Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 6, No. 2
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Альтернативні технології композитних високонавантажених авіаконструкцій: якісний метод прийняття багатокритеріальних рішень. II частина. Моделювання в багатокритеріальній оцінці альтернатив(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Забашта, В.Ф.Друга частина статті виходить з відправних положень в задачі прийняття рішень (ЗПР), зазначених на першому етапі досліджень [1,п. 2.].Тут продовжено зіставлення за превалюванням (ефективністю)альтернативних автоклавних та безавтоклавних технологій виготовлення вуглепластикових авіаконструкцій (АК) типу високонавантажених стрингерних панелей кесона крила (ВСП) магістральних літаків В787, А350, МС-1, CSeries. За методологічну основу взяті головні положення теорії прийняття рішень та системно-процесний підхід з залученням результатів практики. З початку представлені: схема оцінювання відносної якості об’єктів технологічного процесу; концептуальна модель предметної області прийняття рішень (ПОПР)блокового типу та її базис; склад критеріїв вибору та показників. Виходячи з вище приведеного та з залученням положень автономних динамічних систем (АДС) з дискретним часом, а також теорії параболи (квадратична функція), приведена формалізована модель системно згрупованих процесів при оцінюванні альтернатив. На цій основі продовжено дослідження суттєвих відмінностей альтернатив з інтерпретацією ідей топології(групи гомології) для підтримки прийняття в подальшому обґрунтованого заключного рішення, як мета моделювання цієї окремої сторони функціонування технічної системи.Документ Відкритий доступ Дослідження та визначення акустичних параметрів руху кавітаційної бульбашки в рідинному середовищі за дискретною та континуальною моделями(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Берник, I.М.; Назаренко, І.І.; Луговський, О.Ф.В роботі проведено дослідження та визначення акустичних параметрів руху кавітаційної бульбашки в рідинному середовищі за дискретною та континуальною моделями. В основу виконання досліджень покладена гіпотеза, що визначення ефективних параметрів робочого процесу акустичної обробки реалізується шляхом застосування перехідної фізичної моделі від дискретного до континуального виду обробки технологічного середовища. Отримані аналітичні залежності дозволяють розрахувати амплітуду коливань та частоту власних коливань. За допомогою вказаних формул представляється можливим визначити зони посилення або ослаблення амплітуди коливань для різних частот коливань. Запропонована формула для ви- значення частоти власних коливань, яка враховує зміни властивостей середовища від однорідного на початковій стадії до появи кавітаційних бульбашок при визначені частоти власних коливань. Наведені числові значення інтенсивності, тиску, амплітуд коливань, швидкості, прискорення, в’язкості та максимального радіусу бульбашки. Отримані числові значення можуть бути використанні в практичних розрахунках параметрів акустичної обробки різних за своєю природою та властивостям технологічних середовищ.Документ Відкритий доступ Гарячий обтиск в матриці спеціального профілю вісесиметричних порожнистих заготовок із високовуглецевої сталі(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Калюжний, В.; Ситник, С.; Титаренко, А.Методом скінченних елементів створені математичні моделі і проведено дослідження прямого і зворотного способів гарячого обтиску в матриці спеціального профілю порожнистих заготовок із високовуглецевої сталі зі змінною товщиною стінки по висоті. Використана пластична модель металу і циліндричні координати. Розрахунковим шляхом встановлено форму і розміри вихідної заготовки для обтиску, які забезпечили необхідні розміри виробу. Перед обтиском здійснювався нагрів частини заготовки по висоті, яка підлягала деформуванню в матриці. Застосування матриці спеціального профілю з деформуючою поверхнею, виконаної з кільцевими виступами, дозволило отримати виріб за один перехід завдяки зменшенню впливу сил тертя при формоутворенні. Визначена швидкість деформування для дотримання режиму гарячої деформації протягом обтиску. Встановлено залежність осьового зусилля на деформуючому інструменті від переміщення пуансонів і розподілу питомих зусиль на контактуючих поверхнях. Застосування прямого обтиску призводить до зниження силових режимів і питомих зусиль на інструменті. Визначено кінцевий напружено-деформований стан металу, форму і розміри виробу. По розподілу інтенсивності деформації проведена оцінка пропрацювання структури металу пластичною деформацією. На основі даних моделювання розроблена конструкція загального виду штампового оснащення для виконання прямого обтиску.