Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 658
Статья научная
На начальных этапах проектирования сверхзвукового самолёта проводится численное моделирование процесса обтекания предполагаемых аэродинамических форм. Это позволяет существенно сократить временные и финансовые затраты на натурные испытания. При моделировании возможно получение всех параметров процесса, в ходе эксперимента получают только некоторые его значения. Это становится особенно актуальным для моделирования условий полёта сверхзвукового самолёта. В рамках данной работы показан комплексный подход к решению вопроса обеспечения заданных аэродинамических характеристик самолета, требующихся для реализации крейсерского сверхзвукового полета при M~1,5. В статье проведен анализ предлагаемых методов оценки аэродинамических характеристик (АДХ) составных частей самолета в ходе оптимизации их геометрических параметров с целью достижения минимального вклада в АДХ. В работе представлен алгоритм формирования носовой части самолета минимального аэродинамического сопротивления, а также произведен выбор критериев оценки АДХ носовой части самолета как элемента планера, имеющего существенный вклад в АДХ самолета в целом при скорости полета M>1. Результаты данных исследований могут быть использованы на ранних этапах проектирования, это приведёт к сокращению сроков формирования математической модели поверхности перспективного летательного аппарата (ЛА).
Бесплатно
Подход к формированию технического облика беспилотного воздушного судна
Статья научная
В данной статье рассмотрено обоснование критерия эффективности при формировании технического облика беспилотного воздушного судна. Проанализированы критерии эффективности применения беспилотного воздушного судна, такие как относительная масса, время полета, удельная стоимость полета, стоимость жизненного цикла. Выявлена и обоснована необходимость использования комбинированного критерия, учитывающего экономическую и функциональную эффективность. Формулируются варьируемые, не варьируемые и неопределенные параметры, характеризующие беспилотное воздушное судно. Рассматривается формулировка оптимизационной задачи определения технического облика. Процесс формирования технического облика основывается на трех функционально взаимосвязанных процессах: аэродинамической компоновки, объемно-массовой компоновки и конструктивно-силовой компоновки. Целью формирования технического облика является поиск таких взаимосвязанных значений параметров БВС, которые обеспечивают достижение компромисса между требованиями при обеспечении экстремума какого-либо выбранного обобщённого критерия оптимальности, например, минимальной стоимости жизненного цикла готового изделия - самолёта. Данный критерий является одним из наиболее общих критериев эффективности самолёта, однако его расчёт на ранних стадиях разработки затруднителен. Поэтому на практике пользуется другими критериями, приближенными к стоимости этапов жизненного цикла. Особенностью процесса формирования облика БВС, как и любой сложной технической системы, является большое количество неизвестных и высокая степень неопределённости, особенно на ранних стадиях разработки. Для преодоления неопределённости процесс проектирования разбивается на ряд последовательных итерационных этапов. Задача поиска наивыгоднейшего сочетания проектных параметров БВС в зависимости от его назначения может быть рассмотрена как задача поиска экстремума некоторой целевой функции - задача оптимизации. На основе проведенного обоснования авторами предложена методика определения рационального облика беспилотного воздушного судна с учетом принятых ограничений.
