Вісник № 02. Динаміка та міцність машин
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Computer modeling of the stress state and reliability assessment of bolted connections of the rotor and runner of kaplan turbines(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Vodka, Oleksii O.; Viazovychenko, Y. A.; Larin, Oleksiy Oleksandrovych; Potopalska, K. E.This study presents a comprehensive theoretical assessment of the deformed state and stresses in the bolted joints of the runner and shaft of the hydroturbine. The investigation is motivated by the need to understand the structural behavior of these critical components under varying operational conditions. The primary purpose of this research is to evaluate the theoretical aspects of the bolted joints hydro-turbine, emphasizing the impact of tightening technology on the deformed state and stress distribution. A comprehensive review of literature, drawings, material properties, and acting loads of the bolted connection for turbines is conducted, estimating loads during normal operation and load rejection. A detailed nonlinear finite element model of the bolted joint is built, considering a 3D bolt model and runner fragments. The model incorporates nonlinear effects such as contact interaction and plasticity of the material during deformation. A methodology for modeling bolted joint tightening technology is developed, allowing estimation of bolt pre-operation stress and deformed states. Error estimation and model validation are performed through a comparative analysis of models with different meshes. Stresses arising at different tightening levels are determined, showcasing the non-linear effect on bolt stresses. The study reveals that the maximum numerical error in stress estimation does not exceed 5.2%. Stresses at different tightening levels demonstrate a nonlinear response, with significant reductions and increases corresponding to tightening deviations. Estimated stresses in the main operating loading cycle provide insights into the amplitude and average stress values during normal operation and load rejection. The study estimates a significant number of cycles before the initiation of a fatigue crack, equivalent to approximately 142 years of operation.Документ Обчислювальний підхід моделювання термо-напруженого стану шини на основі алгоритму аналізу її самонагріву. Частина 1 – теоретичні основи підходу(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Вязовиченко, Юлія Андріївна; Ларін, Олексій ОлександровичЕластоміри та їхні композити широко використовуються в сучасній інноваційній техніці: для виробництва авіаційних та автомобільних шин, антивібраційних елементів (гумові, гумо-металеві пружини), демпферів, еластомірних підшипників, застосовуються у підвісах валів, як прокладки між деталями конструкцій, опорних частин та кріплень. Еластомірні елементи конструкцій мають високу динамічну навантаженість, зокрема циклічного характеру, що супроводжується утворенням петель гістерезису та, як наслідок, виникнення явища самонагрівання. Підвищення температури у середині матеріалів викликає суттєві зміни у їхніх механічних властивостях, знижує характеристики міцності, прискорює процеси старіння та деградації, завдає істотного впливу протіканню втомних процесів.Документ Про моделювання граничних умов для визначення критичних швидкостей обертання роторів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Трубаєв, Олександр Іванович; Ларін, Андрій ОлексійовичСтаття присвячена визначенню граничних умов, що дозволяють досягти адекватних результатів при розрахунку критичних швидкостей обертання роторів на основі скінчено-елементних моделей. Експериментальне визначення частот власних коливань лабораторного ротора на шарикопідшипниках проводилося за допомогою розробленого авторами вібровимірювального комплексу. Численні дослідження вільних коливань лабораторного ротора та циліндричної труби із співвідношенням товщини стінки до довжини 1/10 виконані на основі тривимірної скінчено-елементної моделі за різних граничних умов. Як опори в розрахунковій схемі лабораторного ротора використовуються рухомі та нерухомі циліндричні шарніри, що відповідають плаваючим підшипникам. У зв'язку з тим, що розміри підшипників по довжині валу малі в порівнянні із загальною довжиною, в розрахунковій моделі прийнято, що вал шарнірно закріплений по краях в окремих точках одного кола на кожному підшипнику. Розглянуто варіанти кріплення валу у двох, чотирьох та восьми точках. Розглянуто варіанти кріплення циліндричної труби в крайніх перерізах по двох точках, чверті кола та повному колу. Проведено порівняння експериментальних та чисельних результатів, рішень, отриманих аналітично та на основі методу скінчених елементів. Аналіз форм власних коливань показав, що при різних варіантах кріплення циліндричної труби виникають форми коливань, пов'язані з деформацією труби як оболонки. Наприклад, при кріпленні труби по чверті кола серед форм №1-№10 лише №2 відповідає деформації труби як балки. Результати дослідження власних коливань лабораторного ротора показують, що найкращим варіантом граничних умов, що дозволяє наблизитись до результатів експерименту, є закріплення на кожному підшипнику у двох точках, що знаходяться на нейтральній лінії поперечного перерізу при згині ротора. Чиельні дослідження власних частот циліндричної труби свідчать, що саме при такому варіанті граничних умов можна отримати результати, що є найбільш близькими до аналітичного рішення.