Документ Відкритий доступ Прогнозування гофроутворення в процесах витягування за результатами моделювання в середовищі DEFORM(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Орлюк, М.В.При розробці технологічних процесів витягування ймовірність втрати стійкості заготовки в процесі деформування та необхідність застосування притискача для запобігання гофроутворенню оцінюється відповідно до рекомендацій довідкової літератури. Однак за певних умов деформування довідкова література не має чітких рекомендацій або дає супе- речливі рекомендації стосовно необхідності застосування притискача. В цьому випадку вирішення задачі потребує додаткових експериментальних досліджень. Перевірка можливості та ефективності використання комп’ютерного моделювання процесів вісесиметричного витягування у середовищі DEFORM для прогнозування втрати стійкості тонколистової заготовки в процесі деформування. За допомогою комп’ютерного моделювання з використанням методу скінченних елементів у середовищі DEFORM 3D досліджені технологічні процеси витягування без потоншення з високою ймовірністю втрати стійкості заготовки в процесі деформування. За результатами досліджень встановлено, що моделювання процесу витягування тонколистової заготовки у середовищі DEFORM 3D дозволяє з високим ступенем ймовірності візуалізувати процес утворення гофр і спрогнозувати, таким чином, втрату стійкості заготовки в реальних процесах деформування за умови, що деформування відбувається за відносно простої геометрії вихідної заготовки та деформуючого інструменту. За більш складних умов деформування результати натурного експерименту та комп’ютерного моделювання можуть відрі- знятись (моделювання може не вказувати на утворення гофр). Це дещо ускладнює прогнозування гофроутворення, але проблема вирішується розширеним аналізом напружено-деформованого стану та поведінки металу заготовки в осередку деформації. Поява в заготовці ділянок, на яких відбувається непрогнозована та неконтрольована втрата контакту матеріалу заготовки з деформуючим інструментом або виникають зони з значною нерівномірністю швидкостей переміщення точок заготовки чітко вказує на проблемні місця з підвищеною ймовірністю утворення гофр в реальному процесі витягування. Отримані результати досліджень дозволяють підвищити ефективність прогнозування утворення гофр за допомогою комп’ютерного моделювання процесів витягування в середовищі DEFORM 3D.Документ Відкритий доступ Вплив розміру деталей на сили лобового опору при магнітно-абразивному обробленні(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Заставський, К.О.; Майборода, В.С.Метод магнітно-абразивного оброблення (МАО) є ефективним методом фінішного оброблення деталей. Особливо доцільний при обробленні відповідальних деталей складної форми, таких як різальний інструмент, лопатки ГТД, вироби медичного призначення та ін. МАО дозволяє впливати на якість обробленої поверхні, поверхневу твердість, мікрогеометрію різальних кромок (для різального інструменту), рівень залишкових напружень в матеріалі деталі. Відносна новизна методу та, звідси, мала обізнаність в процесах та явищах що має місце при МАО обмежує широке використання методу у виробництві. Недостатня обізнаність в характері МАО, особливо щодо сил, які виникають при МАО в результаті взаємодії оброблюваної деталі та середовища магнітно абразивного інструменту (МАІ). Наявні роботи у цій галузі надають лише базові відомості і не є достатніми для всебічного дослідження МАО. Особливо це стосується впливу розміру деталі на особливості реалізації процесу оброблення. Проведення досліджень по обробленню деталей різних розмірів та визначення сил та явищ що супроводжують МАО. Для реалізації поставленої мети було використано пристосування з динамометричним датчиком що дозволив виконати вимірювання сил лобового опору МАІ руху деталі. У дослідженні використовували циліндричні зразки різних діаметрів (8, 12 та 16 мм), виготовлені з феромагнітного та парамагнітного матеріалів. Порошки що використовувались Полімам-М та Полімам-Т (зернистість 400/315 мкм, 200/100 мкм). Швидкість руху варіювалась в діапазоні 1–3 м/с, індукція магнітного поля: 0,20–0,24 Тл. Встановлено, що для зазначених умов оброблення вплив величини індукції магнітного поля переважає над впливом швидкості руху деталей. Показано вплив розміру деталей на характер МАО, визначено особливості оброблення окремими структур- ними формуваннями МАІ та різницю між ними. Розглянуто питання коливання величини сили опору при МАО та вплив на них швидкості руху. Визначено вплив технологічних параметрів процесу МАО на сили лобового опору з боку МАІ при обробленні деталей різних діаметрів і виготовлених з матеріалів з різними магнітними властивостями, визначено подальші напрямки досліджень.