2023 № 2 Машинознавство та САПР

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/72242

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 14 з 14

Determination of characteristics of fatigue cracks growth in the axles of railway carriages
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Khomiak, Yuriy; Kibakov, Oleksandr; Gerasymov, Igor
Providing damage resistance is the most important requirement presented to railway axles. This paper provides a detailed review of the characteristics of resistance to fatigue crack growth in axles made of EA4T steel (25CrMo4). This steel is typical for axles of high-speed rolling stock. Resistance to fatigue crack growth is defined by the nature of the Paris-Erdogan curve da/dN=CKm, the parameters of which are the coefficient C and the exponent m. Determination of these parameters is based on the results of fatigue tests with the samples or with full-scale axles having cracks. The analysis of numerous scientific papers has shown that for the specified steel there is a significant scatter in the values of these parameters. This scatter is caused by a number of factors, the main of which are: the difference in test objects (from small samples of the SE(B) type to full-scale rolling axles 190 mm in diameter); the difference in loading methods (tension-compression, flat bending, circular bending); the variation of mechanical properties of EA4T steel. In the paper the models of surface fatigue crack geometry are analyzed and semi-elliptical shape of crack front line is selected as the most acceptable. The significant scatter in the values of the parameters m and C prevents to establish reliably the residual life of axles with cracks, which is an important characteristic for practical forecasting of axle survivability. The technique for parameters m and C optimization in view of semi-elliptical shape of the crack front line has been developed. The relationship linking the parameters m and C has been established. The method for determining the residual life of the axle by the criterion of non-destruction is proposed. The dependence between the residual life and the value of the parameters of the Paris-Erdogan equation in the development of fatigue failure is established. The procedure for axles monitoring timeframes setting to prevent their fatigue failure is discussed.
Аналіз досліджень планетарних коробок передач бронетанкової техніки (оглядова стаття)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Сєриков, Володимир Іванович
Робота присвячена огляду сучасних тенденцій дослідження та використання планетарних коробок передач бронетанкової техніки. Проведено аналіз сфер застосування механічних трансмісій. Описані переваги та недоліки використання шестеренних коробок передач у складі механічних трансмісій. Розглянуто конструктивні особливості використання зубчастих передач у трансмісіях. Визначені вимоги до шестеренних коробок передач у складі трансмісій. Проаналізовані переваги та недоліки використання планетарних коробок передач та сфери їх використання. Розглянуто класифікацію механічних регульованих передач за загальними ознаками, а також індивідуальними. Проведено огляд виконання умов підвищення надійності з урахуванням конструктивних особливостей ступінчастих коробок, які поділяють на три групи: прості коробки передач (з нерухомими осями валів); планетарні коробки передач (з рухомими осями валів); комбіновані (поєднання простої та планетарної коробки передач у одному агрегаті). Виконано стислий огляд сучасних підходів до моделювання планетарної коробки передач, що враховують інерційні, пружні, дисипативні, трансформаторні та фрикційні властивості, враховують інші характерні риси планетарного ряду. Здійснено аналіз відомих способів вирішення проблем такого моделювання. Проаналізовано сучасні методики розрахунків на міцність планетарних редукторів, у тому числі із частковим руйнуванням, та відповідні програмні комплекси. З’ясована потреба у розробленні більш досконалих математичних моделей, які адекватно описують напружено-деформований стан у зубчастих зачепленнях.
