Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 7, No. 3(99)
Permanent URI for this collection
Browse
Browsing Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 7, No. 3(99) by Issue Date
Now showing 1 - 15 of 15
Results Per Page
Sort Options
Item Open Access Analysis of spray particles entrance of Right-angle cold spray nozzle based on CFD(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Tan KunCold spray technology is a solid-state deposition technology, and the nozzle is an important part of the cold spray system. This article proposes a right-angle nozzle. The characteristic of this nozzle is that it can change the flow direction of the gas flow inside the nozzle to realize spraying on the surface of special parts; the acceleration of particles by the right-angle nozzle with different particle entrances is studied. The results show that the outlet center velocity of the right-angle nozzle with a circular throat section is greater, the viscous boundary layer effect is better, and the effective circulation area is larger; the maximum airflow velocity near the outlet of the right-angle nozzle at the particle entrance A is 663.4m/s; it can also effectively avoid the deposition of particles inside the right-angle nozzle, thereby reducing the loss of kinetic energy during the acceleration of particles in the right-angle nozzle; the research on the structure of the new right-angle cold spray nozzle can provide reference for the nozzle of cold spray technology Opinion.Item Open Access Модель об’єкту керування мехатронної системи мікроклімату теплиці середнього об’єму(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Синицина, Є. Ю.; Космина, С. Ю.Різкі зміни температури та вологості повітря негативно впливають на вирощування сільськогосподарських культур. Сучасні методи регулювання мікроклімату тепличних об’єктів зводяться до найпростішого – регулювання потоку та температури повітряних мас. Метою роботи є створення і тестування (перевірка правдоподібності) спрощеної моделі мікроклімату теплиці середнього об’єму. Спрощена модель теплиці враховує основні процеси, що відбуваються під впливом зовнішніх чинників (процеси повітря-обміну, масо-обміну, волого-обміну, теплообміну), а також враховано геометричні та просторові характеристики об’єкту. Кожний тестовий експеримент передбачає визначення впливу тільки одного параметру при фіксованих значеннях всіх інших. В програмному забезпеченні Ansys розроблено спрощену еталонну модель зміни параметрів мікроклімату (температури, швидкості та тиску повітря). За допомогою комп’ютерного моделювання температурних полів та швидкостей проведено аналіз для визначення можливості застосування моделі в системі керування. Проведено аналіз характеристик мікроклімату при стабілізації тиску, швидкості та температури повітря. Результати дослідження і розроблена модель придатні для використання в алгоритмах керування мехатронною системою теплиці для врахування циклічних добових змін параметрів.Item Open Access Adaptation of corporate model of Ukrainian aircraft product life cycle to the international methodology of systems engineering(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Kryvova, S.; Zvorykin, C.; Trubachev, S.Problems. Under the present-day conditions, the preservation of competences of Ukrainian aircraft construction enterprises will be determined by the possibility of enterprises attracting to participation in international cooperation programs and projects. But this is possible only on the condition of prior harmonization of the product development methodology adopted in Ukrainian aircraft construction to that used in the international aircraft construction projects. Purose. The main goal of this article is to determine the ability and ways of adapting the corporate model of life cycle of aircraft engineering projects by Ukrainian aircraft construction enterprises to modern global aircraft construction practices. Implementation methodology. The research methodology predicted the identification of the main modern trends in the field of system engineering for the creation of a science-intensive product, as well as the analysis of concepts of presenting the life cycle of complex technical systems in international regulatory documents, industry regulations, guidelines and other information sources. Criteria for perspective of using the identified informational and normative sources as close analogues for the development of one’s own corporate model of life cycle of an aircraft construction product were identified. On the