Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 8, No. 3(102)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Імітація резонансних плескань рідини у резервуарі з вертикальною перегородкою(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Ковальов, В. А.; Ченьюй, ВейУ поданому матеріалі представлено результати чисельного моделювання геометрії внутрішніх течій рідини у резервуарах, які піддані коливанням через зовнішні силові впливи. Подібні прикладні задачі мають місце при перевезенні знач- них обсягів рідини, наприклад, у суднах-танкерах. Враховуючи досить значні рухомі маси в межах резервуарів (танків), як правило, виникають ударні тиски на стінки та внутрішні конструкції напрямних апаратів, які можуть спричинити їх де- формації і навіть руйнування, що приводить до серйозних аварійних ситуацій. Численні дослідження, присвячені визначенню силових впливів течій рідини на стінки резервуарів дійшли висновку, що подані явища носять різко нелінійний характер, залежать не тільки від кількості рідини та напрямків її руху в межах резервуара, але й від формування за часом полів швидкості і тисків. Зазначені параметри є визначальними при прогнозуванні можливих резонансних явищ у резервуарах, що може стати у свою чергу основним фактором при проектуванні засобів демпфірування або керування інерційними потоками рідини. Пропонована робота присвячена математичному моделюванню зазначених явищ у резервуарах, а також аналізу силового впливу внутрішніх інерційних течій, які спричинюють виникнення ударних тисків на внутрішні конструкції. На базі зазначе- них результатів досліджень можна запропонувати раціональні з точки зору демпфірування конструкції напрямних апаратів у вигляді плоских жорстких перегородок.Документ Відкритий доступ Оцінка впливу параметрів процесу Fused Deposition Modelling на пористість надрукованих деталей(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Тумарченко, Л. О.; Вишнепольський, Є. В.Моделювання методом наплавлення (FDM) – це технологія адитивного виробництва, яка швидко набирає попу- лярність завдяки можливості виготовляти деталі складної форми за короткий час. Однак деталі, створені за допомогою FDM, мають пористість, яка виникає внаслідок процесу друку. Механічні властивості надрукованих деталей залежать від режимних параметрів процесу FDM та пористості. В дослідженні вивчається вплив режимних параметрів процесу FDM на пористість деталей, створених FDM. Результати дослідження показують, що правильно підібрані режимні параметри процесу FDM можуть зменшити пористість деталей. Встановлення впливу режимних параметрів процесу FDM на порис- тість виконано на основі аналізу дев’яти змінних параметрів процесу: висота шару, температура екструзії, швидкість друку, екструзійний множник, температура платформи, схема заповнення, ширина укладання нитки, кількість стінок, кі- лькість суцільних верхніх і нижніх шарів. Вимірювання пористості зразків виконано на основі методу гідростатичного зва- жування. За допомогою дисперсійного аналізу встановлено статистично значущі фактори та їх комбінації, що впливають на пористість деталей. Встановлено, що на пористість деталей найбільший вплив має екструзійний множник. Суттєвий вплив на формування пористості має схема заповнення, висота шару, швидкість друку, кількість стінок, кількість суцільних верхніх та нижніх шарів та їх взаємодії. Отримана регресійна модель, дозволяє прогнозувати пористість деталей, яка до- сягається при різному поєднанні параметрів процесу FDM.Документ Відкритий доступ Comprehensive analysis of arc methods of 3D printing of metal products: assessment of the efficiency and prospects of using TIG as a heat source(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Horbenko, A.; Zvorykin, C.В останні роки адитивні технології стають все більш важливими для виробництва деталей зі складною геометрією, що дозволяє швидко та ефективно створювати об’єкти з різними формами та конфігураціями в промислових секторах, таких як медицина, авіакосмічна промисловість та будівництво. У центрі уваги дослідження був аналіз дугових процесів для адитив- ного виробництва, зокрема шляхом зварювання неплавким електродом у середовищі інертного газу (TIG) та його застосування як джерела тепла. Сучасні методи 3D друку металевих виробів, такі як SLM (Selective Laser Melting), EBM (Electron Beam Melting), LMD (Laser Metal Deposition), дозволяють виготовляти деталі з хорошими показниками якості: точністю, шорсткістю поверхні, механіч- ними властивостями, та ін. Однак ці методи є дорогими через технологічну