Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 8, No. (100)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Гармонічні коливання п’єзокерамічних секціонованих функціонально-градієнтних циліндрів з врахуванням дисипації енергії(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Григор’єва, Л. О.; Янчевський, І. В.Анотація. Досліджуються гармонічні коливання п’єзокерамічних функціонально-градієнтних секціонованих порожнистих циліндрів з врахуванням дисипації енергії. Розглядається циліндр скінченної довжини, що складається з парної кількості секцій, поляризованих в коловому напрямку, які з’єднуються між собою за принципом зустрічної поляризації. Матеріал на основі п’зокераміки PZT-5A вважається функціонально неоднорідним в напрямку попередньої поляризації. Циліндр навантажується різницею потенціалів, прикладеною до плоских граней секцій. Розрахунок виконується методом скінченних елементів. Описується методика формування матриць демпфування та визначення коефіцієнтів, що відповідають частотно-незалежному демпфуванню, альфа- та бета-демпфуванню, демпфуванню за Релеєм на заданому частотному діапазоні зі сталою добротністю. Вказані способи демпфування пов’язуються з експериментальними даними через механічну добротність п’єзоелемента. Діелектричні втрати враховуються шляхом введення в розрахункові вирази тангенсу або матриці тангенсів діелектричних втрат. Проводиться порівняння розглянутих методів з результатом, отриманим за допомогою комплексних пружних та діелектричних модулів, та оцінюється їх відповідність вхідним даним. Для функціонально-градієнтного та однорідного п’єзоелементів заданої конфігурації будуються амплітудно-частотні характеристики для переміщень, заряду на електродах, електричного адмітансу та його логарифму з врахуванням демпфування. Для функціонально-неоднорідного циліндра визначаються частоти електричних резонансів, антирезонансів та відповідні коефіцієнти електромеханічного зв’язку. Максимальний коефіцієнт електромеханічного зв’язку виникає на частоті другого електричного резонансу.Документ Відкритий доступ Implicit direct time integration of the heat conduction problem in the Method of Matched Sections(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Orynyak, I.; Tsybulnyk, A.; Danylenko, K.; Oryniak, A.Abstract: The paper is devoted to further elaboration of the Method of Matched Sections as a new branch of finite element method in application to the transient 2D temperature problem. The main distinction of MMS from conventional FEM consist in that the conjugation is provided between the adjacent sections rather than in the nodes of the elements. Important feature is that method is based on approximate strong form solution of the governing differential equations called here as the Connection equations. It is assumed that for each small rectangular element the 2D problem can be considered as the combination of two 1D problems – one is x-dependent, and another is y-dependent. Each problem is characterized by two functions – the temperature, T, and heat flux Q . In practical realization for rectangular finite elements the method is reduced to determination of eight unknowns for each element – two unknowns on each side, which are related by the Connection equations, and requirement of the temperature continuity at the center of element. Another salient feature of the paper is an implementation of the original implicit time integration scheme, where the time step became the parameter of shape function within the element, i.e. it determines the behavior of the Connection equations. This method was early proposed by first author for number of 1D problem, and here in first time it is applied for 2D problems. The number of tests for rectangular plate exhibits the remarkable properties of this “embedded” time integration scheme with respect to stability, accuracy, and absence of any restrictions as to increasing of the time step.Документ Відкритий доступ Study of motion stability of a viscoelastic rod(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Kostyushko, I.; Shapovalov, H.Abstract. Stability of non-conservatively loaded elastic and inelastic bodies - a classic section of deformable solid mechanics that has been of interest for many years. In this paper, we study the motion stability of a free rod subjected to a constant tracking force on one of its ends. The problem is interesting in practical application, as it can be viewed as a simplified model of a rocket moving under the action of a jet force. The defining ratio of the rod material is the Kelvin-Voigt model. The solution to the problem is presented as a decomposition of the beam function. The number of terms of this expansion is substantiated. The critical load values in the presence and absence of viscosity are determined. It is established that the existence of a non-zero value of the internal viscosity coefficient in the Kelvin-Voigt model leads to a significant reduction in the critical load value compared to the elastic rod model. The given analytical results are confirmed by numerical calculations.