Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/65765

Офіційний сайт http://misapr.khpi.edu.ua/

У збірнику представлені результати досліджень кінематики, динаміки, напружено-деформованого стану елементів сучасних машин, а також методи, моделі та системи їх автоматизованого проектування. Публікуються статті, що стосуються розробки систем автоматизованого проектування, застосування математичного моделювання в техніці, впровадження інформаційних технологій і розробки програмного забезпечення.

Рік заснування: 1961. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN: 2079-0775

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 29

Вплив складу синтезованого газу на процес згоряння суміші у двигуні внутрішнього згоряння
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хрібік, Андрей; Полоні, Маріан; Магдолен, Любош; Майкут, Андрей; Протасов, Роман
Стаття присвячена застосуванню низькоенергетичного синтезованого газу (синтез-газу) в якості палива для двигунів внутрішнього згоряння, які у свою чергу передають механічну енергію до когенераційної установки (комбінованого виробництва тепла та електроенергії). Подібні енергетичні установки дозволяють досягти високих значень сумарного ефективного ККД при використанні звичайного двигуна внутрішнього згоряння з іскровим запаленням. Аналізовані синтез-гази можуть бути отримані методом газифікації побутових відходів з доступом до повітря. Досліджено вплив складу компонентів синтезованого газу на внутрішні параметри двигуна внутрішнього згоряння. Процес подачі палива до двигуна керувався стандартним блоком з підключенням до нього декількох датчиків в камері згоряння та випускному колекторі. Робота двигуна на всіх сумішах синтез-газів порівнювалася з роботою на чистому метані. Аналіз показує, що падіння показників ефективності у вигляді індикаторного середнього ефективного тиску коливається від 10% до 40% порівняно з роботою на чистій метановій суміші. Зі збільшенням частки водню в синтезованому газі збільшується жорсткість ходу двигуна, а також швидкість тепловиділення. При вмісті в синтез-газі високої частки монооксиду вуглецю жорсткість ходу двигуна була найнижча. Представлені результати дозволяють аналізувати процеси, які відбуваються в двигуні внутрішнього згоряння, а також вплив складових синтезованого газу, виробленого з відновлюваних джерел енергії. Це дозволить налаштувати процес виробництва газу таким чином, щоб досягти якомога найвищих енергетичних та економічних показників його утилізації в когенераційній установці.
Визначення втрат потужності внаслідок періодичного стискання розширення мастило–повітряної суміші між зубцями зубчастих коліс. Частина 1. Математична модель
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Башта, Олександр Васильович; Носко, Павло Леонідович; Бойко, Григорій Олексійович; Мельник, Володимир Борисович; Башта, Алла Олексіївна
При одночасному контакті двох пар зубців між їхніми активними профілями утворюється замкнений об’єм мастило–повітряної суміші. Процес зменшення цього об’єму призводить до виникнення такого негативного явища, як періодичне стиснення і розширення масляно-повітряної суміші в об’ємі. За високих швидкостей обертання зубчастих коліс спостерігається різке підвищення тиску масляно-повітряної суміші і, як наслідок, виникнення додаткової вібрації зубчастої передачі. Швидкість витікання мастило–повітряної суміші може досягати швидкості звуку, що спричиняє додатковий шум під час експлуатації зубчастої передачі, а за високих частот обертання в замкненому між зубцями шестерні та колеса просторі виникає гідравлічний удар, результатом якого є кавітація. Представляючи косозубе колесо як сукупність прямозубих коліс, зміщених одне відносно одного в тангенціальному напрямку, математична модель зводиться до опису термодинамічних процесів у послідовних ізольованих порожнинах. Представлено математичну модель періодичного стискання-розширення масляно-повітряної суміші в замкненому між зубцями просторі, яка враховує площі поперечних перерізів осьових і радіальних потоків мастило–повітряної суміші, тиск навколишнього середовища, замкненого в простір між зубцями, швидкість радіального потоку мастило–повітряної суміші, миттєвий об’єм замкненої між зубцями елементарної порожнини та поточний тиск в і й порожнині.
