Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 6, No. 3
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Тренди світового ринку матеріалообробного обладнання в 2002–2021 рр.(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Гнатуш, В.А.Світова машинобудівна галузь є важливим компонентом світової економіки. Виробництво матеріалообробних верстатів за новітніми технологіями сприяє подальшому підвищенню ефективності світової промисловості та якості продукції. Просування новітніх моделей верстатів на ринки країн світу сприяє гармонізації їх розвитку. Тому актуальним є проведення аналізу статистичних даних, технічних та економічних оглядів стосовно світового ринку матеріалообробних верстатів за 2002–2021 рр. в розрізі країн та компаній, а також виявлення торгівельних трендів в короткотерміновій перспективі. Показано, що світовий експорт матеріалообробного обладнання впродовж 2002–2021 рр. характеризується нестабільністю. Якщо впродовж 2002–2012 рр. середньорічний темп зростання вартості (CAGR) експорту даних товарів становив 9,1%, то в період з 2012 по 2021 р. він зменшився до -2,4%. Серед п’яти товарних груп верстатів тільки експорт товарів групи “Верстати для обробки за допомогою фізичних і хімічних методів” впродовж 2002–2021 рр. характеризується позитивним середньорічним темпом зростання в 3,8% CAGR. За результатами 2021 р. трійку лідерів експортерів матеріалообробних верстатів з використанням електрофізикохімічних методів сформували Китай (частка 18,8%), Японія (16,6%) та Німеччина (15,0%). Найбільшими експортерами металообробних центрів в 2021 р. були Японія (частка 30,5%), Німеччина (20,4%) і Тайвань (10,0%). Лідерами світового експорту металорізальних токарних верстатів в 2021р. були Японія (частка 22,0%), Німеччина (13,3%) та Республіка Корея (11,3%), які разом забезпечили 46,6% світових продажів. За результатами 2021р. лідерами ринку металорізальних верстатів (фрезерні, свердлильні тощо) є Німеччина (частка 19,9%), Італія (13,2%) та Китай (12,6%), а їх спільна частка становить 45,7%. На світовому ринку шліфувальних верстатів домінують компанії Німеччини (22,3%), Японії (14,8%.) та Швейцарії (14.1%). За підсумками 2021р. найбільшими експортерами стругальних верстатів були Німеччина (частка 29,1%), Китай (16,6%) та Японія (9,8%), що разом складає 55,5% вартості світового експорту. Вочевидь подальший тренд розвитку ринку матеріалообробних верстатів, як і глобальної економіки, буде визначатись результатами завершення пандемії COVID-19 та російсько-української війни.Документ Відкритий доступ Застосування лазерного термоциклування для підвищення якості плазмових зносостійких покриттів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Головко, Л.Ф.; Кагляк, О.Д.; Романенко, В.В.; Блощицин, М.С.Cтаття покликана розкрити запропонований, розроблений та досліджений новий спосіб підвищення якості міцності зчеплення плазмових зносостійких покриттів на зовнішніх поверхнях зброї, виготовленої із високолегованих, жароміцних сталей, застосуванням додаткового циклічного (3–4)-х кратного їх нагрівання лазерним випроміненням до температур 0,6–0,8 Тпл протягом кількох мілісекунд. Підвищення ресурсу використання і якості зовнішнього вигляду зброї нанесенням на її зовнішні поверхні зносостійких покриттів з підвищеною міцністю зчеплення з основою застосуванням плазмового газотермічного напилення з наступним лазерним їх термоциклуванням. Визначення основних фактори і параметрів процесу лазерного термоциклування плазмових покриттів, їх взаємозв’язків, розробка алгоритму визначення умов лазерного термоциклуванням, встановлення математичним моделюванням і експериментальними дослідженнями раціональної області їх значень. Наведено результати математичного моделювання лазерного циклічного нагрівання плазмових покриттів ХТН різної товщини, що дозволяє визначати параметри опромінення, які забезпечують їх нагрівання до температур на границі “покриття– основа” ≤ 1000ºС, на поверхні – до Т < Тпл, при максимальних швидкостях охолодження. Доведено, що лазерне термоциклування забезпечує підвищення міцності зчеплення покриттів з основою з 14–18 до 90–110 МПа, зменшення пористості з 10–12% до 7–8%, що обумовлено перерозподілом легуючих складових на межі “покриття–основа”, з утворенням між ними елементів металургійного зв’язку, сприяє значному збільшенню зносостійкості і зниженню коефіцієнту тертя внаслідок утворення вторинних ультрадисперсних плівкових структур. Вважаємо лазерне термоциклування плазмових покриттів ефективним способом підвищення їх якості і міцності зчеплення з основою.