Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 7, No. 2(98)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Застосування геометричної складової цифрового двійника виробу при дослідженні його фактичних геометричних параметрів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Ванін, В. В.; Козлов, С. О.У статті проаналізовано результати застосування концепції цифрового двійника для досліджень змін фактичних геометричних параметрів (ГП) крила літака в процесі його виробництва. Концепція створення цифрового двійника виробу реалізується шляхом побудови геометричних моделей консолі крила на кожному ключовому етапі його виготовлення. Основну увагу зосереджено на дослідженні зміни ГП кесонної частини консолі крила на наступних етапах: складання консолей в стапелі, позастапельне складання консолей та остаточне складання літака. Встановлено, що перші суттєві зміни ГП крила з’являються на етапі виймання кесону крила зі стапеля. Показано, що навіть за прийнятних обводотвірних характеристиках стапеля він не забезпечує відповідність фактичних ГП крила проєктним даним, в межах встановлених допусків, та не може бути засобом їх контролю. Обґрунтовано необхідність впровадження в технологічний процес виготовлення кесону крила процедури контролю геометричної форми агрегату після його виймання зі стапелю. Запропоновано для здійснення комплексної оцінки геометричних параметрів ізольованих агрегатів використовувати цифрову модель літака, яка формується на кожному з етапів його виробництва на основі створюваних моделей фактичних поверхонь зазначених агрегатів.Документ Відкритий доступ Інженерія оптимізації температурних джерел в лазерній прецизійній обробці(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Котляров, В. П.Бажання та необхідність досягнення якісних результатів лазерної розмірної обробки, тобто перетворення останньої у прецизійну, вирішується внаслідок обрання оптимальних технологічних схем формування оброблювальних елементів та параметрів інструменту, створеного із лазерного променю. Головний сенс цих спроб зводиться до мініатюризації порцій, якими руйнується та видаляється матеріал заготівки з порожнини елементу, що формується, зверх інтенсивними, але короткими за тривалістю імпульсами електромагнітної енергії, що в умовах сталих нестабільностей процесу обробки дозволяє вчасно впливати на її хід та за високою дискретністю процесу вчасно та оперативно керувати його якісними результатами. Однак, така тактика призводить до суттєвого зниження ефективності технологічної операції. Наприклад, лінійна швидкість лінійного вирізання елементів коронарного стенту імпульсами наносекундної тривалості складає 25–30 мм/хв, тоді як при мікросекундній до 250 мм/хв., а незначне підвищення шорсткості стінок різу після останньої операції легко усувається електро хімічною обробкою. В зв’язку з тим, що процес руйнування матеріалу при лазерному опроміненні є термічним за конкуренцією темпу введення тепла та його розсіяння в тілі заготівки, особливо з металу, є можливість впливу на характер поглинання променистої енергії поверхнею заготівки, на параметри створеного теплового джерела та на теплофізичні властивості матеріалу. Оптимальні рішення цих завдань складають мету інженерії процесу опромінення в операціях прецизійної і ефективної обробки та наведені в цій роботі.Документ Відкритий доступ Порівняльний аналіз гарячого зворотного видавлювання порожнистих виробів із заготовок круглої і квадратної форми(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Калюжний, В. Л.; Ситник, С. В.; Левченко, В. М.Проблематика. Сучасне виробництво порожнистих виробів гарячим зворотним видавлюванням ставить задачі зменшення енергозатрат та зниження витрат металу на виготовлення таких виробів. Такі задачі можна вирішити шляхом застосування для видавлювання заготовок квадратної форми. Мета. Визначення за допомогою методу скінченних елементів (МСЕ) параметрів гарячого зворотного видавлювання порожнистих виробів із заготовок круглої і квадратної форми та порівняння результатів теоретичних досліджень. Методика реалізації. Теоретичні дослідження силових режимів видавлювання, питомих зусиль та напружено-деформованого стану металу проведено моделюванням з використанням МСЕ в програмному середовищі DEFORM. Результат. За допомогою МСЕ проведено моделювання процесу гарячого зворотного видавлювання із маловуглецевої сталі порожнистого виробу з виступами на торці донної частини. Використані заготовки круглої і квадратної форми. Встановлені зусилля видавлювання, зусилля виймання пуансонів із здеформованих заготовок та зусилля виштовхування виробів із матриць. Виявлений 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 параметрів. Висновки. Обґрунтовано застосування заготовок квадратної форми при гарячому зворотному видавлюванні порожнистих виробів.