Вісник № 01. Динаміка та міцність машин

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/59899

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 13 з 13

Аналіз міцності елементів кріплення механічної педалі з тросовим приводом
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Голенко, Костянтин Едуардович; Диха, Олександр Володимирович; Рудик, Олександр Юхимович
Визначення показників міцності структурних компонентів механічних педалей транспортних засобів, зокрема елементів їх кріплення до тросових приводів, є актуальним з огляду на потребу відповідності дотримання вимог щодо максимальних зусиль згідно з Правилами ЕЄК ООН №13 та №35 з однієї сторони та забезпечення достатнього запасу міцності згідно технічних умов експлуатації тросових приводів – з іншої сторони. Додаткової практичної користі розглянута в статті тема набуває з точки зору оцінки запасу міцності складових механічної педалі в критичних умовах експлуатації, які і й входять в основу крайових при формуванні поставленої задачі – аналізу міцності визначених деталей методом кінцевих елементів у середовищі ANSYS. Слід розуміти, що наведений аналіз є лише одним з обов’язкових етапів імітаційних випробувань педалі, адже, будучи відносно простим вузлом, механічна педаль насправді має бути спроектована в такий спосіб, щоб критичні навантаження зруйнували найменш відповідальні замінні елементи складального вузла, але не приводи та відповідні їм агрегати, що активуються через трос дистанційного керування.
Залежність статичної міцності крупних кристалів синтетичного алмазу типу Ib октаедричного габітусу, після хіміко-термічної та термічнорї обробок, від їх розміру
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Цисар, Максим Олександрович; Закора, Анатолій Петрович; Бабак, Антон Миколайович; Івахненко, Сергій Олексійович; Заневський, Олег Олексійович; Ільницька, Галина Дмитріївна; Закора, Євгенія Олексіївна
Зростаючі вимоги до якості бурового інструменту змушують переглядати традиційні способи їх виробництва і розробляти нові альтернативні технології. Розглянуто деякі питання, пов'язані із можливістю підвищення ефективності бурового інструменту з використанням монокристалів алмазу. Резерв підвищення якості бурових коронок лежить у сфері використання великих, високоміцних, немагнітних алмазів. Наукові дослідження у цій сфері показали, що ефективність процесу буріння значною мірою залежить від механічних властивостей монокристалів таких, як межа міцності та твердість. Зерна працюють при навантаженні близькому до критичного, що може призвести до повного руйнування монокристалів замість поетапного сколювання з формуванням нових ріжучих кромок. Наведено результати експериментального дослідження впливу окремих етапів технологічного процесу виготовлення бурового інструменту, а саме: хіміко-термічної обробки та відпалу при 1150°С, на величину статичної міцності великих кристалів синтетичних алмазів типу Ib октаедричного габітусу. Вперше отримано залежність цієї величини від геометричних розмірів монокристалів. Максимальне значення статичної міцності, що було отримано, становило 8750 Н. Експериментально підтверджено, що із збільшенням руйнівного навантаження зменшується розмір уламків. З міркування забезпечення достатньої міцності ріжучої частини бурового інструменту доцільно обмежити розмір монокристалів до 1000 ... 1200 мкм оскільки для них значення критичного навантаження вище, ніж для кристалів розмір яких 1300 мкм і більше, що згідно з теорією, пов'язане зі збільшенням числа дефектів та включень відповідно до їх розмірів. Виконаний аналіз дозволив ввести коригування в аспекти прояву масштабного ефекту при випробуваннях властивостей міцності монокристалів алмазу.