Аналіз конструкцій, моделей та методів дослідження динаміки високообертових елементів танкових двигунів (оглядова стаття)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ткачук, Микола Анатолійович; Назаренко, Сергій Олександрович; Грабовський, Андрій Володимирович; Ткачук, Микола Миколайович; Шуть, Олександр Юрійович; Ліпейко, Андрій Іванович; Вейлер, Володимир Сергійович; Марусенко, Олексій Миколайович; Прокопенко, Микола Вікторович; Марусенко, Світлана Іванівна; Васильєв, Антон Юрійович; Гречка, Ірина Павлівна; Храмцова, Ірина Яківна
При оснащенні танкових двигунів високообертовими елементами виникає низка проблем. Вони повязані з необхідністю аналізу напружено деформованого стану та критичних режимів обертання цих елементів. Відповідно, потребує поглибленого аналізу вимоги та конструктивні рішення двигунів та їхніх високообертових елементів. Крім того, привертають увагу сучасні дослідження динаміки двигунів. Також слід звернути увагу на аналіз існуючих конструкцій систем турбонаддуву танкових двигунів. При цьому важливим є аналіз моделей та методів дослідження статичного та динамічного напружено-деформованого стану робочих коліс турбокомпресорів. Здійснений аналіз проблемних аспектів два можливість відзначити, що натепер проблема дослідження напружено-деформованого стану та критичних режимів обертання високообертових елементів танкових та двигунів для бронетехніки не має завершеного вирішення. Потрібні нові підходи, моделі та методи і засоби дослідження, що створюють основу для обґрунтування прогресивних технічних рішень.
Визначення втрат потужності внаслідок періодичного стискання розширення мастило–повітряної суміші між зубцями зубчастих коліс. Частина 1. Математична модель
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Башта, Олександр Васильович; Носко, Павло Леонідович; Бойко, Григорій Олексійович; Мельник, Володимир Борисович; Башта, Алла Олексіївна
При одночасному контакті двох пар зубців між їхніми активними профілями утворюється замкнений об’єм мастило–повітряної суміші. Процес зменшення цього об’єму призводить до виникнення такого негативного явища, як періодичне стиснення і розширення масляно-повітряної суміші в об’ємі. За високих швидкостей обертання зубчастих коліс спостерігається різке підвищення тиску масляно-повітряної суміші і, як наслідок, виникнення додаткової вібрації зубчастої передачі. Швидкість витікання мастило–повітряної суміші може досягати швидкості звуку, що спричиняє додатковий шум під час експлуатації зубчастої передачі, а за високих частот обертання в замкненому між зубцями шестерні та колеса просторі виникає гідравлічний удар, результатом якого є кавітація. Представляючи косозубе колесо як сукупність прямозубих коліс, зміщених одне відносно одного в тангенціальному напрямку, математична модель зводиться до опису термодинамічних процесів у послідовних ізольованих порожнинах. Представлено математичну модель періодичного стискання-розширення масляно-повітряної суміші в замкненому між зубцями просторі, яка враховує площі поперечних перерізів осьових і радіальних потоків мастило–повітряної суміші, тиск навколишнього середовища, замкненого в простір між зубцями, швидкість радіального потоку мастило–повітряної суміші, миттєвий об’єм замкненої між зубцями елементарної порожнини та поточний тиск в і й порожнині.
Завдання з удосконалення моделей динаміки циліндричних роликових вальниць
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Гайдамака, Анатолій Володимирович; Лукашов, Андрій Сергійович
Проєктування конструкцій сепараторів вальниць на основі емпіричних даних не дає можливості оцінити вплив багатьох конструкційних та експлуатаційних факторів. Тому виникає потреба у розробці аналітичних моделей функціонування вальниць кочення для визначення вели чин навантажень, які діють з боку деталей вальниці на сепаратор. Для цього необхідно удосконалити моделі статики, кінематики і динаміки вальниць. В цій публікації розглядаються найбільш навантажені вальниці з циліндричними роликами нормального класу точності, які на відміну від вальниць з конічними роликами допускають вищу швидкість експлуатації. Відсутність науково обґрунтованої моделі кінематики циліндричних роликових вальниць нормального класу точності не дозволяє побудувати адекватну модель їх динаміки, а отже оцінити роботоздатність їх деталей, що впливає на надійність опорних вузлів машин. За аналізом технічної літератури встановлено, що переважна більшість сучасних публікацій з моделей динаміки присвячена швидкісній групі, яку застосовують в авіаційній та космічній галузях. Динаміка нешвидкісних циліндричних вальниць кочення важких режимів експлуатації найбільш досліджена для опорних вузлів рухомого складу залізничного транспорту. Сформульовано основні завдання з удосконалення моделей динаміки нешвидкісних циліндричних роликових вальниць нормального класу точності, які спрямовані на удосконалення моделей кінематики і дослідження динаміки вальниць у навантаженій і ненавантаженій зовнішніми силами зонах з урахуванням перекосу кілець і деформації сепаратора. Завдання з удосконалення моделей динаміки включатимуть розробку 3D-моделей в частині взаємодії сепаратора з роликами у зоні радіального навантаження і сепаратора з базуючим кільцем з урахуванням перекосів деталей. Нові моделі динаміки вальниці дозволять визначати сили взаємодії деталей при будь-яких режимах експлуатації для оцінки їх роботоздатності і проєктування оптимальних конструкцій сепаратора.
