2023 № 1 Динаміка та міцність машин
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Розробка програмного забезпечення для моделювання та візуалізації мікроструктури матеріалу методом клітинних автоматів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Водка, Олексій Олександрович; Шаповалова, Марія Ігорівна; Розова, Людмила Вікторівна; Гріцкова, Валерія Іванівна; Корж, Анастасія Сергіївна; Мітясов, Нікіта Олександрович; Семененко, Олег Сергійович; Скринник, Катерина Юріївна; Чепела, Юлія ВолодимирівнаМікроструктури, як організація та розташування матеріалів на мікроскопічному рівні, мають суттєвий вплив на властивості та поведінку матеріалів, тому відіграють важливу роль для багатьох наукових і технічних галузях. Важливість синтезу внутрішньої структури полягає в можливості аналізу та вивчення взаємодії між елементами матеріалу, а також визначення оптимальних параметрів для досягнення бажаних властивостей. Дослідження та відтворення мікроструктур сприяють розробці нових матеріалів з унікальними властивостями в різних галузях, включаючи електроніку, авіацію, медицину та енергетику. Одним із ключових напрямків розвитку технології є візуалізація мікроструктур, яка дозволяє перетворити складні дані про внутрішню будову на зрозумілі візуальні моделі, спрощуючи аналіз та інтерпретацію. У роботі описано інформаційну систему "MaterialViz", яка дозволяє детально вивчати структуру матеріалу. Вона включає зручний інструментарій для аналізу та дослідження структурних характеристик матеріалів, а також можливість тривимірної візуалізації даних, що покращує розуміння структури та взаємодії його елементів. Користувачам надається можливість збереження та завантаження результатів досліджень, що сприяє зручності роботи та співпраці з іншими дослідниками. Використання додатку можливе в різних галузях, включаючи матеріалознавство, металургію, енергетику, електроніку та біомедицину, допомагаючи дослідникам оптимізувати та розробляти нові матеріали з покращеними характеристиками. Загалом, комп'ютерний застосунок "MaterialViz", є потужним інструментом для аналізу та вивчення структури матеріалів, що допомагає здійснювати глибокий аналіз та отримувати цінні візуальні висновки. Розроблена інформаційна система, призначена для комп'ютерного моделювання мікроструктур матеріалу за допомогою ряду методів імовірнісних клітинних автоматів. Реалізовані чотири типи алгоритми росту кристалів, що вирішує поставлені завдання та відповідає всім вимогам.Документ Термочутливі генератори на основі одноперехідних і польових транзисторів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Вікулін, Іван Михайлович; Вікуліна, Лідія Федорівна; Марколенко, Павло Юрійович; Назаренко, Олександр АскольдовичЕкспериментально досліджено вплив температури на характеристики генераторів на основі одноперехідного транзистора (ОПТ). Показано, що при використанні генератора на ОПТ в якості датчика з частотним виходом, для підвищення залежності частоти від температури в коло емітера ОПТ та бази вводяться польові транзистори. Для отримання прямої залежності частоти від температури коло емітера ОПТ вводиться польовий МДН-транзистор, а для отримання зворотної залежності польовий транзистор з p-n переходом в якості затвора. Максимальна чутливість з прямою залежністю досягається при включенні в коло емітера ОПТ МДН-транзистора, а в коло бази, транзистора з p-n переходом. Досліджено вплив радіації на термочутливість генераторів. Складові транзистори опромінювалися потоком електронів, γ-квантів і нейтронів. Встановлено, що опромінення кожного транзистора по-різному впливає вихідну частоту генератора, вона або зменшується, або збільшується. Показано, що використовуючи схему генератора транзистори з протилежним знаком зміни частоти генератора при радіації, можна зменшувати залежність вихідної частоти від радіації. Максимальна компенсація дії радіації на вихідний сигнал може бути отримана при використанні МДН транзистора в колі емітера ОПТ, а транзистора з p-n переходом в колі бази. Встановлено граничні величини потоків різних випромінювань, після яких генератор перестає працювати.