Комплексний підхід до аналізу статичної та динамічної міцності ротора димососу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Мартиненко, Володимир Геннадійович
В роботі описано процес оцінки статичної і динамічної міцності ротора осьового димососу зі здвоєними лопатками, що дозволяють значно підвищити його ефективність. Для побудови розрахункової моделі аналізу міцності виконано спрощення геометричної моделі шляхом видалення болтових з’єднань, зрощування малих поверхонь, а також моделювання зварних швів у вигляді зкруглень та фасок. Такі спрощення дозволили побудувати якісну скінченно-елементну сітку, що має достатню точність для виконання інженерних розрахунків. Розрахункові моделі включають скінченно-елементу модель одного сектора циклічної симетрії робочого колеса димососа, що використовується для більш точного визначення його напружено-деформованого стану та локальних максимумів напружень в місцях їхньої концентрації в кореневих перерізах лопаток та у місцях їхнього з’єднання перемичками від дії відцентрових сил, аеродинамічних навантажень на лопатку та теплових навантажень від прогріву колеса, а також скінченно-елементну модель всього ротора із менш детальним розбиттям робочого колеса, яке в даному випадку відіграє роль масово-інерційного елементу, та більш детальним розбиттям валу для аналізу його статичної міцності і реакцій у підшипникових вузлах від дії сил тяжіння та визначення власних частот й форм коливань ротора та можливості виникнення резонансів із кратностями частоти збуджуючих навантажень. Аналіз статичної міцності робочого колеса та валу ротора димососа виконувався шляхом порівняння еквівалентних за Мізесом напружень із допустимими напруженнями, а аналіз динамічної міцності ротора димососа виконувався шляхом визначення рівня відстройки власних частот коливань від кратностей частоти збуджуючого навантаження, яким в даному випадку приймались відцентрові сили, що діють на дисбаланс ротора, який обертається. Детальний аналіз результатів розрахунків дозволив встановити, що елементи ротора димососа відповідають вимогам статичної міцності під дією усіх можливих типів навантажень, а власні частоти коливань ротора мають достатній рівень відбудови від кратностей частоти збуджуючого навантаження. Таким чином зроблений висновок про статичну і динамічну міцність ротора димососа, що впливають на його ресурс та довговічність роботи на номінальному режимі.
Дослідження навантаженості зйомного модуля для довгомірних вантажів при перевезенні у складі комбінованого поїзда залізничим поромом
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ватуля, Гліб Леонідович; Ловська, Альона Олександрівна; Мямлін, Сергій Сергійович; Павлюченков, Михайло Васильович
В статті наведено результати визначення навантаженості зйомного модуля для довгомірних вантажів при перевезенні у складі комбінованого поїзда залізничним поромом. Наведено результати математичного моделювання динамічної навантаженості зйомного модуля, розміщеного на вагоні-платформі при бортовій хитавиці залізничного порому. Враховано, що вагон-платформа жорстко закріплений на палубі і здійснює переміщення разом з нею. Переміщення зйомного модуля відносно рами вагона-платформи і вантажу відносно зйомного модуля не враховувалися. Розв’язок математичної моделі здійснено методом варіації довільних постійних та підтверджено шляхом розрахунку в програмному комплексі Mathcad. Встановлено, що максимальна величина прискорення, яке діє на вагон платформу зі зйомним модулем, складає близько 2,35 м/с² (0,24g). Отриману величину прискорення враховано при розрахунку на міцність зйомного модуля. В якості розрахункового застосовано метод скінчених елементів, який реалізовано в програмному комплексі SolidWorks Simulation. При цьому застосовано критерій Мізеса. Скінчено-елементу модель утворено просторовими ізопараметричними тетраедрами. Результати розрахунків показали, що максимальні еквівалентні напруження зафіксовані в зоні взаємодії вертикальних стійок з фітингами і складають 284,7 МПа. Отримані напруження нижче за допустимі на 17,5%. У якості допустимих напружень застосовано межу плинності матеріалу конструкції. Визначено коефіцієнт стійкості рівноваги зйомного модуля. Стійкість зйомного модуля на вагоні-платформі за умови відсутності власних переміщень, а також довгомірного вантажу, розміщеного у ньому, дотримується при кутах крену залізничного порому до 25°. Проведені дослідження сприятимуть створенню напрацювань щодо проектування транспортних засобів комбінованих перевезень та підвищенню ефективності їх експлуатації.
