Вісник № 02. Динаміка і міцність машин

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/50536

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 13 з 13

Physical and geometrical nonlinear forced oscillations of beams
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Breslavsky, Dmytro Vasylovych; Palamarchuk, Pavlo Igorovych
The paper presents a calculation method and the results of modeling the nonlinear forced planar oscillations of a beam. The calculation approach is based on the method of weighted residuals in the Galerkin form in combination with numerical methods of integration over time. A sequential analysis of elastic linear and geometrically nonlinear oscillations is performed and the case of irreversible deformation due to the occurrence of physically nonlinear creep strains is considered. To describe it, the Norton power law is used. Cases of hinge supported and a cantilever beam are considered. When solving the problem of a hinge supported beam, the sine system was used as the basis functions, and the Krylov functions were used for the cantilever beam’s problem. The results of numerical modeling are presented in the form of the dependence of the beam deflections on time and on the coordinate at a given point in time. The influence of geometric nonlinearity is demonstrated. The increase in deflection with time due to an increase in creep strains is analyzed.
Pre-fracture zone modeling for an interface crack in an isotropic bimaterial
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Mykhail, Oleksandr; Loboda, Volodymyr
An interface crack in an infinite bimaterial space under remote combining loading is considered. The complex potentials approach is applied and an exact analytical solution of this problem is presented. To remove the oscillating singularities which occur in this solution a model based on the introduction of the shear stress pre-fracture zones at the crack tips is suggested. In the framework of this assumption the nonhomogeneous combined Dirichlet-Riemann boundary value problem with the conditions at infinity is formulated and its analytical solution is presented. The length of this zone is found from the condition of restriction of the shear stress at the end point of the zone. In this case the shear stress becomes finite in the right hand side of the pre-fracture zone while the normal stress has a square root singularity at the crack tip. The energy release rates (ERR) at the crack tip and also along the pre-fracture zone are found and their total values are compared the ERR of the classical model. For the case of a similar problem, but for finite sized body the finite element method is applied. The crack length is assumed to be much smaller then characteristic body size. The finite element net with two levels of concentration is constructed. The first level provides the uniform concentration from the boundaries of the body to the crack and the second level assumes the similar concentration at the singular points of the pre-fracture zone. The different values of the shear stress in the pre-fracture zone are considered and the local ERR at the singular points as well as the global energy release rate is found. It is shown that for different values of the mentioned shear stress the global energy release rate remains almost invariable and is in a a good agreement with the analytical solution.
Алгоритм компенсации возмущений ходьбы двуного робота решением обратной задачи кинематики
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Андреев, Юрий Михайлович
Предложен алгоритм определения законов движения звеньев нижних конечностей двуного робота при ходьбе по заданным ее характеристикам – длине и высоте шага, скорости движения, размерам стоп, кинематической модели конечностей, инерционным характеристикам всех звеньев. Сначала проектируется положение опорного полигона в процессе ходьбы, по нему определяется закон движения ZMP. Путем разложения в ряд Фурье решения дифференциальных уравнений, связывающих координаты ZMP и COM, находится закон движения последнего. На этой основе методом Ньютона решается обратная задача кинематики для получения законов движения звеньев робота. Быстродействие алгоритма оценивается использованием его для построения компенсирующих воздействий во время ходьбы для поддержания динамического равновесия.
Аналіз впливу параметричного резонансу на рух тракторної цистерни при транспортуванні рідкого вантажу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Кожушко, Андрій Павлович; Григор'єв, Олександр Львович
Моделюється процес транспортування рідкого вантажу в баку або цистерні при наявності поверхні розділу між рідиною і газом. Коливання стінок призводять до перетікання вздовж вільної поверхні і перерозподілу маси рідини в цистерні. Показано, що при несприятливих умовах пов'язані вертикальні і горизонтальні коливання рідини призводять до виникнення параметричного резонансу. Формулюються принципи і призначаються етапи розробки нової математичної моделі, здатної досліджувати процес транспортування рідкого вантажу з урахуванням основних лінійних і нелінійних зв'язків між параметрами руху, а також можливістю появи резонансів. При описі коливань рідини використовується дискретна модель парціальних осциляторів, в яку внесено ряд допустимих спрощень. Прийняті принципи використані для дослідження поздовжніх і поперечних коливань трактора, який на причепі перевозить цистерну з рідиною. Виконано розрахункове дослідження зміни параметрів руху транспортного засобу в околиці параметричного резонансу.