Документ Автономний метод докалібрування безплатформної інерціальної навігаційної системи у ході експлуатації(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Успенський, Валерій БорисовичНа сучасному повітряному транспорті широко використовують безплатформні інерціальні навігаційні системи (БІНС). Термін експлуатації таких систем налічує десятиріччя. За цей час можливе погіршення характеристик таких систем, пов'язане з деградацією інерціальних датчиків – гіроскопів та акселерометрів. В цих умовах для підтримки необхідної точності БІНС протягом усього терміну експлуатації необхідно або періодично проводити регламентні роботи з бортовою системою, або безперервно адаптувати модель вимірювань датчиків, що використовується, в частині компенсації виникаючих похибок. Другий з вищевказаних напрямків, який назвемо докалібруванням, має перед першим ту перевагу, що проводиться самою системою автоматично і не вимагає ані додаткового обладнання, ані додаткових робіт з обслуговування. Відомий спосіб докалібрування БІНС заснований на комплексуванні інформації від БІНС та від приймача супутникових радіонавігаційних сигналів (СРС). Таке докалібрування, по-перше, істотно залежить від наявності та якості супутникової інформації, по-друге, можливе лише для інтегрованих навігаційних систем, в яких інерційна підсистема доповнена приймачем СРС. На відміну від відомого способу у цій статті вирішується завдання автономного докалібрування БІНС, яке здійснюється після кожного польоту. Рішення будується на основі лінеаризованої моделі помилок інерційної навігації за крайовими умовами вектора стану (на початку та наприкінці польоту). Зовнішня інформація, що використовується, складається тільки з початкових значень координат і поточних вимірювань баровисотоміра. В результаті рішення наприкінці польоту визначаються похибки гіроскопів та акселерометрів, а також помилка визначення в БІНС кінцевих значень широти та довготи. Похибки датчиків можуть бути використані у наступних вмиканнях системи, що забезпечує підвищення точності її роботи загалом. На типовій програмі імітаційного польоту проведено аналіз придатності та ефективності розробленої методики.Документ Корекція норми кватерніона орієнтації в алгоритмах БІНС: розрахункові схеми нормування і їх ефективність(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Плаксій, Юрій АндрійовичРозглядається задача корекції норми обчисленого кватерніона орієнтації в алгоритмах функціонування безплатформених інерціальних навігаційних систем. Розглянуто два існуючих підходи до процесу корекції, перший підхід полягає в нормуванні кватерніона повороту на такті обчислень, другий підхід полягає в нормуванні результуючого кватерніона. Приведено 5 відомих розрахункових схем корекції норми. Для моделювання тестового руху в роботі застосовано аналітичну кватерніонну кінематичну модель обертання, основану на послідовності трьох поворотів, що відповідають кутам Крилова. Розглянуто випадок лінійної залежності кутів елементарних поворотів від часу. Модель забезпечує отримання в аналітичному вигляді проекцій вектора кутової швидкості твердого тіла на зв'язані осі і відповідних квазікоординат на такті обчислень. Результати чисельного моделювання еталонного руху для заданого набору частот представлені у вигляді залежностей проекцій вектора кутової швидкості твердого тіла від часу і побудованих траєкторії в конфігураційному просторі параметрів орієнтації. Для визначення кватерніона повороту на такті використано алгоритм Міллера, який дозволяє отримати приріст вектора орієнтації на основі ідеальної інформації з датчиків кутової швидкості у вигляді квазікоординат. Перетворення до кватерніона повороту відбувається за допомогою відповідних розкладень тригонометричних функцій кута істинного повороту (модуля вектора орієнтації) в ряд. На основі програмно-чисельного експерименту показано, що найкращий результат корекції норми обчисленого кватерніона в сенсі мінімальної похибки норми дає одна із схем фінітного нормування, для якої відсутня операція ділення і яка забезпечує стійкість в часі процесу корекції норми. Приводяться результати чисельного моделювання модельного обертального руху твердого тіла і відпрацювання схем корекції норми обчисленого кватерніона орієнтації.Документ Алгоритмічне визначення рівноважного/усталеного положення динамічної системи кінцево-кроковим методом(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Плаксій, Юрій АндрійовичРозглядається задача алгоритмічного оцінювання рівноважного/усталеного положення динамічної системи на основі мінімальної кількості вимірювань вихідної величини в рівновіддалених моментах часу. Для цього застосований кінцево-кроковий метод, який полягає в формуванні за певними правилами сум і різниць значень вихідної величини, що розташовані симетрично на осі часу відносно деякого моменту, який можна визначити апріорі. В результаті формуються перевизначені системи лінійних рівнянь відносно введених фіктивних невідомих і на основі необхідної умови існування розв’язку цих систем