Документ Відкритий доступ Прогнозування характеристик процесу гальмування дискретного гідроприводу(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Цян, Лі; Узунов, О. В.Анотація. Дослідження спрямоване на підвищення ефективності використання дискретних гідравлічних приводів. Бажаний результат має досягатися за рахунок збільшення швидкостей руху робочих органів при виконанні допоміжних операцій в межах технологічних процесів. Одним з суттєвих факторів, які обмежують робочі швидкості, є характер динамічних процесів при гальмуванні робочого органу. Процеси гальмування залежить від параметрів приводу, робочих швидкостей і інерційних навантажень. Останні можуть змінюватись в процесі експлуатації приводу, що потребує його відповідного налаштування. Процеси гальмування також суттєво впливають на тиск в гідросистемі приводу і потребують його врахування при проектуванні. Прогнозування характеристик процесу гальмування дозволить забезпечити можливість налаштування приводу на максимальні швидкості для конкретних умов експлуатації і також мати підґрунтя для проектування нових зразків приводів відповідно до заданих вимог. Виконане дослідження ґрунтується на використанні розробленої математичної моделі дискретного гідравлічного приводу, особливостями якої є врахування нелінійної сили тертя на основі моделі LuGre, двостороннього руху штоку несиметричного гідроциліндра та пружних властивостей рідини. Проведена серія модельних експериментів процесу гальмування гідроприводу в режимі дискретного керування. Визначено кількісні залежності між часом гальмування штока, максимальним піковим тиском в порожнинах гідроциліндру, величиною початкової швидкості штоку та інерційною масою рухомих частин. Результати дослідження дозволяють визначати прогнозний час гальмування штоку та значення максимального пікового тиску для різних умов експлуатації та інерційних навантажень, що може бути використано при налаштуваннях гідроприводу та в процесі проектування.Документ Відкритий доступ Вплив дисбалансів на динамічні характеристики лабораторної центрифуги HERMLE Z306(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Бабенко, А. Є.; Лавренко, Я. І.Анотація. Лабораторні центрифуги застосовуються у різних галузях промисловості. Під час експлуатації виникають вібрації, в тому числі і на резонансних частотах, що у свою чергу погіршують функціональні можливості. У даній науковій роботі розглянуто модель лабораторної центрифуги HERMLE Z306 для визначення динамічних характеристик, що використовується у медичних лабораторіях для сепарації сумішей різних фракцій. Аналітично визначені зони стабільної роботи центрифуги і вплив швидкості обертання на власні частоти. Експериментально отримані дані, які показують вплив дисбалансів на динамічні характеристики центрифуги HERMLE Z306. В результаті моделювання визначені амплітудно-частотні характеристики та побудована діаграма Кемпбелла. Моделювання динамічних процесів у лабораторних центрифугах шляхом дослідження впливу дисбалансів на якість сепарації сумішей. Визначення зон стійкої роботи центрифуги. Побудови амплітудно-частотних характеристик центрифуги, визначення зон стійкої роботи лабораторної центрифуги під час сепарації та діаграми Кемпбелла, що відображає залежність власних частот від частоти обертання центрифуги HERMLE Z306. Дана діаграма дає можливість визначити резонансні зони. На основі використання рівняння Лагранжа другого роду отримується модель, яка надає можливість визначити зони стійкої роботи центрифуги. За допомогою експериментального обладнання визначити АЧХ центрифуги та для визначення резонансних зон проаналізувати діаграму Кемпбелла. Аналітично визначені зони стійкої роботи лабораторної центрифуги. Побудовані амплітудно-частотні характеристики центрифуги HERMLE Z306, побудовані траєкторії руху вільного кінця валу з врахуванням відповідних дисбалансів та експериментально визначені резонансні зони. Експериментальні дослідження показали, що вільний кінець валу лабораторної центрифуги рухається по поверхні, форма якої і, відповідно, шлях руху залежить як від кутів повороту, так і поступального переміщення, які виникають в наслідок деформацій пружних опор. Проведені аналітичні та експериментальні дослідження дали можливість визначити нестабільні режими та тим самим визначити області робочих режимів центрифуги. Процес сепарації буде стійким якщо корені рівняння мають від’ємну дійсну частину, більш того рух при цьому буде асимптотно стійким при наявності сил опору. Розроблена експериментальна методика визначення динамічних параметрів центрифуги. На її основі визначено вплив швидкості обертання на власні частоти.Документ Відкритий доступ Функціональна надійність засобів фіксації складних переломів тазових кісток. Частина 1. Матеріали і методи(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Димань, М. М.; Шидловський, М. С.; Бобир, М. І.; Лакша, А. М.; Фомін, О. О.