Документ Відкритий доступ Using the functional approach in the development of hybrid processes in engineering: practical aspects(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Salenko, A.F.; Klimenko, S.A.; Orel, V.N.; Kholodny, V.Yu.; Gavrushkevich, N.V.The principles of creating hybrid processing processes based on the functional approach are given. The base of this approach, its theoretical aspects are given in the first part of the article. The practical application of the approaches is reflected in specific scientific and technical problems in the problem of high-quality cleaning of the surface from various adhesive coatings, the use of methods for obtaining holes and perforations in workpieces from metals and composite materials, as well as in the problem of contour cutting of plates from super hard sintered materials. It is shown that the use of a functionally oriented approach makes it possible to identify such combinations of force and energy effects that make it possible to process even those materials that are considered difficult to process or not machinable. The combination of actions that are heterogeneous in nature into one instrumental effect also allows for a new way of shaping the performed holes. At the same time, the properties of the workpiece have a much smaller effect on the parameters of the obtained surfaces than with traditional processing Samples of cleaned surfaces, cuts of super hard materials, holes in honeycomb systems of aerospace engineering are presented.Документ Відкритий доступ Структура внутрішніх потоків в’язкої рідини у резервуарах з демпфуючими перегородками(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Ковальов, В.А.; Ченьюй, ВейСучасні рухомі об’єкти, що містять великі об’єми рідини потребують забезпечення стійкості на траєкторії руху, надійності керування при маневрах, а також можливості прогнозування та запобігання екстремальним умовам руху. У поданій статті наводяться оглядові матеріали, присвячені результатам дослідження інерційних течій в’язкої нестисливої рідини у резервуарах з внутрішніми демпфуючими перегородками. З метою силового впливу на резонансні збудження з боку рідини та компенсації нестійкостей рухомих об’єктів проводиться аналіз та проектування раціональних конструкцій засобів впливу на течії. Серед найбільш ефективних засобів демпфування слід зазначити жорсткі внутрішні перегородки різних конструкцій, встановлені у резервуарах у найбільш ймовірних областях, де можуть виникати нестійкості та джерела збудження резонансних рухів рідини. Плоскі жорсткі перегородки, профільні проникні демпфуючі поверхні, перфоровані та утримуючі елементи, заневолювачі рідини за рахунок сил поверхневого натягу тощо, потребують всебічного та детального вивчення та аналізу.Документ Відкритий доступ Гаряче видавлювання із високовуглецевої сталі конусних порожнистих виробів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Калюжний, В.Л.; Алієва, Л.І.; Ярмоленко, O.С.; Ситник, С.В.Робота присвячена дослідженню нового способу гарячого прямого-зворотного видавлювання пустотілих конічних виробів з високовуглецевої сталі і встановлення параметрів для проектування технології. Розглянутий спосіб дозволяє отримувати за один перехід пустотілі вироби з різною товщиною стінки по висоті, при чому товщина стінки у верхній частині виробу може бути більшою за товщину у донній частині. Моделюванням з використанням методу скінченних елементів визначені розміри вихідної заготовки, які забезпечують одночасну течію металу в прямому та зворотному напрямках в процесі формоутворення виробу, що знижує зусилля деформування. Застосування такого способу також призводить до зменшення розігріву деформуючого інструменту завдяки зменшенню площі контакту здеформованої заготовки з інструментом. Визначена швидкість деформування для забезпечення температурного інтервалу видавлювання. Встановлені залежності зусилля видавлювання, виймання пуансона з здеформованої заготовки, виштовхування виробу з матриці від переміщення відповідного інструменту. Знайдені кінцеві форма та розміри виробу з розподілом температури і деформацій. Для максимальної величини зусилля видавлювання виявлені розподіли питомих зусиль на контактуючи поверхнях пуансона, матриці, виштовхувача і напруження по об’єму здеформованої заготовки. По отриманим даним може бути розроблена технологія прямого-зворотного видавлювання і реалізована на універсальному пресовому обладнанні, яка має високу продуктивність за рахунок зменшення кількості переходів штампування. Приведена конструкції штампу з примусовим охолодженням матриці для видавлювання виробів конкретних розмірів.Документ Відкритий доступ Аналіз наявних даних та оцінка енергоємності процесів механічної обробки(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Лавріненко, В.І.; Солод, В.Ю.