Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 9, No. 2 (105)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Перегляд Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 9, No. 2 (105) за Назва
Зараз показуємо 1 - 12 з 12
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Computational Investigation: CFD guide for the Evaporation process in Heat Pipe(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Ahmed, Dalal; Mahmood, RaidHeat pipes are essential components in various industrial applications due to their exceptional heat transfer capabilities, which significantly enhance thermal management systems. Their ability to efficiently dissipate heat with minimal temperature gradients makes them invaluable in electronics cooling, aerospace systems, and energy recovery processes. This study presents a detailed two-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation to analyze the temperature distribution and phase change dynamics during evaporation within a heat pipe. The simulation is conducted using ANSYS Fluent, where a 2D model of the heat pipe is developed, and an optimized computational mesh is generated to ensure accuracy in the numerical results. The k-ε turbulence modelis employed to accurately capture the fluid flow behavior, accounting for the complex interactions between vapor and liquid phases. The working fluid selected for this investigation is a nanorefrigerant (Al2O3/R11), chosen for its enhanced thermal properties that contribute to improved heat transfer efficiency. The simulation results reveal a significant temperature gradient in the evaporator section, highlighting the critical role of heat flux in determining thermal resistance. Additionally, the study examines how variations in heat input influence the overall thermal performance of the heat pipe. The findings from this CFD analysis provide valuable insights into the evaporation process, which is driven by phase change phenomena, and offer practical designguidelines for optimizing heat pipe performance. By understanding the intricate relationship between fluid dynamics, heat transfer, and material properties,this research significantly contributes to the development of more efficient and sustainable thermal management solutions for industrial applicationsДокумент Відкритий доступ Determination Modal parameters a Turning machining system(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Petrakov, Yuri; Ohrimenko, Oleksandr; Pasichnik, Oleksandr; Petryshyn, AndriiAmong various machining processes, turning accounts for the largest volume of chip removal worldwide, so much attention is paid to predicting stability and preventing chatter, with a special emphasis on machining systems. The use of CNC machinesexpands the possibilities for controlling the cutting process in accordance with the Stability Lobes Diagram (SLD), which allows not only to ensure the required quality and the reduce of vibrations, but also to select the cutting mode that ensures maximum productivity. Designing a SLD involves building a mathematical model of the machining system, which is associated with determining its dynamic characteristics. A dynamic model of the machining system of a lathe has been developed as a composition of the main units using the receptance coupling method, which made it possible to calculate the rigidity of the entire system, reduced to the tip of the cutter, as a function of the longitudinal coordinate when machining a workpiece installed in a chuck and in a chuck and rear center. The cutting process model represents the components of the cutting forces acting along the coordinate axes, which allows it to be integrated into the structure of the machining system. A method for experimental modal analysis of the machining system of a lathe using a hammer, accelerometer and a storage two-channel oscilloscope has been developed. Software for determining the frequency response function using a digital file of the experimental impulse response function has been created.