Чисельне моделювання процесів незворотного деформування кілець при вибуховому навантаженні
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Бреславський, Дмитро Васильович; Татарінова, Оксана Андріївна
Викладено постановку осесиметричної задачі незворотного пластичного деформування для випадку скінченних деформацій. Обговорюється можливість використання квазістатичної постановки. Для опису швидкого деформування використано рівняння інкрементальної теорії пластичності. Метод чисельного моделювання побудовано з використанням узагальненого підходу Лагранжа-Ейлера (ALE), в якому послідовність крайових задач у поточній конфігурації тіла розв’язується за допомогою МСЕ. До моделювання залучено осесиметричний скінченний елемент з трикутним поперечним перерізом. Представлено основну систему рівнянь, що при використанні методу скінченних елементів описує у поточній конфігурації деформування осесиметричних тіл. На кожному етапі розрахунку у поточній конфігурації початкова задача розв’язується чисельно з використанням різницевого методу. При досягненні граничного значення компонентів тензору деформацій згідно з алгоритмом ALE відбувається перебудова скінченноелементної моделі з реалізацією нових крайових умов. Для побудови розрахункової моделі використано програму RD, в якій двовимірна модель перерізу осесиметричного тіла оточується сіткою спеціальних елементів. Обговорюється підхід до реалізації заданих граничних умов осесиметричного тіла при скінченноелементному моделюванні. Розрахунки незворотного деформування проведено у програмі, яку побудовано на базі використання програмного комплексу FEM Creep у випадку скінченних деформацій. Виконано порівняння даних чисельного моделювання з експериментальними результатами інших авторів, отриманими при дослідженні вибухового навантаження алюмінієвих кілець, насаджених на сферу. Проведено обробку експериментальних даних та визначено константи, що входять до рівняння стану, яке використовує гіпотезу зміцнення. Показано задовільну збіжність розрахункових та експериментально отриманих значень радіальної деформації кілець у різні моменти часу.
Анализ напряжения в конвейерной ленте для Maxwell-модели упругого элемента
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Пигнастый, Олег Михайлович; Соболь, Максим Олегович
Рассмотрен механизм распространения продольных динамических напряжений в конвейерной ленте, материал которой соответствует Maxwell модели упругого элемента. Рассмотрены особенности возникновения продольных колебаний в материале конвейерной ленты для секции транспортной системы, оснащенной асинхронными двигателями. Показано, что ускорение конвейерной ленты возникает в результате скачкообразного изменением тягового момента асинхронного электродвигателя при изменении потребляемой мощности участка конвейера. Процесс ускорения/торможения ленты конвейера носит периодический характер и определяется неравномерностью распределения материала вдоль транспортного маршрута. Это накладывает дополнительные ограничения на синтез алгоритмов оптимального управления скоростью конвейерной ленты. Для анализ распространения динамических напряжений в конвейерной ленте использована Maxwell модель упругого элемента. Учет неравномерности распределения материала вдоль транспортного маршрута основан на аналитической PiKh-модели конвейерной секции. Для анализа продольных колебаний в конвейерной ленте секции транспортной системы записано волновое уравнение и обоснованы граничные условия. Дана оценка скорости распространения продольных колебаний в ленте конвейера. Получено решение волнового уравнения, основанное на методе последовательных приближений, определяющее динамику распространения динамических напряжений вдоль конвейерной ленты. Дана оценка значения характерного времени ускорения ленты, определяющая непрерывный режим функционирования секции транспортного конвейера. Научная новизна полученных результатов заключается в усовершенствовании систем управления потоковыми параметрами транспортной системы при наличии ограничений, связанных с возникновением продольных колебаний в конвейерной ленте. Практическая значимость полученных результатов состоит в построении методики расчета ограничений режима ускорения/торможения конвейерной ленты, неравномерно загруженной материалом вдоль транспортного маршрута.