Документ Математичне та програмне забезпечення програмного додатку автоматизації процесу тестування з використанням фреймворку SPRING(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Пазушко, Марина Андріївна; Іванченко, Ксенія Вікторівна; Іванченко, Дмитро АнатолійовичМетою даної роботи було проєктування та створення інформаційної системи оцінки та тестувань знань студентів, яка б дозволила спростити процес формування тестів та оцінки знань студентів для викладачів. В роботі було сформовано представлення щодо поняття тестування знань. Розкрито принципи реалізації даного процесу. Було проведено огляд існуючих програмних рішень комп'ютерних навчальних програм, проаналізовано ринок існуючих аналогів та на основі проведеного аналізу сформовано функціональні та нефункціональні вимоги до програмного продукту, що розробляється. Виходячи з поставлених вимог, було обрано технічні та програмні засоби для розробки програми, а саме мова програмування Java та фреймворк Spring, компоненти якого дозволяють збільшити продуктивність програмного продукту, а також спростити та пришвидшити налаштування, конфігурацію та запуск проекту. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі: обробка даних користувача, створення особистого кабінету, інформація про студентів та викладачів, створення та проходження тесту, оцінка якості знань студентів та створених викладачем тестів. Побудовано математичну, інформаційну та програмну модель системи. Була спроектована та побудована база даних. Розроблено структурну та функціональну схеми системи. Виділено три ролі користувачів: викладач, студент та незареєстрований користувач. Реалізоване збереження результатів тестування та можливість отримання математичної статистики результатів тестування. Велику роль грає забезпечення простоти та комфорту користування продуктом користувача. Тому при розробці програми багато уваги було приділено створенню дружнього та ергономічного інтерфейсу.Результатом було отримано інформаційну систему автоматизованого тестування, яка виконує поставлену задачу, а також відповідає усім вимогам і може бути впроваджена на практиці. Результати роботи можуть бути використані як для подальшого введення додатку у навчальний процес, так і для набуття студентами практичних навичок.Документ Звуження множини Парето на основі нечіткої інформації про відношення переваги ОПР(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Некрасова, Марія ВолодимирівнаРозглядається модель багатокритеріального вибору, що включає множину можливих варіантів, числовий векторний критерій та нечітке бінарне відношення переваги особи, яка приймає рішення (ОПР). Завдання багатокритеріального вибору – обрати один чи декілька «найкращих» варіантів з множини Парето, тобто звузити цю множину з урахуванням інформації про відношення переваги ОПР. Звуження здійснюється відповідно до аксіоматичного підходу. У роботі розглядається алгоритм звуження множини Парето на основі довільного кінцевого набору «квантів» нечіткої інформації про відношення переваги ОПР. Відповідно запропоновано алгоритм, що дозволяє на основі довільного набору чіткої інформації побудувати оцінку зверху для невідомої множини варіантів, що обираються, тобто, звузити множину Парето. Метою цієї статті є поширення цього алгоритму на випадок нечіткого відношення переваги, коли ОПР надає своїм міркуванням різний ступінь упевненості. У розглянутому нечіткому випадку множина варіантів, що вибираються, а також побудована для нього оцінка зверху також є нечіткими. У першому розділі статті наводиться постановка задачі багатокритеріального вибору та формулюються базові аксіоми. Другий розділ присвячений опису зведення цього завдання до геометричної проблеми побудови нечіткого двоїстого конуса. У третьому розділі наводиться узагальнення алгоритму, який дає змогу побудувати утворюючі нечіткого двоїстого конусу. На основі цих утворюючих конструюється новий векторний критерій, множина Парето щодо якої є шуканим звуження вихідної множини Парето. У четвертому розділі розглядається ілюстративний приклад.Документ Oscillations of beams in tension under creep conditions(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Morachkovsky, Oleg Kostjantynovych; Breslavsky, Dmytro Vasylovych; Tatarinova, Oksana AndriivnaThe paper is devoted to the approach and analytical methods of predicting changes in the eigen oscillations of beams under the conditions of longitudinal tension during creep. On the basis of the classical equation of oscillations of beams under tension, a method for estimating eigen frequencies that can vary during creep is obtained. Expressions for the longitudinal force, which depends on the physical and mechanical parameters of the material, were obtained. A relationship was found for determining the time of significant influence of creep on the eigen frequencies. With the help of the obtained expression for the value of the time to fracture of the beam using the Kachanov continuity parameter, an approach to determining the influence on the frequency of the hidden damage accumulation process is proposed. The case of large deflections of the beam is considered in a geometrically nonlinear statement using the method of many scales with the expansion of the solution by a small parameter. The processes of dynamic creep are considered, in