Контроль и испытания. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Experimental evaluation of the impact strength of laminated composites with a thermoplastic matrix
Статья научная
Tensile tests were performed to obtain the quasi-static mechanical properties of the aramid fabrics (Twaron®, RUSLAN®-SVM). The elastic modulus of filaments, pulled out from the fabrics was measured with compact testing machine INSTRON 5942. Filaments pull-out tests were carried out to compare the frictional forces in different aramid fabrics. Eight various types of ballistic panels with the thermoplastic matrix based on polyethylene were fabricated and two types ballistic panels based on UHMPE (Dyneema®). Extensive ballistic tests have been carried out on various ballistic panels using 6.35 mm steel ball. Special powder gun stand for acceleration of projectiles with terminal velocity up to 900 m/s was developed The ballistic performance was assessed in terms V50 threshold as well as post V50 limit. After the test, the comparison was produced of effectiveness between all of materials used in this work. Laminates based on UHMPE fibers are much better than others in respect to the values of on indicators of V50 (about 10 %) and of the absorbed energy (about 25 %) under high-velocity impact conditions. But their energy absorption capability can sharply drop down when projectile's velocity exceeds the ballistic limit. When selecting reinforcing aramid fabric for ballistic application, it is important to consider not only the mechanical properties of the fibers and the type of fabric construction, but also the material should have good results on all parameters of ballistic efficiency such as filaments width, etc. Best aramid fabric composite was SVM S125 with twill construction and LDPE films.
Бесплатно
Means for studying the stability of the characteristics of an automated brake drive
Статья научная
A brake drive is a set of mechanisms that are used to transfer energy from a source to stop devices. In addition, the brake drive is responsible for controlling this energy during its transmission to implement braking. Brake drivers are classified into simple (using human muscular strength) and automated (using additional mechanisms that enhance the muscular strength of the driver or completely replace it). During vehicle use, changes occur in the braking system, which are the result of the impact on the braking system of operational factors: the beating of the surface of the brake disc, a change in the mass of the brake pad, a decrease in the radial stiffness of the hose walls, etc. The occurrence of these factors affects the stability of the characteristics of the elements of the chain “modulator ABS - brake mechanism”. The instability of the braking system characteristics is one of the reasons for the decrease in the braking efficiency of the car and the safety of the vehicle, as it has a direct impact on the quality of the control commands. Improving the operational properties of vehicles with automated braking systems is an urgent scientific and technical problem. To study and improve the operational properties of the vehicle, a laboratory semi-natural stand of an automated car braking system was designed and assembled. It allows simulating the operating processes of the drive, as well as assigning any operating modes of the braking system The article studies the possibility of applying the method of the virtual-physical modeling method when researching and improving operational properties of automotive brake automated systems on model stands, which makes it possible to successfully identify the instability of existing brake systems, and also lays the foundation for the effective creation of elements of unmanned vehicles.
Бесплатно
Статья научная
На многоклетьевых станах холодной прокатки, совмещенных с непрерывным травильным агрегатом, автоколебания могут возникать не только на клетях стана, но и на натяжных станциях травильного агрегата. При этом на роликах натяжных станций появляются усталостные трещины, а на поверхности ролика, покрытой полиуретаном, - характерные дефекты. Для контроля автоколебаний на подшипниковых опорах ролика установлены МЭМС-акселерометры. Сбор данных о вибросостоянии происходит параллельно с контролем технологических параметров. Для хранения данных используются базы данных временных рядов. Гибридная база данных позволяет синхронно обрабатывать как технологические, так и вибрационные параметры. При появлении нештатной ситуации можно построить зависимость автоколебаний от технологических параметров. Используя результаты промышленного эксперимента, удалось получить характеристику трения прокатываемой полосы на ролике натяжной станции при малых скоростях движения полосы. При скоростях полосы от 0,5 до 1 м/с характеристика трения находится в переходном режиме, может быть как положительной, так и отрицательной. При отрицательной характеристике трения появляется неустойчивость (автоколебания), при положительной характеристике движение ленты стабилизируется. Обработка сигнала проводилась с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ). По спектральной характеристике можно определить количество полных циклов, действующих на колебательную систему. Имея достаточный объем информации во времени, можно рассчитать количество циклов и оценить остаточный ресурс до возникновения трещин на торцовых поверхностях ролика натяжной станции.