Аналіз конструкцій, моделей та методів дослідження динаміки високообертових елементів танкових двигунів (оглядова стаття)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ткачук, Микола Анатолійович; Назаренко, Сергій Олександрович; Грабовський, Андрій Володимирович; Ткачук, Микола Миколайович; Шуть, Олександр Юрійович; Ліпейко, Андрій Іванович; Вейлер, Володимир Сергійович; Марусенко, Олексій Миколайович; Прокопенко, Микола Вікторович; Марусенко, Світлана Іванівна; Васильєв, Антон Юрійович; Гречка, Ірина Павлівна; Храмцова, Ірина Яківна
При оснащенні танкових двигунів високообертовими елементами виникає низка проблем. Вони повязані з необхідністю аналізу напружено деформованого стану та критичних режимів обертання цих елементів. Відповідно, потребує поглибленого аналізу вимоги та конструктивні рішення двигунів та їхніх високообертових елементів. Крім того, привертають увагу сучасні дослідження динаміки двигунів. Також слід звернути увагу на аналіз існуючих конструкцій систем турбонаддуву танкових двигунів. При цьому важливим є аналіз моделей та методів дослідження статичного та динамічного напружено-деформованого стану робочих коліс турбокомпресорів. Здійснений аналіз проблемних аспектів два можливість відзначити, що натепер проблема дослідження напружено-деформованого стану та критичних режимів обертання високообертових елементів танкових та двигунів для бронетехніки не має завершеного вирішення. Потрібні нові підходи, моделі та методи і засоби дослідження, що створюють основу для обґрунтування прогресивних технічних рішень.
Картини течії газу у високонапірному відцентровому компресорі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Роговий, Андрій Сергійович; Азаров, Андрій Сергійович; Овчаров, Єгор Миколайович; Шудрик, Олександр Леонідович; Толстий, Павло Вячеславович
Розвиток тривимірного моделювання та аналізу течії на основі розв'язання рівнянь Нав'є-Стокса осереднених за Рейнольдсом, дає можливість більш якісно визначити характеристики та параметри течії, але потребує значно більших витрат часу на розрахунок та доведення або верифікацію використаних математичних моделей з метою отримання мінімальних помилок розрахунку. Метою роботи є визначення картин течії газу у високонапірному відцентровому компресорі на основі числових методів розрахунку течії та порівняння інтегральних характеристик роботи з експериментальними даними. Підтверджено адекватність використаної математичної моделі зі зміщенням витратної характеристики на 0,3 кг/с. Тим не менш, максимальне неспівпадіння визначення співвідношення повних тисків дорівнює 8 % у зоні оптимальних значень витрат зі зміщенням за витратою. Максимальна помилка визначення ККД – 9 %. У зоні оптимальних значень за умови зміщення витратної характеристики помилка розрахунку ККД не перевищує 2 %. В розрахунку відбувається зривання характеристики компресора раніше за менших витрат, що приводить до значної помилки розрахунку у цій зоні. Розподіл тисків вздовж лопатей робочого колеса та дифузора показав шляхи оптимізації форми лопаті для збільшення ефективності роботи компресора: відбувається перехрещення ліній розподілів для оптимального режиму лопаті ротора; лопать спліттера працює в нормальному режимі, але можна покращити розподіл за рахунок покращення форми лопаті в початковій дільниці; перехрещення ліній розподілу тиску для оптимального режиму показує на недостатньо якісну роботу дифузора, що може бути покращено за рахунок зміни форми лопаті. Для більш якісного математичного опису картин течії в компресорі доцільно використовувати SST-модель турбулентності та більшу кількість елементів. Числовим шляхом побудовано характеристики компресора та визначено інтегральні параметри роботи.
Технологія формоутворення та аналізу контактної взаємодії деталей машин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ткачук, Микола Миколайович; Грабовський, Андрій Володимирович; Пінчук, Наталія Володимирівна; Третяк, Владислав Володимирович; Дьоміна, Наталя Анатоліївна; Волошина, Ірина Олександрівна