which the acceleration of the rate of creep strains in the material is provided by the contribution of amplitude stresses. The resulting equation is solved by the method of weighted residuals in the Galerkin form. Dependencies for determining the rate of stress relaxation in the beam during creep were obtained. The limiting values of the compressive force in terms of the loss of stability of the beam under the given conditions of creep and oscillations are estimated. Computational modeling was performed and results were obtained that allow determining the sensitivity of the eigen oscillation frequencies of beams made of different structural materials to tensile creep. Heat-resistant alloys, alloyed steels, titanium, aluminum alloys and tin-lead solder at temperatures inherent in the typical operating conditions of structural elements made from them are considered. It is shown that the smallest effect of creep on eigen frequencies is found for light alloys. With the help of the obtained ratios, the frequencies of nonlinear oscillations that can occur in the beams were analyzed, and a skeletal curve was built.Документ Статичний аналіз багатоопорних ступінчатих шпіндельних валів на нелінійно пружніх опорах(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Хавін, Валерій Львович; Киркач, Олексій Борисович; Киркач, Борис МиколайовичТочність та якість обробки деталей на металообробних верстатах визначається взаємним положенням ріжучого інструменту та заготовки в процесі обробки і в першу чергу залежить від величини їх пружних деформацій. Суттєвим фактором, який впливає на якість обробленої поверхні деталі, є також нелінійна податливість підшипників шпиндельного вала верстата. Тому, разом з вдосконаленням відповідних експериментальних методів, актуальною є задача розробки теоретичних деформаційних моделей для розрахунків статики шпиндельних валів метало ріжучих верстатів і визначення пружних деформацій інструмента та заготовки. В даній роботі запропонована математична модель і побудована на її основі методика для статичного аналізу багатоопорних ступінчатих шпиндельних валів на нелінійно пружних опорах. На основі диференційного рівняння зігнутої осі балки Тимошенко і метода початкових параметрів отримана кінцева система рівнянь, яка враховує крім нелінійної залежності жорсткості підшипників від діючих на них зусиль, ступінчату геометрію частин шпиндельного вала. Запропоновано метод вирішення задачі і програмне забезпечення для статичного аналізу ступінчатих багатоопорних шпиндельних валів на нелінійно пружних опорах в середовищі MATLAB. Зроблені тестові розрахунки, які показали гарний збіг результатів з існуючими аналітичними рішеннями і рішеннями МСЕ. Розроблена методика була використана для розрахунку реального шпиндельного вала фрезерного верстата.Документ Універсальний алгоритм лінійного та квадратичного програмування в задачах контактного деформування вантових споруд з односторонніми зв'язками(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Грищенко, Володимир МиколайовичПроблем у виробничій діяльності, що потребують рішення задач оптимізації, надзвичайно багато і вони дуже різноманітні. Оптимізаційні підходи найчастіше пов′язані з пошуком найкращого варіанту конструкції або споруди. Математичні методи розв′язання таких проблем стрі-мко розвиваються та знаходять широке застосування. Вони активно та продуктивно проникають в багато областей наукових досліджень, в інженерно-конструкторські розробки, є важливим інструментом підвищення ефективності проектування на протязі всього процесу створення конструкцій. Пошук найкращого проектного рішення зводиться до підбору сукупності параметрів, які надають стаціонарне значення функції цілі. Широке коло екстремальних задач практичної орієнтації, як правило, в математичних моделях містить обмеження на параметри проек-тування типу рівності-нерівності. Загалом їх множина складає зміст такого розділу математики як Математичне програмування. Через те, що не існує єдиного методу вирішення, сформувалась розрізненість у підходах дослідження, яка поділяє їх на групи, класи, тощо. Лінійне про-грамування (ЛП), як один з розділів, з лінійною цільовою функцією та обмеженнями добре вивчене та знаходить успішне застосування. Ме-тоди рішення задач нелінійного програмування, до якого відноситься квадратичне, більш складні. І тому розробка зручних обчислювальних схем є актуальною. Суть даної роботи полягає в тому, що постановки 2-х задач оптимізації формалізовані в єдиній та зручній формі симетри-чної матричної залежності, що дає змогу отримати ефективний (на наш погляд) алгоритм їх реалізації. А саме запропонована єдина схема рішення як задач ЛП так і КП на базі операцій матричної алгебри. Квадратичне програмування (КП), як другий розділ, також має широкі можливості, зокрема, дозволяє розглядати практичні задачі обчислення НДС в механіці деформованого твердого тіла в умовах контактної взаємодії. До таких проблем, зокрема, відносяться вантові споруди з односторонніми зв′язками та довжинами прольотів, які можуть досягати десятки-сотні метрів. В якості прикладу розглянута поведінка модельної вантової прольотної споруди при варіаціях вітрових навантажень. Приведені результати можуть бути цікавими для спеціалістів.