Вісник № 01. Динаміка і міцність машин

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/44362

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 11 з 11

Раціональне моделювання кришки гідротурбіни для аналізу міцності
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Місюра, Сергій Юрійович; Сметанкіна, Наталя Володимирівна; Місюра, Євгенія Юріївна
Кришка гідротурбіни є просторовою циклічно-симетричною конструкцією, що складається з тонкостінних оболонок обертання, об'єднаних n-ребрами – меридіональними пластинами складної конфігурації. Оскільки кришка являє собою просторову конструкцію, що складається з тонкостінних елементів, застосовується теорія тонких пластин і оболонок. Задача полягає у дослідженні НДС вихідної та модифікованої кришки поворотно–лопатевої гідротурбіни при дії статистичного осесиметричного навантаження і розв'язується методом скінченних елементів. Дослідження НДС таких конструкцій починається з побудови моделі сектору, з яких складається досліджуваний об'єкт. При побудові моделі сектора спочатку задаються ключові точки в площині ребра, за якими будуються лінії, потім створюється модель ребра. Для отримання оболонкових частин конструкції і повної моделі сектору лінії перетину ребра і поверхонь оболонок повертаються за і проти годинникової стрілки на кут 360/(2n), де n – кількість секторів. На границях сусідніх секторів виконуються умови циклічної симетрії. Модель розбивається на скінченні елементи(трикутний пружний оболонковий скінченний елемент з трьома вузлами), після чого на границях з сусідніми секторами вводяться умови циклічної симетрії, а також умови закріплення та навантаження конструкції. Метою роботи є створення методики розрахунку просторових циклічно-симетричних конструкцій (кришки гідротурбіни) з радіальними ребрами. Розрахунки кришки поворотно-лопатевої гідротурбіни виконані для штатного режиму роботи, враховуючи вагові тарозподілені гідравлічні навантаження. Виявлено, що у вихідній та модифікованій конструкціях максимальні напруження виникають в ребрах, які розташовані в коробі, де проходять лопатки направляючого апарату та не перевищують допустимих значень. Отримані результати демонструють можливість проведення оптимізації кришок методами нелінійного математичного програмування на стадії проектування з метою поліпшення їх міцності, зниження матеріаломісткості без погіршення експлуатаційних і технологічних характеристик.
Аналітичний розв’язок задачі пружного удару конуса по півпростору
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Ольшанський, Василь Павлович; Ольшанський, Станіслав Васильович
З використанням основних положень теорії Г. Герца про механічний удар твердих тіл розглянуто динамічну взаємодію пружного конуса з пружним півпростором, обмеженим плоскою поверхнею. Досліджено випадок, коли вісь конуса обертання перпендикулярна до границі півпростору, а початковою точкою контакту тіл є вершина конуса. Для опису місцевих деформацій тіл в зоні їх взаємодії використано відомий розв’язок вісесиметричної статичної контактної задачі теорії пружності, побудований І. Я. Штаєрманом. Задача співудару тіл зведена до диференціального рівняння другого порядку з квадратичною нелінійністю. Одержано дві форми аналітичного розв’язку цієї нелінійної задачі Коші. В першій використано Ateb-синус, а в другій – еліптичний косинус. Встановлено рівнозначність отриманих форм розв’язку, тобто можливість заміни однієї форми на іншу. Для обчислення значень Ateb-синуса методом лінійної інтерполяції подана спеціальна таблиця, а також запропонована аналітична апроксимація його елементарними функціями. Показана узгодженість результатів, до яких призводять ці два способи наближеного розрахунку значень Ateb-синуса. Виведена також наближена формула для обчислення значень еліптичного косинуса і підтверджена її вірогідність. За результатами розв’язання задачі удару отримано формули, що описують зміну у часі: зближення центрів мас тіл, сили ударної взаємодії, радіуса кругової площадки контакту та контактного тиску. Відзначено, що тиск нескінченний в центрі площадки, де вершина конуса контактує з півпростором. Проведено порівняння результатів, до яких призводять дві аналітичні форми розв’язку та числове комп’ютерне інтегрування диференціального рівняння стискання тіл, підданих удару. Встановлена гарна узгодженість числових результатів, одержаних різними способами. Досліджено вплив кута конусності на основні параметри динамічної взаємодії тіл. Показано, що збільшення кута конусності тіла, яке вдаряє, призводить до зменшення максимального динамічного стискання тіл і тривалості їх взаємодії та до зростання максимума сили удару при сталому значенні її імпульсу. Наведено числовий приклад розрахунку, де матеріалом конічного тіла вибрано сталь, а матеріалом нерухомого півпростору – гуму. Задачі такого типу виникають при розрахунках параметрів удару куска мінеральної сировини по футерованому гумою валку вібраційного класифікатора.
