Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 9, No. 3 (106)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Перегляд Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 9, No. 3 (106) за Назва
Зараз показуємо 1 - 12 з 12
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ A Review of Abrasive Water Jet Cutting Technology for Composite Materials(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Xue, Xianding; Salenko, Oleksandr; Habuzian, Halina; Havrushkevych, AndriiWith the growing demand for high-precision and high-reliability machining of composite materials in aerospace, automotive, and electronics industries, abrasive waterjet (AWJ) technology has emerged as a promising method for cutting non-metallic composites due to its cold cutting nature and multi-material adaptability. Compared with pre-2020 studies that mainly focused on parameter trials, recent research has shifted towards modeling of cutting-induced damage, microstructure-level precision control, intelligent optimization, and real-time monitoring, indicating a dual advancement in mechanism understanding and system-level integration. This review summarizes typical damage modes and modeling methods in AWJ cutting of composite materials, compares the applicability of various predictive models and quality indicators, and evaluates representative optimization strategies across different composite systems. Furthermore, it highlights trends in AWJ system intelligence, including acoustic emission monitoring, AI-based modeling, and the integration of digital twin technologies. Future challenges are identified, such as multi-scale modeling of damage–performance coupling, closed-loop process control, and standardized quality assessment frameworks. This review aims to provide structured insights and forward-looking references for advancing AWJ in composite precision manufacturing.Документ Відкритий доступ Comparison and Evaluation of Conventional and Machine Learning-Assisted Reverse Engineering Workflows(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Kunytsia, Artem; Lashyna, YuliiaReverse engineering workflows play a crucial role in converting physical components into digital CAD models, impacting efficiency and accuracy in various industries. Traditional manual approaches, while highly precise, are often slow and resource-intensive, prompting exploration of machine learning (ML) methods promising accelerated results. The aim of this study is to perform a comparative overview and practical evaluation of conventional and ML-assisted reverse engineering workflows, identifying their accuracy, speed, and applicability to support evidence-based recommendations for workflow selection. As part of the study, a steel chuck-jaw was scanned using a high-precision scanner as an example of a part for reverse engineering. Three distinct CAD models were created: the first by manual surfacing in CATIA V5, the second by semi-automatic fitting in Geomagic Design X, and the third using the ML-based Point2CAD pipeline followed by post-processing in Geomagic Design X. The models were then assessed by comparing surface-to-cloud deviations and the total time required for reconstruction. The manual CATIA workflow achieved the best accuracy but demanded significant time and hands-on effort. The semi-automatic Geomagic workflow offered an effective balance between accuracy and efficiency. The Point2CAD approach dramatically reduced reconstruction time but resulted in significant local deviations, even though the overall geometry was acceptably maintained. These results suggest selecting manual workflow for tasks where accuracy is critical, semi-automatic workflow can be recommended for standard precision tasks with balanced effort, and ML-assisted workflow – for rapid prototyping or digital archiving when moderate inaccuracy is permissible and the necessary hardware is available. Additionally, the comparative overview underscores that selecting a suitable reverse engineering workflow depends significantly on project-specific requirements, particularly regarding required accuracy, available hardware, and acceptable processing time.