складність обладнання, а недоліком цих методів є їх низька продуктивність порівняно з дуговими. Результати, наведені в цій статті, показують, що продуктивність дугових методів в адитивному виробництві в кілька разів вища, ніж у SLM, EBM і LMD, а дугові методи є більш економічно ефективними завдяки меншій вартості обладнання та мен- шому споживанню енергії. У статті наведено схеми дугових методів адитивного виробництва. Один із перспективних напря- мків розвитку – гібридні технології, а саме використання джерела тепла TIG для спікання металевих порошків, пропонує ефе- ктивний спосіб здешевлення адитивного виробництва шляхом заміни лазера як джерела тепла, дозволяючи при цьому продов- жувати використовувати різні види металевих порошків, армуючих матеріалів та металокерамічних сумішей.Документ Відкритий доступ Технологічне забезпечення оброблювання композитів типу пултрузійний склопластик(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Пронін, В. А.; Охріменко, О. А.; Шуплєцов, Д. К.; Ночвай, В. М.Розглянуто проблеми, що виникають на виробництві, що займаються обробленням композитних матеріалів. А саме, вирішення проблем, що виникають при механічній обробці композитів, результати наведено у вигляді аналізу зарубі- жних наукових досліджень та власними рішеннями, що використовуються на підприємстві. Основні проблеми, що були роз- глянуті: розшарування пултрузійного склопластику, підбір правильного ЗОР для обробки. Розроблено математичну модель для розрахунку режимів різання. Математичну модель, перевірено проведенням експериментів для визначення коефіцієнту розшарування з розрахованими режимами різання. Змодельовано процес обробки заготовки в системі р використовуючи Лагранжевий підхід з використанням метода скінченних елементів. Проведено обчислювальний експеримент за допомогою ПЗ ПРІАМ. Розроблено методику проектування операцій кінцевого фрезерування за критерієм обмеження величини розша- рування та за умови забезпечення заданої шорсткості обробленої поверхні шаруватих скловолоконних композитів. Встано- влено, при сталій швидкості різання та глибині різання змінюючи тільки подачу, при збільшенні подачі коефіцієнт розшару- вання збільшується. Встановлено, при однаковій глибині різання та подачі, та змінній швидкості різання, якість поверхні є задовільною, а отже коефіцієнт розшарування менше. Математична модель на основі проведених експериментів виявилася доцільною та робочою, за допомогою якої можна визначити наближений коефіцієнт розшарування. Отримані результати стали доцільними та використовуються на підприємствах по механічній обробці склопластику.Документ Відкритий доступ Simulation of the effect of multi-particle temperature on Al6061 coating porosity based on Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL) method(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Tan KunХолодне розпилення – це технологія твердотільного осадження, яка широко використовується в адитивному виро- бництві. Температура частинок здебільшого використовується для регулювання пористості покриття. У цій статті викори- стовується скрипт Pyhon для моделювання мультичастинкової моделі; потім мультичастинкова модель вкладається в модель осадження CEL для імітації фактичного процесу мультичастинкового осадження холодним розпиленням; метод CEL має ха- рактеристики високої точності та надійності і був обраний в якості методу моделювання для моделі мультичастинкового осадження. Пористість покриття виражається шляхом вивчення величини площі пустот EVF в до-майданчику Ейлера. На поверхні покриття було відібрано кілька груп зразків для розрахунку пористості кожної групи, а середнє значення було прийнято за пористість всього покриття. Чисельні результати показують, що підвищення температури частинок може ефективно зменшити пористість покриття. Середня пористість покриття при температурі частинок 600 К: 5,08 %; 650 К: 4,02 %; 700 К: 3,58 %; після завершення осадження внутрішня частина покриття виглядає ущільненою. Температура підкладки впливає на поєднання покриття та підкладки. Рекомендується, щоб різниця температур між частинками і підкладкою не була занадто великою. Метод CEL імітує процес мультичастинкового осадження холодним розпиленням, що є ефективним методом спо- стереження і прогнозування пористості покриття, який також недосяжний для методів SPH і ALE.Документ Відкритий доступ Підвищення динамічної точності позиціонування електрогідравличного приводу(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Кравецький, Ю. А.; Чернов, О. В.