basis of the criterion analysis of researched concepts of the life cycle of complex technical systems representing, the requirements were formed, which formed the basis of the concept of one’s own corporate model of life cycle of the aircraft construction product. The results. The result of conducted research was the proposed concept of a corporate model of the life cycle of an aircraft construction product manufactured in Ukraine, which takes into account the international experience and best practices of leading aircraft construction companies, including focusing on the experience accumulated by domestic aircraft manufacturers. Conclusions. According to the results of analysis of advanced world practices in the field of creating a science-intensive product, an own corporate model of the life cycle of an aircraft product manufactured in Ukraine was proposed. In the future, on the basis of this model, a system for creating an aircraft product can be built and developed, which will be harmonized with existing world practices and will allow the domestic aircraft construction enterprises to fight for participation in international programs and projects.Item Open Access Вплив ступеня дроселювання на динамічні параметри приводу двосторонньої дії із вакуумними захватними пристроями(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Носко, С. В.; Галецький, О. С.; Костюк, Д. В.Представлено оцінку сучасного стану досліджень перехідних процесів у пневматичних приводах. Показані переваги і недоліки пневматичних приводів із вакуумними захватними пристроями та їх зв'язок із практичними завданнями проектування. Встановлено, що розрахунок параметрів і проектування високошвидкісних, типових пневмоприводів та приводів із вакуумними захватами значно відрізняються. Показано на доцільність використання у маніпуляційних приводах вакуумних захватних пристроїв. Встановлено, що на відміну від пневмоциліндрів механічних захватних пристроїв для яких важлива заключна фаза циклу спрацьовування, на якій поршень в кінці ходу вже нерухомий, але тиск в робочий порожнині зростає і відповідно збільшується зусилля на штоку, для приводів з вакуумними захватними пристроями, ця фаза не враховується. Обґрунтовано вибір математичної моделі і методики розрахунку перехідних процесів пневматичних приводів двосторонньої дії. Модель передбачає запис рівняння руху поршня циліндра, доповненого рівняннями, що описують зміни тисків в робочій і вихлопної порожнинах циліндра з подальшим моделюванням на ЕОМ. В рамках математичної моделі проводилось дослідження перехідних процесів, тому всі результати моделювання показані в інтервалі часу, обмеженому періодом руху поршня (тобто підготовчий та заключний періоди не розглядались). Досліджено вплив ефективних площ вхідної та вихідної пневмоліній пневмоциліндра на динамічні процеси у приводі. Встановлено, що зміна діаметра вхідного отвору і відповідно площі вхідного отвору робочої або вихлопної порожнини призводить до зміни коефіцієнта витрати та коефіцієнта пропускної здатності ліній зв’язку, характеризується зміною кінетичної енергії вихідної ланки, обмежує її робочу швидкість та забезпечує плавність руху вихідної ланки приводу.Item Open Access Огляд методів дегазації робочих рідин(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Петренко, О. Д.; Луговський, О. Ф.У статті наведено аналітичний огляд відомих методів дегазації технологічних рідин. Представлено аналіз переваг та недоліків відомих методів дегазації зазначених рідин. Наголос зроблено на ультразвуковому методі дегазації, який реалізується за рахунок введення в рідину ультразвукової хвилі деформації. В огляді відображені різні типи ультразвукових випромінювачів, побудованих за напівхвильовою та хвильовою акустичними схемами. Використано фотоматеріали та графіки експериментального дослідження ультразвукового методу дегазації технологічних рідин із залученням п’єзоелектричних перетворювачів. У статті розглянуто фізичну модель процесу ультразвукової дегазації вищезазначених рідин. Наголошена необхідність проведення робіт з метою додаткового вивчення та підвищення ефективності ультразвукової дегазації технологічних рідин шляхом експериментального дослідження впливу на процес дегазації частоти, амплітуди та інтенсивності ультразвукових коливань. Зроблено висновки щодо перспектив використання ультразвукового методу дегазації рідин.Item Open Access The possibility of detecting non-x-ray fragments in the body of the wounded by the contact