Документ Відкритий доступ Correction of the Control Program for End Milling on a CNC Machine(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Petrakov, Yuri; Romanov, YanThe results of experimental testing of the correction of the CNC-programs for end milling on a CNC machine are presented. The correction is performed for serial and single-piece production conditions using the method of control using a posteriori information. A posteriori information is determined during measurements directly on the CNC machine with a three-coordinate probe from Renishaw. Moreover, for serial production, the pre-machined part is measured, and for single-piece production, the machining allowance is divided into two parts and the surface machined in the first pass is measured. The correction is performed using the experimentally determined transfer function of the machining system. The effectiveness of the developed methods has been experimentally proven: after milling the first part, the average error was 0.1 mm, and after machining the second part (and subsequent ones) using the corrected control program, the error decreased to 0.012 mm, i.e. the machining accuracy is increased by more than 8 times. In the conditions of single production, when dividing the allowance into two parts and determining the correction according to the calculated transfer function, the machining error decreased by more than 6 times. The time loss for performing two passes in the conditions of single production does not exceed the machining time according to traditional technology, when to ensure the specified accuracy it is necessary to perform several passes according to the same control program.Документ Відкритий доступ Horizontal Biomass Gasifier in Zakho: Computational Guide and Investigation(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Taher, Mayaf; Mahmood, RaidThe horizontal biomass gasifier represents a promising and sustainable solution for addressing both the growing energy needs and environmental challenges in Zakho City, Iraq. This study explores the utilization of locally available biomass waste to produce clean, renewable energy through a horizontal burner gasifier system. By converting organic waste into combustible gas, the system offers a practical pathway toward reducing pollution and mitigating the environmental impact of waste accumulation. The primary goal of this research is the development, validation, and optimization of a computational model capable of accurately predicting the thermal and fluid dynamics of a horizontally configured gasifier under local operating conditions. Using Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations in ANSYS Fluent 2024 R2, the study investigates combustion dynamics, temperature distribution, flow behavior, and heat transfer within the gasifier. The model was constructed based on actual geometry, fuel properties, and pressure-driven boundary conditions, ensuring realistic physical representation. A mesh-independence study confirmed numerical stability, while turbulent flow and combustion were modeled using the standard k–ε and eddy-dissipation approaches. Validation against published experimental data demonstrated excellent agreement, with less than 6 % deviation from reported results. Parametric optimization revealed that an air flow rate of 28–32 m³/h yields a maximum temperature of approximately 1450 °C and a thermal efficiency near 91 %, establishing the optimum operational range for this configuration. The horizontal orientation exhibited more uniform temperature gradients and improved mixing compared to vertical systems. This revised investigation not only strengthens the physical and computational understanding of biomass gasification in horizontal systems but also provides a robust modeling foundation for future 3D simulations and experimental validation, supporting broader adoption of biomass-based renewable energy technologies in similar regions.Документ Відкритий доступ Numerical modeling and Digital Twins in Wire Arc Additive Manufacturing(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Tryhubov, Roman; Kryshchuk, MykolaWire Arc Additive Manufacturing (WAAM) has become a valuable tool for cost-effective production of large metal structures with complex geometry using established arc-welding hardware and wire feedstock. However, the complexity of underlying physics makes it difficult to predict the geometry and stress state of final products. Heat accumulation, inter-pass temperature, and path planning influence bead shape and defect formation, while cyclic thermal loading induces residual stresses and distortion, which hinder repeatability and certification. High-fidelity numerical modelling, while being important for studying and optimization of WAAM process, remains unsuitable for real time simulation and control due to high computational cost. In order to overcome the limitations of pure physics-based models, the interest has shifted to hybrid workflows— combined physics-based and data-driven models calibrated by real-time sensing—embedded in Digital Twin architectures to support