Документ Відкритий доступ Temperature Compensation in Ball Screws of CNC Machines. Review(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Korenkov, Volodymyr; Skrypnyk, TarasThermal deformation of ball screw feed drives is a major source of positioning error in high-speed CNC machine tools. Frictional heat generated during rapid screw motion causes expansion and leads to significant deviations at the tool center point. This literature review compiles recent advances in temperature compensation techniques for ball screws, focusing on approaches to model and compensate thermal errors, methods for measuring temperature on moving feed axes, and techniques for evaluating positioning accuracy. A wide range of compensation methods are examined, from physics-based thermal models and empirical regression models to modern machine learning and hybrid approaches. Various sensor strategies for capturing temperature—contact thermistors, wireless embedded sensors, and infrared thermography—are compared in terms of responsiveness and practicality. Methods for quantifying thermal elongation and positioning error, such as laser interferometry and other high-precision measurement systems, are also reviewed. The review finds that data-driven (empirical) modeling techniques, non-contact temperature sensing, and laser-based accuracy measurements have shown particular promise.Документ Відкритий доступ Антифрикційні покриття з самозмащувальною дією на основі оксиду магнію(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Щепетов, Віталій В.; Фіалко, Наталія М.; Бись, Сергій С.; Зворикін, Костянтин О.До актуальних проблем сучасного матеріалознавства належить проблема підвищення довговічності і експлуатаційної надійності рухомих спряжень деталей машин. При цьому значний інтерес становить застосування складних оксидних сполук, зокрема, оксиду магнію як матеріалу для вузлів тертя. До того ж важливим є розроблення композицій, здатних за умов тертя виконувати роль твердих мастил. Метою роботи стало визначення закономірностей тертя та зношування композиційного покриття на основі оксидних сполук магнію зі структурно-вільним карбідом магнію і вивчення їх структурно-фазового складу та впливу на формування і самоорганізацію поверхневих структур. У якості матеріалу для напилення застосовувався ортосилікату магнію, до якого додавались леговані домішки з порошків хрому, нікелю, титану, алюмінію та ін. Вихідну композицію для напилення одержували методом механіко-хімічного синтезу. Фізико-механічні властивості і закономірності тертя та зношування покриттів досліджувалися за торцевою схемою в режимі безперервного ковзання при постійному навантаженні. Комплексна методика включала металографію, дюрометричний аналіз, растрову електронну мікроскопію та рентгеноструктурний фазовий аналіз. За результатами досліджень було розроблено високоефективні покриття на основі ортосилікату магнію, що характеризуються покращеними антифрикційними властивостями. Визначено оптимальний режим детонаційно-газового напилення пропонованих покриттів. Вивчено характер та закономірності, які зумовлюють схильність покриттів до пасивації. Результати досліджень закономірностей тертя та зношування запропонованого детонаційного покриття і їх структурно-фазового складу та особливостей самоорганізації поверхневих структур розширюють уявлення в сфері сучасного триботехнічного матеріалознавства.Документ Відкритий доступ Визначення факторів впливу та коефіцієнтів концентрації напружень для експрес-розрахунківна міцність однозрізних болтових з’єднаньшаруватих композитних пластин. Повідомлення 2(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Рудаков, К. М.При проектуванні болтових з'єднань (БЗ) необхідно, зокрема, проводити їхні перевірні розрахунки на міцність. При цьому бажано застосовувати експрес-аналіз: розрахунки за простими формулами достатньої точності. Для БЗ пластин із шаруватих полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) проблема ще не вирішена. Зокрема, не знайдена формула визначення максимального напруження біля отвору для схем армування типу [0/φ/-φ/90]s й [φ/-φ]s , при 0<φ<90 (для всіх інших схем вже є п’ять формул, про що йшлося у Повідомленні 1). Метою роботи було на основі результатів розрахунків за методом скінченних елементів (МСЕ) отримати відомості про розподілення максимальних напружень для схем армування типу [0/φ/-φ/90]s й [φ/-φ]s при змінних значеннях кута армування 0<φ<90. Були проведені модельні чисельні розрахунки із застосуванням МСЕ (контактна задача) для взаємодії пластини із шаруватого ПКМ з жорстким "болтом" (штифтом). Передбачалася 3D-ортотропія кожного шару, лінійна пружність, відсутність тертя та бічного зазору "болт"/отвір. Результати зведені в таблиці, наведені ілюстрації. Проведено аналіз результатів. Запропоновано ввести ще два фактора впливу на значення максимального напруження розтягу біля отвору в пластині з шаруватого ПКМ. Аналітичної формули для розрахунку коєфіцієнта концентрації напружень для послабленого отвором перерізу пластини зі схемою армування типу [φ/-φ]s , 0<φ<90 знайти не вдалося. Необхідні додаткові дослідження.