Аналітичний розв'язок задачі вільних коливань квадратично нелінійного осцилятора з сухим тертям
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Ольшанський, Василь Павлович; Сліпченко, Максим Володимирович; Спольнік, Олександр Іванович
Елементи конструкцій при експлуатації можуть піддаватись динамічним навантаженням, що призводить до виникнення коливань, які можуть привести до небезпечних станів. Дисипативні коливання є небезпечними за несиметрії характеристики пружності. В даній роботі описано вільні затухаючі коливання дисипативного осцилятора з несиметричною квадратично нелінійною характеристикою пружності, при наявності сухого тертя Кулона. Метою дослідження є виведення точних формул для обчислення переміщень осцилятора в часі та визначення розмахів коливань і тривалостей напівциклів, які залежать від амплітуд із-за нелінійності системи. Перший інтеграл рівняння руху виражено в елементарних функціях, а другий – в еліптичних функціях Якобі. З першим інтегралом пов’язано обчислення розмахів коливань, а з другим – переміщення осцилятора в часі. Показано, що із-за несиметрії пружної характеристики процес вільних коливань залежить від того в який бік було надано стартове відхилення системі від положення статичної рівноваги. Тривалості напівциклів виражено через повні еліптичні інтеграли першого роду. Одержаний розв'язок зберігає форму і при відсутності в системі сухого тертя, коли система консервативна, а розмахи коливань у бік протилежний початковому відхиленню можуть бути більші ніж початкове відхилення. Виведені формули для першого циклу коливань легко поширити на любий цикл коливань. Запропоновано компактну наближену формулу для обчислення значень еліптичного синуса. Проведено порівняння переміщень, одержаних з її використанням в аналітичних розв’язках і чисельним інтегруванням вихідного диференціального рівняння на комп’ютері. Одержано гарну узгодженість результатів розрахунку двома способами, чим підтверджена вірогідність формул. Їх практична реалізація потребує обчислень повних еліптичних інтегралів першого роду, що не складно здійснювати інтерполяцією табличних даних, що надруковані в багатьох виданнях із спеціальних функцій.
Дмитро Васильович Бреславський – видатний вчений – механік (До 60-річчя з дня народження)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Морачковський, Олег Костянтинович
У статті міститься нарис про видатного вченого – механіка, доктора технічних наук, професора Дмитра Васильовича Бреславського. Надано коротке викладення основних наукових результатів, що їх отримано Д.В. Бреславським у різних розділах інформатики та керування польотами, механіки: теорії повзучості, континуальній механіці пошкоджуваності, теорії пластин та оболонок. Наведено опис наукового шляху Дмитра Васильовича Бреславського з студентських лав до наукового керівництва аспірантами та докторантами, а також наведено шлях адміністратора, керівника кафедри та факультету. Викладені наукові досягнення у міжнародному співробітництві з Магдебурзьким університетом ім. Отто фон Гьоріке та університетом ім. Мартіна Лютера у м. Галле, Німеччина, а також співробітництві з підприємствами та інститутуами України. Наведено опис виконаних прикладних досліджень приладів, техніки, машин та конструкцій. У статті містяться основні наукові публікації професора, доктора наук Дмитра Васильовича Бреславського.
Дослідження НДС лопаті низьконапірної поворотно-лопатевої гідротурбіни
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Райваховський, Микола Юрійович; Андрєєв, Арнольд Георгійович
В ході цього дослідження розробляється та оптимізується програмне забезпечення для аналізу напружено-деформованого стану лопаті низьконапірної поворотно-лопатевої гідротурбіни. Аналізується математична модель, згідно з якою лопать, яка насправді є пологою оболонкою і закріплена частково, замінюється пластиною змінної жорсткості, що представляє в плані кільцевий сектор з затисненим внутрішнім дуговим краєм. В ході дослідження розроблено прикладне програмне забезпечення, яке дозволяє за допомогою варіаційного методу Рітца проводити дослідження напружено-деформованого стану різних лопатей в залежності від їх геометричних і механічних параметрів, а також зовнішніх навантажень. Геометричними параметрами лопаті є: внутрішній і зовнішній радіуси кільцевого сектора, кут кільцевого сектора, максимальна товщина лопаті і інтерполяційна сітка для знаходження відносних товщин лопаті. Механічними параметрами є модуль Юнга і коефіцієнт Пуассона матеріалу, з якого виготовлена лопать, навантаження приймається рівномірно розподіленим. Оскільки товщина лопаті змінна, вхідними даними є відносні товщини лопаті в різних точках. Для обчислення проміжних значень застосовуються білінійна інтерполяція і інтерполяція Лагранжа 9-ї степені. Аналізується точність і обчислювальна складність методів чисельного інтегрування, а саме інтерполяція підінтегральної функції поліномом з подальшим аналітичним обчисленням і використання квадратурної формули, отриманої в результаті повторного інтегрування із застосуванням формули Сімпсона. На підставі порівняння результатів робиться висновок про доцільність застосування поліноміальної інтерполяції з подальшим аналітичним розв’язком. За допомогою розробленого програмного комплексу проводиться розрахунок напружено-деформованого стану пластини, яка апроксимує реальну модель лопаті ЛМЗ (ПЛ510), результати якого порівнюються з експериментальними даними. Здійснюється аналіз декількох конфігурацій лопаті.
