Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 9, No. 1(104)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Формування мікропрофілю поверхонь виробу при магнітно-абразивному обробленні площин головками на базі високоенергетичних постійних магнітів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Майборода, В. С.; Джулій, Д. Ю.; Буріков, О. О.; Бєляєв, O. O.Виконані експериментальні дослідження по можливості застосування для магнітно-абразивного оброблення плоских поверхонь феромагнітних деталей торцевими головками на базі постійних неодимових магнітів сумішей порошків, які складаються з крупних і дрібних частинок різної форми і алмазних паст. Показано, що при використанні сумішей з порошків оскольчастої форми отримано зниження шорсткості поверхонь з вихідної шорсткості Ra = 0,8 мкм до 0,125 мкм з розполірованим мікропрофілем, причому найкращі результати мають місце у випадку коли кількість дрібної фракції в сумішах не перевищує 40 %. Використання сумішей округлих порошків з розміром частинок 1700/1200 мкм і оскольчастих частинок 640/400 мкм при їх рівній кількості в магнітно-абразивному інструменті дозволили після магнітно-абразивного оброблення сформувати поверхню з величиною шорсткості Ra = 0,1 мкм. Встановлено, що округлі крупні порошки, виконують роль рухомого притиру, передаючи силове навантаження на дрібні частинки. При цьому в процесі безпосереднього контакту з оброблюваною поверхнею крупні округлі частинки забезпечують як пластичне деформування мікронерівностей поверхні, так і безпосередньо поверхневого шару зразків, забезпечуючи збільшення поверхневої твердості в 1,4 рази, що створює сприятливі умови для здійснення процесу мікрорізання оскольчастими дрібними частинками. При формуванні магнітно–абразивного інструменту з крупних округлих частинок і алмазної пасти різної зернистості встановлено, що найкращу поліруючу здатність має суміш, яка сформована з округлого порошку з розміром частинок 1500/1300 мкм з додаванням алмазної пасти зернистістю 5/3 мкм. Параметр шорсткості Ra оброблених поверхонь із застосуванням таких сумішей становить 0,03–0,04 мкм.Документ Відкритий доступ Залежність точності розмірів деталей від внутрішньої структури шарів при 3D- друці за технологією Fused Filament Fabrication(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Міщенко, П. В.; Лашина, Ю. В.; Фролов, В. К.; Лапач, С. М.Представлені результати дослідження точності отримуваних розмірів при виготовленні зразків з композиційного матеріалу ABS pro CCF за технологією Fused Filament Fabrication в залежності від внутрішньої структури шарів. Точність оцінювалась як відхилення фактичного отриманого розміру від номінального розміру зразка у відсотках в залежності від таких факторів: шаблон заповнення, щільність заповнення та номінальне значення розміру. Досліди проводились за методикою повного факторного експерименту. Регресійні моделі побудовані за допомогою програмного забезпечення ПРІАМ. Аналіз отриманої моделі, зокрема, графіків маргінальних рівнянь регресії та маргінальних поверхонь відгуку, показав, що структура внутрішнього заповнення може по-різному впливати на точність отримуваних розмірів: так, для більшого розміру (150 мм) найкращий результат отримано при використанні шаблону заповнення “Сітка”. Для меншого розміру (10 мм) при різних варіантах щільності заповнення різні шаблони показали різний результат: для щільності 80% кращим виявився шаблон заповнення “Динамічний куб”; для щільності 60% – “Сітка”. При використанні шаблону заповнення “Сітка” при збільшенні щільності заповнення від 60% до 100% функція відгуку веде себе протилежним чином для меншого і більшого розміру: для розміру 10 мм функція відгуку віддаляється від оптимального значення = 0, а для розміру 150 мм функція відгуку навпаки, наближається до оптимального значення = 0. Пояснення даного явища потребує додаткових досліджень, зокрема з більшою кількістю рівнів варіювання вимірювального розміру, а також врахування розташування вимірюваного розміру відносно системи координат принтера під час побудови деталі.Документ Відкритий доступ Моделі пошкоджуваності композиційних матеріалів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Демешко, Я. В.; Бобир, М. І.