Дослідження спрямовані на підвищення динамічної точності позиціонування поверхні керування при перемиканні режиму роботи гідроприводу та вивчення процесів та явищ, що викликають збільшення закиду поверхні керування. Проана- лізовані відомі дослідження щодо динамічної точності гідроприводу. Досліджено перехідні процеси, що виникають у контурі “електромагнітний клапан кільцювання – електронний блок керування” при зміні режимів роботи гідромеханічного приводу. Визначені особливості процесів та фізичні явища, що призводять до збільшення часу включення гідроприводу в активний режим роботи. Запропоновані рішення та електричні схеми підключення клапану кільцювання гідроприводу до електронного блоку керування, що дозволяють забезпечити виконання вимог за показниками точності позиціонування та часу включення приводу. Проведено експериментальні дослідження з імітацією розрахункового режиму роботи гідроприводів, визначені ре- жими виникнення відмовних ситуацій при різних зусиллях навантажень. За результатами досліджень сформульовано прин- ципи побудови схем підключення електромагнітного клапану кільцювання гідромеханічного приводу до електронного блоку керування, які підвищують точність позиціонування системи на структурному рівні. Розроблені та випробувані на практиці технічні рішення, спрямовані на забезпечення заданих показників щодо точності позиціонування та часу включення гідроп- риводу в активний режим роботи. Експериментально підтверджена ефективність та придатність запропонованих рішень для використання в експлуатації з врахуванням дії зовнішніх чинників.Документ Відкритий доступ Моделювання процесу розділення двофазної рідини в середовищі високотемпературних газів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Яхно, О. М.; Луговський, О. Ф.; Гришко, І. А.; Мазур, М. В.Отримання якісного високодисперсного розчину солі може бути реалізовано з сольового розчину методом ульт- развукового впливу. Як відомо, концентровані сольові розчини можуть бути представлені у вигляді газорідинного середо- вища. Вплив ультразвуку, в разі змочування тонким шаром, вібруючої з ультразвуковою частотою, поверхні, призводить до утворення кавітаційного прошарку в шарі рідини та капілярних хвиль на його поверхні, з гребнів яких, при певній інтенсив- ності коливань, зриваються дрібнодисперсні краплини аерозолю. Відрив крапель з вібруючої поверхні призводить до розпорошення сольового розчину з подальшим поділом гідродинамічних процесів. Подальший технологічний процес пов’язаний з тим, що розпорошений сольовий потік може бути представлений у вигляді трьох методів подальшої переробки рідкого середовища: гравітаційного стікання з вертикальної твердої поверхні; дроблення крапель у кавітаційному потоці та обробки розчину під дією відцентрових сил. При розпиленні рідини в першому випадку – формується тонка рідинна плівка, що гравітаційно стікає з вертикальної поверхні з виміром своєї товщини за рахунок дифузії або випарювання. Цей процес залежить від числа Рейнольдса і здійснюється на ділянці, що характеризується інтенсивністю дифузії. З метою інтенсифікації процесу виділення солі в даному випадку поверхня, на якій формується плівка може бути профільованою. Паралельно даному процесу в технологічному обладнанні, що розглядається, передбачено процес випаровування дрібнодисперсного аерозолю в високотемпературному турбулентному потоці повітря. Дроблення сольового розчину до дрібнодисперсного стану дозволяє суттєво збільшити поверхню контакту з нагрітим повітрям, що дозволяє інтенсифікувати процес дифузії. Таким чином, у розглянутій статті подається фізико-хімічне моделювання процесу виділення солі з сольових розчинів на основі її кавітаційної ультразвукової обробки з подальшим використанням методів фізико-хімічної гідромеханіки.Документ Відкритий доступ Підвищення точності форми і розмірів порожнистих напівфабрикатів при гарячому зворотному видавлюванні із заготовок квадратного перерізу(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Драгобецький, В. В.; Калюжний, О. В.; Калюжний, В. Л.; Ситник, С. В.