Ефективність елементарних неунітарних перетворень в поєднанні з віртуальними матрицями в організації обчислень матричної алгебри
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Грищенко, Володимир Миколайович
Сучасні прикладні задачі матричної алгебри потребують алгоритмів ефективної та надійної роботи з великою кількістю рівнянь. Ціль таких алгоритмів полягає в перетворенні цих рівнянь з широким діапазоном чисельних значень їх коефіцієнтів. Перетворення спрямовані на спрощення форми матриць з метою надання їм однієї з канонічних. Розроблено багато чисельних методів, схем, алгоритмів для досягнення цих цілей. На якість результатів перетворень безумовно впливає не лише сам метод а також і порядок виконання окремих операцій. В даній роботі запропоновано прийнятний ( на наш погляд ) варіант роботи з відомими методами та схему їх застосування коли пріоритетні для обчислень питання точності та стійкості, економії оперативної пам’яті та раціональної кількості операцій узгоджуються між собою. Базовою в цих перетвореннях прийнята елементарна неунітарна матриця. Для обмеження безконтрольного росту коефіцієнтів призначено певний порядок операцій з використанням Virtual матриць, в основі яких управління перестановками рядків / стовбців. Ланцюги перетворень з використанням елементарних матриць формують циклічні процеси та можуть бути універсальними. В роботі наведені приклади використання запропонованих схем для двох важливих типових матричних перетворень.
Исследование качественных показателей зубчатых передач со сложным неэвольвентным профилем боковых поверхностей зубьев
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Третяк, Татьяна Евгеньевна; Мироненко, Александр Леонидович; Мироненко, Сергей Александрович
В статье обоснована актуальность исследования зубчатых передач со сложным неэвольвентным профилем боковых поверхностей зубьев, которые в ряде областей применения имеют преимущества перед эвольвентными зубчатыми передачами и лишены некоторых их недостатков, связанных с качественными показателями. Описана методика получения сопрягаемых поверхностей зубьев неэвольвентных зубчатых колес как огибающих заданных поверхностей зубьев инструментов. Предложена схема формообразования пар неэвольвентных зубчатых колес, из которых может быть составлено зубчатое зацепление. Показано, что для получения сопрягаемых поверхностей зубьев двух неэвольвентных зубчатых колес могут быть использованы две инструментальные рейки с профилями боковых поверхностей зубьев, обратными по отношению друг к другу. В качестве нелинейного профиля боковой поверхности зуба инструментальной рейки рассматривается некоторый участок одной из моделируемых плоских кинематических кривых. Дано описание программы, которая позволяет рассчитывать геометрические характеристики формообразуемых профилей колес зубчатой пары, визуализировать процесс формообразования, а также определять качественные показатели зубчатого зацепления. Тем самым созданы предпосылки для выбора из полученного в результате геометрического моделирования поля кривых таких профилей зубьев инструментов, которые бы обеспечивали наиболее рациональное сочетание профилей зубьев обработанных ими зубчатых колес и требуемые качественные показатели зубчатого зацепления. Представлены результаты исследования коэффициента давления между зубьями зубчатой передачи и коэффициента перекрытия зубчатого зацепления при выборе формы профилей зубьев. Проведены серии численных экспериментов для зубчатых зацеплений, образованных парами инструментальных реек с различными профилями боковых поверхностей зубьев - прямолинейными, выпуклым и вогнутым, а также выпукло-вогнутыми. Показано, что неэвольвентные зубчатые зацепления могут иметь большие приведенные радиусы кривизны (и вследствие этого меньшие коэффициенты давления) в точках касания профилей по сравнению с эвольвентными зацеплениями при незначительном увеличении или уменьшении коэффициента перекрытия зубчатого зацепления. Наиболее предпочтительным представляется вариант реек с выпуклым и вогнутым профилями зубьев, обеспечивающий лучшие значения обоих качественных показателей зацепления.