Бесплатно
Анализ вибраций корпуса турбокомпрессора ТКР-8,5С при его стендовых испытаниях
Статья научная
С целью оценки антивибрационных свойств подшипников ротора турбокомпрессора ТКР-8,5С экспериментально измерялись виброускорения его корпуса. Расчетные значения виброускорений получены с помощью конечно-элементной модели. Сопоставлением результатов расчета с экспериментальными спектрами идентифицированы составляющие, усиленные резонансными колебаниями корпуса.
Бесплатно
Анализ влияния условий закрепления на смещение нуля кориолисового расходомера
Статья научная
Кориолисов расходомер предназначен для измерения массового расхода жидкостей и газов. Принцип действия расходомера основан на изменении фаз механических колебаний двух пар точек U-образных трубок, по которым движется измеряемая среда. Трубки под воздействием внешнего возбуждения совершают установившиеся вынужденные колебания на резонансной частоте. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Поэтому изменения величины фазового сдвига, не связанные с изменением параметров потока измеряемой среды, приводят к увеличению погрешности измерения массового расхода. Статья посвящена экспериментальной оценке влияния условий закрепления кориолисового расходомера на смещение нуля. Смещение нуля кориолисового расходомера - это величина разности фаз при отсутствии течения измеряемой среды. Для исследования влияния условий закрепления на смещение нуля разработана и изготовлена специальная оснастка, позволяющая изменять жесткость трубопроводов, к которым присоединяется расходомер, за счет изменения длин трубопроводов. Изменение длины трубопроводов приводит к изменению форм и частот собственных колебаний системы «расходомер - трубопроводы». Для определения форм и частот собственных колебаний системы «расходомер - трубопроводы» проведены модальные испытания кориолисового расходомера при разных длинах трубопроводов. Испытания проведены на расходомере со стоячей водой и при текущей воде с постоянным расходом. Установлено, что максимальное смещение нуля наблюдается при длинах трубопроводов, на которых частота собственных колебаний связанной системы «расходомер - трубопроводы» совпадает c частотой резонансных колебаний трубок, на которой работает расходомер. Для уменьшения влияния длин трубопровода на смещение нуля в статье рассмотрено дополнительное жесткое закрепление расходомера за корпус.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся итоги исследований композиционных материалов на термогравиметрическом анализаторе и выбор наиболее эффективного теплозащитного покрытия, способного решить проблему защиты металлического корпуса летательного аппарата от высокотемпературного нагрева, возникающего в процессе движения в плотных слоях атмосферы.
Бесплатно
Вейвлет-преобразования в задачах контроля и диагностики автоколебаний стана холодной прокатки
Статья научная
Одной из проблем холодной прокатки тонких полос является самовозбуждающиеся колебания. При возникновении автоколебаний амплитуда возрастает скачком более чем в сто раз: от 2-3 м/с2 до 200-250 м/с2. Частоты колебаний составляют от 100 до 500 Гц, т. е. число циклов нагружения даже за несколько секунд может достигать нескольких тысяч. Как правило, интенсивные автоколебания происходят на тонких полосах с толщиной менее 1 мм и высоких скоростях прокатки. Контроль возникновения автоколебаний происходит с использованием специальных систем, по уровню колебаний или по технологическим параметрам, например, по колебаниям натяжения полосы. В системах контроля классическими являются методы с использованием разложения контролируемого сигнала в ряд Фурье. Для стационарных процессов разложение в ряд Фурье дает полную информацию о структуре сигнала, достаточную для проведения диагностики технического состояния машин и механизмов. Для нестационарного не гармонического сигнала информация о спектральном составе диагностического сигнала недостаточна, так как не позволяет определить момент возникновения нежелательного процесса. В металлургии в прокатном производстве процессы, как правило, не стационарные. Процесс холодной прокатки непрерывный, но дискретный. На прокатку одного рулона требуется 5-6 мин. Процесс автоколебаний даже при использовании систем контроля может продолжаться не более 2-3 с. Высокая частота колебаний и высокий уровень напряжений могут приводить к образованию трещин элементов клетей стана, например, плит CVC. Альтернативным способом контроля и диагностики может являться вейвлет-преобразования сигнала. Если БПФ позволяет определить наличие автоколебаний только в развитом состоянии, то вейвлет-преобразование позволяет определить момент зарождения процесса автоколебаний при низких амплитудах колебаний или даже при отсутствии колебаний по изменению характера сигнала технологических параметров.