Математична модель та алгоритм оптимізації за критерієм мінімальних контактних напружень зубчастих передач з опукло-увігнутим контактом
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Левін, Нікіта Олександрович; Устиненко, Олександр Віталійович; Бошанскі, Мірослав; Протасов, Роман Васильович; Бондаренко, Олексій Вікторович; Андрієнко, Сергій Володимирович
Зниження маси та габаритів зубчастих передач є актуальною задачею сучасного машинобудування. Одним із перспективних шляхів її розв'язання є застосування зачеплення з опукло-увігнутим контактом зубців. Дослідження присвячено розробці математичної моделі та алгоритму оптимального проєктування циліндричних зубчастих передач з опукло-увігнутим контактом робочих поверхонь. Критерій оптимальності: мінімальні контактні напруження з урахуванням конструктивних, геометричних та технологічних обмежень. Побудовано цільову функцію для випадка мінімізації контактних напружень: контактні напруження σH у зачепленні повинні приймати мінімально можливе значення при виконанні усіх обмежень. Визначені змінні проєктування: кут зачеплення в полюсі αС, радіус кривизни верхньої частини лінії зачеплення rkh, радіус кривизни нижньої частини лінії зачеплення rkd. Обрано метод розв’язання задачі оптимального проєктування – зондування простору параметрів проєктування. У якості пробних точок використовуються точки ЛПτ-послідовності. Розроблено алгоритм оптимального проєктування зубчастої передачі. Він враховує конструктивні, технічні та технологічні особливості останньої, а також дають змогу підвищити точність розрахунків за рахунок керуванням похибками обчислень. Основні етапи роботи алгоритму наступні: задання вхідних даних (числових обмежень на змінні проєктування, а також параметрів передачі та її навантаження); генерування ЛПτ-послідовності для змінних проєктування з одночасним урахуванням їхніх числових обмежень; перевірка функціональних обмежень; додаткові перевірочні розрахунки (при необхідності) контактної міцності зачеплення; формування масиву можливих варіантів розв'язку; пошук найкращого варіанта розв'язку (пробної точки, що відповідає мінімальному значенню цільової функції) шляхом сортування масиву.
Напрямки та етапи проєктно-технологічного забезпечення підвищених характеристик турбодетандерних електростанцій
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ткачук, Микола Анатолійович; Новіков, Максим Костянтинович; Ткачук, Микола Миколайович; Грабовський, Андрій Володимирович; Паккі, Гліб Вікторович; Ткачук, Ганна Володимирівна; Подрєза, Сергій Михайлович; Деревянкін, Роман Павлович
Робота містить опис інтегрованого підходу до проєктно-технологічного забезпечення підвищених характеристик турбодетандерних електростанцій. Аналіз сучасного стану розроблення турбодетандерних електростанцій дав підстави установити, що натепер традиційні підходи значною мірою вичерпали можливості підвищення їх технічних характеристик. Більш того, складається ситуація, коли для забезпечення підвищення таких характеристик потрібне залучення не ізольованих проєктних чи технологічних, а сумісних проєктно-технологічних заходів. Для реалізації такого підходу застосовано метод узагальненого параметричного моделювання. При цьому за рахунок об’єднання проєктних і технологічних параметрів розширюється параметричний простір, у якому здійснюється пошук раціональних технічних рішень турбодетандерних електростанцій. Саме завдяки такому розширенню параметричного простору удається підвищити ефективність кінцевого рішення. Таке рішення неможливо досягнути тільки за рахунок проєктних чи тільки технологічних заходів. Розроблений підхід реалізовано у вигляді послідовності розв’язаних етапів. По-перше, це дослідження робочих процесів газодинаміки, тепломасопереносу та енергогенерування у турбодетандерних електростанціях. По-друге, це оптимізація технологічних операцій зміцнення елементів цих установок. По-трете, це розроблення реальних зразків турбодетандерних електростанцій із підвищеними технічними характеристиками. У цілому зазначені етапи, які здійснюються взаємоузгоджено на основі розробленого узагальненого параметричного підходу, дали можливість на 25 – 40 % підвищити довговічність елементів турбодетандерних електростанцій та забезпечити ККД за детандером на рівні 86 %.