знаходяться формули для визначення рівноважного/усталеного положення динамічної системи. Наведені алгоритми визначення рівноважного/усталеного положення для наступних математичних моделей вихідної величини: у вигляді постійної складової і затухаючої експоненти, у вигляді постійної складової та затухаючої синусоїди, у вигляді постійної складової і двох незатухаючих синусоїд, у вигляді постійної складової, затухаючої складової і незатухаючої синусоїди. Показано, що в умовах відсутності похибок вимірювань вихідної величини похибка оцінювання рівноважного/усталеного положення перехідного процесу залежить тільки від похибки розв’язання системи лінійних рівнянь. Обговорюються шляхи використання надлишкової кількості вимірювань.Документ Використання візуалізації в рішенні задач багатокритеріального вибору при аналізі складних систем(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Некрасова, Марія ВолодимирівнаРозглядаються особливості процесу рішення задач багатокритеріального вибору, що пов’язані з необхідністю моделювання переваг особи, що приймає рішення. Ця задача є актуальною, бо більшість складних завдань управління, які вимагають прийняття рішень, є багатокритеріальними. В роботі наведено загальну класифікацію відомих методів та способів вирішення таких завдань. В описі методів акцент робиться на використовувані в них засобів візуалізації. Бо візуальні засоби значно полегшують процес вибору особливо при багатьох критеріях, великій множині альтернатив та неповній інформації. Розглядаються сучасні підходи до візуального аналізу чутливості рішення в методах згортання критеріїв в один, до візуалізації часткового відношення переваги на багатьох альтернативах, до візуального дослідження множини допустимих рішень у просторі критеріїв. Візуальний аналіз у багатокритеріальних завданнях відіграє істотну роль і є невід'ємною складовою інтерактивних методів їх вирішення. Такий інтерактивний підхід до організації процесу прийняття рішення дозволяє більш точно виявити реальні переваги особи, що приймає рішення, та здійснити найкращий вибір.Документ Чисельне та експериментальне дослідження конічного з'єднання лопатки роторної машини(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мартиненко, Володимир ГеннадійовичВ роботі представлене експериментальне та чисельне дослідження конічного кріплення хвоста алюмінієвої лопатки вентилятора головного провітрювання шахти, що засновується на випробуваннях спрощеної натурної моделі з відкинутим пером та її подальшому скінченно-елементному аналізі. Розрахункова модель враховує пружнопластичні властивості матеріалів та нелінійні контакти із тертям. Запропоноване з'єднання складається з алюмінієвого конічного хвоста лопатки, двох сталевих фіксаторів із аналогічними конічними поверхнями та двох сталевих болтів, які поєднують фіксатори навколо хвоста. Попередня затяжка болтів дозволяє зафіксувати лопатку в ненавантаженому стані у гнізді та запобігти її небажані повороти. Така затяжка враховується в скінченно-елементному аналізі за допомогою визначення з дотриманням спеціальних правил осьової сили преднатягу болтів. За допомогою гідравлічного пресу, що діє на нижню поверхню хвоста лопатки, імітується вплив відцентрового навантаження на конічне з'єднання з боку пера лопатки. Нелінійний статичний аналіз пружнопластичної поведінки конструкції дозволяє визначити руйнівні навантаження, що спричиняють розрив болтів із подальшим роз'єднанням фіксаторів та вильотом лопатки із посадочного гнізда. Графіки еквівалентних за Мізесом напружень свідчать про те, що максимальні напруження досягаються в робочій частині болтів, що повністю відповідає характеру руйнування конструкції при досягненні максимального еквівалентного навантаження на неї. Експериментальне дослідження підтверджує коректність визначення контактних напружень в місці конічної посадки. Відповідність результатів статичного аналізу результатам натурного експерименту дає можливість зробити висновок про коректність проведеного скінченно-елементного моделювання. Це дозволяє використовувати розроблену постановку задачі для визначення міцності конструкцій вентиляторів із конічними з'єднаннями лопаток без виконання попередніх експериментальних досліджень. Окрім того, розроблена методика може бути поширена на більший круг конічних та циліндричних з'єднань завдяки простоті підходу та універсальності постановки нелінійної скінченно-елементної задачі, що моделює конструкції із попередньо навантаженими чи затягнутими елементами.