Бесплатно
Влияние антифрикционных присадок на генерацию тепла в контактах качения с проскальзыванием
Статья научная
Целью работы является изучение перспективных методов повышения надежности гипоидных зубчатых зацеплений при высоких нагрузках. К техническим устройствам, содержащим такие зацепления относятся, в частности, ведущие мосты автотракторной техники. Фактором риска является повышение температуры вследствие упругих деформаций металла и трения скольжения при значительном смещении осей зацепления. В данной работе рассмотрено влияние триарилфосфоротионатов, а также диалкилдитиофосфатов цинка и молибдена (III) на силу трения и генерирование тепла в контактах трения качения с проскальзыванием. Контакты качения с проскальзыванием моделируют трение в гипоидных зубчатых передачах. В данной работе построены зависимости коэффициента трения от температуры при смазке трансмиссионным маслом с дополнительно введенными изучаемыми присадками. Сравнивались влияние присадок на температуру узлов трения и эффективность присадок при различных температурах. Из полученных результатов следует, что оба типа испытанных присадок существенно снижают силу трения при температурах от 100 °С и выше. Введение в состав трансмиссионного масла как фосфоротионатов, так и диалкилдитиофосфатов существенно снижает силу трения и интенсивность изнашивания в контакте качения с проскальзыванием. Отличие между исследованными присадками заключается, в основном, в диапазонах температур, в которых проявляется влияние присадок на трибологические свойства трансмиссионного масла. Для триарилфосфоротионатов это влияние проявляется при температурах выше 100…110 °С. Для триалкилфосфоротионатов - при температурах выше 80 °С. Диалкилдитиофосфаты молибдена (III) с достаточно длинными углеводородными радикалами снижают силу трения практически при всех положительных температурах и превосходят по эффективности фосфоротионаты. Таким образом, введение в трансмиссионное масло дополнительного количества рассмотренных присадок способно существенно снизить как температуры, достигаемые зубчатыми передачами в ходе эксплуатации, так и скорость изнашивания при данных температурах.
Бесплатно
Влияние высокого давления и релаксационных процессов на вязкостные характеристики углеводородов
Статья научная
Статья посвящена вопросам разработки и эксплуатации установки измерения вязкости углеводородов при высоких давлениях. Приведено описание конструкции экспериментальной установки. Подробно рассмотрены вопросы определения вязкостной характеристики углеводородов при повышенных давлениях.
Бесплатно
Статья научная
Оценивается влияние различных оксигенатных компонентов топлива на его антидетонационные свойства.
Бесплатно
Влияние конструкции распылителя форсунки на технико-экономические показатели дизеля
Статья научная
Экспериментально исследовано влияние конструкции распылителя топливной форсунки на мощностные и экономические показатели тракторного дизеля. Установлено снижение температуры отработавших газов и удельного эффективного расхода топлива применением распылителя новой конструкции в дизеле с газотурбинным наддувом повышенной размерности.
Бесплатно
Влияние магнитного потока на экологические показатели ДВС
Статья научная
Экспериментальные исследования влияния магнитных полей на рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания показали улучшение топливной экономичности и снижение содержания токсичных компонентов в отработавших газах. Рассмотрены перспективы дальнейшего снижения токсичных компонентов путем интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания магнитным полем, приведены результаты ходовых испытаний автомобиля ВАЗ-21213 «Нива» в условиях городского цикла движения.
Бесплатно
Влияние предварительного нагружения на баллистические свойства стеклопластиковых панелей
Статья научная
Проведены статические испытания стеклопластика марки СТЭФ на растяжение для определения упругих и прочностных характеристик на испытательной машине INSTRON 5882. Обширные баллистические испытания были проведены на пластинах их стеклопластика СТЭФ, используя стальной шарик диаметром 6,35 мм. Для разгона шарика до скоростей 900 м/с был использован баллистический стенд ЮУрГУ. Испытания были проведены для пластин без предварительной нагрузки, а также для пяти уровней предварительного нагружения. Нагружение задавалось с помощью испытательной машины INSTRON 5882. Образец помещали в захваты и задавали требуемую растягивающую нагрузку, после чего по образцу производился выстрел. Баллистические характеристики были оценены с точки зрения предельной характеристики материала - баллистического предела V50. После испытаний было произведено сравнение эффективности материала при разных уровнях предварительного нагружения. Были построены баллистические кривые для каждого уровня нагрузки, а также получена зависимость изменения баллистического предела от величины предварительной нагрузки. Было получено, что предварительная нагрузка уменьшает баллистический предел стеклопластиковых пластин. При величине предварительной нагрузки, равной 50 % от предела прочности материала баллистический предел уменьшается на 15 %. Также была найдена зависимость площади расслоения стеклопластика от начальной скорости удара для каждого уровня нагрузки. Было отмечено, что время отклика на разрыв образца после пробития зависит от уровня предварительной нагрузки. Так максимальная задержка разрыва после пробития составляла около 8 с для образца, предварительно нагруженного до 180 МПа. Эта задержка возникает из-за ползучести материала и зависимости прочности от времени.