Документ Відкритий доступ Знаходження та аналіз енергосилових параметрів процесу утворення фланця орбітальним штампуванням обкочуванням(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Гожій, С.П.; Кліско, А.В.; Мироненко, В.А.Характерною особливістю деталей, що розглядаються в статті, є збільшений діаметр фланця. На кафедрі технології виробництва літальних апаратів науково-навчального механіко-машинобудівного інститут Київського політехнічного інституту ім. Ігоря Сікорського розроблений оригінальний технологічний процес виготовлення виробів з розвинутою фланцевою частиною з використанням позитивних ефектів прогресивного методу штампування обкочуванням. Метод має енергосилові переваги перед традиційними методами виготовлення деталей з відносно тонкими елементами конструкції. Осередок застосування таких технологій все більше розширюється але основні технологічні розрахунки параметрів процесу запроваджені ще недостатньо широко у виробничу практику. Запропонована послідовність технологічних розрахунків та основних параметрів спеціалізованих установок для штампування обкочуванням.Документ Відкритий доступ Особливості розрахунку діаметру отвору для установлення різьбоформуючої деталі(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Данилова, Л.М.; Лапковський, С.В.; Приходько, В.П.Ефективність технологій визначається сумарним технічним ефектом, одержуваним від їх реалізації. Одним з напрямків поліпшення показників ефективності технологій є впровадження складально-різьбоутворюючих процесів, заснованих на застосуванні в конструкціях виробів різьбоутворюючих кріпильних деталей. Різьбоформуючі гвинти, шпильки, втулки закручуються в гладкі отвори і самі утворюють різьбовій профіль різанням або деформацією. Зниження трудомісткості досягається усуненням операції попереднього різьбоутворення, а одержані з'єднання мають високі експлуатаційно-технічні показники. У виробництві електронної техніки, приладів, там, де по технічних вимогах небажане утворення стружки, використовують різьбовидавлюючі гвинти. Не дивлячись на переваги самонарізних гвинтів, їх широке застосування стримується за рахунок декількох недоліків: міцність з’єднання за допомогою гвинтів – нижче ніж у з’єднанні за допомогою шпильки чи болта, гвинти зі збільшеним кроком мають незадовільні показники стопоріння, при діаметрі більше 10 мм спостерігається нестабільність крутного моменту і деформація різьбового профіля. Підвищення якості різьбових з’єднань забезпеченням оптимального розміру отвору під різьбоформування є темою цієї публікації. Розрахунок установчого діаметру для різьбоформуючих деталей з великим кроком має свої особливості і має бути вирішеним з урахуванням тертя, міцності і допуска. Основними причинами виникнення поверхневих дефектів при монтажі різьбоутворюючих кріпильних деталей є ті, що пов’язані з геометрією - накатування в заповненому контурі, що призводить до осьового зміщення поверхневих шарів металу. Визначення оптимальної величини діаметру отвора для завинчування різьбоформуючої деталі, з однієї сторони максимально великого, але не більше допустимої величини є метою цієї роботи. Номенклатура різьбоформуючих кріпильних елементів пос- тійно розширюється, при цьому співвідношення висоти профілю до кроку є величиною змінною навіть в межах одного стандарту. Тому методика розрахунку має бути універсальною з урахуванням умов тертя, міцності, величин допусків. Процеси різьбоформування описуються як процеси плоскої деформації. Фізично механізм пластичної деформації металів представлений у вигляди зсувів в площинах, де дотичні напруги досягли граничної величини. Для плоскої деформації траєкторії максимальних дотичних напружень в двох ортогональних напрямках описуються лініями ковзання, або характеристиками. Метод ліній ковзання дозволяє обчислювати контактні напруження і деформуючі зусилля, повністю визначати поля напружень і швидкостей в перетинах деформуємого металу, а також аналізувати локальні явища, які звичайно є основними при вирішенні технологічних задач. Характеристики плоскої пластичної деформації дозволяють знаходити рішення графічним методом. Використання цього методу дозволяє визначати вигляд поля ліній