Вплив на балку кінцевої довжини рухомої маси
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Поваляєв, Сергій Іванович; Шарапата, Андрій Сергійович; Янютін, Євген Григорович
У цій роботі розглянуто розв'язання прямої задачі про деформування ізотропної, пружної, шарнірно-обпертої балки кінцевої довжини. На балку діє каток, що рухається із постійною швидкістю вздовж осі балки. Каток має циліндричну форму певного радіусу і довжину, яка більше або дорівнює ширині балки. Рух балки моделюється на основі теорії С. П. Тимошенко. Описано постановку задачі та умови взаємодії балки та катка. Проаналізовано диференціальні рівняння руху балки з точки зору впливу їх складових та особливо правих частин рівнянь на динамічну поведінку балки у разі використання певних поширених матеріалів балки і катка та запропоновано варіант зведення рівнянь до більш спрощеного виду. Невідомі функції, що входять до рівнянь, шукаються у вигляді рядів Фур'є. Це дозволяє звести вихідні рівняння до звичайних диференціальних рівнянь, які розв'язуються з використанням перетворення Лапласа. Вирази для коефіцієнтів у рядах Фур'є знаходяться з використанням операційного обчислення та теорії лишків. Результати першого чисельного експерименту з дослідження впливу швидкості руху катка на прогини балки представлені у вигляді кривих на рисунку. Для конкретної розрахункової механічної системи у вигляді сталевого катка, який рухається по сталевій балці з постійною швидкістю при нульових початкових умовах, результати дослідження представлені у вигляді графіків прогинів балки для різних швидкостях руху катка. Другий чисельний експеримент проводився для дослідження розповсюдження коливних хвиль балки у разі руху катка на досить високій швидкості. Для цього на рисунку наведені суміщені форми балки і положення катка в різні моменти дії рухомої маси. Проаналізовано поведінку балки на високій швидкості переміщення катка і проведено порівняння прогинів балки з прогинами статичної моделі балки. Намічено подальші напрямки розвитку задачі у прикладних галузях техніки та у обернених задачах з ідентифікації невідомих параметрів за непрямими проявами.
Тривимірні репрезентативні об'ємні елементи для побудови композитних матеріалів із покращеними механічними властивостями
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Дегтярьов, Кирило Георгійович; Крютченко, Денис Володимирович; Місюра, Сергій Юрійович; Меркулова, Альона Ігорівна; Меркулов, Дмитро Олександрович; Місюра, Євгенія Юріївна
Розроблено методологічно-програмний інструмент для ефективного оцінювання властивостей тривимірних композитів матричного типу та періодично структурованих композитних матеріалів із застосуванням сучасних методів граничних та скінченних елементів Проведено модифікацію моделей континуальної механіки для адекватного опису поведінки композитів, адаптацію до цих моделей числової симуляції і програмного забезпечення для розв’язання статичних задач і задач у частотній області. Новизна, переваги і ефективність розробленої комп’ютерної технології забезпечуються побудовою теоретично обґрунтованих моделей для аналізу композитів тривимірної конфігурації з неканонічними формами частинок, вдосконаленням сучасних методів граничних і скінченних елементів і зв'язаних алгоритмічних схем для досягнення високої точності розрахункового аналізу; придатністю до аналізу як статичних, так і динамічних пружних полів у розглянутих структурах. Розроблено розрахункові моделі та програмні засоби для врахування спеціальних форм поодиноких і взаємодіючих неоднорідностей у тривимірній матриці, зокрема, з акцентом на короткі волокна та трубки. Ці моделі та методи застосовано до вивчення статичних та динамічних характеристик баків ракет-носіїв з різних композитних матеріалів. Для дослідження вільних і вимушених коливань оболонкових конструкцій з відсіками, що містять рідину, розроблений метод заданих форм. Як матеріали баків розглянуто композити з алюмінієвою матрицею зі стальними сферичними включеннями та зі стальними та вуглецевими включеннями-волокнами. Запропоновані моделі та алгоритми комп’ютерної симуляції дозволяють проводити числовий аналіз тривимірних статичних задач за класичні умови контакту з матрицею; тривимірних задач щодо статичної взаємодії скінченної кількості включень в матриці; дослідження впорядкованих та стохастично розподілених включень; дослідження включень у вигляді сфер,циліндрів, вуглецевих трубок та включень у вигляді порожнистих сфер та визначити ефективні пружні параметри тривимірних матричних композитів з сферичними включеннями, волокнами і трубками. Результати розрахунків показали зміцнення отриманих композиційних матеріалів з одночасним зниженням густини.