Методика визначення сил, які діють на частини тіла людини, при різних спортивних рухах
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Адашевський, Володимир Михайлович; Лавінський, Денис Володимирович
У статті розглядаються питання щодо визначення та аналізу сил, які діють на частини біомеханічної системи, за допомогою якої моделюється тіло людини-спортсмена із урахуванням особливостей певного виду спортивного руху. Застосовується твердотільне моделювання, задача розглядається у квазістаціонарному наближенні. Наведені основні типи сил, які діють на частини тіла спортсмена при різних видах рухів. Представлено загальний підхід до визначення положення центру ваги із метою коректного введення сил ваги у розрахункову схему. Надано теоретичні рекомендації щодо визначення сил взаємодії, які виникають у суглобах тіла людини. Наведена загальна методика із визначення сил реакцій опор та сил взаємодії поміж частинами моделі. Розглянуто розрахункову схему із визначення реакцій опор та сил взаємодії поміж частинами тіла людини для пози з певного виду спорту у рамках плоскої постановки задачі. Із застосуванням програмного комплексу КіДиМ проведене чисельне моделювання та визначені реакції опор для однієї конфігурації тіла людини.
Моделювання амплітудно-частотної характеристики процесу фрикційного зміцнення плоских поверхонь деталей машин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Гурей, Володимир Ігорович
Фрикційна обробка відноситься до методів поверхневого зміцнення з використанням висококонцентрованих джерел енергії, у процесі якої формується поверхневий зміцнений шар з нанокристалічною структурою. Висококонцентроване джерело енергії утворюється у зоні контакту інструмент-деталь за рахунок високошвидкісного тертя (60-90 м/с) інструменту по оброблювальній поверхні. На робочій поверхні інструменту сформовані поперечні пази, ширина яких забезпечує повний вихід інструменту з контакту з оброблювальною поверхнею. Процес фрикційної обробки перервний. Розроблено розрахункову схему пружної системи верстата, побудовано її математичну модель для дослідження динамічних процесів, які проходять під час фрикційної обробки плоских поверхонь. Отримано амплітудно-частотну характеристику процесу обробки. Визначено параметри системи, при яких можливий резонанс. Розроблено рекомендації щодо вибору кількості пазів на робочій поверхні інструменту, які впливають на параметри і характеристики зміцненого шару.
Расчеты систем виброизоляции средствами ССКА КиДиМ в нелинейной постановке
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Андреев, Юрий Михайлович; Ларин, Андрей Алексеевич; Чистилина, Анна Викторовна; Иванченко, Ксения Викторовна
В работе рассматривается задача виброизоляции прибора, установленного на четырех трехстепенных нелинейных упругих амортизаторах, как пример виброизоляции дискретной системы произвольной структуры с несколькими нелинейностями. Приводится принцип описания механических моделей построения дифференциальных уравнений движения, линеаризации инерционных и упругих слагаемых, которые реализованы в ССКА КиДиМ. После формирования линейной многомассовой математической модели программный комплекс КиДиМ проводит расчеты свободных колебаний, представляя результаты в виде скелетных кривых. Приводится пример решения задачи анализа указанной выше виброзащитной системы прибора, совершающего пространственные колебания.
Розрахунково-експериментальні дослідження механічних характеристик композитних матеріалів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Богатир, Михайло Сергійович; Водка, Олексій Олександрович; Задорожний, Іван Вячеславович; Ломакін, Олександр Миколайович; Львов, Геннадій Іванович
Дослідження та використання композитних матеріалів для наукових експериментів, інженерної діяльності, а також для промислових цілей значно розширилося, оскільки розвиток технологій виробництва композитних матеріалів дозволив створювати та досліджувати нові типи та види їх фізичних та хімічних властивостей, схем армування та довжини волокон, і т.д.. У даній роботі представлені результати розрахунково-експериментальних досліджень пружних та демпфуючих властивостей композитного матеріалу. Дослідження проводилися над зразками склопластику СТЕФ, розміри зразків яких складають 160 × 16 × 4 мм, вирізаних в трьох напрямках, в напрямку основи, утка та під кутом 45 градусів, по п'ять зразків на кожен напрямок. Для дослідження механічних властивостей отриманих консольних зразків, був використаний вібростенд. Дослідження демпфуючих властивостей виконано методом Оберста на основі експериментальних амплітудно-частотних характеристик консольних зразків. Визначення модулів Юнга зразків склопластику виконано динамічним методом, а для обчислень використовувалася теорія згинальних коливань стрижневих систем. Проведено порівняння отриманих експериментальних даних з результатами чисельних рішень, виконаних методом скінченних елементів. Побудовано геометричні та скінченноелементні моделі, визначено власні частоти та форми коливань зразків. Наведено амплітудно-частотні та фазо-частотні характеристики. Для зниження похибки за результатами експерименту була проведена статистична обробка. Обчислені значення математичного очікування та середньоквадратичне відхилення коефіцієнта механічних втрат. Оцінка похибки вимірювань зроблена з припущень про нормальність розподілу похибки.