Новий метаевристичний алгоритм "Пошук мобільністю"
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Бондаренко, Олексій Вікторович
Доведено актуальність сучасних метаевристичних алгоритмів, освітлено ряд термінів та взаємозв’язків між ними, необхідність проведення класифікації. Запропоновано підхід до класифікації метаевристичних алгоритмів, що базується на термінах та поділі категорій, взятих із природничих наук. Це дає змогу об’єднати певний сегмент знань у кластер з єдиною термінологією. Розглянуто категорію "метафора" та її функції при формуванні метаевристичних алгоритмів, це дало змогу глибше зрозуміти можливості використання метафор у науковій діяльності. Було запропоновано новий метаевристичний алгоритм "Пошук мобільністю", який базується на діях та процесах, що подібні до процесів загальної соціальної та повсякденної мобільності людей, та сформовано його основні положення. "Пошук мобільністю" створює високий рівень самоорганізаційної системи пошуку параметрів, що відповідає загальним положенням синергетики в технічних системах. Описано метафору алгоритму "Пошук мобільністю". Розглянуто основні визначення та категорії. Це дає змогу якісного представлення, опису та донесення ідеї, принципів функціонування та послідовностей алгоритму. Як наслідок застосування метафори, отримуємо підвищення розуміння та інтенсифікацію донесення ідеї. Описано новий метаевристичний алгоритм "Пошук мобільністю", що базується на процесах, що копіюють соціальну мобільність людських спільнот. Також алгоритм "Пошук мобільністю" поєднує у собі й елементи модифікованого еволюційного алгоритму, що дає змогу максимально наблизитись до життєвого соціального процесу більшої частини людства – прагнення зайняти кращу або не гіршу за поточну життєву позицію. Запропонований новий метаевристичний алгоритм "Пошук мобільністю" на етапі проведення тестових випробувань показав вищу ефективність ніж стандартні та модифіковані еволюційні алгоритми. Розширення останніх локальними пошуками у сукупності з використанням запропонованої стратегії, що є відображенням метафори, показало переважаючі результати.
Пам'яті Анатолія Васильовича Кривошеї (1947–2023)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Устиненко, Олександр
Пам'ять про Анатолія Васильовича назавжди залишиться в серцях друзів, колег та однодумців.