Бесплатно
Полимолекулярная адсорбция смазочных материалов и ее учет в теории жидкостного трения
Статья научная
Рассматриваются закономерности адсорбции компонентов смазочных масел на металлической поверхности, структура и механические свойства адсорбционных слоев и их влияние на реологические параметры смазки в узлах трения. Приводятся реологические модели, предназначенные для использования в гидродинамических расчетах
Бесплатно
Статья научная
В данной статье показано современное состояние разработки теории проектирования многоинструментной обработки на станках-автоматах токарной группы. Отмечено, что существующие модели погрешности обработки учитывают лишь плоско-параллельные перемещения подсистем технологической системы вдоль координатных осей декартовой системы координат X, Y, Z. Такой подход к моделированию процесса образования погрешностей обработки допустим для деталей, имеющих габаритные размеры одного порядка по всем координатным направлениям. Однако на практике нередки случаи, когда обрабатываются детали с габаритными размерами, существенно различающимися в разных направлениях. В этих случаях существенный вклад в погрешность обработки могут вносить повороты обрабатываемой заготовки, особенно по направлениям преобладающих габаритных размеров. Поэтому указана необходимость учета угловых перемещений заготовки под действием сил резания в этих моделях. С этой целью были разработаны полнофакторная матричная модель искажения и поля рассеяния выполняемых размеров многоинструментной двухсуппортной обработки. В этих моделях учитывается комплексная характеристика податливости технологической системы, то есть, кроме собственных упругих свойств системы (плоско-параллельных перемещений технологических подсистем, их угловых перемещений вокруг базовых точек), еще и параметры наладки, для которой эта податливость рассматривается. Поэтому для формирования комплексной характеристики податливости подсистемы были проведены эксперименты по определению податливостей подсистемы технологической системы. Наличие фактических матричных характеристик податливости для реального станка позволяет оценить практическую применимость разработанных полнофакторных матричных моделей точности обработки. В результате появится возможность выявлять степень влияния на точность обработки комплекса технологических факторов, включая структуру многоинструментной наладки, деформационных свойств подсистем технологической системы, режимов резания.
Бесплатно
Получение металлических микропорошков газодинамическим распылением
Статья научная
Показаны технологические схемы распыления металла с плавлением в тигле и бесконтактным способом. Оценены режимы и характеристики получаемого материала.
Бесплатно
Поперечная ребристость на одноклетьевых реверсивных станах холодной прокатки
Статья научная
Одной из проблем при холодной прокатке тонких полос являются автоколебания, возникающие при скоростях прокатки выше 20 м/с. Увеличение амплитуды вибрации происходит настолько быстро, что приходится снижать скорость прокатки или останавливать стан полностью. При холодной прокатке возможно возникновение поперечной ребристости. Поперечная ребристость возникает при автоколебаниях с низким уровнем вибрации, при этом толщина прокатываемой полосы изменяется по гармоническому закону и изменения толщины превышают допустимые величины. Причиной появления автоколебаний являются синхронные колебания последних клетей многоклетьевого стана. На двухклетьевых реверсивных станах холодной прокатки также возможно возникновение поперечной ребристости. Причина - синхронизация колебаний клетей стана. Частота автоколебаний равна собственной частоте станины клетей стана - примерно 100-120 Гц. На одноклетьевых реверсивных станах поперечная ребристость возникает при однопроходной прокатке непосредственно с разматывателя на правую моталку. Параметры колебаний одноклетьевого стана определялись в промышленном эксперименте с использованием беспроводной, мобильной системы вибродиагностики. Определены собственные частоты колебаний станины клети. Частота первой формы - 108 Гц. В спектре присутствуют гармоники до 7-й включительно. Собственная частота разматывателя определялась нестационарным методом с использованием виброаппаратуры фирмы ДИАМЕХ и вибратором в диапазоне частот вращения от 300 до 5000 об/мин. Собственная частота прижимного ролика разматывателя получена экспериментально: ДИАМЕХ - 17 Гц, вибратор - 14-15 Гц, мобильная система диагностики - 11 Гц. Экспериментально получена зависимость изменения частоты автоколебаний от изменения скорости прокатки. Причем частота автоколебаний в три раза превышает частоту вращения рабочих валков и, соответственно, частоту вынужденных колебаний. Получена нелинейная модель отдельно для клети и для разматывателя стана. Определены границы синхронизации и зоны почти периодических колебаний.
Бесплатно
Поршневая тепловая машина для преобразования энергии и производства работы на транспорте
Статья научная
На базе положений равновесной термодинамики, применительно к конструктивной схеме машины-двигателя по патенту РФ № 2460890, даётся характеристика метода расчёта энергетических параметров такой машины, отличительной особенностью которой является непосредственное преобразование возвратно поступательного движения поршня во вращательное грузового вала. Анализируется численная характеристика достоинств реализуемого в ней рабочего цикла.