Документ Відкритий доступ Assignment of the cutting mode when boring holes on CNC machine(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Petrakov, Y. V.; Danylchenko, M. А.Abstract. Due to structural limitations, the processes of boring holes are performed in a low-rigidity machining system, which predetermines their susceptibility to vibrations. The article is devoted to the study of the process of boring holes on CNC machines, and the subject of the study is the effect of the cutting mode on the stability of the machining. The mathematical model of the machining system is presented in the form of a two-mass dynamic system, which forms a closed loop structure with negative feedback by elastic displacement. In addition, positive feedback is taken into account through the delay argument function, which represents machining along traces. It has been proven that this process provokes the emergence of regenerative oscillations in the machining system. The application of the system’s approach made it possible to obtain a mathematical model in the form of state variables, which is acceptable for the use of numerical modeling methods in both time and frequency space. An applied engineering program for determining the stability diagram in “cutting depth - spindle speed” coordinates has been created. The program uses a new criterion of stability of systems closed through positive feedback loop with a delay argument function. For the first time, the validity of such a criterion was proved for systems described by differential equations of the fourth order. The importance of taking into account the results of the study in the form of a stability lobes diagram when assigning a cutting mode, especially in the area of high speeds, is proven. Thus, according to the results of the experiments, a change in speed of only 7% from 2150 rpm to 2320 rpm with the same cutting depth of 0.4 mm allows the process to become stable. The use of the created program is possible in the system of automatic control of the online cutting mode when the machine is equipped with vibration sensors with appropriate systems for identifying the dynamic parameters of the machining system, which will significantly increase the machining efficiency.Документ Відкритий доступ Пошкоджуваність матеріалів при пропорційному навантаженні(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Грабовський, А. П.; Бондарець, О. А.; І. І. БабієнкоАнотація. Робота присвячена дослідженню пошкоджуваності матеріалів під час пружнопластичного пропорційного навантаження, зокрема враховується вплив двох механізмів навантаження відрив та зсув. Ці механізми охоплюють в’язке, крихке та в’язко-крихке види руйнування. Розглядається накопичення розсіяних пошкоджень як багатомастабне і багатостадійне явище, що відбувається під час пропорційного навантаження на мікро- та мезорівнях руйнування металічного конструкційного матеріалу. В рамках дослідження виконана кількісна оцінка деградації фізико-механічних властивостей матеріалів, зокрема змін модулів пружності E та G пропонується визначення еквівалентного пошкодження, що виникає від пружнопластичного пропорційного навантаження. Розглядаються експериментальні дані кінетики накопичення пошкоджень на зразках сталі 12Х18Н10Т, які були піддані осьовому навантаженню (розтяг), зсуву (кручення) та пропорційному навантаженню з параметром жорсткості напруженого стану К=0,5 до руйнування. В роботі порівнюються експериментальні результати з теоретичними даними, накопичення пошкоджень. Отримані висновки сприяють більш глибокому розумінню механізмів руйнування матеріалів під дією пропорційного навантаження, а також можуть знайти практичне застосування при проектуванні та оцінці несучої здатності елементів конструкцій.Документ Відкритий доступ Дослідження міцності контейнера-цистерни при перевезенні автотранспортом(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Ловська, А. О.Проблематика. Підвищення ефективності функціонування транспортної галузі зумовлює необхідність впровадження в експлуатацію сучасних транспортних засобів з покращеними технічними, економічними та екологічними характеристиками. В теперішній час перевезення наливних вантажів, в тому числі в міжнародному сполученні, здійснюється здебільшого в контейнерах-цистернах. Тому для підвищення ефективності експлуатації контейнерів-цистерн важливе впровадження конструкцій з покращеними показниками. Мета. Висвітлення результатів щодо удосконалення конструкції контейнера-цистерни та дослідження його міцності при перевезенні автотранспортом. Методика реалізації. Для зменшення матеріалоємності контейнера-цистерни пропонується впровадження труб круглого перерізу у якості елементів каркасу та створення ємності з композитного матеріалу. Визначення параметрів виконання труб здійснено шляхом оптимізаційних розрахунків за критерієм мінімуму матеріалоємності. З метою визначення показників міцності удосконаленої конструкції контейнера-цистерни здійснено розрахунок за методом скінчених елементів, який реалізує програмний комплекс SolidWorks Simulation. Результати. На підставі проведених розрахунків встановлено, що при підйомі контейнера за верхні кутові фітинги максимальні еквівалентні напруження, що виникають у вертикальних стійках каркаса дорівнюють 133,6 МПа, а в стінках ємності – 121,5 МПа, тобто є нижчими за допустимі. В умовах перевезень контейнера-цистерни автотранспортом максимальні напруження в його конструкції зафіксовані при дії на нього прискорення 1,2g у повздовжньому напрямку за ходом руху. Максимальні еквівалентні напруження в каркасі склали 202,4 МПа, а в стінках ємності – 123,2 МПа, тобто не перевищують допустимих значень. Висновки. Проведені дослідження сприятимуть створенню напрацювань щодо проєктування сучасних конструкцій контейнерів-цистерн та підвищенню ефективності експлуатації транспортної галузі.