method(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Salenko, O. F.; Danylchenko, Yu. M.; Cherniak, V. A.; Оrel, V. М.; Datsenko, V. M.; Salenko, B. О.; Karpenko, К. К.The types of injuries and types of striking elements were analyzed, the conditions of patients requiring urgent surgical intervention were assessed. The possibilities of existing means of diagnosing fragments in the patient’s body were analyzed, and it was concluded that for non-X-ray contrast fragments, the proposed method of mechanical contact with a special flexible and elastic probe is appropriate and effective. A special tool for examining wound canals has been developed, consisting of a flexible probe for individual use and a handle-holder with a microphone capsule, the membrane of which is directly connected to the probe and reacts to mechanical contact with an obstacle, and the capsule itself is directly connected to the oscilloscope through a signal amplifier. which has spectral signal processing circuits. The problem of the interaction of the elastic contact of a non-rigid element with a fragment located in a viscous medium is set, provided that the properties of the medium are not constant. Typical solutions of this problem for various types of fragments and parameters of the contacting element itself are presented. A picture of the noise emission accompanying the contact is shown. The functional dependence of noise emission parameters on the shape and type of the foreign object in the wound canal was revealed. The expediency of using the frequency-amplitude characteristic of noise radiation as a controlled parameter has been proven. A conclusion was made about the functional conditioning of the width of the signal spectrum and basic frequencies at the time of mechanical contact with a foreign object in the wound, depending on its shape and type; it was established that the use of an oscilloscope with a spectral analysis channel allows for the fairly accurate identification of a non-radiocontrast foreign object in a wound.Item Open Access Analysis of the influence parameters on steel strip defects in continuous roll casting-rolling(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Nogovitsyn, O. V.; Kholiavik, O. V.; Boris, R. S.; Sokhan, D. V.; Seminska, N. V.Problems. The casting-rolling process is currently one of the most effective and promising processes used for the production of steel sheets. The advantages of this process include the small dimensions of the unit and a significant reduction in energy resources. This occurs due to a combination of technological operations and absence of the intermediate heating of the metal. At the same time, there is the challenge of a sustainable industrial process for producing high quality steel sheets. Objective. Companies developing direct melt strip processes using twin-roll crystallizers report a number of challenges they face. Among such problems are defects on the surface of the cast strip. Currently, there is no generally accepted classification of surface defects, such as surface cracks, wrinkles, namely, depressions, and transverse deformation bands. At the moment, there is also no justification for the reasons for the appearance of surface defects during the rolling process. Methods. Based on the research results, a hypothesis was proposed about the causes of defects on the surface of the cast strip and ways to prevent them. During the operation of two-roll crystallizers, a combination of metal hardening processes and its subsequent plastic deformation occurs. The metal moves sequentially through areas of crystallization and deformation. During the research, the authors calculated the process of roll casting-rolling. Conclusions. Based on the research results, we believe that when casting steel using twin-roll casting-rolling, it is necessary to reduce the compression to a minimum value. This recommendation will ensure welding of defects on the surface. The use of this proposal will allow the casting process to be carried out at high speed and little force to be applied to squeeze the rolls. We propose to carry out the process of forming a cast strip with the necessary quality parameters at the following stages of rolling.Item Open Access Дослідження впливу силових чинників на структуру технологічної операції зуботочіння(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Грицай, І. Є.; Сліпчук, А. М.