Анотація. Через військову агресію Російської Федерації проти України було поранено і травмовано велика кількість військових та цивільних. Поряд з переломами довгих кісток кінцівок, травмами черепа, ампутаціями кінцівок, збільшилась кількість ушкоджень в тазовій ділянці з переломами кісток тазу внаслідок ураження високошвидкісними снарядами що ранять (осколки, кулі). Дана робота присвячена підготовці і дослідженню характеристик жорсткості та надійності фіксації складних переломів кісток таза у ділянці крижово-клубового з'єднання та верхньої і нижньої гілок лобкової кістки, які можуть виникати внаслідок поранення високошвидкісними снарядами що ранять. Крижово-клубова ділянка була зафіксована двома спонгіозними гвинтами з паралельним розташуванням на перетині горизонтальної та вертикальної площини (типова методика стабілізації задніх відділів тазу). Передні відділи кісток тазу були стабілізовані стрижневими апаратами зовнішньої фіксації з типовим розташуванням стрижнів у верхній передній клубовій ості. Верхня гілка лобкової кістки була синтезована накістковою реконструктивною пластиною з типовим розташуванням.Документ Відкритий доступ Вплив швидкості деформування на процес гарячого видавлювання з роздачою круглих порожнистих напівфабрикатів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Драгобецький, В. В.; Калюжний, О. В.; Калюжний, В. Л.; Ситник, С. В.Анотація. Штампування круглих порожнистих напівфабрикатів гарячим зворотним видавлюванням є однією з почат-кових операцій при виготовленні порожнистих виробів спеціального призначення. На зусилля і формозміну металу при гарячому пластичному формоутворенні суттєво впливає швидкість деформування або швидкість переміщення деформуючого інструменту. Для виробів спеціального призначення потрібно забезпечити певні механічні властивості по висоті стінки і в донній частині. Властивості по висоті стінки забезпечуються на подальших переходах витягування з потоншенням напівфабрикату, що отримано гарячим видавлюванням, при якому здійснюється пропрацювання структури металу пластичною деформацією з досягненням необхідних властивостей. Тому актуальною задачею є дослідження впливу швидкості деформування на зусилля і формозміну металу при гарячому зворотному видавлюванні порожнистих напівфабрикатів. Визначення за допомогою моделювання методом скінченних елементів (МСЕ) впливу швидкості деформування на параметри гарячого зворотного видавлювання з роздачою порожнистих напівфабрикатів із заготовок круглого і квадратного перерізу та порівняння результатів теоретичних досліджень. Теоретичні дослідження силових режимів видавлювання, питомих зусиль та напружено-деформованого стану металу проведено моделюванням з використанням МСЕ в програмному середовищі DEFORM. За допомогою МСЕ проведено моделювання процесу гарячого зворотного видавлювання з роздачою із маловуглецевої сталі круглих порожнистих напівфабрикатів з виступами на торці донної частини зі сторони порожнини та на зовнішній поверхні. Швидкість деформування була у межах 20–80 мм/сек. Використані заготовки круглого і квадратного перерізу. Встановлено залежності зусилля видавлювання від переміщення пуансону. Виявлено розподіл питомих зусиль на деформуючому інструменті. Визначено напружено-деформований стан та температурний розподіл у здеформованому металі в кінці видавлювання. Проведено оцінку пропрацювання структури металу гарячою пластичною деформацією та виконано порівняння отриманих результатів. Встановлено вплив швидкості деформування на параметри гарячого зворотного видавлювання з роздачою круглих порожнистих напівфабрикатів.Документ Відкритий доступ Розробка систем подачі порошку для лазерного газопорошкового наплавлення(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Анякін, М. І.; Джінхуа, Яо; Квінлі, Занг; Жук, Р. О.; Чжицзюнь, Чен; Вінтоняк, С. Ю.; Купчак, Д. В.Анотація. Разом з режимами обробки, властивостями матеріалу деталі та порошку та інш., від якості “фокусування” газопорошкового струменя (ГПС) в зону дії лазерного випромінювання цілком та повністю залежить продуктивність, якість та економічні показники лазерного газопорошкового наплавлення (ЛГПН), швидкого виготовлення виробів по технології направленого лазерного плавлення та легування поверхні виробів. На жаль, в літературі майже не висвітлено етапи та методи проектування систем подачі ГПС в зону дії сфокусованого лазерного випромінювання, прості методи вимірювання його параметрів та контролю. Розробка методики проектування та створення систем подачі ГПС в зону дії сфокусованого лазерного випромінювання, які задіяні при реалізації процесів ЛГПН та простих методів контролю параметрів ГПС. При досягнені поставленої мети (крім евристичних) використовуються чисельні методи векторної оптики, газової динаміки та методи обробки відеозображень. Розроблені оригінальні системи для реалізації ЛГПН, що забезпечують підвищення продуктивність операції, яка виконується за рахунок зменшення масових витрат порошкового матеріалу. Встановлено, що в просторі проектування, багатоканальні системи подачі ГПС в зону дії сфокусованого лазерного випромінювання (в порівнянні з одноканальними або коаксіальними системами) забезпечують підвищення продуктивності операції, яка виконується (особливо при обробці поверхонь, які лежать під кутом до горизонту) та дозволяють подавати в зону обробки порошкові суміші різного хімічного складу.