prediction, monitoring, and process control. The objective of this study is to systemise recent advances in multi-scale multi-physics numerical modelling for wire arc additive manufacturing (WAAM) and provide insight into Digital Twin (DT) architectures alongside data-driven approaches based on artificial intelligence (AI), machine learning (ML) and data management. The extensive literature review was performed to reveal advantages and limitations of these simulation method and how they could transition WAAM to intelligent manufacturing, driven by multiple data streams, with real-time monitoring, predictive analytics, and autonomous correction. The results of the review can be used in future studies to organize and assemble intelligent WAAM systems in laboratory experimental conditions with a perspective of industrial applications.Документ Відкритий доступ Study of the Stability of the Formation of the Primary Layer of Steel Powder in the Technology of Powder Bed Fusion by Tungsten Inert Gas Welding(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Horbenko, Andrii; Zvorykin, ConstantineA comprehensive study of the possibility of using TIG (Tungsten Inert Gas) arc welding as Powder Bed Fusion (PBF) for additive manufacturing of metal products was conducted. The method of forming the primary surfacing layer by local melting of the pre-applied layer of metal powder without adding filler material is proposed and experimentally verified. Steel powder with an average particle size of about 300 μm, applied dry on a St3 grade steel substrate, was used as the starting material. The optimal parameters of the welding process were determined: current strength 120 A, arc voltage 30.5 V and torch movement speed 455 mm/min. The stability of the arc process, the formation of a homogeneous continuous deposited layer without obvious surface defects was confirmed experimentally. The obtained results indicate the significant potential of the proposed TIG-PBF technology as an economic alternative to traditional laser and electron beam methods in additive manufacturing, which can become the basis for the development of hybrid manufacturing technologies that combine 3D printing and mechanical processingДокумент Відкритий доступ Автоматизація технологічних застосувань лазерного променя(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Дубнюк, В. Л.; Котляров, В. П.; Жук, Р. О.; Степура, О. М.Об’єктом аналізу є стан та рівень використання лазерного променя як інструменту (кількісних та якісних) у будь-яких технологічних середовищах (медицина, обробка матеріалів, вимірювальні та контрольні операції, тощо). Практичний досвід розробки та впровадження технологічних застосувань лазерного променя та огляд світової спеціальної літератури підтвердив очевидний факт, що головними чинниками його корисного застосування є можливість ефективного діяння на різноманітні матеріали, широкий діапазон керованої потужності променю (до 2.3 МВт) та досягнення високого рівня інтенсивності в зоні опромінення (до 1020 Вт/см2) шляхом обмеження розміру останньої ( до 10–9 м) та тривалості її опромінення (10–15 с). Але деякі якості променя не прийняті до уваги і вони не використовуються. Метою даних статті є підвищення якості технологічних застосувань променя лазера як інструменту шляхом використання усього переліку його незвичайностей. До таких необхідно віднести нематеріальність інструменту, його прозорість, легка та швидкодіюча керованість основними параметрами (довжиною хвилі випромінювання, енергетичними та просторовими характеристиками). Вміле управління ними дозволяє суттєво покращити організаційні властивості багатьох технологічних застосувань променя в якості інструменту. Прозорість та нематеріальність електромагнітної енергії променя не заважать поєднувати процес його діяння на об‘єкт опромінення з одночасною оцінкою (вимірюванням) поточного результату. Такий активний контроль операції надає данні для керування її ходом, впливаючи на керуємі умови опромінення, що дозволяє автоматизувати операцію до її адаптивної організації. Приклади таких форм побудови технологічних застосувань променя відсутні у виробництвах, фахових та інших друкованих виданнях.Документ Відкритий доступ Аналіз способів енергозбереження в гідроприводах мобільних машин(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Аврунін, Г. А.; Мороз, І. І.; Коваль, О. Д.