Проблематика. В технології Power skiving існує проблема призначення робочих параметрів, до яких належать осьова подача та швидкість різання, а також кут нахилу зубців дискового різця та інструментального шпинделя, геометрія різальної частини та глибина різання по проходах. Мета. Необхідно дослідити процес різання методом Pоwer skiving при нарізанні коліс зовнішнього зачеплення за декілька проходів та розробити рекомендації щодо вибору його раціональних параметрів. Методика реалізації. Силу різання та її тангенціальну складову, яка діє на різець представлено відповідно до основних положень теорії різання функцією площі поперечного перерізу зрізів, межі міцності матеріалу заготовки на зсув та інтенсивності пластичного деформування стружки. Розрахунки площі зрізів базуються на графоаналітичній 3D модель недеформованої стружки. Коефіцієнт інтенсивності зсуву визначено в залежності від товщини зрізаних шарів з допомогою системи Deform 2D. Дослідження силових чинників на першому етапі виконано для однозубчастого різання, коли приймається до уваги роботу одного зубця інструменту, та для умов багатозубчастого різання, що відповідають реальним умовам різання і формоутворення у даному методі. Результати. Аналіз гармонічних коливань з різною частотою досліджуваних сил свідчить, що за середнім навантаженням максимальна головна складова сили різання виникає на третьому проході, а тангенціальна сила на осі різця – на першому проході. Зміна частоти цих сигналів пояснюються зміною кута контакту між інструментом та зубчастим колесом у верстатному зачепленні та різною кількістю зубців, які здійснюють різання. Висновки. Отримані дані дозволили розробити методику для вибору раціональних режимів - величини осьової подачі, кількості проходів з різною глибиною різання для забезпечення найменших витрат часу і досягнення заданої точності зубчастих коліс. Показано, що для зменшення похибки оброблення найбільш раціонально досягати зменшення сили різання за рахунок збільшення кількості проходів, а не зменшення осьової подачі.Item Open Access Еволюція процесу ущільнення та деформованого стану поруватих заготовок при їх гарячому штампуванні у відкритому штампі(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Баглюк, Г. А.; Кирилюк, С. Ф.В статті наведені результати дослідження еволюції деформованого стану заготовок, енергосилових параметрів процесу і розподілу поруватості по об'єму поковки на всіх етапах гарячого штампування поруватих порошкових поковок у відкритому штампі. Моделювання процесу проводили методом скінченних елементів з використанням програмного комплексу DEFORM 2D/3D. В результаті моделювання встановлено, що на початковій стадії процесу відбувається головним чином ущільнення заготовки при мінімальній радіальній течії матеріалу. Помітна течія металу в зону облойної канавки починається лише при досягнення матеріалом поковки середньої відносноної густини, що перевищує 90%. Відзначено суттєво відмінний характер розподілу по об’єму поковки осьових ez та радіальних er деформацій. Зона з підвищеними рівнями значень осьових деформацій формується в центральному шарі поковки, рівновіддаленому від верхньої та нижньої поверхонь порожнини штампу, а значення радіальних деформацій зменшуються по мірі віддаленості від зони, яка межує з вільною боковою поверхнею заготовки в радіальному (доцентровому) напрямку. Мінімальні значення ez та er проявляються в верхній та нижній кутових застійних зонах поковки. Показано, що графік залежності зусилля деформування від переміщення пуансона відзначається наявністю щонайменше трьох характерних ділянок, обумовлених співвідношенням між процесам ущільнення та формозміни поковки на кожному етапі процесу.Item Open Access Prediction of drag coefficient of a hybrid body design of aircraft(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Viswanath, Shreya; Vasan, Riya; Gopalan, Venkatachalam; Satonkar, NileshThis study presents a design of a quintessential hybrid body aircraft, a blended NACA 4414 airfoil winged body. The Design of Elements approach, via Response Surface Methodology (RSM), is used to evaluate the influence of frontal area, chamber angle and materials on the drag coefficient. The Analysis of Variance (ANOVA) is carried out to find the influences of the same. In order to minimize the simulations, a model in RSM, Central Composite Design (CCD) is used. The results of the same are verified via Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. Moreover, combinations of shape memory polymers with composites and graphene nano powder are proposed, for light-weighting and enhanced mechanical properties. A comparison of said materials with commercially used aluminum alloys is done. It is found that the lowest drag coefficient is achievable at a frontal area of 1625 m2 with an angle of attack of –10° and with a material combination of carbon fiber reinforced polymer, glass fiber reinforced polymer, and 10% graphene nano powder by weight.Item Open Access Порівняння моделей критичної площини для прогнозування довговічності за багатоосьової втоми(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Савчук, Є. В.; Шукаєв, С. М.