Документ Відкритий доступ Вплив кінематики процесу різьбоформування на якість гладко-різьбового з'єднання(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Данилова, Людмила М.; Лапковський, Сергій В.; Фролов, Володимир К.; Приходько, Василь П.Ефективність технологій складальних операцій із застосуванням різьбових деталей визначається продуктивністю, економічністю і якістю одержуваних з'єднань. Використанням в складальних процесах різьбоформуючих кріпильних деталей досягається зниження трудомісткості шляхом усунення операції попереднього різьбонарізання, а отримані з'єднання є більш точними і мають кращі стопорні якості. Різьбоформуючі деталі закручуються в гладкі отвори і утворюють різьбу різанням або деформуванням. Такі з'єднання називають гладко-різьбовими. У виробництві, де небажане утворення стружки, застосовують різьбовидавлюючі гвинти. Різьбові з'єднання працюють в умовах знакозмінних навантажень і для них є важливим фактор циклічної довговічності. Однак при тому, що різьба, утворена пластичним деформуванням, має високу міцність, показники циклічної довговічності такої різьби нижчі ніж у нарізаної різьби. Підвищеня якості гладко-різьбових з’єднань шляхом навантаження оптимальною осьовою силою при різьбоформуванні є темою цієї публікації. Причиною зниження втомних характеристик накатаної різьби є зворотній рух металу, що викликаний порушенням кінематики при формуванні різьбового профілю. Метою даної роботи є встановлення закономірності процесу течії матеріалу в зоні найбільших деформацій під дією осьової і радіальної сил різьбоформування на основі теорії пластичності, а також отримання аналітичної залежності для розрахунку компенсуючої сили різьбоформування на основі розвязання задачі вдавлювання жорсткого клину в жорстко-пластичну область. Єкспериментально підтвердити вплив осьової нескомпенсованої сили на якість гладко-різьбового з'єднання. Деформація в процесі різьбоформування характеризується тим, що рух або деформація, відбувається в одній площині,і це є станом плоскої деформації. Обчислювати контактні напруження і деформуючі зусилля, визначати поля напружень в перетинах металу, що деформується, аналізувати локальні явища для вирішення технологічних задач, дозволяє метод ліній ковзання. Характеристики плоскої пластичної деформації дають можливість вирішувати такі задачі графічним методом. Цей метод визначає картину поля ліній ковзання, а його геометричні параметри встановлюють залежність між максимальним дотичним напруженням і деформуючим зусиллям. На основі положень теорії пластичності установлені закономірності, що описують процеси течії металу в зоні найбільших деформацій під дією осьової і радіальної сил різьбоформування. На основі вирішення задачі теорії пластичності про вдавлювання ідентора в жорстко-пластичну область отримані аналітичні залежності для розрахунку технологічних параметрів різьбоформування. На основі аналізу жорстко-пластичної зони в області найбільших деформацій встановлені закономірності впливу осьової сили різьбоформування на параметри отриманого профілю. Результати роботи дозволять підвищити якість з’єднання з різьбоформуючою кріпильною деталлю за рахунок уведення в процес різьбформування компенсуючого осьового навантаження. Забезпечення правильного гвинтового руху при утворенні різьби запобігає зворотньому руху металу, виникненню поверхневих дефектів і релаксації корисних стискуючих напружень, що підвищує циклічну довговічність різьби. А формування симетричного профілю збільшує міцність з'єднання і покращує його стопорні якості. На основі аналізу закономірності формування поверхневого шару обґрунтовано вибір кута підйому західного витка гвинта.Документ Відкритий доступ Дослідження оптимізації силових установок та аеродинамічного компонування безпілотних літальних апаратів вертикального зльоту та посадки(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Димарчук, Є. С.; Мариношенко, О. П.Досліджуються безпілотні літальні апарати (БПЛА) вертикального зльоту та посадки (ВЗтП), їхні компонувальні та силові схеми, а також ефективність різних типів силових установок. Виконано порівняльний аналіз електричних, паралельних і гібридних силових установок, розраховано масові характеристики для місій дальністю 50, 100 і 300 км. Визначено, що гібридна схема забезпечує оптимальний баланс між вагою, витратою палива та тривалістю польоту. Запропоноване компонування «корпус-крило» підвищує аеродинамічну якість на 12 % у крейсерському режимі. Використання гібридної силової установки дозволяє зменшити злітну масу БПЛА на 10–15 % та збільшити тривалість польоту до 25 %. Отримані результати можуть бути застосовані для проєктування БПЛА, призначених для моніторингу, екологічного нагляду, логістики та рятувальних місій у складних умовах.