Питанням енергоефективності процесів механічної обробки приділяється увага вже протягом останніх 50 років. Пов’язане це з тим, що у порівнянні із іншими галузями промисловості металургія і машинобудування вирізняються високим рівнем енергоємності продукції. Мета дослідження. Аналіз наявних у літературі показників енергетичних витрат процесів обробки і визначення узгоджених даних з цих показників. Методика реалізації. Встановлення аналітичної залежності для розрахунку питомої енергоємності алмазно-абразивної обробки кругами з надтвердих матеріалів з урахуванням зв’язку між енергією шліфування і енергією, необхідною для плавлення обробного матеріалу. Визначено, що енергія різання матеріалу під час стружкоутворення наближається до енергії, необхідної для плавлення металу, а надлишкова величина витраченої енергії шліфування витрачається на тертя між стружкою та шліфувальним кругом. Показано, що в літературі є дані по енергоємності різних обробок: точіння – 2 кДж/см3, фрезерування – 9 кДж/см3, шліфування – 60 кДж/см3, електроіскрова обробка – 3000 кДж/см3. Разом з тим, питома енергоємність шліфування сталі – 60 кДж/см3. А питома теплота плавлення сталі – 0,64 кДж/см3. А відтак, при шліфуванні в сталь закачується в 100 раз більше тепла, аніж це треба для її розплавлення. Тобто наявне протиріччя. Для пошуку шляхів вирішення цього протиріччя більш вірним є оцінювати питому енергоємність алмазно-абразивної обробки кругами з надтвердих матеріалів через додаткове врахування, окрім продуктивності і ефективної потужності обробки, зношуваності при цьому абразивного шару кругу.Документ Відкритий доступ Вплив магнітно-абразивного оброблення на характеристики поверхневого шару плоских деталей(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Буріков, О.О.; Майборода, В.С.; Джулій, Д.Ю.В роботі представлено дослідження впливу процесу магнітно-абразивного оброблення (МАО) на характеристики поверхневих шарів плоских поверхонь деталей із феромагнітного матеріалу У9 при обробленні торцевими головками на базі високопотужних постійних магнітів, що формують магнітно-абразивний інструмент типу “щітка”. Для оцінки впливу процесу магнітно-абразивного оброблення на поверхневий шар проаналізовано параметри поверхневої твердості після оброблення дослідних зразків різними порошками та за різних режимів. Досліджено ступінь впливу МАО на поверхню як за твердістю поверхневого шару, так і за деформацією дослідних зразків за рахунок стискаючих залишкових напружень, що вини- кають в результаті оброблення. Оцінку стану поверхневого шару виконували за зміною твердості після оброблення, величиною ступеню наклепу, в деякій мірі за параметрами шорсткості. Контроль зміни внутрішніх залишкових напружень, що формуються в поверхневих шарах дослідних зразків внаслідок взаємодії частинок порошку із поверхнею під час оброблення виконували по ступеню їх деформування після МАО. Виявлено, що внаслідок МАО у приповерхневому шарі матеріалу зразків виникають внутрішні стискаючі напруження, які становлять 30–100 МПа, при цьому величина напружень змінювалась за оберненою залежністю, тобто при збільшенні величини робочого зазору в переважній більшості випадків спостерігалось зменшення величини напружень. Показано, що глибина зміцненого шару при різних умовах оброблення становить до 200 мкм і більше, а коефіцієнт зміцнення варіюється в межах від 10 до 40%.Документ Відкритий доступ Modern normative and technical support of complex technical systems projects(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Kryvova, S.; Zubanyov, O.; Zvorykin, C.; Trubachev, S.It is considered relevant to assess the potential of modern normative and technical support for programs/ life cycle projects of complex technical systems, which is based on system, process and project approaches, as well as on risk-oriented thinking, which is an integral condition for achieving (maintaining) competitiveness not only of products produced by the organization, but also the competitiveness of the organization itself. To develop the procedure for evaluation of expediency of normative and technical documentation use in the field of project management and system engineering as a basis for the development of enterprise standards for science-intensive products life cycle ensuring. For the analysis of the existing array of information materials for this problem, such criteria were proposed and substantiated, which allowed to perform a criterion analysis, involving a comprehensive analysis of the information material content, identification of criteria significant for the organization, and subsequent expert evaluation of sources of scientific and technical information. According to the results of the criterion analysis of the array of normative and technical documents that can be used by the domestic science-intensive sector of industry, the concepts of building of the programs/projects life cycle for the life cycle of complex technical systems were determined and recommended depending on the nature of the organizations’ activities. The approach proposed allows to choose the basic concepts of normative documents as possible analogues for their use based upon the peculiarities of the enterprise’s activity and the specifics of the science-intensive product.Документ Відкритий доступ Використання методів ерозійної розмірної обробки для формоутворення трансверсальних кріпильних елементів з’єднаннях “метал-композит”(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Тараненко, I.