Вплив тиску насипного вантажу на стійкість контейнера при перевезенні залізничним поромом
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Ловська, Альона Олександрівна
Визначено тиск насипного вантажу на стіни контейнера при перевезенні у складі комбінованого поїзда на залізничному поромі. В якості розрахункового використаний метод Кулона з корегуванням Синельникова. Дослідження проведені стосовно контейнера типорозміру 1СС, завантаженого зерном. Враховано, що перевезення контейнера здійснюється на залізничному поромі «Герои Шипки», акваторією Чорного моря. При визначенні тиску враховано динамічне навантаження, яке діє на контейнер при коливаннях залізничного порому в умовах бортової хитавиці. При цьому розглянуто три схеми переміщень контейнера, розміщеного на вагоні-платформі при коливаннях залізничного порому: відсутність переміщень вагона-платформи та контейнерів відносно початкового положення при коливаннях залізничного порому (І схема); наявність переміщень вагона-платформи при коливаннях залізничного порому з урахуванням нерухомості контейнерів відносно рами вагона-платформи (ІІ схема); наявність переміщень вагона-платформи відносно палуби та контейнерів відносно рами вагона-платформи (ІІІ схема). Отримані результати враховано при визначенні стійкості контейнера відносно рами вагона-платформи. Визначено кути крену залізничного порому при яких забезпечується стійкість контейнера відносно рами вагона-платформи. Встановлено, що стійкість контейнера відносно рами вагона-платформи забезпечується при кутах крену залізничного порому– до 10° (І схема), до 8° – (ІІ схема), до 6° (ІІІ схема). Це викликає необхідність удосконалення схеми взаємодії контейнера з вагоном-платформою для забезпечення безпеки перевезень залізничним поромом. Проведені дослідження сприятимуть підвищенню безпеки перевезень контейнерів у складі комбінованих поїздів на залізничних поромах.