Документ Аналіз тріщини зі скінченою електричною проникністю між двома п'єзоелектричними матеріалами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Левченко, Максим; Лобода, ВолодимирДосліджується тріщина зі скінченою електричною проникністю між двома п’єзоелектричними матеріалами. Спочатку вважається, що довжина тріщини набагато менша від розмірів тіла, тому останнє розглядається як нескінченно велике. Вважаючи, що електричний потік через тріщину не змінюється по її довжині, будується аналітичний розв’язок поставленої задачі. На основі цього розв’язку знаходиться величина електричного потоку, а також інші компоненти електромеханічного поля. Виводиться також досить проста формула для швидкості звільнення енергії (ШЗЕ), а також для деяких значень електричної проникності середовища тріщини та зовнішніх навантажень обчислюються величина електричного потоку через тріщину та ШЗЕ. Апробація одержаних результатів проведена на прикладі подібної задачі, але для області скінчених розмірів. Використано метод скінченних елементів (МСЕ) і застосовано обернений підхід. Згідно з цим підходом задано електричний потік через тріщину, який отриманий аналітично, і проведено розв’язання з використанням МСЕ. Аналіз отриманих чисельних результатів підтвердив достовірність методики та одержаного аналітичного розв’язку.Документ Мінімізація ваги лопаті повітряної установки адаптивним гібридним методом оптимізації(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Лапітан, Костянтин Євгенович; Місюра, Сергій Юрійович; Лістрова, Дар'я Вадимівна; Руденко, Тетяна Миколаївна; Місюра, Євгенія Юріївна; Васильєв, Анатолій ЙосиповичУ різних галузях інженерної практики, таких як турбобудування, енергетичне машинобудування широко застосовуються елементи тонкостінних конструкцій, які функціонують в умовах підвищених навантажень при взаємодії з повітряним або водним середовищем. До них відносяться лопаті робочих коліс радіально-осьових та поворотно-лопатевих гідротурбін, лопасті вітроенергетичних установок. Проектування високоефективних машин і споруд, які мають необхідний рівень надійності, потребує визначення їх оптимальних характеристик. У статті запропоновано адаптивний метод знаходження мінімуму довільної гладкої функції багатьох змінних. Метод використовувався для розв’язання еталонної задачі оптимізації функції у формі долини. Суть запропонованого алгоритму полягає в послідовному наближенні до дна долини і подальшому русі в бік зменшення цільової функції. Порівняння результатів обчислення точки мінімуму функції виконується як безградієнтним, так і градієнтним методами, а саме: Пауелла, Хука - Дживса, методом найкрутішого спуску та розробленим методом. Встановлено, що ефективність запропонованого методу перевищує звичайні пошукові алгоритми, але він не позбавлений недоліків. Запропоновано метод, який представляє собою ряд гібридних методів, які утворюють гібридну коаліцію. Запропонований гібридний алгоритм не забезпечує задовільного результату в «єдиному» пошуку. Алгоритм пошуку досягає точки, де всі значення функції в оточуючих точках перевищують значення в отриманій точці, і алгоритм не може подолати бар’єр. Для вирішення даної задачі необхідно взяти отриману точку за нову початкову і повторити алгоритм знаходження мінімуму функції, тобто використати метод мультистарту. Запропонований метод використовувався для вирішення задачі оптимізації лопаті повітряної установки, яка зводилася до задачі безумовної оптимізації методом штрафних функцій, але функція цілі мала суттєво долинну структуру. Отримано оптимальні значення товщини перетину, що дозволило побудувати лопатку з покращеними характеристиками.Документ Динамічний аналіз функціонально-градієнтних пористих сигмовидних сендвич пластин(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Курпа, Лідія Василівна; Шматко, Тетяна Валентинівна; Лінник, Ганна Борисівна; Морачковська, Ірина Олегівна; Тимченко, Галина МиколаївнаВ роботі розглянуто проблему дослідження вільних коливань функціонально-градієнтних (ФГ) пористих сигмовидних пластин типу сендвіч, які можуть мати складну геометричну форму та різні типи закріплення. Для розв'язання поставленої задачі використано варіаційно-структурний метод (RFM), який поєднує теорію R-функцій та варіаційний метод Релея-Рітца. Математичну постановку задачі виконано в рамках деформаційної теорії пластин першого порядку(FSDT. Розглянуто пластини, зовнішні шари яких вироблено із функціонально-градієнтних матеріалів (ФГМ), а заповнювач є ізотропним. Для різних моделей розподілення пор (сигмовидне рівномірне та нерівномірне) виведені формули для обчислення ефективних властивостей ФГМ. Числові результати для прямокутних пластин порівняно з відомими результатами, отриманими за допомогою інших методів. Досліджено власні коливання пластин зі складною формою плану. Отримані результати представлені у вигляді таблиць та графіків. Проаналізовано вплив об’ємної долі кераміки, різних видів ФГМ та коефіцієнту пористості на власні частоти коливань пластини.