Пошук ефективних засобів енергозбереження в об’ємних гідроприводах мобільних машин шляхом проведення аналізу результатів експериментальних випробувань гідророзподільників і гідромоторів щодо втрат потужності за перепадом тисків і витоків робочої рідини, а також порівнянням способів регулювання робочого об’єму в аксіальнопоршневих гідромашинах і високомоментних радіальнопоршневих гідромоторах багатоциклової дії. Об’єктом дослідження є гідропристрої, зокрема гідророзподільники і гідромотори. Проаналізовані залежності перепаду тисків від витрати в гідророзподільниках і гідромоторах, витоків робочої рідини і механічних втрат потуж залежно від способу регулювання робочого об’єму при порівнянні аксіальнопоршневих гідромашин і радіальнопоршневих гідромоторів багато циклової дії. Проведений порівняльний аналіз способів регулювання гідромоторів, зокрема силового без зміни фазового кута розподілу робочої рідини до поршнів і фазового способу зі змінною кількістю поршнів, які находяться під тиском. Вирішена проблема надання інженерам-конструкторам та студентам-магістрам знань щодо впливу конструктивних особливостей сучасних гідропристроїв на втрати потужності і шляхи підвищення енергозбереження в об’ємних гідроприводах. За результатами проведеного аналізу дано пояснення отриманим результатам щодо зниження втрат потужності в гідрозподільниках і гідромашинах. Показана перспективність робіт щодо застосування фазового способу регулювання аксіальнопоршневих гідромашин. Отримані результати проведених досліджень слід вважати корисними для фахівців в галузі створення удосконалених гідропристроїв, а також для студентів-магістрів, які вивчають дисципліни, пов’язані з розробкою окремих гідропневмопристроїв, проектуваннями і випробуваннями гідроприводів.Документ Відкритий доступ Математичне моделювання взаємодії рушіїв наземних роботизованих комплексів підвищеної прохідності із ґрунтом(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Костюченко, І. В.; Струтинський, С. В.У роботі розглядалося дослідження параметрів прохідності наземних роботизованих комплексів (НРК), які функціонують у складних дорожніх умовах, зокрема на м’яких ґрунтах і пересіченій місцевості. Основну увагу приділено розробці математичних моделей і комп’ютерній симуляції взаємодії різних типів рушіїв (колісних та гусеничних) із поверхнею. Запропоновано методику визначення параметрів контактної взаємодії з урахуванням нелінійних властивостей матеріалів та складних геометричних форм рушіїв. Зокрема у середовищі ANSYS (модуль Transient Structural) проведено серію чисельних експериментів, у яких реалізовано моделювання деформаційної взаємодії колісного та гусеничного рушія з ґрунтом. Для підвищення достовірності результатів використано ортотропну модель ґрунту, що враховує його шарувату структуру та анізотропію механічних властивостей, а також експоненційно-нелінійні характеристики гуми, визначені за експериментальною кривою “напруження-деформація”. Це дозволило математично описати комплексний процес формування контактної плями, оцінити розподіл напружень і тиску в зоні контакту та визначити закономірності зміни площі контакту і просідання під дією зовнішнього навантаження та удосконалити аналітичні методики розрахунку тягових характеристик та параметрів прохідності НРК. Практична цінність роботи полягає у можливості використання розроблених моделей на етапі проєктування наземних роботизованих комплексів, зокрема для прогнозування тягових характеристик, оцінки енергетичних витрат та оптимізації параметрів руху у різних дорожніх умовах.Документ Відкритий доступ Проєктування системи відсічки тяги носіїв з твердопаливними двигунами(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Бондаренко, М. О.У статті розглянуто систему відсічки тяги для носіїв з твердопаливними двигунами, що застосовується для точного припинення тяги без відділення головної частини ракети. Попри наявність різних підходів до припинення роботи твердопаливного двигуна, залишається недостатньо вивченим вплив конфігурації відсічних сопел на залишковий імпульс післядії та стійкість режиму горіння після активації системи. Метою дослідження є зменшення імпульсу післядії за рахунок використання системи реверсу тяги з відсічними соплами, розташованими на передньому днищі корпусу. Для досягнення цієї мети проаналізовано варіанти геометрії розміщення сопел, напрямки потоку, тиск у камері згоряння до та після відсічки, а також коефіцієнти тяги для основного і відсічного каналів. Встановлено, що при розміщенні сопел під кутом 40° до осі носія та правильному підборі площі критичного перерізу імпульс післядії зменшується до рівня, що забезпечує стабільне припи-нення тяги без погіршення точності траєкторії. Такий ефект пояснюється компенсацією основної тяги за рахунок спря-мованої реактивної сили від газового потоку крізь сопла відсічки. На відміну від методів гасіння заряду або відкриття кіль-цевих щілин, запропоноване рішення не потребує переміщення соплового блока чи впорскування холодоагенту, що спрощує конструкцію й підвищує надійність. Результати можуть бути використані під час проектування систем із носіями спеціа-льного призначення, де важливо зберегти цілісність конструкції й досягти високої точності траєкторії після завершення активного ділянки польоту.