Документ Відкритий доступ Методологія скінченно-елементного аналізу функціональності індивідуальних ревізійних ендо-протезів колінного суглоба на основі даних комп'ютерної томографії(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Овчаренко, Є. І.; Крищук, М. Г.Розглядається ревізійне протезування стегнової кістки колінного суглобу з використанням індивідуальних протезів, виготовлених на базі титанового сплаву за допомогою адитивних технологій 3D друку. Актуальною проблемою є забезпечення оптимальної сумісності геометричної форми протезу з анатомічними особливостями пацієнта, що мінімізує ризик ускладнень та підвищує довговічність конструкції. Існуючі стандартизовані протези часто не враховують індивідуальних відмінностей, що може призвести до ускладнень та підвищеного зносу компонентів. Метою дослідження є розробка та апробація методики перевірки несучої спроможності ревізійного протезу, створенням ряду індивідуальних імітаційних моделей конструкцій металоостеосинтезу для типового випадку ревізійного протезування з подальшим порівнянням їх напружено деформованого стану та напружень у зоні контакту з двошаровою біологічною моделлю кістки. Було виконано збір геометричних характеристик кісток 15 пацієнтів за допомогою комп'ютерної томографії у форматі DICOM, з подальшим спрощенням моделей та форматуванням у .stl файли. Для одного з пацієнтів змодельовано 4 варіанти індивідуальних протезів типових розмірів та форм. Чисельні розв’язки прикладних задач біомеханіки були виконані за допомого програмного комплексу Ansys Student 2024 R2. Отримано кількісні показники напружень на ендопротезі, напружень в зоні контакту та максимальних переміщень біомеханічної системи “кістка-протез”. Результати дослідження можуть бути використані в ортопедичній практиці для підбору оптимальної геометричної форми ендопротезу з метою покращення ефективності ревізійного протезування колінного суглобу.Документ Відкритий доступ Особливості виготовлення деталей адитивними технологіями з металевих сплавів. Аналітичний огляд(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Сонець, Олесь В.; Воронцов, Борис С.У цій статті розглянуто сучасні наукові дослідження процесу механічної обробки деталей, що виготовлені за допомогою адитивних технологій. В роботі наведено коротку класифікацію металевих сплавів які застосовуються в галузі адитивних технологій та класифікацію технологій 3-D друку, що відомі на сьогодні. Наведено можливості, що відкривають адитивні технології. Розглянуто переваги та недоліки адитивних технологій загалом і найпоширеніших методів виготовлення зокрема. Проаналізовано результати наукових робіт із визначення впливу напрямків шарів друку та анізотропії мікроструктури виробу на процес механічної обробки. Зверталася увага на ступінь оброблюваності деталей. Виявлено недостатність досліджень фрезерування деталей, виготовлених окремими методами друку. Обґрунтовано необхідність проведення наукового дослідження механічної обробки виробів виготовлених адитивними технологіями з титанового сплаву Ti6Al4V. 3-D друк відкриває нові підходи до проектування та виготовлення виробів. Замінити або виключити повністю фінішну механічну обробку з технологічного ланцюжка на даному етапі розвитку неможливо, як через недоліки, пов’язані з термічними і механічними процесами під час плавлення та/або спікання матеріалу, так і через високі вимоги до шорсткості, точності розмірів та геометричної форми відповідальних поверхонь. Залишаються суттєві аспекти, які потребують розвитку, оптимізації, вдосконалення, вивчення. Показовим прикладом цього є те, що провідні університети світу впроваджують кредитні модулі вивчення гібридного адитивно-субтрактивного виробництва в свої освітні програми для всіх рівнів вищої освіти.Документ Відкритий доступ Сучасні підходи до абразивної обробки вуглець-вуглецевих матеріалів та інструментів для її реалізації(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Молнар, Михайло М.; Саленко, Олександр Ф.