Бесплатно
Влияние режимов работы дизеля на параметры смазочного слоя подшипников поршневого пальца
Статья научная
Приводятся результаты экспериментального исследования параметров смазочного слоя в подшипнике поршневого пальца на реально работающем дизеле. Показано существование трех режимов работы подшипника: жидкостного, полужидкостного, граничного.
Бесплатно
Влияние смешанного регулирования мощности на показатели рабочего цикла бензинового двигателя
Статья научная
Предложены уравнения для оценки кинетических констант процесса сгорания при смешанном регулировании мощности бензинового двигателя на эксплуатационных режимах. Проанализировано влияние способов организации смешанного регулирования мощности на характер и степень изменения топливной экономичности двигателя ВАЗ 21124.
Бесплатно
Влияние частоты вращения коленчатого вала на показатели рабочего цикла HCCI двигателя с наддувом
Статья научная
Рассмотрены закономерности влияния частоты вращения коленчатого вала на показатели процесса сгорания и индикаторные показатели рабочего цикла HCCI двигателя с наддувом. Обоснована возможность корректировки момента воспламенения и скорости сгорания подбором оптимальной температуры в начале сжатия для каждого скоростного режима.
Бесплатно
Статья научная
Третье поколение отечественных алюминиевых сплавов низкой плотности, включающее в себя сплавы 1424 (2,54 г/см3) и В-1461 (2,63 г/см3), отличается повышенными значениями вязкости разрушения и трещиностойкости по сравнению с ранее разработанными сплавами 1420 и 1460. Несмотря на перспективность данных материалов для аэрокосмической и авиационной отраслей, на сегодняшний день имеются данные об их механических свойствах лишь при статическом деформировании. В данной работе рассмотрено механическое поведение образцов катаного алюминий-литиевого сплава В-1461 толщиной 1,9 мм при статическом и динамическом нагружении, включая ударное. Статические испытания были проведены для определения прочностных характеристик материала при малых скоростях деформирования. Испытания образцов, вырезанных в направлении прокатки, показали, что пределы текучести и прочности в направлении прокатки выше на 8-10 % по сравнению со свойствами в перпендикулярном направлении. В ходе испытаний на динамическое растяжение, проведенные на вертикальном башенном копре с применением специальной оснастки, установлено, что масштабирование статической кривой с удовлетворительной точностью описывает поведение материала при динамическом нагружении. При скорости деформирования 200 с-1 прочностные характеристики материала возросли на ~20 %. При баллистическом ударе была обнаружена анизотропия прокатанных образцов из данного сплава по толщине, приводящая к отколам с тыльной стороны пластины. Разработанная конечно-элементная модель, основанная на билинейной аппроксимации динамической диаграммы деформирования, показала хорошее соответствие с экспериментальными данными (остаточная скорость ударника и величина баллистического предела) в случае нормального удара и подтвердила предположение об ограниченной способности сплава В-1461 к упрочнению с увеличением скорости деформирования.
Бесплатно
Диагностика состояния элементов муфт свободного хода
Статья научная
В статье представлены результаты теоретического исследования, которое проводилось в рамках поиска решения задачи аналитической диагностики погрешностей геометрии деталей муфт. Решение данной задачи способствует повышению точности и достоверности оценки состояния муфт и обеспечивает рост уровня надежности их эксплуатации и эксплуатации механизмов в целом. Авторами разработан новый диагностический метод для проведения точной оценки качества поверхности вращающейся обоймы либо ступицы и роликов. Суть метода заключается в том, что оценка состояния элементов деталей муфт производится за счёт анализа уровня шума, который является результатом проявления таких его источников, как дефекты, имеющиеся на поверхностях этих элементов. Для обнаружения и классификации дефектов производится проверка возникающих всплесков, регистрируемых в фиксируемые моменты времени, и которые могут быть рассчитаны с использованием координат расположения дефектов, конструкции ступицы и частоты её вращения. Предлагаемая новая методика была использована для оценки состояния элементов деталей как обгонных механизмов металлорежущих станков, так и роликовых замков технологических приспособлений. Степень точности производившейся отбраковки деталей составила от 83 до 89 %. В качестве преимуществ предлагаемого метода можно выделить следующие положения: 1) контролёр имеет возможность определить суммарное число дефектов с высокой степенью точности; 2) сокращено время оценки износа и отклонений геометрии деталей муфт; 3) точность оценки качества поверхности может быть проверена сравнением с результатами измерений, проведёнными с использованием аттестованного оборудования. Представляемая статья является одной из первых работ по вибродиагностике муфт. В ней даны феноменологические формулы для расчёта габаритов дефектов на элементах деталей обгонных роликовых механизмов свободного хода.