Виконано аналіз сучасних моделей пошкоджуваності та критеріїв руйнування композитних матеріалів (КМ) на стадії зародження макротріщини та визначено межі їх застосуванJanuaryня. Розглянуто класифікацію КМ, а також основні гіпотези та припущення, що використовуються для побудови рівнянь стану. Особливу увагу приділено стадії зародження та накопичення розсіяних пошкоджень на мікро- та мезорівнях, як ключовій фазі життєвого циклу виробу із КМ. Застосовано положення континуальної механіки пошкоджуваності, термодинаміки незворотних процесів та механіки твердого деформівного тіла. Актуальність роботи обумовлена зростаючими вимогами до надійності та довговічності конструкцій із КМ, особливо в авіаційній, автомобільній та будівельній галузях. Незважаючи на значний прогрес у дослідженнях, існує потреба у вдосконаленні моделей пошкоджуваності, які б враховували складні мікро- та мезомасштабні процеси руйнування. Застосовано методи континуальної механіки пошкоджуваності, термодинаміки незворотних процесів та механіки деформівного тіла. Розглянуто феноменологічні та мікромеханічні моделі пошкоджуваності, що описують накопичення пошкоджень у матриці, армуючих волокнах та на міжфазних поверхнях. Описано основні механізми мікроруйнування в армованих КМ, які включають пошкодження матриці, армуючих волокон та інтерфейсу між ними. Продемонстровано необхідність врахування комплексу феноменологічних параметрів для опису кінетики накопичення пошкоджень. Зазначено, що складні процеси в армованих КМ потребують феноменологічного моделювання пошкоджуваності із застосуванням тензорних величин і певних припущень, зокрема гіпотези «суміші». Підтверджено доцільність використання гіпотези еквівалентності питомих енергій для визначення компонентів параметра пошкоджуваності.Документ Відкритий доступ Аналіз результатів експериментальних випробувань гідромашин різних конструкцій(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Аврунін, Г. А.; Рибалко, І. В.; Подригало, М. А.; Мороз, І. І.; Коваль, О. Д.Виявлення впливу конструктивних особливостей аксіально-і радіальнопоршневих гідромашин на ККД через об’ємні, гідродинамічні і механічні витрати потужності на основі аналізу результатів випробувань насосів і гідромоторів. Об’єктом дослідження є характеристики і конструкції об’ємних насосів і гідромоторів однакового робочого об’єму за результатами порівняльних випробуваннях за методикою ISO 4409. Проаналізовані залежності дренажних витоків робочої рідини, втрат крутного моменту та ККД гідромашин від тиску і частоти обертання. Вирішена проблема надання інженерам-конструкторам та студентам-магістрам знань щодо впливу конструктивних особливостей поршневих гідромашин на втрати потужності і ККД. За результатами проведеного аналізу дано пояснення отриманим результатам випробувань щодо їх зв’язку з конструктивними особливостями гідромашин. Дана спроба оцінки впливу температурної і силової деформацій поршневих груп на витоки робочої рідини в конструкціях Innas, відомих аксіальнопоршневих гідромашинах і гідромашинах з шариками-поршнями. Показано, що типи поршневих груп та розподільних вузлів суттєво впливають на втрати потужності і ККД гідромашин. Завдяки конструктивним і технологічним досягненням фірми Innas при створенні нових поршневих груп можливе отримання малих радіальних зазорів між сферичними поршнями і тонкостінним циліндрами завдяки їх деформаційним властивостям. Отримані результати корисні для розробників гідромашин, фахівців зі створення гідроприводів та студентівмагістрів.Документ Відкритий доступ Гідродинамічні та кавітаційні характеристики статичних моделей апаратів зі змінною конфігурацією вхідного каналу(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Вітенько, Д. О.; Зварич, Н. М.Ефективним інструментом для розробки нових, аналізу та порівняння існуючих конструкцій кавітаційних апаратів є чисельні методи розрахунку, переваги яких полягають у можливості визначати раціональні гідродинамічні параметри для різних моделей, без витрат матеріалів та енергії. Питання вдосконалення конструкцій кавітаційних пристроїв для забезпечення стабільного кавітаційного процесу та оптимізації їх роботи в різних технологічних середовищах на сьогодні залишається актуальним, причому одним із ключових аспектів є вплив геометричних характеристик внутрішнього каналу пристрою на формування та розподіл паро-газової фракції, що безпосередньо впливає на ефективність кавітаційного процесу. Аналіз умов виникнення кавітації та порівняння гідродинамічних параметрів та об’ємів парогазової фракції у моделях кавітаційних апаратів з різною геометрією внутрішнього каналу конфузора. Використано чисельне моделювання з використанням модуля Flow Simulation з використанням рівнянь Нав’є-Стокса, рівнянь стану, які визначають фізичні властивості рідини, а також емпіричних залежностей густини, в’язкості та теплопровідності від температури. Було встановлено, що у всіх досліджуваних конструкціях з перешкодами формування парогазової фракції спостерігається за умови Q = 0,002 м3/c. Стабільна кавітація виникає за умови Q = 0,003 м3/с та Рвх = 0,35 МПа, причому об’єм сформованої парогазової фази для моделі з перешкодою у вигляді конуса становить Vп.