Ускоренные испытания на долговечность втулки игольчатого подшипника поршневой головки шатуна
(Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", 2019) Оробинский, Александр Васильевич; Петухов, Вадим Михайлович; Аксенова, Наталья Анатольевна; Надтока, Елена Владимировна
В статье проводится исследование подшипникового узла поршневой головки шатуна (ПГШ) транспортных дизелей типа 6ДН12/2х12. Подшипниковый узел ПГШ содержит двухрядный безсепараторный игольчатый подшипник нестандартной конструкции. Игольчатые подшипники в узле ПГШ часто применяются для конструкций высокооборотных малогабаритных двухтактных двигателей внутреннего сгорания. Отказы подшипника ПГШ проявляются как следствие износов рабочих поверхностей при значительных скоростях вращения коленчатого вала и малых нагрузках. С целью повышения долговечности проводится совершенствование технологий производства его деталей, повышение качества монтажа и обеспечение теплоотвода. Приводится конструкция, полный анализ геометрии и материалов, из которых выполнены основные элементы. Отличительными признаками конструкции являются установка втулки в ПГШ с зазором, обеспечивающим необходимую ее подвижность относительно шатуна, и проворот поршневого пальца в рабочем состоянии в бобышках поршня. Эксплуатационные температуры нагруженной части поверхности дорожек качения обеспечиваются лишь достаточным поступлением смазки. Для смазки дорожек качения и игольчатых роликов во втулке подшипника выполнены четыре радиальных отверстия. Для повышения производительности и понижения стоимости процесса скругления острых кромок отверстий по наружной и внутренней поверхности втулки, эту процедуру предлагается выполнять электро-химическим методом. Для сравнения усталостной прочности втулок, изготовленных по серийной технологии (вручную) и с применением метода электро-химической обработки, были проведены их ускоренные испытания на долговечность, проанализированы результаты. В процессе исследований разработана расчетная схема нагружения втулки. С этой целью изготовлено специальное приспособление для усталостных испытаний. Составлена математическая модель и проанализирован оптимальный выбор режимов. Проведены исследования, позволяющие сделать практически важные выводы об усталостной прочности при изгибе опытных и серийных втулок. Установлено, что электро-химическая технология обработки кромок отверстий не снижает усталостную прочность стали ШХ15-Ш.
Розробка здвоєної лопатки осьового вентилятора із підвищеними аеродинамічними характеристиками
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Мартиненко, Володимир Геннадійович; Гриценко, Микита Ігорович
Представлений комплексний підхід до профілювання вінця лопаток робочого колеса, оцінки аеродинамічних характеристик повітряного потоку, а також статичних і динамічних міцнісних параметрів нової здвоєною лопатки робочого колеса вентиля-тора ВО-21Д на заміну тілесної лопатки, що не відповідає вимогам зміненого опору шахтної мережі. Аеродинамічний аналіз циклічно симетричної скінченно-об'ємної моделі проточної частини вентиляційної установки, що включає в себе робоче колесо, спрямляючий апарат і дифузор, дозволив підтвердити ефективність розроблених профілів здвоєних лопаток робочого колеса вентилятора, а також визначити аеродинамічні навантаження на лопатки. Ці навантаження разом з відцентровими силами від обертання ротора вентиляційної установки були використані для скінченно-елементного аналізу його статичної міцності і відстройки від резонансних режимів, що підтвердило працездатність розробленої конструкції і можливість їй використання на практиці.
Варіаційна постановка задач термодеформування електропровідних тіл у електромагнітному полі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Альтенбах, Хольм; Науменко, Костянтин; Лавінський, Денис Володимирович; Конкін, Валерій Миколайович
У статті поставлено проблему зв’язаного аналізу розподілу електромагнітного та теплового поля, а також напружено-деформованого стану електропровідного тіла. Наведено відповідні функціонали, стаціонарність яких забезпечує знаходження розв’язку. Надані у загальному вигляді системи визначальних рівнянь.
Моделирование и анализ собственных колебаний системы ТФО с турбиной 500 мВт
(Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", 2019) Красников, Сергей Васильевич
Проведен анализ собственных колебаний системы турбоагрегат-фундамент-основание с турбиной мощностью 500 МВт в частотном диапазоне приближенном к частоте колебаний электромагнитной природы от генератора. Объектом исследования является система турбоагрегат-фундамент-основание.. Для исследования выбрана система с паровой турбиной, которая содержит несколько типовых корпусов. Для моделирования и проведения численных расчетных исследований использован метод конечных элементов. Построены геометрические и конечно-элементные модели системы турбоагрегат-фундамент-основание с учетом особенностей взаимодействия гибких корпусов турбины с фундаментом. Проведены расчеты собственных колебаний. Получены собственные частоты и формы колебаний. Полученные результаты дают качественную оценку причин повышенной вибрации отдельных элементов рассматриваемой системы.