Документ Відкритий доступ Method of matched sections in application to thin-walled and Mindlin rectangular plates(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Orynyak, I.; Danylenko, K.The paper elaborates the principally new variant of finite element method in application to plate problem. It differs from classical FEM approach by, at least, three points. First, it uses the strong differential formulation rather than the weak one and suppose the approximate analytical solution of all differential equations. Second, it explicitly uses all geometrical and physical parameters in the procedure of solution, rather than some chosen ones, for example, displacement and angles of rotation as usually done in FEM formulation. Third, the conjugation between adjacent elements occurs between the adjacent sections rather than in polygon vertexes. These conditions require the continuity of displacements, angles, moments and forces. Each side of rectangular elements is characterized by 6 main parameters, so, at whole there are 24 parameters for each rectangular element. The right and upper sides’ parameters are considered as output ones, and they are related with lower and left sides ones by matrix equations, which allows to apply transfer matrix method for the compilation of the resulting system of equations for the whole plate. The numerical examples for the thin-walled and Mindlin plates show the high efficiency and accuracy of the method.Документ Відкритий доступ Визначення стану плинності по зміні знаку деформації(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Тормахов, М. М.При пропорційному навантаженні елемента тіла його по-різному орієнтовані матеріальні волокна можуть знаходитися в стані розтягу, стиску або не змінювати своєї довжини. Напрям матеріальних волокон, які не змінюють своєї довжини, є нейтральним. Цей напрям є лінією поділу між напрямами, в яких волокна стискаються та тими, що розтягуються. В межах границі плинності нейтральний напрям не змінює своєї орієнтації відносно матеріальних волокон, а поза цією границею відбувається його поворот. Окремі матеріальні волокна, нахил яких близький до нейтрального, при цьому змінюють знак свого деформування і ця зміна свідчить про досягнення елементом тіла стану плинності. Запропонований спосіб визначення стану плинності продемонстровано на прикладі одновісного напруженого стану. Немонотонність деформування матеріальних волокон, що орієнтовані близько до нейтрального напряму підтверджена розрахунками та експериментами на розтяг циліндричних зразків. Використання запропонованого способу визначення стану плинності матеріалу при пропорційному навантаженні дозволяє фіксувати набуття цього стану без вимірювання величин деформацій чи напружень лише по зміні знаку деформації матеріальних волокон, орієнтованих близько до нейтрального напряму.Документ Відкритий доступ Determination of the KIC Fracture Toughness of the X210Cr12 High-Strength Material(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) ATEŞ, ErgunIt is an important problem that the machines become unusable due to the deformation of the machine elements produced before the planned time. In this study, it was aimed to determine the KIC value of X210Cr12, which is a high strength material. In this way, more accurate load values can be used in the design. Methods: In the experimental study to determine the KIC value, the sample geometry, the crack depth, the load-dependent parameters and calculations and some conformity checks were carried out. Experimental system; KIC consists of 3-point flexure specimens, a press, an electronic circuit capable of detecting the change in load crack opening, and a logger. Findings: In the study, the loads were determined from experimental graphs. Subsequently, load-crack opening values were determined. With these data, the KIC values were calculated as 719,7 and 839,7 MPa.mm1/2 as the minumum and maximum values, respectively. Conclusion: The experimental graphs are in the form of curves that break abruptly with unstable crack propagation without showing plastic deformation. There is no study in the literature on the KIC value of X210Cr12 and it has been determined that it has a low KIC value compared to the high-strength steels studied. It is valuable to determine the KIC value, as fracture problems may occur in designs prepared with the material. The results of the study are data at room temperature.Документ Відкритий доступ Аналіз технічного рівня об’ємних гідроприводів з мотор-колесами(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Аврунін, Г. А.; Подригало, М. А.; Мороз, І. І.; Коваль, О. Д.