ковзання, або його геометричні характеристики, які встановлюють залежність між максимальним дотичним напруженням і нормальним гідростатичним тиском, тобто деформуючим зусиллям, а також визначити вигляд і геометричні параметри формуємого профіля, висота якого обмежується допустимою величиною переповнення профіля. Аналізуючи геометричні параметри зони деформації різьбового витка деталі теоретично обгрунтовано діаметр отвору під різьбоформуючу кріпильну деталь. Методику цього розрахунку реалізовано у вигляді програмно-математичного забезпечення. Дані рекомендації відносно геометричних параметрів кінцевої частини шурупа-саморіза. Результати роботи дозволять підвищити якість з’єднання з різьбоформуючою кріпильною деталлю за рахунок оптимізації діаметру отвору деталі. На основі вирішення задачі теорії пластичності про заглиблення ідентора в жорстко-пластичну область і аналіз пластичної зони в області найбільших деформацій встановлені геометричні параметри і вигляд формуємого профілю. Метод використання ліній ковзання дозволяє розраховувати і аналізувати геометрію візуально, спостерігати зміну форми деформуємого профіля від співвідношення висоти профілю до кроку різьби, матеріалу та коефіцієнта ковзання. Така візуалізація дозволяє обирати величину заповнення профіля навіть більшу за одиницю, коли достатньо велика величина “кратера” різьби не допускає переповнення профіля. Це дає можливість збільшити висоту профіля різьби і площу контакту, а також розши- рити допуск на отвір в деталі. Як результат маємо підвищення міцності з’єднання і надійності процесу складання.Документ Відкритий доступ Опір втомі металевих конструкційних матеріалів та його взаємозв’язок зі змінами стану тонких поверхневих шарів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Погребняк, А.Д.; Касперська, В.В.У роботі розглядається встановлений чіткий взаємозв’язок опору втомі ряду конструкційних матеріалів і процесів, що відбуваються в їх тонких поверхневих шарах. Дослідження втоми зразків проводилися в широкому діапазоні зміни температур і амплітуд циклічних напружень в умовах одновісного розтягу-стиску з одночасним виміром товщини зміцненого поверхневого шару методом мікротвердості. На основі експериментальних досліджень втоми металевих конструкцій- них матеріалів, використовуючи при цьому метод мікротвердості, встановлено закономірності зміцнення (знеміцнення) їх поверхневого шару в залежності від рівня амплітуди багатоциклового навантаження і температури. Розроблено і апробовано методику прискореного визначення межі втоми конструкційних матеріалів на підставі визначення мікротвердості під час циклічного навантаження. Встановлено залежність формованої зміцненої плівки поверхневого шару від рівня пластичності матеріалу – чим більше його пластичність, тим товще зміцнена плівка, що утворюється. Зі збільшенням амплітуди циклічного навантаження товщина зміцненого поверхневого шару зменшується.Документ Відкритий доступ Розрахунково-експериментальна методика визначення модуля пружності пористих покриттів на підкладці при згинанні. Частина 1. Теоретичні основи(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Димань, М.М.; Молтасов, А.В.; Калюжний, С.М.Метою даної роботи є розробка розрахунково-експериментальної методики визначення модуля пружності од- ного з шарів двошарового бруса прямокутного поперечного перерізу при згинанні за умови, що модуль пружності іншого шару відомий. У представленій частині роботи із застосуванням формул переходу відносно паралельних осей отримано математичний вираз для визначення згинальної жорсткості двошарового прямокутного перерізу, який не включає відстані від центрів ваги перерізів шарів до зведеного центру ваги всього перерізу, які, в свою чергу, залежать від модулів пружності шарів. Наявність такого виразу дала змогу в замкненій формі скласти алгебраїчне рівняння, в якому в якості невідомого може виступати модуль пружності одного з шарів. В результаті було встановлено математичний зв’язок невідомого модуля пружності з відомим модулем пружності іншого шару, геометричними розмірами шарів та згинальною жорсткістю всього перерізу, яку слід визначати експериментально.Документ Відкритий доступ Методи визначення допустимого ухилу місцевості для безпечної експлуатації спеціалізованої техніки під дією нестаціонарного навантаження(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Мачуга, О.С.; Борис, М.М.; Луста, Ю.Р.