Методика экспериментального определения параметров размещения акселерометров в бесплатформенной инерциальной навигационной системе
(Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", 2019) Успенский, Валерий Борисович; Кузнецов, Юрий Алексеевич; Сурганова, Юлия Эдуардовна
Для обеспечения высокой точности функционирования бесплатформенных инерциальных навигационных систем в условиях значительной угловой динамики объекта учитывается пространственное разнесение акселерометров в блоке. С этой целью в ходе заводской калибровки необходимо уточнить геометрическое размещений акселерометров относительно приборной системы координат. Существующие методы предполагают реализацию довольно сложных экспериментальных программ движения блока либо использование параметров вращения лабораторного стенда в качестве эталонных значений. Все это может приводить к повышенной погрешности определения искомых параметров и, как следствие, к увеличению ошибки функционирования навигационной системы в целом. В данной работе предлагается простая методика проведения эксперимента с использованием трехосного стола, инвариантная к аддитивным ошибкам измерений акселерометра и не идеальности лабораторного оборудования. Для развития и обоснования предлагаемой методики решаются следующие задачи: разработка модели измерений акселерометров, учитывающая геометрический фактор его размещения; проектирование программы тестовых вращений для трехосного стола и алгоритма обработки измерений; обсуждение источников погрешности методики и возможности ее минимизации; оценка влияния геометрического фактора и разработка модели его компенсации в процессе эксплуатации навигационной системы; экспериментальная проверка методики. По итогам решения перечисленных задач сделаны выводы о необходимости учета геометрического фактора размещения акселерометров в бесплатформенной инерциальной навигационной системе и практической эффективности разработанной методики. Результаты статьи могут быть использованы при проектировании и настройке высокоточных инерциальных навигационных систем.
Анализ устойчивости контейнера, нагруженного равномерно распределенным внешним давлением
(Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", 2019) Бабуджан, Руслан Андреевич; Андреев, Арнольд Георгиевич
В данной работе предполагалось выяснить возможность потери устойчивости в типовой конструкции контейнера, проанализировав несколько конфигураций геометрических параметров. Для этого была создана математическая модель, которая совмещает в себе моментную и безмоментную теорию оболочек, а также теорию устойчивости. Были показаны методы параметризации и алгоритмизации решения напряженно-деформированного состояния с помощью пакета программного обеспечения MATLAB. Также в работе представлены значения критических нагрузок, приводящих объект в состояние потери устойчивости, соответствующие определенным параметрам контейнера. Также были представлены сравнения предела текучести материала конструкции со значениями максимальных напряжений в элементах контейнера, вызываемых вычисленными нагрузками. Эти значения позволили сделать вывод об опасных конфигурациях конструкции, при которых стала возможна потеря устойчивости. В работе приведена формализация решения напряженно-деформированного состояния конструкции, имеющая модульную структуру. Данный метод позволяет унифицировать и автоматизировать процесс решения задач подобного рода без использования частных теорий расчета конструкций. Алгоритм решения сходится с типовым алгоритмом нахождения опасных зон конструкции и, благодаря параметризации, может быть применен при решении задачи как в прямой, так и в обратной постановке. После анализа результатов был сделан вывод о состоятельности и актуальности анализа устойчивости конструкции. Результатом работы являются как численные значения критических нагрузок при определенных конфигурациях конструкции, так и общее, качественное представление о прочности типовой конструкции, ее опасных зонах и возможности ее упрочнения посредством добавления новых конструкционных элементов в зоны, наиболее подверженные необратимым деформациям. Результаты приведены в виде графиков, формул, рисунков и таблиц.