г = 5,39×10−6 м3, для конструкції зі шнеком – 4,91×10–6 м3, а для апарату з подвійним конусом – 3,77×10−6 м3. Для порівняння, об’єм парогазової фракції для моделі без перешкод становить 2,93×10−6 м3. Аналіз характеру гістограм розподілу парогазової фракції вздовж дифузору показує, що встановлення конусної перешкоди сприяє збільшенню об’єму парогазової фракції вздовж дифузора, забезпечуючи стабільний кавітаційний процес. Шнекова перешкода створює локальні ділянки характерні для пульсацій та зривів. Подвійний конус демонструє менші об’єми парогазової фракції та рівномірне зростання і спадання концентрацій вздовж дифузору. Отримані результати можуть бути використані для вдосконалення та впровадження конструкцій статичних пристроїв, що забезпечують стабільний кавітаційний процес та оптимізацію їхньої роботи в умовах визначених технологічних середовищ.Документ Відкритий доступ Дослідження процесу співекструзії двошарових полімерних труб(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Гурін, Р. С.; Гондлях, О. В.; Сокольський, О. Л.Екструзія двошарових полімерних труб широко використовується для об'єднання переваг різних матеріалів в одному виробі. Однак контроль товщини кожного шару являє собою складне завдання. У даній роботі проведено числове дослідження процесу екструзії двошарових полімерних труб з поліпропілену (ПП) і полівінілхлориду (ПВХ) з використанням програмного комплексу ANSYS Polyflow. Метою дослідження було розроблення методики для визначення необхідних об’ємних витрат розплавів ПП і ПВХ для отримання заданої товщини внутрішнього шару. Для цього була розроблена двовимірна скінченноелементна модель екструзійної головки з урахуванням неньютонівської поведінки розплавів, описуваної моделлю Карро-Ясуда. Проведено стаціонарне і нестаціонарне моделювання течії розплавів. На відміну від традиційних методів, що ґрунтуються на спрощених аналітичних рішеннях, у цій роботі застосовано метод побудови поверхні відгуку, що дає змогу враховувати складну взаємодію між параметрами процесу та реологічними властивостями матеріалів, а також вплив взаємної дифузії. Результати моделювання показали, що товщина внутрішнього шару ПП може бути точно скоригована шляхом варіювання об’ємних витрат ПП і ПВХ. При зміні об’ємних витрат ПП і ПВХ від 2,484 × 10–6 до 3,036 × 10–6 м3/с товщина внутрішнього шару змінювалася в діапазоні від 2,24 × 10–3 до 2,54 × 10–3 м. Крім того, за об’ємної витрати зовнішнього шару ПВХ, що дорівнює 3,036 × 10–6 м3/с, спостерігалася прямолінійна залежність товщини внутрішнього шару ПП від об’ємної витрати ПП з коефіцієнтом лінійної апроксимації 0,9992. Отримана поверхня відгуку дозволяє ефективно визначати необхідні об’ємні витрати для досягнення необхідної товщини внутрішнього шару ПП і може бути використана для оптимізації процесу екструзії двошарових полімерних труб.Документ Відкритий доступ Моделювання впливу конфігурації джерела GaN на термоелектричні параметри апарата високого тиску в процесі перекристалізації його із системи Fe–Ga–N(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Людвіченко, О. П.; Лєщук, О. О.; Анісін, О. М.Для вирішення актуальної задачі отримання полікристалів нітриду ґалію запропоновано використовувати апарат високого тиску тороїдального типу, для якого сконструйовано ростову комірку для проведення перекристалізації GaN з розчин-розплаву Fe–Ga–N методом температурного градієнта. Метою роботи є дослідження теплового стану комірки і встановлення оптимальних умов резистивного нагрівання апарата високого тиску, що забезпечують необхідні розподіли температури для кристалізації GaN. Проведено комп’ютерне моделювання теплового стану апарата високого тиску. Квазістаціонарну зв’язану задачу електроі теплопровідності вирішували методом скінченних елементів. Визначено вплив конфігурації джерела GaN на характер зміни термоелектричних параметрів апарата високого тиску в процесі перекристалізації GaN. В результаті розрахунків отримано поля температури і градієнта температури в досліджуваній системі джерело GaN–розчин-розплав Fe–Ga–N–полікристал GaN на послідовних етапах процесу кристалізації. Визначено, що процес перекристалізації GaN в умовах високого тиску і температури приводить до зменшення градієнта температури в ростовій системі і зростання потужності нагрівання апарата високого тиску. Це відбувається внаслідок зміни провідних властивостей ростового середовища в результаті утворення перекристалізованої фази GaN. Запропонована методика комп’ютерного моделювання дозволяє проєктувати комірки і вдосконалювати режими вирощування кристалів GaN методом температурного градієнта.Документ Відкритий доступ Методи підвищення енергоефективності пневматичних приводів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Касьян, А. В.; Галецький, О. С.