М.При проектуванні високонавантажених агрегатів інженерних об’єктів, особливо таких як вироби аерокосмічної техніки, постає проблема створення надійних з’єднань між металевими та композитними деталями, що мають наперед задану міцність та здатність виконувати покладені на них функції. У якості мети дослідження обрано розробку та обґрунтування вибору конструктивно-технологічних рішень з’єднань “метал-композит” за допомогою трансверсальних кріпильних елементів. У якості об’єкта дослідження розглядаються можливі конструктивно-технологічні рішення з’єднань “метал-композит”, що використовують трансверсальні кріпильні елементи, які впроваджуються у композит та закріпляються або виготовляються на поверхні металевої деталі. Розглянуто три типи кріпильних мікроелементів – пірамідальні монолітні, циліндричні та листові, а також різні технології їх формоутворення. Для цих трьох типів мікроштифтів було оцінено масу типової пласкої деталі з мікроштифтамі при зафіксованій несучій здатності метало-композитного з’єднання. У якості результатів дослідження отримано такі кількісні показники технологічності як трудомісткість виготовлення кріпильних елементів та витрати енергії при їх формоутворенні. Запропоновано підхід щодо порівняння методів формоутворення кріпильних мікроелементів на основі аналізу відповідних кількісних питомих показників трудомісткості їх виготовлення та енерговитрат. Порівняно кількісні показники процесів виготовлення мікроштифтів з алюмінієвих, титанових сплавів та нержавіючої сталі. Відмінною рисою запропонованої моделі аналізу є врахування як основних та допоміжних операцій, що впливають та трудомісткість та тривалість процесу виготовлення. Процес класичного фрезерування за допомогою циліндричних та дискових фрез порівняно з досить продуктивними сучасними методами електроерозійного різання дротом. У якості висновків сформульовано рекомендації щодо використання форми, типу та схемі розташування мікроштифтів та конкретного техпроцесу їх виготовлення при обраному матеріалі.Документ Відкритий доступ Розрахунково-експериментальна методика визначення модуля пружності пористих покриттів на підкладці при згинанні. Частина 2. Експериментальні дослідження(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Димань, М.М.; Молтасов, А.В.; Калюжний, С.М.Як було зазначено у першій частині даної роботи, для визначення модуля пружності одного з шарів двошарового бруса при згинанні необхідно знати модуль пружності іншого шару та згинальну жорсткість всього перерізу. Тому метою представленої частини роботи є експериментальне встановлення зазначених характеристик зразків з покриттями прямокутного поперечного перерізу та підкладки без покриття при трьохточковому згинанні. Представлені результати експериментальних досліджень пружно-геометричних характеристик при згинанні зразків з покриттями зі сплавів ВТ1-00 та КТЦ-110, нанесеними на підкладку зі сплаву ВТ6 методом мікроплазмового напилення, з різним ступенем пористості. Проведені аналітичні розрахунки модуля пружності зазначених покриттів, результати яких дають змогу встановити загальні закономірності його зміни в залежності від їх ступеня пористості.Документ Відкритий доступ Кількісна оцінка властивостей структурних рішень електрогідравлічних позиційних приводів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Цян, Лі; Узунов, О.ВНа основі аналізу відомих електрогідравлічних приводів позиціонування наведено їх узагальнену схему, яка включає: блок управління, блок формування команди на вихід в задану позицію, виконавчий пристрій, датчик положення та блок постачання гідравлічної енергії. Визначено, що основна відмінність приводів полягає в блоці формування команд, структурні рішення якого ґрунтуються на чотирьох методах управління: аналогове управління подачею рідини по факту досягнення заданої позиції; дискретне управління часом подачі рідини по факту досягнення заданої позиції; дискретне управління часом подачі рідини по факту досягнення заданої фіксованої позиції; дискретне управління порційною подачею рідини з фактом досягнення заданої позиції. Для різних структурних рішень приводів виконано аналіз впливу основних параметрів на ефективність досягнення ними базових властивостей. Запропоновано кількісну оцінку, яка дозволила виявити взаємозв’язок між структурою і властивостями приводів. Отримані результати можуть бути використані при розробці нових ефективних позиційних приводів.Документ Відкритий доступ Визначення запасу міцності корпусу реактора АЕС з урахуванням ефекту теплового опресування(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Крищук, М.Г.; Іщенко, О.А.