Отримання круглих порожнистих напівфабрикатів гарячим зворотним видавлюванням із заготовок круглого і квадратного перерізу є першим переходом штампування при виготовленні порожнистих виробів спеціального призначення. Для таких виробів потрібно забезпечити певні механічні властивості по висоті стінки і в донній частині, які можна досягти за рахунок пропрацювання структури металу пластичною деформацією. Пропрацювання донної частини здійснюється при зворотному видавлюванні. Властивості по висоті стінки отримують на подальших переходах витягування з потоншенням напівфабрикату після видавлювання. Використання заготовок квадратного перерізу приводить до більш інтенсивного про- працювання донної частини напівфабрикатів при зворотному видавлюванні. Однак в результаті видавлювання виникають чотири виступи на торці стінки напівфабрикату в місцях, які відповідають кутовим зонам заготовки. Наявність виступів приводить до необхідності застосування додаткової операції підрізання торцю стінки напівфабрикату перед витягуванням, а також до збільшення витрат металу. Тому актуальною задачею є дослідження способу усунення виступів у напівфабри- каті та додаткової операції підрізання торцю. Підвищення точності форми і розмірів порожнистих напівфабрикатів при гарячому зворотному видавлюванні із заготовок квадратного перерізу. Усунення виступів досягається за рахунок утворення фасок в кутових зонах заготовки квадратного перерізу шляхом попе- реднього осаджування перед видавлюванням. За допомогою методу скінченних елементів (МСЕ) проведено моделювання процесів гарячого осаджування кутових зон на вихідній заготовці квадратного перерізу та подальшого зворотного видавлювання з роздачою круглих порожнистих напів- фабрикатів. Визначено розміри фасок на заготовці із маловуглецевої сталі, які забезпечили усунення виступів на торці сті- нки круглого напівфабрикату після видавлювання. Встановлено залежності зусиль осаджування та видавлювання від пере- міщення пуансонів. Виявлено питомі зусилля на деформуючому інструменті. Наведено розподіли напружень, деформацій та температури у здеформованому металі в кінці осаджування та видавлювання. Проведено оцінку пропрацювання структури металу гарячою пластичною деформацією. Розроблено конструкцію штампу для виконання осаджування і видавлювання. Встановлено геометрію заготовки квадратного перерізу з фасками у кутових зонах, яка забезпечує усунення виступів на торці стінки при гарячому зворотному видавлювання з роздачою круглих порожнистих напівфабрикатів.Документ Відкритий доступ Методика визначення характеристик тріщино-стійкості металу на напіврозмірних зразках Шарпі за кріогенних температур(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Заразовський, М. М.; Лук’яненко, К. М.; Ясній, В. П.; Шукаєв, С. М.Надійна експлуатація атомних електричних станцій (АЕС) неможлива без забезпечення цілісності корпусу реак- тора (КР) при всіх режимах роботи, включаючи аварійні. Оцінка ресурсу КР базується на розрахунку на опір крихкому руй- нуванню при аваріях з термошоком на стінку КР. Основною матеріалознавчою проблемою при цьому є деградація металу КР внаслідок екстремальних умов роботи, в першу чергу – радіаційним опроміненням від активної зони реактора, яка спри- чиняє окрихчення металу, тобто зниження його тріщиностійкості. Моніторинг окрихчення металу КР визначаються за допомогою зразків-свідків, які встановлюються в реактор і перебувають в умовах опромінювання і періодично виймаються з реактора для проведення відповідних випробувань. За результатами випробувань і розрахунками напруженості в тріщині, що знаходиться в критичних зонах КР, оцінюється його придатність для подальшої безпечної експлуатації. Як правило для отримання характеристик тріщиностійкості в необхідному для практичних цілей діапазоні температур необхідно прово- дити експерименти на стандартних повномасштабних, а також крупногабаритних зразках. Однак, через брак матеріалу після опромінення це проблематично. Тому наразі актуальною є потреба в розробці і апробації методик з експерименталь- ного визначення тріщиностійкості металу з використанням напіврозмірних і мініатюрних зразків. Метою даної роботи є розробка експериментальної методики випробувань на в’язкість руйнування напіврозмірних зразків Шарпі з тріщиною та оцінка можливості її застосування для визначення характеристик тріщиностійкості металу обладнання і трубопроводів АЕС. У роботі описане експериментальне обладнання і методика проведення експериментів на в’язкість руйнування напів- розмірних зразків Шарпі (55×10×5 мм) з тріщинами при кріогенних температурах у діапазоні від –196 °C до –80 °C, а також представлені результати її апробації. Методика і експериментальне обладнання задовільняють вимогам стандартів ASTM E 1921 і ASTM E399. Дослідження проводились на сервогідравлічній випробувальній машині СТМ-100 за квазістатичного навантажування. Для охолодження зразків до необхідних температур використовували термокріокамеру та рідкий азот і його пари. Температуру вимірювали за допомогою мідь-константанових термопар. Експериментальні дослідження на ста- тичну