Подолання недоліків САПР при побудові креслеників деталей відповідно вимогам чинних стандартів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Іванов, Євген Мартинович
У роботі запропоновано метод удосконалення побудови параметричних тривимірних моделей деталей та виконання креслеників для вирі шення проблем відповідності вимогам діючих стандартів, зокрема, зображення розрізів деталей на кресленнях у пакеті Autodesk Inventor. Для рішення цієї проблеми було запропоновано використання додаткового параметричного тривимірного пустотілого елемента, який вико ристовує геометричну інформацію тонких стінок, вушок тощо та прив’язується до січної площини. Використовуючи функціонал пакету Autodesk Inventor будується параметричний тривимірний пустотілий елемент, який уздовж січної площини має розмір, пропорційний і порі внянний з розміром тонких стінок, вушок тощо, відрізняючись нескінченно малою величиною. Розмір параметричного тривимірного пусто тілого елемента перпендикулярно напрямку січної площини навпаки непорівнянний з розміром тонких стінок, вушок тощо. Для зручності використання пустотілого тривимірного елемента, пропонується розміщувати його таким чином, щоб січна площина являла собою площину симетрії для нього. Таке положення полегшує використання пустотілого тривимірного елемента при зображенні тонких стінок, вушок тощо на ортогональних проєкціях згідно з вимогами діючих стандартів. Щоб при цьому виконувались вимоги чинних стандартів в аксонометрич них проекціях, січну площину зміщаємо відносно осі симетрії за пустотілий елемент тонких стінок, вушок тощо, які потрапляють у розріз. Так як ширина пустотілого елемента була задана як нескінченно мала величина, то при зміщенні січної площини відносно осі симетрії за пу стотілий елемент стінок, вушок тощо, їх штрихують. За даних умов, виконуючи аксонометричну проекцію з поздовжнім розрізом, отримує мо мінімальну похибку розташування січної площини відносно осі симетрії деталі. Умови побудови елемента (елементів) дозволяють при ховати його при необхідності. Побудова додаткового тривимірного пустотілого елемента (елементів) не вимагає знання вбудованої мови програмування VBA і використання інструментів iLogic
Порівняльний аналіз бойових можливостей сучасних танків різних типів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Іванець, Григорій Володимирович; Горєлишев, Станіслав Анатолійович; Баулін, Дмитро Станіславович; Іванець, Михайло Григорович; Волков, Павло Юрійович
Сучасна війна є випробуванням матеріальних та духовних сил народу, держави і її Збройних Сил, що спонукає кожну країну підтримувати свою обороноздатність на такому рівні, який гарантує надійний захист суспільства. Аналіз характеру збройної боротьби останніх десятиліть свідчить про різке підвищення впливу сучасного озброєння та військової техніки на хід і результат воєнних дій. На даний час озброєння та військової техніка складають основу бойової могутності збройних сил будь-якої держави та є визначальним фактором досягнення успіху у війні чи збройному конфлікті. Незважаючи на бурхливий розвиток протитанкових засобів ураження та зменшення живучості на полі бою основні бойові танки на сьогоднішній день залишаються одним із вирішальних засобів сучасного загальновійськового бою, який відзначається динамічністю, насиченістю та швидкоплинністю. Вони забезпечують бойову стійкість власних сил в обороні та просуванні під час наступу, знищують ворожу бронетехніку, вогневі точки та живу силу противника. Проведено порівняльний аналіз основних характеристик сучасних бойових танків, переваг та недоліків різних типів машин зарубіжного та вітчизняного виробництва, які застосовують Збройні Сил України для оборони держави та протидії агресії Росії проти України, в інтересах підвищення ефективності їх застосування в тих чи інших умовах бойової обстановки. Західні зразки сучасних танків та українські танк "Оплот" за деякими суттєвими бойовими характеристиками переважають сучасний російський танк Т-90, зокрема: в потужності двигуна та його надійності роботи (перегрів двигуна та вихід з ладу); в ефективності оптико-електронної протидії оптичним засобам противника; в ефективності динамічного захисту та протидії сучасним засобам ураження; в досконалості системи управління вогнем; в достатності бронювання машини; в ефективності дій в умовах міста.
Порівняльний аналіз несучої здатності планетарних механізмів, утворених на базі двох простих планетарних механізмів Джеймса, за послідовною безконтурною і замкненою з одним контуром кінематичною схемою
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шарабан, Юрій Володимирович; Шехов, Олександр Володимирович
У статті представлена методика порівняльного аналізу несучої здатності планетарних механізмів різних кінематичних схем з використанням декількох програмних середовищ CAD/CAE. Для реалізації методики порівняльного аналізу були використані програмні середовища КОМПАС-3D і SolidWorks. У першому середовищі виконувалися розрахунки за методикою стандарту ГОСТ 21354-87. Початкові дані і результати розрахунків, виконані комплексом програм КОМПАС-GEARS, зберігаються у відповідних файлах. У другому середовищі створювалася параметрична 3D геометрична твердотільна модель кінематичної схеми планетарного механізму. По цій моделі визначалися такі характеристики зубчастих коліс, як маса і осьовий момент інерції. Ці характеристики використовуються для виконання оптимізаційних розрахунків маси і швидкодії проєктованого планетар ного механізму. Дослідження швидкодії планетарного механізму може бути проведене в SolidWorks Motion. Габаритні розміри моделі дозволяють конструктору виконати оцінку прийнятності заданим вимогам конструктивних обмежень на ці розміри. За методикою проведено дослідження придатності конструкцій зубчастих коліс, які були спроєктовані для замкнутого планетарного механізму в якості зубчастих коліс ступенів незамкнутого – послідовного безконтурного планетарного механізму. Замкнутий планетарний механізм утворений двома простими планетарними механізма ми Джеймса. Безконтурний планетарний механізм утворений послідовним з'єднанням тих самих простих планетарних механізмів. Досліджувалися два випадки навантаження зубчастих коліс для даної кінематичної схеми планетарного механізму.