Аналітичний розв’язок узагальненої задачі пружного удару твердих тіл
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Ольшанський, Василь Павлович
Аналітичний розв’язок узагальненої задачі механічного удару двох пружних тіл обертання в постановці Г. Герца виражено через періодичний Ateb-синус і його степені. Виведено формули для розрахунку зміни у часі зближення центрів мас тіл, сили ударної взаємодії, радіуса площадки контакту та тиску в її центрі. Одержано компактні формули максимумів вказаних величин, які досягаються в кінці процесу динамічного стискання тіл. Виведена також формула тривалості удару в часі. Відзначено, що тривалість залежить від порядку граничних поверхонь тіл, підданих удару. Для врахування місцевих контактних деформацій тіл в зоні їх взаємодії використано узагальнений розв’язок осесиметричної контактної задачі теорії пружності, побудований І. Я. Штаєрманом для випадку, коли тверді тіла обмежені поверхнями, що мають порядок більший другого. Показано, що із одержаних теоретичних результатів, які стосуються щільного дотику тіл, підданих удару, як окремий випадок, випливають відомі класичні результати, одержані Г. Герцем. Отримано формулу визначеного інтегралу від степені Ateb-синуса, що виражає ударний імпульс. Розглянуто приклад пружного удару тіл, одне з яких обмежене поверхнею четвертого порядку. Для обчислення значень Ateb-синуса рекомендовано використовувати його апроксимацію елементарними функціями. Показано, що числові результати, одержані за допомогою аналітичного розв’язку, з використанням цієї апроксимації, добре узгоджується з результатами числового інтегрування рівняння удару на комп’ютері. Досліджено вплив геометричних характеристик граничних поверхонь на розрахункові параметри удару, що відбувається з невеликою початковою швидкістю. Враховуючи симетрію характеристик пружного удару, відносно часу їх максимумів, для розрахунку процесу динамічного розтискання тіл, рекомендовано використовувати аналітичні розв’язки, побудовані для етапу стискання тіл. Викладена теорія стосується виключно пружного удару, коли динамічне стискання не призводить до появи пластичних деформацій. Це накладає суттєве обмеження на початкову швидкість удару.
Дослідження стійкості контейнера, що навантажений рівномірно розподіленим зовнішнім тиском
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Красій, Данило Максимович; Андрєєв, Арнольд Георгійович
В роботі досліджується стійкість контейнера, що складається з чотирьох елементів: сферичної та циліндричної оболонок, круглої пластини та двох кільцевих ребер, котрі приварені на місці сполучення сферичної з циліндричною оболонкою і циліндричної оболонки з круглою пластиною. Оболонки та пластинка тонкі: їхня товщина значно менша інших розмірів. Товщина всіх елементів контейнера однакова. Кільця жорсткі на згин але пружні на поворот відносно центру поперечного перерізу. Краї оболонок закріплені від зміщення в напрямі нормалі до поверхні оболонки, що викликає реакції, які швидко затухають при віддалені від країв, тобто виникає крайовий ефект. Контейнер знаходиться під зовнішнім рівномірно розподіленим тиском. Для дослідження НДС припускається, що лівий та правий краї контейнера не впливають один на одного. Були знайдені критичні сили для кожного елемента контейнера. Значення тиску приймається як найменший з критичних тисків. Була вирішена задача теорії пружності: визначені граничні умови у місцях сполучень оболонок, за допомогою яких знаходяться невідомі константи для розв’язків диференційних рівнянь прогинів серединної поверхні циліндричної оболонки, розв’язку рівняння сферичної оболонки та розв’язку рівняння Софі Жермен. Коли константи знайдені – виводяться графіки прогинів, моментів, сил та напружень, з яких видно, де у контейнера найбільш вразливі місця. Були отримані найбільші напруження на кожному з елементів, найбільше з яких порівнюється з границею текучості щоб перевірити, чи не починаються пластичні деформації. Для розв’язання диференційних рівнянь та виводу графіків використовувався програмний комплекс MATLAB. Побудовані епюри прогинів та напружень. Отримані таблиці з максимальними критичними тисками, максимальними прогинами та максимальними напруженнями для кожного з елементів контейнеру. Виявлено, що найбільш вразливим елементом є циліндрична оболонка, бо її критичний тиск – найменший.