Дослідження нелінійного згину багатокутних функціонально-градієнтних пластин з урахуванням пружньої основи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Курпа, Лідія Василівна; Любицька, Катерина Ігоревна; Лінник, Ганна Борисівна; Морачковська, Ірина Олегівна
Для чисельного дослідження нелінійного згину функціонально-градієнтних тонкостінних пластинчатих конструкцій, які знаходяться на пружній основі, запропоновано використання варіаційно-структурного методу (RFM). Математичне моделювання поставленої проблеми виконано в рамках класичної геометрично нелінійної теорії пластин. Для розв’язання послідовності лінійних крайових задач, що отримано внаслідок лінеаризації вихідної нелінійної системи рівнянь методом послідовних навантажень і методом Ньютона, використано метод R функцій. Тестування, а також порівняння з результатами інших авторів дозволили встановити достовірність і ефективність розробленого підходу та застосувати його для дослідження напружено-деформованого стану (НДС) тонкостінних пластин складної форми. Проведено обчислювальний експеримент для тонкої шестикутної пластини з мішаними крайовими умовами при різних типах зовнішнього навантаження та характеристик пружної основи. Одержано залежність між максимальним прогином пластини та навантаженням. Результати подано у вигляді графіків.
Розробка та комп'ютерна реалізація моделі руху та алгоритмів управління гібридного мультикоптера
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Успенський, Валерій Борисович; Гардер, Сергій Євгенійович
Серед сучасних безпілотних літальних апаратів особливе місце займають гібридні мультикоптери, в яких для створення підйомної сили поряд з електричними двигунами використовуються також двигуни внутрішнього згоряння. Вони можуть нести більш тяжке навантаження більш тривалий час. Але поєднання більш потужного двигуна з менш потужними, змінність інерційних характеристик в процесі польоту, значно ускладнюють динаміку такого об’єкту та його управління. Тому майже відсутній практичний досвід експлуатації, що мотивує проведення дослідження та розробок для практичної реалізації подібних апаратів. Розглянуто мультикоптер гелікоптерного типу с п’ятьма електричними двигунами (4+1 на хвості) та центральним двигуном внутрішнього згоряння. Створено математичний опис динаміки і кінематики апарата з метою комп’ютерного моделювання керованого польоту. Опис враховує всі внутрішні взаємодії динамічних чинників та дається одночасно відносно інерціальної та зв’язаної систем координат, що максимально спрощує розв’язання задачі управління польотом. Для останнього розроблено багатоконтурну схему управління рухом за допомогою двигунів. В основі алгоритмів – декомпозиція задачі за умов типових режимів руху та метод модального управління, який забезпечує бажані перехідні процеси. Описано універсальний автомат взаємодії алгоритмів управління кожним двигуном. Проведено моделювання типової програми польоту, яка містить набір висоти, зміну курсу, прямування до встановленої точки зависання та посадка під нею. Наведені результати засвідчили працездатність алгоритмів та визначили напрями подальшого дослідження. Результати у формі математичної моделі, методів декомпозиції та конкретних алгоритмів можуть бути використані у процесі проектування системи управління мультикоптера гібридного типу.
Моделювання теплового режиму безплатформної навігаційної системи з термостабілізацією прискореного прогріву
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Погорілов, Сергій Юрійович; Хавін, Валерій Львович
В даний час у сучасній авіаційно-космічній техніці широко використовуються безплатформні інерційні навігаційні системи (БІНС) на основі волоконно-оптичних гіроскопів (ВОГ). У зв'язку з високою чутливістю ВОГ до впливу змін температури забезпечення стабільних теплових режимів роботи є актуальною проблемою. Найважливішим завданням підвищення точності роботи системи є розробка способів теплового захисту та термостабілізації ВОГ. Робота присвячена моделюванню температурного поля безплатформного інерційного блоку (БІБ), що входить до складу БІНС з метою забезпечення мінімального перепаду температур на платформі ВОГ із застосуванням термостабілізації. Метою роботи є моделювання температурного поля вимірювального блоку БІБ та визначення умов, які забезпечують мінімум перепадів температур на платформі ВОГ в умовах термостабілізації. Для досягнення поставленої мети вирішено такі завдання: створення розрахункової схеми та кінцевоелементної моделі приладу БІБ, моделювання впливу зміни зовнішніх температур на температурне поле приладу БІБ, чисельне визначення температурних градієнтів у заданих точках приладу. За наслідками чисельного моделювання проведено дослідження параметрів температурного поля приладу, характеристик системи термостабілізації. Розглянуто тепловий режим приладу із системою термостабілізації для прискореного прогріву та зменшення градієнтів зміни температур на датчиках ВОГ з керуючим законом, відповідним змінам температури основи. Чисельно визначено температурні градієнти у заданих точках приладу. Встановлено, що закон термостабілізації має забезпечувати стабільність температурного поля (малість градієнта температури). Саме значення температури ВОГ істотного впливу на величину дрейфу не надає. Систему термостабілізації доцільно використовувати тільки для виведення системи на робочий температурний режим протягом не більше 30 хвилин, а в робочому режимі не використовувати.