У цій роботі досліджуються різні методи підвищення енергоефективності та рекуперації енергії у пневматичних системах, а саме зниження використовуваної кількості стисненого повітря пневматичним приводом. Низька енергоефективність пневматичних систем є суттєвою проблемою для їхнього розвитку, так як пневматичні системи широко використовуються в промисловості для різних завдань, включаючи управління обладнанням, автоматизацію виробничих процесів та транспортування матеріалів. Низька енергоефективність цих систем призводить до значних енергетичних втрат, що збільшує експлуатаційні витрати та знижує загальну продуктивність. Отримані результати показали, що найбільша економія та ефективність досягаються при використанні методів, що використовують розширення стисненого газу. Це пояснюється можливістю зниження витрат на повітря та збільшенням періоду окупності вкладень завдяки зменшенню втрат енергії, за рахунок використання невеликої кількості газу для переміщення поршня пневматичного циліндру. Сфера практичного застосування результатів охоплює промислові підприємства, які використовують пневматичні системи. Умови впровадження включають необхідність початкових інвестицій та аналізу поточних параметрів системи для вибору оптимальної стратегії підвищення енергоефективності. За результатами роботи, було виявлено можливість зменшення енерговитрат приводом від 43 до 76 відсотків.Документ Відкритий доступ Increasing the Sensitivity of the Tactile Sensor to Detect Shredders in the Patient’s Body(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Salenko, Olexandr; Gavrushkevch, Nataliia; Оrel, Vadym; Salenko, Bohdan; Cherniak, Viktor; Karpenko, KostiantynMeans of increasing the sensitivity of a tactile sensor for detecting foreign bodies in the wound of patients, the wound channel, which is advisable to use in field conditions in emergency situations, have been analyzed. Such a sensor is a device consisting of a probe and a block of mechanical and electronic means held by the paramedic's hand. To detect a foreign body, a probe containing an elastic thin flexible probe with an external quasi-elastic shell is inserted through the wound channel until contact with the foreign body. The signal from the dynamic contact is visualized and displayed on a display device, which allows the paramedic to make a decision on further medical care for the affected person. Since the probe receives additional mechanical excitation, the signal has a long-lasting form, which increases the efficiency of primary diagnostics. However, at the same time, using the probe as a waveguide for both mechanical excitation and for transmitting vibrations to the means of amplification and spectral analysis significantly distorts the informativeness of the signal, impairs the accuracy of the studies. It is proposed to use the probe shell as a waveguide for transmitting vibrations, while the probe acts directly as a waveguide for the contact signal. It has been established that in this case it is possible to increase the signal-to-noise ratio in the range of 0.92…2.5 kHz to 2 dBA, which is extremely important for analyzing the spectral density patterns of vibrations from contact conditions in a viscous medium.Документ Відкритий доступ Створення складних технічних систем з урахуванням фактору невизначеності(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Кривова, С. Г.Характерною особливістю проєктів створення складних технічних систем (СТС) є високий рівень невизначеності. Не врахування невизначеності, особливо на ранніх етапах розвитку проєктів, коли невизначеність є найвищою, збільшує ризики та підвищує витрати на подолання непередбачених проблем на подальших етапах проєкту і може суттєво вплинути на досягнення кінцевого результату проєкту. Отже, проблема комплексного розгляду прояву невизначеності при реалізації процесів управління проєктами і системної інженерії при створенні СТС є надзвичайно актуальною і потребує дослідження. Основною метою даного дослідження є аналіз найбільш значущих підходів і оцінка стану проблеми врахування фактору невизначеності властивого основним видам діяльності, спрямованих на створення СТС – управління проєктами і системної інженерії. Це дозволить формувати більш ефективну стратегію управління невизначеністю при створені СТС. Методика дослідження передбачала організацію і реалізацію процедур експертних оцінок щодо виявлення найбільш значущих факторів невизначеності при створенні СТС. Також був проведений якісно-кількісний аналіз складу факторів невизначеності для різних типів діяльності – з управління проєктом і системної інженерії – і оцінена динаміка зростання невизначеності в залежності від зростання ступеня унікальності СТС для різних типів проєктів. У результаті проведених досліджень були виявлені найбільш значущі фактори невизначеності, характерні для проєктної і системно-інженерної діяльності створення СТС. Був визначений характер динаміки росту невизначеності відносно унікальності для різних типів проєктів. За проведеними дослідженнями отримані нові уявлення і визначені певні тенденції, спрямовані на вдосконалення процесів управління проєктами і системної інженерії створення СТС.