При довготривалій безпечній експлуатації атомних енергоблоків понад проєктного терміну експлуатації необхідно виконати розрахункове обґрунтування міцності та довговічності (статична міцність, міцності при циклічних та сейсмічних навантаженнях, опору крихкому руйнуванню (ОКР)) корпусу реактора (КР), як однієї з найбільш важливою конструкції АЕС. Як правило, за оцінкою крихкої міцності і визначається ресурс КР, тобто час його подальшої безпечної експлуатації. Мета даної роботи – оцінка ОКР КР, під час потенційного виникнення аварійних ситуацій (АС), з застосуванням українського підходу теплового опресування. Обчислені термогідродинамічні параметри при дії АС були застосовані для розрахунку напружено-деформованого стану розробленої скінчено-елементної (СЕ) моделі реакторної установки. Для дослідження обрано найбільш показові сценарії, в яких відбувається охолодження реактора при великому значенні тиску. В СЕ-моделі КР змодельовані тріщини для найбільш небезпечних його місць – зварних швів і патрубка. Представлені графіки розподілу коефіцієнту інтенсивності напружень (КІН) по фронту тріщини та від температури для найбільш небезпечного, з точки зору ОКР, сценарію. Умова крихкої міцності забезпечується і при експлуатації реакторної установки до 60 років, що більше ніж у 1,5 рази, ніж найстаріший енергоблок України типу ВВЕР-1000. Для деяких аварійних режимів теплове опресування дійсно суттєво збільшило запас міцності КР, але для найбільш небезпечних сценаріїв результати такі ж самі, як і без урахування теплового опресування.Документ Відкритий доступ Applications of randomly selected sets of exact Voight’s solutions for vibration of thin plates(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Orynyak, I.V.; Bai, Yu.P.; Kostiushko, I.A.The principally new method of selected exact solutions, SES, for plate vibration based on fundamental solutions of Voigt is suggested. In contrast to similar known methods, it employs the frequency dependent functions for both space coordinates. The sets of exact solutions which depends on some arbitrary chosen parameters are constructed. This allows to choose any number of exact solutions, while the required number of them depends on the boundary conditions which should satisfy in considered collocation points. The efficiency of method is demonstrated for the most unfavorable case of all sides clamped rectangular plate. Nevertheless, the accuracy is quite satisfactory for first six natural frequencies even for relatively small number of collocation boundary points, and testify about big prospects as to application for complex structures, different geometries, various boundary conditions. Additionally two variants of the Galerkin method are realized and compared. First one, employs the exponential functions, while the second one – the very popular beam functions. The calculation results show the superiority of first variant as in technical realization as in accuracy, and in further applications in structural mechanics.Документ Відкритий доступ Критерій граничного стану композиційних матеріалів(Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2022) Бобир, М.І.Розглянута проблема розрахункової оцінки граничного стану композиційних матеріалів (КМ) на рівні зародження макротріщини. Показано, що на сьогодні відсутній метод прогнозування стадії їх розсіяного руйнування з врахуванням анізотропії механічних властивостей, а також не обґрунтовано вибір параметра пошкоджуваності. Цей параметр дає мож- ливість інтегрально оцінювати деградацію КМ від дії термосилового експлуатаційного навантаження. Мета досліджень – вибір і обґрунтування критерію руйнування КМ з врахуванням параметрів пошкоджуваності та анізотропії. Використано феноменологічний підхід та основні положення термодинаміки незворотніх процесів і параметр пошкоджуваності Качанова-Работнова. Проведено порівняння двох енергетичних підходів, які базуються на гіпотезі додаткових напружень та термодинаміки незворотніх процесів. На основі проведеного комплексу експериментальних досліджень для про- порційних та непропорційних траєкторій циклічного навантаження в умовах плоского напруженого стану встановлено їх рівноцінність у використанні. Показано, що для розрахунку довговічності елементів конструкцій необхідно враховувати порогове значення параметра пошкоджуваності на рівні границі витривалості КМ. Встановлені закономірності кінетики накопичення пошкоджень в залежності від виду напруженого стану та граничної пластичності матеріалу. Для металічних матеріалів основними напрямками накопичення розсіяних руйнувань є напрямки дії максимальних нормальних напружень. Для КМ необхідно враховувати дію дотичних компонентів тензора напружень. Описано модифікований критерій Мізеса для стадії руйнування в ефективних напруженнях. Показана методика отримання параметрів пропонованого критерія. Встановлено, що значення параметра пошкоджуваності практично не залежить від рівня пружно-пластичного деформування. Це дає можливість зменшити кількість базових експериментів для використання критерію руйнування на стадії зародження макротріщини. Показано, що використання концепції пошкоджуваності дає можливість суттєво уточнити критерій для анізотропного матеріалу.