Проблематика. Експлуатація багатьох машин та агрегатів відбувається в умовах багатоосьового циклічного навантажування, яке, як правило, є непропорційним. Оцінювання втомної довговічності металевих сплавів в умовах багатоосьового непропорційного навантажування є актуальною задачею сучасного машинобудування. Розв’язання цієї задачі потребує таких методів розрахунку на втому, які б враховували умови експлуатації та властивості конструкційних матеріалів, зокрема, такі фактори, як вид напруженого стану, тип траєкторії навантажування, чутливість матеріалу до непропорційності навантажування тощо. Мета дослідження. Здійснити порівняльний аналіз ряду моделей довговічності, що базуються на концепції критичної площини, включаючи підходи Фатемі-Сосі, Ванга-Брауна, Сміта-Ватсона-Топпера, Лю I і Лю II, визначити межі і особливості їх застосування. Методика реалізації. Довговічності, розраховані за обраними моделями, порівнювали з експериментальними результатами, отриманими для різних металевих сплавів за одновісного розтягання-стискання, знакозмінного кручення та пропорційних і непропорційних багатоосьових навантажень. Результати дослідження. Проаналізовано межі застосування моделей втомної довговічності, що базуються на концепції критичної площини, до різних металевих сплавів за умови пропорційного і непропорційного багатоосьового навантажування. Висновки. Результати дослідження засвідчили, що моделі, які потребують використання констант матеріалу, отриманих з випробувань як за розтягання-стискання, так і знакозмінного кручення, дають надійні оцінки довговічності для різних видів металевих сплавів. Розрахунки за критеріями, що базуються тільки на кривій втоми за знакозмінного кручення, краще корелюють з результатами випробувань пластичних матеріалів, а розрахунки за критеріями, які використовують криву втоми за розтягання-стискання краще збігаються з результатами випробувань крихких матеріалів.Item Open Access Альтернативні технології композитних високонавантажених авіаконструкцій: якісний метод прийняття багатокритеріальних рішень: III частина. Дослідження методологічної основи в прийнятті рішень: технологічні конструкти в інструментарії оцінки(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Забашта, В. Ф.Третя частина статті виходить з відправних положень в задачі прийняття рішень (ЗПР), зазначених на перших етапах досліджень. Тут продовжено зіставлення за превалюванням (найперше – якість) автоклавних та безавтоклавних альтернативних технологічних процесів (АТП) у складі етапів ТП(е) з лінійним алгоритмом наскрізної дії при виготовленні вуглепластикових (ВП) авіаконструкцій (АК) типу високонавантажених стрингерних панелей кесона крила (ВСП) магістральних літаків В787, А350, МС – 21, CSeries, як складник ієрархічних систем. Для їх опису та вивчення були залучені: вихідні технолого-вербальні моделі, технолого-математична модель автономної динамічної системи (АДС) та низка двовимірних ,багатовидів (топологія) до неї у вигляді технолого-геометричних моделей. В статті продовжені дослідження розвитку в цьому напрямку шляхом апроксимації багатовидів багатогранниками. В тому числі коміркових та подвійно сформованих структур – п’ятикутні піраміди та біпіраміди, а також тіла обертання навколо них – конус та біконус. Представлені приклади схемотехнологічного інтерпретативного моделювання. За методологічну основу взяті головні положення теорії прийняття рішень, факторного аналізу та системно-процесний підхід з залученням результатів практики(експертний аналіз), в першу чергу – визначення технологічних чинників процесів з критеріальними оцінками щодо переваг, компонентів альтернатив в їх конкурентних стратегіях.Item Open Access Спрямовані циркуляційні течії рідини в резервуарах рухомих об’єктів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Ковальов, В.