Документ Відкритий доступ Modelling of the process of interaction of multi-impulse local loading at electrohydraulic forming of large-dimensional bottoms(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Taranenko, Mykhaylo; Naryzhniy, OlexandrForming of large-dimensional thin-sheet bottoms usually leads to great complexity of technological processes. When forming is conducted on mechanical presses using male- and female dies one can observe phenomenon of loosing stability of bottom shape with uniform through perimeter movement of the workpiece flange during drawing and large areas of thin workpiece that do not support by rigid surfaces of the die and are prone to be loaded with compressive stresses. This leads to the formation of folds and corrugations on the flange and dome part. Application of presses for stamping with elastic media and high pressure is irra-tional from energy considerations, because different parts of the workpiece require different pressures for their shaping. Electro-hydraulic (EG) forming is more effective when stamping such parts occurs consequently by zones of the workpiece and require different loading at each zone. It is possible to implement sequence control and load locations on multi-electrode EG-presses. Objective of the presented research was, on the one hand, to study the possibility of the formation of pulsed submerged flows of liquid medium, that transmits the load, their interaction with each other and the deforming workpiece in the technological zones of EG presses, and on the other hand, the possibility of using the LS Dyna software in combination with ALE method. To achieve the specified goal, methods of mathematical modeling of forming processes and interaction of deformed environments having different mechanical parameters were used, as well as experimental methods to confirm the processes being studied. The results obtained consider the possibility of creation of high energy-containing immersed jets of liquid, their interaction between themself and the deformable workpiece depending on the technological pa-rameters. The parameters of the workpiece deformation process were studied. It is shown that blank shape change has a wave-like character and, by changing the temporal and spatial parameters of the load, it is possible to control the parameters of the blank stress-strain state. Comparison of simulation results with experimental data substantiated the possibility of using the proposed modelling method in the study of pulsed flows in heterogeneous media. The conclusions state the achievement of the mentioned goal, describe the mechanism of interaction of liquid jets in the case of energy concentration necessity in the given zones of the workpiece and the possibility of changing the direction of energy flows when the moment of the of EG discharges beginning in adjacent discharge cavities is changed. The accuracy of the simulation results was assessed when compared with experimental data.Документ Відкритий доступ Surface Modification Technologies for Space and Planetary Applications(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2025) Kleiman, JacobThis paper presents an overview of processes developed in our company for applications in various space and planetary environments. A number of materials including polymers, paints and other organic-based materials undergo dramatic changes and irreversible degradation of physical and functional characteristics when exposed to space or planetary environments, like in LEO, GEO or on Moon, or Mars. Protective schemes including protective coatings, mechanical metal foil wrapping or cladding, specially synthesized bulk materials, etc. are used to reduce the effects of space environment on materials and their properties. However, the protection of polymers, paints and other organic-based materials in space still remains a major challenge, especially for future long duration exploration missions to other planets or permanent space stations or for an ever-growing array of nano-, micro- and macrosatellites in VLEO, LEO and GEO orbits. Surface modification processes and advanced coatings are used increasingly to protect existing or provide new properties to polymers, paints and other organic-based materials. A number of surface modification solutions that include treatment of the surfaces by chemical or physical processes and that differ from the traditional protective coating approaches were developed by ITL in the last 30 years that change the surface properties of treated materials, protecting them from the hazards of low Earth orbit (LEO) and Geostationary orbit (GEO) environments or providing dust mitigation properties when used in Lunar environment. Examples of their testing, characterization and applications are provided. In addition, a surface treatment process for mitigation of lunar dust effects in lunar environment was developed and will be discussed.