Скінченно-елементне моделювання та аналіз власних коливань аксіально функціонально градієнтних балок неоднорідного поперечного перерізу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Бурлаєнко, Вячеслав Миколайович; Коухіа, Реійо; Дімітрова, Світлана Дімова
Скінченно-елементний пакет програми Abaqus використовується для моделювання та аналізу власних коливань аксіально функціонально градієнтних балок неоднорідного поперечного перерізу. Цьому аспекту геометрії приділено значну увагу, оскільки він має суттєвий вплив на поведінку балки як структурного компонента. Підпрограми моделі матеріалу, що визначені користувачем (UMAT), були розроблені уніфіковано для одно- та тривимірних моделей зазначених балок з метою забезпечення чисельної імплементації властивостей функціонально градієнтного матеріалу в межах окремого скінченного елемента. Процедури UMAT програмувалися мовою FORTRAN у середовищі MS Visual Studio та компілювалися з основним пакетом програм за допомогою Intel Fortran Compiler. У процедурах, неоднорідність матеріалу призначалась кожній матеріальній точці інтегрування відповідного стандартного одно- та тривимірного скінченного елемента, що усувало потребу в розробленні градієнтних елементів через визначену користувачем підпрограму елемента. Власні частоти та форми власних коливань одно- та тривимірних аксіально-функціонально градієнтних балок неоднорідного поперечного перерізу були знайдені за допомогою метода Ланцоша в пакеті Abaqus. Було проведено аналіз точності та ефективності запропонованого підходу моделювання, порівнюючи отримані результати з відомими даними з літератури. Презентована техніка моделювання на основі підпрограм матеріалу надає цінні можливості для вчених та інженерів, які займаються динамічним аналізом структурних компонентів, виготовлених з функціонально градієнтних матеріалів та мають змінну форму або геометрію вздовж аксіального напрямку.
Формування моделей та методів аналізу напружено-деформованого стану з урахуванням контактної взаємодії тіл (оглядова стаття)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Зінченко, Олена Іванівна
Проведений аналіз літератури з питань розвитку моделей та методів аналізу напружено-деформованого стану із урахуванням контактної взаємодії тіл. Прослідкована історія розвитку моделей та методів аналізу напружено-деформованого стану з урахуванням контактної взаємодії дає можливість застосовувати деякі викладки з приводу того, що є необхідність: поєднання різних типів нелінійностей; переходу до варіаційної постановки задачі; урахування поверхні контактуючих тіл; застосування методу узагальненого параметричного моделювання разом із поєднанням із методом скінченних елементів. Зроблено висновок, що методики розрахунку напружено-деформованого стану, які сформувалися, не враховують усієї множини чинників, які впливають на роботу елементів броньованих машин, тобто не дають адекватну оцінку їх міцності та довговічності. Прослідковано необхідність переходу до варіаційної постановки задачі та узагальненого параметричного моделювання процесів і станів при проєктних дослідженнях елементів бойових броньованих машин разом із поєднанням із методом скінченних елементів, що забезпечить гнучку зміну та варіювання об'єкту досліджень. Це дасть можливість організувати цілеспрямований пошук раціональних проєктно-технологічних рішень торсіонних валів у складі легких броньованих машин із високими тактико-технічними характеристиками.