Наведено результати чисельного моделювання інерційних течій рідкого палива в резервуарах космічного апарату при його маневруванні на орбіті Землі. Показано, що циркуляції, що виникають при застосуванні внутрішніх напрямних апаратів у вигляді різновіддалених жорстких перегородок, можуть деформуватися та впливати на простір течії, не охоплений ними. Крім того, кругові інерційні моменти впливу рідини на перегородки можуть контролюватись за допомогою відповідного розташування напрямних апаратів за шириною та відстанню від стінки резервуара. Розрахунок силових впливів рухомої рідини на стінки і внутрішні конструкції дозволяє досить коректно представити гідродинамічну картину розвитку інерційних течій, а також прогнозувати методи і засоби компенсації подібних збурень. Згідно отриманих результатів моделювання зазначених процесів у резервуарах можна стверджувати, що інерційні течії рідини у резервуарах є виражено нелінійні, властивості яких залежать від геометрії резервуара, початкових умов зародження пікових силових впливів на стінки та днища резервуара. Застосування внутрішніх напрямних апаратів у потоці суттєво змінює геометрію хвильових утворень, коректує координати і тривалість резонансних течій у резервуарі. Основним завданням є мінімізація маси та габаритів перегородок з одночасним зростанням ефективності демпфірування резонансних течій. Крім того, визначення реального розподілу силових параметрів сприяє розробці новітніх більш ефективних конструкцій перегородок, що дозволять більш надійно впливати на неконтрольовані інерційні течії в резервуарах.Item Open Access Застосування 3D друку при виготовленні міні гідравлічних систем(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Костюченко, І. В.; Левченко, О. В.Робота присвячена аналітичному інженерному дослідженню можливості застосування 3D-друку для виготовлення гідравлічних компонентів, з метою вирішення питань, пов’язаних з вагою, розміром і складністю, характерним традиційним гідравлічним елементам. Дослідження має на меті продемонструвати доцільність використання 3D-друку шляхом спрощення конструкції гідравлічного пристрою та підвищення його ефективності. В роботі представлені зразки гідравлічних елементів, надрукованих на 3D-принтері та розкрито порядок їх створення. Запропоновано просту і практичну методологію розробки конструкції для двох ключових компонентів типової гідравлічної системи, а саме, гідравлічного циліндра та гідравлічного серворозподільника типу “сопло-заслінка”, що дозволяє керувати гідравлічними приводами за допомогою будь-якого програмованого мікроконтролера. Характерною особливістю цього підходу є акцент на принципах компактності дизайну, який полегшує об’єднання багатьох частин в єдині, багатофункціональні компоненти. Використання легких матеріалів у 3D-друку сприяє зменшенню загальної маси гідравлічних компонентів. Запропонований метод дозволяє також інтегрувати різноманітні гідравлічні елементи в єдину цілісну структуру, надруковану на 3D-принтері, пропонуючи практичне рішення для вирішення проблем розміру та складності, характерних для гідравлічних системам, виготовлених з металу. Сфера застосування цього інноваційного підходу поширюється на створення прототипів гідравлічних і пневматичних роботів, а також пристроїв, які вимагають компактності, точності та адаптивності. Ця методологія є перспективною для впровадження в галузі робототехніки, особливо для задач, де критичними факторами є просторові та вагові обмеження.Item Open Access Effective decoupling method for derivation of eigenfunctions for closed cylindrical shell(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Yudin, H.; Orynyak, I.By expansion into Fourier series along the circumferential coordinate, the problem for elastic thin-walled closed cylindrical shell is reduced to 8th order differential equation with respect to axial coordinate. In spite that the general structure of eigenvalues for this equation was known starting from 60-s of last century, they were derived only to some simplified versions of the shell theory. So, the main goal of paper consists in development of the general procedure for determination of the eigenvalues. The idea is based on that the theory of shell is actually formed by two much simple problems: the plane task of elasticity and the plate problem, each of them is reduced to much easily treated biquadratic equation. So, we start from either of two problems (main problem) while not taking into account the impact from another (auxiliary) problem. After computing its eigenfunctions, we gradually introduce the influence of auxiliary problem by presenting its functions as linear combination of functions for main problem. The results of calculation show the perfect accuracy of the method for any desired number of significant digits in eigenvalues. The comparison with known results for concentrated radial force shows the perfect ability to solve any boundary problem with any desirable accuracy.