тріщиностійкість виконані на зразках зі сталі 10ГН2МФА, вирізаних з секції головного циркуляційного трубопроводу ВВЕР-1000 у вихідному (без напрацювання) стані. Попереднє вирощування тріщин втоми в зразках проводилося при кімнат- ній температурі відповідно до стандарту ASTM E647. В роботі отримані нові експериментальні дані статичної тріщи- ностійкості та референсної температури за підходом Master-Curve металу головного циркуляційного трубопроводу (сталь 10ГН2МФА) у вихідному стані і показано можливість застосування розробленої методики для визначення характе- ристик тріщиностійкості металу обладнання і трубопроводів АЕС. Встановлено, що нормативна тріщиностійкість за ПНАЕ Г-7-002-86 має надлишковий консерватизм, недооцінюючи запас крихкої міцності порівняно з реальними характеристи- ками матеріалу. Отримані дані можуть бути використані при обґрунтуванні безпечної експлуатації ГЦТ АЕС з РУ ВВЕР-1000.Документ Відкритий доступ Моделі та критерії руйнування композиційних матеріалів на стадії зародження макротріщин(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Лаврухін, Є. В.; Бобир, М. І.Проведено аналіз та встановлені границі використання сучасних моделей пошкоджуваності та критеріїв руйну- вання композитних матеріалів (КМ) на стадії зародження макротріщини. Описано класифікацію КМ та основні гіпотези і припущення, які використовуються при розробці рівнянь стану. Розглядається основна стадія життєвого циклу виробу із КМ – стадія зародження та накопичення розсіяних руйнувань на мікро та мезорівнях. Використані основні положення кон- тинуальної механіки пошкоджуваності, термодинаміки незворотніх процесів та механіки твердого деформівного тіла. Опи- сані основні механізми мікроруйнування армованих КМ. Показано, що для них потрібно розглядати комплекс феноменологіч- них параметрів, які могли б оцінювати кінетику накопичення розсіяних руйнувань в матриці, армуючих волокнах та розша- руванні між ними. Ці складні процеси в армованих КМ вимагають феноменологічного моделювання пошкоджуваності у виг- ляді тензорних величин з певними припущеннями. Так достатньо широке застосування отримала гіпотеза “суміші”. Пока- зано, що кожен компонент параметра пошкоджуваності більш доцільно визначати з гіпотези еквівалентності питомих енергій. Деталізовано методику проведення базових експериментів для конкретизації закономірностей накопичення пошко- джень в КМ. Встановлено модифікований тензор жорсткості КМ з врахуванням деградації механічних властивостей КМ в залежності від термосилових параметрів експлуатаційного навантаження. Проведено аналіз сучасних критеріїв руйнування армованих КМ та межі їх використання. Показані основні напрямки вирішення проблеми оцінки граничного стану КМ та виготовлених з них несучих елементів.Документ Відкритий доступ Функціональна надійність засобів фіксації складних переломів тазових кісток. Частина 3. Експериментальні дослідження при циклічних навантаженнях(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Димань, М. М.; Шидловський, М. С.; Лакша, А. М.; Фомін, О. О.Фіксація уламків тазових кісток людини стандартними та новими засобами остеосинтезу, окрім клінічних по- казників, повинна мати достатньо високі механічні характеристики. Зокрема, система “кістка з переломом – система остеосинтезу” має бути достатньо міцною, жорсткою та стабільною при довготривалому лікуванні, яке може супрово- джуватися певними фізіологічними навантаженнями. На сьогодні в травматології та ортопедії використовують для фік- сації складних переломів тазових кісток внаслідок ураження високошвидкісними снарядами, що ранять, два способи: фікса- ція за допомогою паралельного введення спонгіозних гвинтів і стабілізація стрижневим апаратом зовнішньої фіксації та фіксація накістковою реконструктивною пластиною. Передні відділи тазу стабілізуються частіше, тому що ця методика більш простіша, не потребує багато часу та високої кваліфікації хірурга. Проте, така методика фіксації не забезпечують достатню стабільність з’єднання уламків кісток тазового кільця. Проте, зазначені системи фіксації не забезпечують дос- татню стабільність з’єднання уламків кісток. Дана робота присвячена вивченню процесів виникнення і розвитку взаємних зміщень точок перелому тазових кісток під дією довготривалих циклічних навантаженнях. Експериментальні дослідження проведені при дії згинальних циклічних навантажень які наближені до фізіологічних. Розраховані деформації повзучості та не- зворотні переміщення точок переломів. Досліджено характеристики жорсткості систем фіксації переломів тазових кісток.