Документ Відкритий доступ Numerical Study on Simulating the Deposition Process of Cold Spray Multi-Particle Al-6061 based on CEL Method(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Kun, TanCold spray is a solid-state deposition technique that improves the performance of part surfaces. Most scholars use the CEL framework to simulate the deposition of single particles on the substrate; Single particle depositions cannot fully characterize coating conditions. This article proposes to use the CEL method to simulate the deposition process of cold spray multi-particles on the Al6061 substrate. A multi-particle wrapped model is nested in a deposition model created by CEL to simulate the cold spray multi-particle deposition process. The Euler-Lagrangian method has the characteristics of high accuracy and robustness, and was selected as the method for multi-particle deposition model simulation; The CEL framework is a feasible method to simulate the actual cold spray multi-particle deposition process. The results show that the CEL framework can simulate the deposition of cold sprayed Al6061 multiparticles on the Al6061 substrate, observe the EVF Void value of the coating, and monitor the porosity of the coating after deposition. It is observed that the maximum substrate surface temperature after deposition is 528.2K and is located at the junction of particle and particle impact; By analyzing the temperature change curve of five points collected on the substrate over time, the curve appears multiple inflection points, indicating that heat transfer occurs between the particles and the substrate during the deposition process; the substrate first heats up and then cools down. During the multi-deposition process, the particles undergo plastic deformation and continuously squeeze the coating, thereby achieving interconnection between the particles and the substrate; Mechanical interlocking between particles forms a coating.Документ Відкритий доступ Structure and properties of samples made from XH50BMTJuB-VI (EP648-VI) alloy produced by using selective laser melting process(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Balushok, K.; Seliverstov, O.; Pedash, O.; Lysenko, N.The paper presented examines the composition, the structure and properties of samples made from the XH50VMTJuB-VI (hereinafter EP648-VI) alloy obtained by using the selective laser melting process (the SLM-process) in relation to manufacturing parts for aviation purposes. The authors carried out a comparative study of the samples’ structure and properties upon conducting such operations as depositing in two directions (horizontal and vertical), separate heat treatment and after hot isostatic pressing (HIP) followed by a standard heat treatment process applied for deformable semi-finished products made from the XH50VMTJuB-VI (EP648-VI) alloy. The authors inform that the manufacturing of samples by means of the SLM-process involved powders obtained through the technology of the vacuum-induction spraying of the molten metal jet with an inert gas (argon).Документ Відкритий доступ Plasma-chemical synthesis of carbide-based vacuum-plasma functional coatings and study of tribological characteristics of friction pairs(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2024) Sagalovych, O.; Popov, V.; Sagalovych, V.; Dudnik, S.; Oliinyk, O.The work is devoted to the search for new materials with high functional characteristics using the Avinit vacuum-plasma technologies developed by us, based on the complex use of coating methods (plasma-chemical CVD, vacuum-plasma PVD (vacuumarc, magnetron), processes of ion saturation and ion surface treatment), stimulated by non-equilibrium low-temperature plasma. Processes of controlled plasma-chemical synthesis of the formation of multicomponent coatings in “metal-carbon” systems – Avinit coating (TiC, MoC) using vacuum-arc sources of ionized atomic fluxes of titanium and molybdenum in an argon-benzene plasma environment were developed and their characteristics were studied depending on their conditions formation. Metallographic studies confirm the possibility of low-temperature application of high-quality wear-resistant high-hard “metal-carbon” coatings with a hardness of 18,000–30,000 MPa, while ensuring good adhesion to the substrate materials (steel DIN 1.2379) without reducing strength and without deteriorating the cleanliness class of the original surface. The conducted tribological tests using the “cube-roller” scheme reveal high tribological characteristics of steel DIN 1.2379 tribopairs with developed coatings and testify to the promisingness of the developed multi-component multilayer coatings Avinit (Ti-C, MoS) for increasing wear resistance and reducing the coefficient of sliding friction in friction nodes. The developed plasma-chemical vacuum-plasma coatings are applied to mock-up samples of the working compressor blades of the GTE of aircraft engines. Proven modes allow to get high-quality, uniform coatings with high adhesion. This gives reason to consider the developed process as an alternative for expanding the range of new Avinit vacuum-plasma erosionresistant coatings and developing structures of anti-friction wear-resistant coatings to increase the performance of friction pairs in “coating-steel” and “coating-coating” systems.