В статті роглядаються вуглець-вуглецеві композити, які є перспективними матеріалами для аерокосмічної, оборонної та автомобільної промисловості завдяки їх унікальному поєднанню високої міцності, термостійкості та малої густини. Однак, їх механічна обробка є складною задачею через їхню складну мікроструктуру та абразивність, що призводить до утворення дефектів, зносу інструменту та проблем з видаленням стружки. У зв'язку з цим, метою даної роботи є аналіз основних викликів при механічній обробці В-В композитів та розгляд можливих підходів до мінімізації цих проблем. Метою дослідження є покращення характеристик абразивних різальних інструментів в завданні різання композитів використовуючи методи адитивного виробництва. У статті представлено огляд застосування В-В композитів у різних галузях, включаючи системи теплового захисту, гальмівні диски, компоненти газових турбін та ін. Розглянуто основні проблеми, пов'язані з їх обробкою, такі як розшарування матеріалу, знос ріжучого інструменту та видалення стружки. Проаналізовано вплив різних факторів, включаючи механічні навантаження, термічні впливи та конструкцію інструменту, на виникнення цих проблем. Результати дослідження показують, що ефективна обробка В-В композитів потребує застосування спеціалізованих ріжучих інструментів, методів контролю та моніторингу стану інструменту, а також використання альтернативних методів обробки. Запропоновано підходи до мінімізації проблем, пов'язаних з обробкою, включаючи оптимізацію різального інструменту використовуючи адитивні технології. Отримані результати огляду літературних джерел можуть бути використані в моделюванні різального процесу та для оптимізації параметрів різального експерименту. Також отримані результати показують актуальність вибраної проблеми та можливості подальшого застосування.Документ Відкритий доступ Формалізація технологічних процесів на базі неевклідових геометрій: сферичної та геометрії Рімана(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Забашта, В. Ф.Йдеться про продовження комплекса дослідницьких робіт [1]–[4] з моделювання та формалізації в напрямку ідей та понять зазначених вище геометрій. Найперше це стосується технологічного трактування геометричних образів на сфері зокрема еліптичній площині. Тут досліджувались прямі, що перетинаються або збіжні прямі – це пучок прямих з власною вершиною або еліптичний пучок. При цьому на макрорівні- щодо ТП, як сукупність етапів або станів АDС [2],а на підпорядкованому мезорівні – до окремого етапу ТП. При моделюванні поверхня сфери розглядається, як просторовий аналог центрального великого кола (екватор), центр якого співпадає з центром сфери. “Полем дії” цих геометрій (а також ТП), є по-верхня сфери. А важливим в теорії тут перетворенням подібності вважається, що основним “побудовим” (утворюючим) елементом є зараз поєднана (склеєна) пара діаметрально-протилежних точок (або точки-антиподи [19] – умовна “точка”. З цими точками-антиподами пов’язані поняття “пряма” та “площина” саме в геометрії Рімана і в наступному їх технологічному трактуванні. Якщо на поверхні сфери (образ ТП) – це набір великих кіл (етапів ТП) і в сферичній геометрії це прямі, то в перетвореннях подібності – це “пряма” (набір умовних “точок”) з розміщенням на еліптичній площині. Оскільки еліптичний простір в рамках геометрії положення містить щонайменше чотири точки, то їм надано технологічне трактування з формальним представленням (квадратична форма).Документ Відкритий доступ Фільтраційне обладнання систем аспірації, вентиляції та пневмотранспорту в промисловості: особливості експлуатації, проблеми аеродинаміки та шляхи їх вирішення(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Коколенко, Артур О.; Турик, Вололдимир М.Фільтраційне обладнання використовують в промисловості згідно з такими напрямками: в системах аспірації; в кінцевій фазі транспортування систем пневмотранспорту для відокремлення твердої компоненти від транспортуючого середовища; в системах припливної та витяжної вентиляції. Розглядається ретроспектива розвитку різноманітних конструкцій фільтраційного обладнання та особливості його експлуатації відповідно до наведених напрямків використання. Приділено увагу питанням аеродинаміки робочих процесів в системах, аналізуються підходи до покращення умов протікання робочих процесів з метою підвищення ефективності та надійності експлуатації систем. Пропонуються шляхи розв’язання невирішеної до кінця загальної проблеми, типової для апаратів припливної та витяжної вентиляції – проблеми забезпечення рівномірного розподілу середовища в розгалужених системах розподілу та збору потоків. Це стосується як конструктивних заходів, так і використання засобів автоматичного керування процесами.