Документ Відкритий доступ Реакція структури і характеристик вихідного потоку вихрової камери змішування на зміну конструктивних параметрів. Частина 1(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Турик, В. М.; Кочін,В. О.; Моро, В. В.Пропонуються результати експериментального дослідження маловивченого феномену впливу вихрових утворень тупикової частини вихрової камери змішування торцевого типу на структуру і інтегральні характеристики вихідного потоку. Термоанемометричні дослідження на модельному зразку вихрової камери типової конструкції дозволили виявити реак-цію профілів складових усередненої за часом місцевої швидкості та відносної інтенсивності пульсацій швидкості потоку, які визначають ефективність змішування і тепломасопереносу, на комплексне варіювання осьових кутів a тангенціального підведення середовища до порожнини камери та відносної глибини її тупикової частини L* = L/d0 (d0 – діаметр камери). Виявлено зони локалізації майже ізотропної турбулентності з рівномірним перемішуванням робочого середовища в коге-рентних вихрових утвореннях. З’ясовано, що при a = +20° збільшення величини L* від 0 до 4,4 супроводжується більш регулярним за числом Re, порівняно з варіантом камери при a = –20°, характером перерозподілу кінетичної енергії закрученої течії від обертальної до осьової складових руху при одночасному зростанні на 15–17 % величини інтенсивності трансверсальних пульсацій в досліджуваному діапазоні чисел Рейнольдса Re = 47080÷86530. При цьому усереднена за вихідним перерізом інтенсивність двовимірних пульсацій для камери з a = +20° зростає від 13 % до 17 % проти (3–9) % приросту для варіанта a = –20°. Отже, комбінація параметрів камери a = +20° і L* = 4,4 може розглядатися як одна з найпростіших конструктивних та ефективних керувальних дій на процеси переносу в закручених потоках робочих середовищ, що важливо при проєктуванні камер згоряння, ракетних двигунів, енергетичних установок, хімічних реакторів тощо.Документ Відкритий доступ Цифрові двійники як інструмент підвищення ефективності процесу фрезерування(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Вакуленко, М. В.; Сапон, С. П.У сучасному машинобудуванні фрезерування залишається найбільш поширеним та високопродуктивним процесом формоутворення. Проте складна динаміка силової взаємодії фрези і заготовки та інші процеси, супутні обробці різанням, обмежують підвищення продуктивності обробки без втрати якості обробленої поверхні. Одним із ефективних напрямів підвищення продуктивності фрезерування без зниження точності є застосування цифрових двійників для моніторингу та управління процесом фрезерування. Метою дослідження є огляд і узагальнення сучасних підходів та напрацювань щодо створення й використання цифрових двійників для підвищення ефективності процесу фрезерування. Методика реалізації ґрунтувалася на систематизованому огляді публікацій 2018–2025 років із провідних наукометричних баз (Scopus, ScienceDirect, SpringerLink, Google Scholar), відібраних за критеріями: концепція створення, наявність описів структури (архітектури), експериментальних результатів та даних щодо практичного впровадження цифрових двійників, пов’язаних з процесом фрезерування. Проаналізовано понад 30 публікацій, з яких відокремлено та детально проаналізовано 12 статей, що відповідають вищезазначеним критеріям та стосуються виключно цифрових двійників процесу фрезерування. Результати дослідження показали, що найбільш успішні архітектури цифрових двійників у фрезеруванні базуються на багаторівневій структурі з інтеграцією сенсорних даних, математичних моделей та алгоритмів штучного інтелекту. Реалізація двостороннього зворотного зв’язку дозволяє у режимі реального часу прогнозувати знос інструмента, компенсувати деформації тонкостінних заготовок та стабілізувати параметри якості поверхні. У низці робіт зафіксовано зменшення похибок розмірів, кількості бракованих деталей та підвищення періоду стійкості фрези. Цифрові двійники у фрезеруванні демонструють високу практичну цінність завдяки можливості поєднання моделювання, моніторингу та керування процесом. Подальший розвиток потребує уніфікації архітектур, створення відкритих інтеграційних платформ і використання гібридних обчислювальних рішень, що забезпечить масштабованість і промислове впровадження цієї технології.