Бесплатно
Диагностирование газораспределительного механизма виброакустическим методом
Статья научная
В статье рассматривается методология применения виброакустического метода диагностирования на примере газораспределительного механизма (ГРМ). До начала 2000 года данный метод не находил широкого применения по причине значительной стоимости диагностических комплексов, сложности тарировки применяемых датчиков, сложности обработки и анализа диагностической информации. На сегодняшний день его использование упростилось в связи с появлением недорогих USB осциллографов и высокочувствительных вибродатчиков. Кроме того, заметно повысились возможности обработки диагностических данных и их представления. Помимо этого, значительно усовершенствован и автомобиль в области электронных систем и элементов, позволяющих синхронно получать нужный диагностический сигнал, после чего производить анализ полученных данных. Отказы элементов газораспределительного механизма двигателя и, в частности, прогар клапанов, нарушение их герметичности, смещение фаз, рост зазоров или их отсутствие возникают у большинства автотранспортных средств при пробегах гораздо меньших нормативных или предельных. Объясняется это целым рядом эксплуатационных факторов, таких как - несвоевременное проведение технического обслуживания, использование нерекомендуемых масел и топливных материалов, нарушение тепловых и нагрузочных режимов и др. В 30-50 % случаев эти факторы вызывают увеличение зазоров в клапанах ГРМ. Проведенные в представленном материале исследования позволили установить: при допуске на зазор в выпускном клапане 0,35 ± 0,05 мм величина сигнала виброимпульса составила -150-182 мВ. Проведенный контроль зазоров в клапанах ГРМ выявил 14 отклонений из 20 подконтрольных цилиндров ДВС. Любые превышения амплитуды сигнала виброимпульса выше 182 мВ требуют регулировки зазоров или замены гидротолкателей. Данный метод и используемый набор технологических приемов позволяют оперативно и без разборки определять техническое состояние систем двигателя при любых промежуточных состояниях диагностируемых объектов. Данный набор диагностических средств, технологических приемов и нормативных данных позволяет рекомендовать их использование на современных автотранспортных предприятиях, занимающихся эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием автотранспорта.
Бесплатно
Диагностирование газораспределительного механизма на основе контроля виброколебаний его элементов
Статья научная
Работоспособность и эффективность работы двигателей существенно зависят от периодической диагностики их технического состояния. В настоящее время обнаружение повреждений на основе вибрации (измерение вибрационных характеристик конструкций и механизмов) является перспективной областью исследовательской деятельности. Рассмотрены особенности контроля и диагностики двигателей внутреннего сгорания с помощью виброакустического анализа. В статье разработан способ определения основных неисправностей газораспределительного механизма (ГРМ) (герметичность сопряжения «клапан-седло», тепловой зазор в приводе клапана, фазы открытия и закрытия клапанов), заключающийся в измерении и анализе виброакустических импульсов, вызванных работой отдельных элементов двигателя. В качестве параметров сигналов используется максимум амплитуды (пик) и момент возникновения виброимпульсов. За опорный сигнал ВМТ поршня исследуемого цилиндра принимается виброимпульс от соударения поршня об упругий наконечник, помещенный в камеру сгорания. Частота вращения коленчатого вала до 600 мин-1 (что не превышает частоту прокруткой стартером) не приводит к появлению опасных напряжений ни в одном из элементов двигателя и приспособления. При этом наконечник из Bflex пластика, как самый податливый элемент, может быть многократно использован. Для обеспечения безотказного процесса диагностирования проведены расчеты с помощью программного обеспечения - Solid Works Simulation и встроенный в него метод конечных элементов (МКЭ). Для расчета напряжений решающая программа находит перемещения в каждом узле, а затем вычисляет деформации и конечное напряжение. В результате исследования предложенный метод диагностирования позволят достичь точности до 96 %.
Бесплатно