Бесплатно
Краткое сообщение
Рассматриваются задачи наземной отработки аэробаллистических летательных аппаратов (ЛА) с изменяемыми массогеометрическими характеристиками и их навигационных систем. Сформулирован комплексный подход к решению задачи определения погрешностей углового положения бес-платформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) на стенде определения массогеометрических характеристик (МГХ). Показаны преимущества такого подхода.
Бесплатно
Предсказание релаксационных эффектов в рабочих средах углеводородного состава при высоких давлениях
Статья научная
В статье рассматривается реология углеводородных рабочих сред гидравлических систем. Авторами описываются релаксационные процессы, протекающие в рабочих жидкостях гидравлических приводов высокого давления. Производится анализ влияния структуры молекулярных цепей углеводородных соединений, расположение радикальных групп в углеродной цепи, на реологические характеристики, такие как вязкость и плотность, и релаксационные процессы. Приводятся результаты расчета изменения реологических свойств при высоких давлениях для изомеров гексана и октана. Экспериментально подтверждены значимые различия вязкости и плотности изомеров исследуемых веществ. Определены значения Ван-дер-Вальсовых объемов, площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей и длин молекулярных цепей для изомерных структур и зависимость их значений от высоких давлений. Расчет значений Ван-дер-Вальсовых объемов и площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей производился на основании метода инкрементов. Проанализирован характер изменения Ван-дер-Вальсовых объемов и площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей для изомерных структур исследуемых веществ. Также анализируется влияние Ван-дер-Вальсовых взаимодействий на процессы релаксации молекулярных цепей, определяется характер данной зависимости. Предлагается метод расчета напряжений, испытываемых молекулярными цепями во внешних механических силовых полях, который позволяет при деформации описываемой углеводородной среды учитывать изменение не только линейных размеров самих молекулярных цепей, но и изменение линейных размеров межмолекулярных пространств. Вводятся допущения, способствующие упрощению математического аппарата, применяемого в исходной модели, модели Дуа-Эдвардса. Разработанный авторами метод значительно упрощает расчет напряжений деформации молекулярных цепей, сохраняя при этом высокую точность получаемых результатов. Определен характер релаксации молекулярных цепей изомеров и подтверждена существенная зависимость релаксационных процессов от структуры углеродной цепи.
Бесплатно
Приближенный метод определения моментов инерции тел с жидким наполнением
Статья научная
В общем случае оценка приведенных моментов инерции твердых тел с полостями, заполненными жидкостью, требует вычисление потенциалов Н.Е. Жуковского, что связано с большими затруднениями. Предлагается простой метод определения приведенных моментов инерции твердых тел с жидким наполнением, основанный на свойстве «невовлекаемости» определенной части идеальной жидкости во вращательное движение.
Бесплатно
Применение водовоздушых струйных насосов в системах глубокого вакуумирования
Статья научная
Рассмотрена возможность совершенствования ряда типовых многоступенчатых систем глубокого вакуумирования на основе пароструйных эжекторов, путем замены либо части ступеней, либо всех ступеней на одноступенчатый водовоздушный струйный насос. Для условий реальных установок рассчитаны струйные аппараты, проведено сопоставление затрат энергии для существующих и вновь предлагаемых в данной работе систем.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается возможность применения искусственного интеллекта (ИИ) при технологической подготовке производства (ТПП) на стадии расчета оптимальных режимов резания с учетом нестабильных условий обработки партии деталей на примере плоского шлифования, выполняемого на станках с ЧПУ. Задачи прогнозирования точности обработки и оптимизации режимов резания для станков с ЧПУ до сих пор не решены полностью из-за сложности их решения, связанной: со слишком большой размерностью оптимизируемого поля параметров, с необходимостью одновременного решения большого количества сложных взаимосвязанных математических моделей процесса обработки, оптимизацией многочисленных параметров режимов резания и учетом ограничений целевой функции в многомерном пространстве состояний процесса обработки, сложностью учета разнонаправленного влияния различных нестабильных технологических факторов на процесс съема припуска, сложностью моделей формирования технологического размера и параметров качества обрабатываемой поверхности. Большая размерность задач требует огромных вычислительных мощностей суперкомпьютерной техники, которая не имеет ни одно производственное предприятие. Применение ИИ позволяет преодолеть «проклятие размерности». Задачи прогнозирования точности обработки и оптимизации режимов резания предложено решать в заводских условиях путем применения обученной сверточной нейронной сети (НС), использующейся для распознавания образов, позволяющей рассчитывать оптимальные режимы резания для станков с ЧПУ и прогнозировать точность обработки. Обучение НС проводится на множественной выборке (сто тысяч и более операций с ЧПУ) с готовыми оптимальными режимами резания. Подготовка выборки операций с готовыми оптимальными решениями проводится заранее на суперкомпьютере с применением программного обеспечения, созданного на основе разработанной методики комплексной структурно-параметрической оптимизации режимов резания для станков с ЧПУ, учитывающей влияние различных переменных технологических факторов на процесс обработки партии деталей.