Експлуатація сучасного високотехнологічного обладнання потребує чіткого окреслення безпечних умов для його роботи. У значній мірі це стосується машин, які переміщуються і працюють на необробленій ґрунтовій поверхні: лісова техніка, сільськогосподарська техніка, дорожньо-будівельні машини, військова техніка тощо. Асиметричність розташування робочих органів, робота на поверхнях з боковим ухилом, нестаціонарна взаємодія з робочим середовищем – ось чинники, які посилюють експлуатаційні ризики. Мета даного дослідження полягає у встановленні меж безпечної експлуатації спеціалізованих машин, що працюють на необробленій поверхні, що має ухил до горизонту. В роботі розглянено методи визначення безпечних ухилів для окресленої вище техніки в умовах її нестаціонарної взаємодії з предметом праці. Зокрема визначаються небезпечні ухили місцевості, які можуть спричинити перекидання машини чи бокового скочування. Реалізація поставленої мети досягається шляхом будування математичної моделі та відповідних розрахункових схем, які охоплюють обидві можливості втрати стійкості. Збудовано графіки для відображення граничних ухилів з огляду перекидання та сковзання машини на ухилі для заданих експлуатаційних навантажень. Інтегральна характеристика граничного значення ухилу охоплює обидва вказаних вище ризиків. Застосування запропонованих методів проілюстровано розрахунком безпечного ухилу для ведення вогню танками для різних кутів відхилення гармати від поверхні руху на ухилі та від типу ґрунтової поверхні руху. Отримано наступні результати: розроблено методи розрахунку допустимих ухилів для можливості експлуатації на них спеціалізованих машин із урахуванням ґрунтових умов, а також продемонстровано застосування підходу для випадку військової техніки. Використання вказаних результатів є необхідним чинником для впровадження у проєктування технологічних процесів для спеціалізованих машин з огляду на мінімізацію експлуатаційних ризиків.Документ Відкритий доступ Substitution of equations for evaluation of energy consumption in rotor-stator mixers(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Seminskyi, O.O.In the presented publication, an attempt to develop the theory of mixing by considering rotor-stator mixers from the standpoint of mechanical mixing devices was made. The results of the research on energy consumption are given in the form of analytically substituted expressions for determining power and pressure difference as well as a flow rate in a stage of rotor-stator mixer composed of a pair of the perforated rotor and stator elements with a gap between them, depending on the features of the design, dynamic characteristics of the rotor and flows. The interrelationships between power, pressure difference, and flow rate in the stages of rotor-stator mixers are established. This makes it possible to define the characteristics of mixers, carry out their calculations and reasonably accept the rational design and processing parameters. The peculiarities of the components in obtained equations are indicated. Partial cases of the equations for power consumption in stages of rotor-stator-mixers operated in pulse and impulse modes are considered. The invariant form of obtained equations would help to ease the scaling of rotor-stator mixers.Документ Відкритий доступ Semi-analytical implicit direct time integration scheme on example of 1-D wave propagation problem(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Orynyak, I.V.; Mazuryk, R.; Tsybulskyi, V.The most common approach in dynamic analysis of engineering structures and physical phenomenas consists in finite element discretization and mathematical formulation with subsequent application of direct time integration schemes. The space interpolation functions are usually the same as in static analysis. Here on example of 1-D wave propagation problem the original implicit scheme is proposed, which contains the time interval value explicitly in space interpolation function as results of analytical solution of differ- ential equation for considered moment of time. The displacements (solution) at two previous moments of time are approximated as polynomial functions of position and accounted for as particular solutions of the differential equation. The scheme demonstrates the perfect predictable properties as to dispersion and dissipation. The crucial scheme parameter is the time interval – the lesser the interval the more correct results are obtained. Two other parameters of the scheme – space interval and the degree of polynomial approximation have minimal impact on the general behavior of solution and have influence on small zone near the front of the wave.