Документ Комп'ютерне моделювання деформованого стану та міцності рамної конструкції важкого БПЛА(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Бреславський, Дмитро Васильович; Конкін, Валерій Миколайович; Кортунов, В'ячеслав Іванович; Марусенко, Олексій МиколайовичСтаттю присвячено викладенню результатів комп‘ютерного моделювання напружено-деформованого стану та оцінювання малоциклової міцності конструкції рами важкого безпілотного літального апарату (БПЛА) квадрокоптерного типу, прототип якого створено в НТУ «ХПІ». Квадрокоптер побудовано на базі використання чотирьох двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), що створюють підйомну силу. Цикл розрахунків напружено-деформованого стану рамної конструкції, проведених для вибору варіанту, потрібного з точки зору забезпечення необхідної жорсткості та міцності, виконано з використанням методу скінченних елементів (МСЕ). Для використання у програмному розрахунковому комплексі розроблено макрос, який дозволяє проводити вибір найкращих з точки зору потрібної жорсткості та міцності параметрів рами. Наведено результати розрахунків варіанту, реалізованого у конструкції створеного прототипу БПЛА. За результатами аналізу напружено-деформованого стану показано, що обрані для сталевої рами прототипу конструктивні параметри цілком задовольняють умови мінімальної деформованості та короткочасної міцності. Визначено константи, що входять до еволюційного рівняння для параметру пошкоджуваності при малоцикловому навантаженні, яке відбувається при нештатних посадках апарату. Виконано пружно-пластичний аналіз деформування рамної конструкції для умов небезпечного бокового приземлення квадрокоптеру. Проведено розрахунки процесів накопичення прихованої пошкоджуваності у найбільш навантажених стрижнях рами. Для сталевої рами, реалізованої у створеному прототипі, продемонстровано можливість задовільного опору малоцикловому деформуванню при нештатних умовах посадки. Показано, що у зв‘язку з недостатньою малоцикловою міцністю конструкції з алюмінієвого сплаву, у новий варіант рами БПЛА, що проектується, необхідно внести конструктивні зміни.Документ Non-stationary phenomena in technological systems of electromagnetic processing of materials(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Anischenko, Galyna Ottivna; Lavinsky, D. V.A large number of technical and technological facilities work under the action of electromagnetic fields. In electroconductive bodies have significant largest electromagnetic forces that can cause movement or deformation of structural elements. The creation of effective methods of analysis of the distribution of the electromagnetic field and coupled nonstationary deformation of structural elements is topical at present time. The article contains a mathematical formulation of the problem of nonstationary deformation of structural elements under the action of electromagnetic fields. Coupling of electromagnetic field and mechanical field is carried out with the help of local electromagnetic forces. Further made the transition to a variational formulation on the basis of the task of finding the minimum of the total energy of the system, which includes the energy of the electromagnetic field. For the numerical solution the finite element method is used. Nodal unknowns in this case are the magnetic vector potential and displacements. The proposed method is applied to non-stationary deformation of the "inductor-billet" technological operation of magnetic-pulse processing of metals. Some results of the deformation are presented.Документ Алгоритм, реалізація, підготовка даних, проведення розрахунків статики та динаміки балкових ґратчастих конструкцій у ССКА КіДиМ(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Андрєєв, Юрій Михайлович; Марусенко, Олексій МиколайовичРозглянуто завдання розробки універсального аналітичного опису та алгоритму автоматичного комп'ютерного проведення розрахунків динаміки, статики та кінетостатики механічних моделей конструкцій, що включають балкові грати. Це можуть бути розрахунки перехідних процесів, вільних та вимушених коливань, які встановилися, визначення положень рівноваги та напружено-деформованого стану при статичних та динамічних навантаженнях тощо. Сама конструкція може бути плоскою або просторовою, нерухомою або рухатися площиною або у просторі. До неї можуть бути прикріплені різні прилади та пристрої. Показано як можна лаконічно спеціальною мовою підготовки комп'ютерних даних аналітично описати частину конструкції, яка представлена балочними ґратами. На основі теорії пружності балок Бернуллі-Ейлера отримано дві форми канонічного подання потенційної енергії пружної балки. Це дає змогу ввести у мову опису механічних моделей спеціальної системи комп'ютерної алгебри КіДиМ (ССКА КіДиМ) новий елемент – «Beam», у якому вказується положення систем координат, пов'язаних з крайніми перерізами, геометричні та фізичні параметри балки. Положення цих перерізів визначається вузлами ґрат, як твердими тілами. Таким чином, визначаються узагальнені координати механічної моделі. Розроблено алгоритм формування елементів, прийнятих для опису моделей у ССКА КіДиМ, які задають пружну структуру механічної моделі. Наявними засобами у цій програмі автоматично будуються рівняння динаміки та статики, тобто формується математична модель і можуть бути проведені динамічні та статичні розрахунки. У статті на прикладі розрахунку деформації віконної рами докладно демонструється запропонована методика. Проведено порівняння результатів із розрахунками за незалежною програмою.