Бесплатно
Статья научная
Описаны практические примеры реализации методики имитационного моделирования испытаний для обеспечения надежности элементов ходовой системы быстроходных гусеничных машин. Предложен способ задания типовых внешних воздействий, а также скорости при моделировании движения машины.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены результаты экспериментальных исследований нагруженности траков гусеничного движителя быстроходной машины в условиях реальной эксплуатации. На основе их анализа предложена модель взаимодействия траков с грунтом, отображающая особенности формы опорной поверхности, случайный характер внешних нагрузок и опирания, разработаны методики расчета напряжений в опасной точке и накопленного усталостного повреждения. Приведены результаты анализа влияния различных факторов на долговечность трака.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются примеры применения пакетов прикладных программ, разработанных для расчета гидромеханических характеристик сложнонагруженных трибосопряжений при обосновании конструктивных параметров подшипников коленчатых валов на ранней стадии проектирования поршневых двигателей.
Бесплатно
Применение современных технологий проектирования при разработке и форсировании дизельного двигателя
Статья научная
Показана актуальность применения современных технологий для ускорения проектирования и повышения качества в производстве дизельных двигателей. Представлены технические требования на дизельный двигатель ЧН 13/15. Приведены рекомендации для повышения технического уровня двигателя, системные технические решения, полученные для основных узлов.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложена методика расчетной оценки усталостной долговечности при многоцикловом нагружении, основанная на использовании структурной модели материала. Рассматривается многопараметрическое случайное нагружение, когда случайные процессы изменения компонентов тензора напряжений являются независимыми. Структурная модель характеризуется набором поверхностей текучести (сфер) в пространстве девиатора деформаций. Для ее построения использовано описание диаграммы деформирования материала формулой Рамбер - Осгуда. Погрешность аппроксимации диаграммы деформирования материала этой зависимостью обычно не превышает 5 %. С помощью структурной модели производится расчет микропластических деформаций, вызывающих накопление повреждений при многоцикловом нагружении. Приведены основные соотношения метода и методика идентификации модели накопления повреждений. Идентификация модели производится на основе обычных усталостных характеристик материала. Для повышения точности расчетной оценки долговечности предложено использовать корректированную линейную гипотезу суммирования повреждений. Представлен алгоритм, позволяющий построить блок нагружения и определить значение корректирующего коэффициента по результатам расчетов с помощью структурной модели материала. Приведены результаты тестовых расчетов. Показано, что для случая однопараметрического случайного нагружения применение предлагаемой методики дает результаты, хорошо согласующиеся с традиционными подходами. В случае многопараметрического нагружения выполнено сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными для плоского напряженного состояния. Отличие в оценке ресурса не превышает 15-20 %. С учетом большого естественного разброса усталостных характеристик материалов такое отличие является вполне допустимым. В рамках разработанного подхода предложен алгоритм определения числа циклов различной амплитуды, составляющих случайный процесс. Алгоритм основан на анализе числа реверсов при перемещении поверхностей текучести структурной модели. Он может представлять самостоятельный интерес при разработке методов схематизации случайных процессов.
Бесплатно