Проведений аналіз використання об’ємних гідроприводів обертання гідромотор-коліс для гусеничних та колісних машин. Розглянутігідравлічні принципові схеми застосування швидкісних аксіально-поршневих гідромоторів з планетарними редукторами та високомоментних радіально-поршневих гідромоторів, зокрема гідропристроїв для забезпечення надійного пересування при виникненні перешкод з боку дорожнього покриття. Показані особливості методики статичного і динамічного розрахунку з використанням математичної моделі для чисельного розв’язання диференціальних рівнянь при розрахунку коливань тиску та частоти обертання гідромоторів залежно від завдань інтенсивності зміни подачі насоса та робочого об’єму гідромотора з урахуванням його ККД. Проведений порівняльний аналіз технічного рівня гідромотор-коліс та виявлено суттєво підвищення вихідних параметрів високомоментних радіально-поршневих гідромоторів щодо тиску, частоти обертання та відношення маси до крутного моменту. Стаття може бути корисної для інженерів, науковців та студентівмагістрів.Документ Відкритий доступ Ультразвукова гомогенізація у виробництві молочних продуктів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Луговський, О. Ф.; Берник, І. М.; Гришко, І. А.; Желяскова, Т. М.; Желясков, В. П.Анотація. В промислових масштабах актуальним є питання продовження терміну придатності та збереження якості молочних продуктів, тому одним з технологічних етапів підготовки молочної сировини є процес гомогенізації, що має велике значення для якості та структури молочних продуктів. Оскільки традиційна гомогенізація – це процес, в якому сировина піддається впливу високого тиску, що призводить до погіршення текстури та втрати корисних речовин, а сам процес є дуже енергоємним, постає питання дослідження альтернативних методів, зокрема, визначення впливу ультразвукової обробки на рівень гомогенізації молока та можливість застосування цього методу у промислових масштабах. Мета. Дослідження ефективності застосування альтернативних методів обробки молочної сировини, які дозволять подовжити термін придатності молока без зниження його якісних властивостей у порівнянні з традиційним методом обробки тиском, шляхом визначення параметрів гомогенізованого молока (частка жирових кульок) за результатами його ультразвукової обробки. Методика. Використано експериментальний метод ультразвукової гомогенізації молока за допомогою установки з ультразвуковим кавітатором. Результати. Досліджено вплив ультразвукової обробки на органолептичні властивості молока та отримано експериментальні результати, що показують ефективність застосування ультразвуку інтенсивністю 20 Вт/см2 при різних температурах. Висновки. Результатами експерименту підтверджено ефективність використання ультразвуку для гомогенізації молока при виробництві молочних продуктів. Визначено оптимальний температурний режим обробки (від 55 до 70°С) для досягнення максимального рівня гомогенізації, що значно нижче, ніж температура при традиційній гомогенізації, отже не несе негативного впливу на фізичні та хімічні властивості молочних продуктів.Документ Відкритий доступ Деталізація уявлення про процес проєктування об’єктів гідроавтоматики(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Узунов, О. В.Анотація. Робота стосується методології проєктування складних технічних об’єктів. Складність об’єктів полягає в необхідності узгодження динамічних процесів між їх складовими частинами для забезпечення запланованих експлуатаційних характеристик. Розглянуто основні етапи проєктування: ідея – схема – моделювання – конструкція. В традиційних підходах до проєктування, засоби, якими користуються для представлення інформації на кожному з етапів, є відносно узагальненими і неузгодженими. Це призводить до збільшення термінів проєктування. В даній роботі, запропоновано структурувати проєктну інформацію, узгодити засоби представлення інформації різних етапів між собою та деталізувати процес проєктування. Для цього, загальний інформаційний простір знань предметної області розподілено по потоках, які представляють інформацію про: зміст, об’єднання, активність та вимоги. Сам процес проєктування представлено як ланцюг транзакцій, кожна з яких ґрунтується на взаємодії названих потоків і послідовно формує стани результуючого функціонального потоку. Ці стани відображають рівні готовності проєктованого об’єкту. Завдяки способу представлення засобів і деталізації інформації вдається забезпечити їх узгодженість між різними етапами. Узгодженість засобів, структурованість інформації і можливість контролювати завершеність етапів зменшує кількість ітерацій і скорочує терміни проєктування. Представлення процесу проєктування на основі структурованої і узгодженої інформації проілюстровано на прикладі.Документ Відкритий доступ Formation and development of ventilated supercavity past the disk–cavitator in accelerated motion(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Moroz, V.; Kochin, V.; Semenenko, V.; Naumova, O.