Математичне моделювання вертикальної навантаженості контейнера типу хопер, розміщеного на довгобазній конструкції вагона-платформи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ватуля, Гліб Леонідович; Ловська, Альона Олександрівна; Краснокутський, Євген Сергійович
Для підвищення ефективності експлуатації контейнерних перевезень запропоновано конструкцію контейнера типу хопер. Особливістю контейнера є те, що його торцеві та бокові стіни розміщені під деяким кутом для можливості саморозвантаження насипного або навалювального вантажу через розвантажувальні люки, які утворюють його підлогу. Для визначення вертикальної навантаженості контейнера типу хопер, розміщеного на довгобазній конструкції вагона-платформи, проведено математичне моделювання. З цією метою сформовано математичну модель, яка описує поступальні переміщення вагона-платформи у вертикальній площині, тобто коливання підскакування. При проведенні розрахунків враховано, що вагон-платформа складається з трьох тіл – несуча конструкція, завантажена чотирма контейнерами та два візки моделі 18-100. При цьому контейнери розглядалися як прикріплені маси, які повністю повторюють траєкторію переміщень несучої конструкції вагона-платформи у вертикальній площині. В математичній моделі враховано пружні характеристики рейкової колії. Розрахунок здійснено за умови розміщення контейнерів на довгобазній конструкції вагона-платформи моделі 13-7024. Розв’язок математичної моделі здійснено за методом Рунге – Кутта, реалізованому в програмному комплексі MathCad. При цьому початкові умови покладені рівними нулю. Встановлено, що максимальне прискорення, яке діє в центрі мас несучої конструкції вагона платформи, завантаженого контейнерами типу хопер, складає 1,28 м/с², що не перевищує допустиме значення. Коефіцієнт вертикальної динаміки склав 0,13. Хід руху вагона-платформи оцінюється як “відмінний”. Проведені дослідження сприятимуть створенню напрацювань щодо проектування перспективних конструкцій контейнерів та підвищенню ефективності експлуатації контейнерних перевезень.
Упругие свойства и критерий прочности армированного композита
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Богатырь, Михаил Сергеевич; Львов, Геннадий Иванович
Плетеные композиционные материалы находят всё возрастающее применение в различных областях современной техники. В отличие от композитов, армированных прямолинейными волокнами, они имеют более высокую прочность при нагружении касательными напряжениями и повышенные характеристики ударной вязкости. Тканые композиты обладают хорошими технологическими свойствами. Заготовки с углеродными или стеклянными тканями хорошо выкладываются на оснастку при изготовлении тонкостенных элементов конструкций сложных форм. Технологические преимущества тканых композиционных материалов обусловили экономическую целесообразность широкого использования их в авиационной промышленности и автомобилестроении. В работе изложена численная методика идентификации упругих и прочностных характеристик плетеного углепластика по результатам микромеханического анализа представительного объема на основе известных свойств матрицы и волокон. Проведены численные эксперименты на одноосное растяжение в направлениях осей x, y и z. Смоделированы сдвиг в трех координатных плоскостях. Определены прочностные характеристики представительского объема ком позита в условиях растяжения и сжатия в трех направлениях, сдвигов в трех плоскостях.