Документ Статичний аналіз багатоопорних ступінчатих шпіндельних валів на нелінійно пружніх опорах(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) 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 Аналіз стану проблеми вдосконалення бронезахистних властивостей засобів індивідуального захисту: оглядове дослідження(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Добротворський, Сергій Семенович; Трубін, Дмитро Володимирович; Басова, Євгенія Володимирівна; Алексенко, Борис Олександрович; Добровольська, Людмила ГеоргіївнаВ роботі розглянуті питання сучасного напрямку сталого розвитку безпеки України у сфері її обороноздатності. Об’єктом дослідження є засіб персонального бронювання типу бронежелет, а предметом роботи є дослідження процесів руйнування цілосності засіб персонального бронювання типу бронежелет із метою пошуку шляхів покращення їх міцностних характеристик. Захисні бронежилети – це ключовий елемент захисту військових, правоохоронних органів та інших професій, пов'язаних з ризиком для життя. Сучасні матеріали та технології дозволяють виготовляти бронежилети найвищого рівня захисту, забезпечуючи не тільки захист від куль, але й від інших небезпек, таких як вибухи та осколки. Однак, системи повинні мати покращену балістичну ефективність, бути легкими, гнучкими та комфортними для ефективної роботи працівників. Загалом, ефективність захисного бронежилета зумовлена різними факторами, включаючи техніку конструювання бронежилета, тип матеріалів та обробку захисних панелей. В роботі наведено докладний огляд сучасного стану техніки конструювання панелей бронежилетів та різних матеріалів для виготовлення захисних пластин. Наведений докладний аналіз різних видів захисних бронежилетів та їх категорій. Далі будуть наведені різні методи конструювання панелей, їх проблеми та можливі рішення. На закінчення, будуть обговорені різні полімерні волокнисті та майбутні можливі продвинуті матеріали, включаючи вуглецеві нанотрубки (CNT), графен CNT та рідини з підвищеним згущенням (STF), для розробки панелей підсиленого захисту.Документ Комп'ютерне моделювання повзучості циліндра при його контакті зі стрижнями напівциліндричного перерізу(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Бреславський, Дмитро Васильович; Паламарчук, Павло ІгоровичСтаттю присвячено опису постановки задачі, підходу до моделювання та отриманим результатам з повзучості товстої труби при її контакті зі стрижнями напівциліндричного перерізу, які розташовані симетрично її центру. Представлено огляд наукових публікацій, виконаних у напрямку моделювання контакту при повзучості, в тому числі з використанням МСЕ. Постановку задачі викладено з урахуванням скінченних деформацій та переміщень. Описано умови контакту, представлено варіаційний функціонал, який використовується для скінченноелементного формулювання задачі. Завдяки наявній симетрії геометричних параметрів та крайових умов задачу розв'язано з використанням постановки плоскої деформації. Областю дискретизації в МСЕ є четверта частина перерізу труби, що контактує з перерізом стрижня у вигляді половини кола. Представлено результати верифікаційних досліджень, виконаних з метою оцінювання достовірності розв'язання задачі повзучості циліндру, навантаженого внутрішнім тиском. Обговорюються різні моделі для опису контактної взаємодії, що є можливим використовувати у програмному комплексі ANSYS. Показано переваги використання Normal Lagrange Method. Проаналізовано деформування при повзучості труби з її контактом зі стрижнем протягом 10000 годин. Наведено отримані шляхом комп'ютерного моделювання розподіли компонентів напружено-деформованого стану за перерізами контактуючих елементів та графік перерозподілу інтенсивності напружень у місці контакту. Обговорюються отримані за допомогою розрахунків характеристики деформованого стану поверхні циліндричної труби, який виникає завдяки впливу контактуючого стрижня. Проведено апроксимацію та представлено аналітичні вирази залежності інтенсивності напружень та довжини лінії контакту від часу. Отримані результати розв'язання задачі повзучості свідчать, що протягом приблизно 1.25 року завдяки контакту труби зі стрижнями на її поверхні утворюються дефекти типу вм'ятин.