Аbstract. The work is devoted to both the experimental studies and the computer simulation of the process of formation and development of a ventilated supercavity past the disk-cavitator in accelerated motion from the state of rest to the steady velocity. A series of experiments were carried out in the high-speed experimental tank at the Institute of Hydromechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine for various values of the air-supply rate into the cavity. It has been established that the portion type of air-loss from the cavity is always preserved in the case of horizontal accelerated motion, while the air-loss by vortex tubes is always realized in the case of steady motion with the same velocity. In this case, shape of the cross sections of the unsteady cavity is close to circular one along the whole cavity length and at all stages of acceleration. To describe this process, a modified mathematical model is proposed that is based on the G.V. Logvinovich principle of independence of the cavity section expansion. An analysis of the influence of both the immersion depth and the air-supply rate on the process of development of a ventilated supercavity during acceleration has been performed by the way of computer simulation.Документ Відкритий доступ Визначення пружних характеристик пакету моношарів тонкостінних пластин з композитних волокнистих матеріалів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Крищук, М. Г.; Овчаренко, Е. І.; Ус, Г. О.Анотація. Наведено аналітичний метод розрахунку еквівалентних пружних характеристик анізотропних багатошарових пластин з композиційних волокнистих матеріалів. Основні припущення, прийняті під час розрахунку модулів пружності та коефіцієнтів Пуссона, зводяться до того, щo волокна – пружні матеріали з ортотропними механічними характеристиками, які при силовому навантаженні багатошарових пластин деформуються разом. Найбільш поширені в практичних додатках прикладної механіки аналітичні методи розрахунку ефективних модулів пружності наведені в переліку цитованих публікацій. До них віднесено правила суміші, модель запропонована Хіллом та Хашином, модель Кільчинського, методи Ваніна та Л.П. Хорошуна. Чисельні методи визначення пружних механічних властивостей армованих односпрямованих та шаруватих композитних матеріалів засновані на інформаційних технологіях скінченно-елементного моделювання представницьких обсягів композитних матеріалів та вирішення ряду крайових завдань для них. Для конструкцій тонкостінних пластин з волокнистими композиційними матеріалами застосовані традиційні розрахункові схеми, для яких типовим є плоский напружений стан. Співвідношення напруження-деформації для моношару пластин, навантаженого під довільним кутом представлені у вигляді закону Гука для аніотропних матеріалів. Деформації пакета моношарів з композиційними волокнистими матеріалами при плоскому пружно-деформованому стані визначаються, як і для моношару, чотирма незалежними постійними пружними. З використанням універсальної розрахункової моделі на основі рівнянь прикладної механіки отримано результати обчислень еквівалентних модулів пружності та коефіцієнтів Пуассона для пакету моношарів тонкостінних пластин з композиційними волокнистими матеріалами з вуглетканини та вуглецю. Результати досліджень представлені в аналітичній та графічній формі. Показано вплив структури побудови композиційних волокнистих матеріалів тонкостінних пластин на механічні властивості та їх залежність від кута силового навантаження вектора. Результати досліджень можуть використовуватися для визначення раціональних механічних властивостей багатошарових композиційних пластин з урахуванням їхнього конструктивно-технологічного призначення в різних галузях промисловості.Документ Відкритий доступ Міцність і пружність PLA + графіт композитів: експериментальний і теоретичний аналіз(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2023) Рубашевський, В. В.; Шукаєв, С. М.Проблематика. Поєднання адитивних технологій з армованими матеріалами відкриває широкі можливості для створення легких і міцних виробів з унікальними характеристиками. Впровадження цих технологій у виробництво потребує ефективних методик оцінювання граничного стану таких виробів. Мета дослідження. Дослідження механічних властивостей зразків, виготовлених за методом наплавлення FDM з двох термопластичних ниток на основі полілактиду: PLA-Cg+ із 5% наповненням з шаруватого графіту та PLA-CCF із 10% наповненням з вуглецевих волокон. Методика реалізації. Експериментально досліджено вплив параметрів процесу 3D друку, таких як орієнтація укладання та товщина шарів друку, на механічні характеристики зразків за розтягання та стискання. Результати дослідження. Показано, що як орієнтація укладання, так і товщина друкованого шару суттєво впливають на механічні властивості зразків обох матеріалів. Виконано порівняльний аналіз експериментальних даних з розрахунками за критеріями міцності: Цая-Хіла, Цая-Ву, Хофмана, Мізеса та максимальних напружень. Висновки. Результати випробувань засвідчили, що існує значний вплив досліджуваних параметрів процесу друку на механічні характеристики зразків із PLA + графіт як за розтягання, так і стискання. Здебільшого, зразки з меншою товщиною мають як вищу границю міцності (пропорційності), так і більше відносне видовження. Установлено, що найкращий збіг експериментальних та розрахункових даних для обох матеріалів досягається у випадку використання узагальненого критерію Мізеса.