры жидкости мерной емкости в контрольных точках; распределение поля температур жидкости в мерном баке; распределение поля температур окружающего воздуха; линии потоков и поля скоростей окружающего воздуха и выхлопных газов ДВС.Обсуждение и заключения...
Бесплатно
Аналитическая оценка частоты собственных колебаний плоской решетки
Статья научная
Введение. Предлагается новая схема плоской статически определимой регулярной решетки. Стержни решетки соединены шарнирами. Цель исследования - вывести формулу зависимости от числа панелей первой частоты собственных колебаний узлов, наделенных массами, каждая из которых имеет две степени свободы в плоскости решетки. Жесткость всех стержней принята одинаковой, опоры (подвижный и неподвижный шарниры) недеформируемыми. Другая цель исследования - найти в аналитической форме зависимость усилий в наиболее сжатых и растянутых стержнях от числа панелей. Материалы и методы. Используется приближенный метод Донкерлея определения нижней оценки собственной частоты колебаний решетки. Жесткость решетки находится в аналитической форме по формуле Максвелла - Мора. Усилия в стержнях и реакции опор определяются из уравнений равновесия, составленных для всех узлов решетки. Обобщение результата на произвольное число панелей выполняется методом индукции с применением операторов символьной математики Maple по аналитическим решениям ряда задач для решеток с различным числом панелей. Результаты исследования. Нижняя аналитическая оценка первой частоты колебаний хорошо согласуется с численным решением для минимальной частоты спектра колебаний конструкции. Найдены формулы для усилий в четырех наиболее сжатых и растянутых стержнях и их линейные асимптотики. Все необходимые преобразования производятся в системе символьной математики Maple. Обсуждение и заключения. Полученная зависимость первой частоты колебаний решетки от числа панелей, массы и размеров конструкции имеет компактную форму и может быть использована как тестовая задача для численных решений и при оптимизации конструкции.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена аналитическому определению общих критериев для прогнозирования износостойкости тяжелонагруженных пар трения, в частности, штамповочного инструмента, работающих при различных условиях нагружения. В основу предложенной системы критериев положены физические зависимости, связывающие основной показатель износостойкости - число циклов нагружения NF с параметрами трещиностойкости n и C.Целями работы являлись разработка и аналитическое обоснование расчетной методики, позволяющей прогнозировать износостойкость штамповочного инструмента для различных условий нагружения, а также создание предпосылок для экспериментального подтверждения эффективности применения разработанной методики.Материалы и методы. Предложены математические модели, связывающие основной критерий износостойкости - число циклов нагружения NF c параметрами трещиностойкости n и C. Проведено аналитическое обоснование предложенных моделей.Результаты исследования. Разработаны математические модели для прогнозирования износостойкости штамповочного инструмента, работающего в различных условиях нагружения...
Бесплатно
Статья научная
Введение. В тех областях энергетического машиностроения, где используется тепловая энергия перегретого пара, важным аспектом обеспечения надежности и безопасности оборудования является теплостойкость используемых материалов. При изготовлении индукционных пароперегревателей оптимальным материалом для паропровода (змеевика) является медь. Однако её предельная стойкость к оксидированию не превышает 400 °С, что существенно ограничивает эффективность работы парогенераторов. Поэтому целью работы было исследование кинетики окисления комбинированного гальванического покрытия системы Mo-Ni-Cr, нанесенного на медные трубчатые образцы и предназначенного для теплозащиты змеевиков парогенераторов.Материалы и методы. На опытных медных трубчатых образцах было сформировано комбинированное гальваническое покрытие системы Mo-Ni-Cr с общей толщиной 12-35 мкм. Подслой Mo толщиной около 1,5 мкм на поверхности медной трубки был сформирован для предотвращения диффузии Cu в Ni-покрытие. Слой хрома толщиной 1,5 мкм на поверхности покрытия выполнял роль индикатора процесса окисления. Сравнительный анализ процессов окисления поверхности меди и комбинированного покрытия системы Mo-Ni-Cr на медной подложке выполнен с использованием методик оптической и электронной микроскопии, энергодисперсионного анализа, а также прецизионного определения параметров роста оксидных пленок.Результаты исследования. Экспериментально определены интервалы термической устойчивости медной подложки и никелевого покрытия. Полученные экспериментальные зависимости характеризуют параболический закон окисления меди с образованием однофазной диффузионной зоны CuO при температурах выше 350 °С и никеля при температурах выше 750 °С, когда начинается переход монооксида NiO и в оксид Ni2O3. Рост оксидных пленок по квадратичным законам приводит к быстрому увеличению толщины пленок, накоплению в них напряжений, растрескиванию и скалыванию.Обсуждение и заключение. Показано, что гальваническое покрытие Mo-Ni-Cr устойчиво к нагреву при длительной эксплуатации вплоть до температур 750-800 °С. Описаны функциональные роли Mo и Cr в архитектуре покрытия. Работа акцентирована на прикладном аспекте использования исследуемого покрытия для повышения термической устойчивости змеевика-паропровода промышленных индукционных пароперегревателей малой и средней мощности.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В распределенных и автономных системах генерации, использующих возобновляемые источники энергии, действуют генерирующие установки малой мощности (не более 100-200 кВт) на базе микротурбин. Наиболее эффективно микротурбины функционируют на высоких частотах вращения. В связи с этим генератор, работающий с микротурбиной, тоже должен быть высокооборотным. Генератор - это вентильно-индукторная электрическая машина (ЭМ), которой необходима информация о положении ротора. В таких механизмах при высоких оборотах затруднительно применение датчика положения. В данной статье рассматриваются вопросы бездатчикового управления высокооборотным вентильно-индукторным электрогенератором совместно с паровой микротурбиной.Материалы и методы. Итак, необходимо оценить правильность разработанного принципа управления высокооборотной вентильно-индукторной ЭМ. С этой целью создана математическая модель, включающая модели исследуемой ЭМ, преобразователя электроэнергии и системы управления...
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
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
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