Елементи трансмісій та інших конструкцій у багатьох випадках мають складну форму контактуючих поверхонь. З одного боку, ця форма визначається з кінематичних умов тобто мається на увазі передача руху між елементами конструкцій. З іншого боку, існує обмеження щодо міцності. Зокрема, це змушує створювати контактуючі поверхні близької форми. У результаті виникає зв'язана задача синтезу геометричної форми та аналізу кінематичної взаємодії складнопрофільних тіл. Для цього розроблено загальний підхід, що дає можливість цілеспрямовано варіювати форму контактуючих тіл. При цьому варійована геометрична форма апроксимується якісними призматичними скінченними елементами. Для цього формується топологічно регулярна сітка скінченних елементів. У результаті забезпечується можливість управляти побудовою досліджуваних об'єктів, а також здійснювати багатоваріанті розрахунки в автоматизованому режимі. Відповідно, цей масив інформації стає основою для установлення закономірностей впливу різних чинників на напружено-деформований стан контактуючих тіл. Це також дає можливість формування рекомендацій стосовно обґрунтування прогресивних технічних рішень вузлів, які поєднують окремі елементи конструкцій. Отже, забезпечуються і функціональні властивості цих вузлів, і обмеження, наприклад, за міцністю та довговічністю. На прикладі двопараметричних передач проілюстровано застосування та ефективність розроблених методів і моделей. Підтверджено відповідність результатів, отриманих різними методами.
Подолання недоліків САПР при побудові креслеників деталей відповідно вимогам чинних стандартів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Іванов, Євген Мартинович
У роботі запропоновано метод удосконалення побудови параметричних тривимірних моделей деталей та виконання креслеників для вирі шення проблем відповідності вимогам діючих стандартів, зокрема, зображення розрізів деталей на кресленнях у пакеті Autodesk Inventor. Для рішення цієї проблеми було запропоновано використання додаткового параметричного тривимірного пустотілого елемента, який вико ристовує геометричну інформацію тонких стінок, вушок тощо та прив’язується до січної площини. Використовуючи функціонал пакету Autodesk Inventor будується параметричний тривимірний пустотілий елемент, який уздовж січної площини має розмір, пропорційний і порі внянний з розміром тонких стінок, вушок тощо, відрізняючись нескінченно малою величиною. Розмір параметричного тривимірного пусто тілого елемента перпендикулярно напрямку січної площини навпаки непорівнянний з розміром тонких стінок, вушок тощо. Для зручності використання пустотілого тривимірного елемента, пропонується розміщувати його таким чином, щоб січна площина являла собою площину симетрії для нього. Таке положення полегшує використання пустотілого тривимірного елемента при зображенні тонких стінок, вушок тощо на ортогональних проєкціях згідно з вимогами діючих стандартів. Щоб при цьому виконувались вимоги чинних стандартів в аксонометрич них проекціях, січну площину зміщаємо відносно осі симетрії за пустотілий елемент тонких стінок, вушок тощо, які потрапляють у розріз. Так як ширина пустотілого елемента була задана як нескінченно мала величина, то при зміщенні січної площини відносно осі симетрії за пу стотілий елемент стінок, вушок тощо, їх штрихують. За даних умов, виконуючи аксонометричну проекцію з поздовжнім розрізом, отримує мо мінімальну похибку розташування січної площини відносно осі симетрії деталі. Умови побудови елемента (елементів) дозволяють при ховати його при необхідності. Побудова додаткового тривимірного пустотілого елемента (елементів) не вимагає знання вбудованої мови програмування VBA і використання інструментів iLogic
Інтеграція передових методів та моделей у методології розрахунку торсіонних валів систем підресорювання легких броньованих машин (оглядова стаття)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Зінченко, Олена Іванівна
На сьогоднішній день існує протиріччя між реальними показниками міцності та довговічності та тими, які слід забезпечити для легких броньованих машин нового покоління, а особливо – майбутніх. Крім того, це протиріччя поглиблюється відсутністю поглиблених наукових методів та моделей напружено-деформованого стану, які б адекватно відобразили процеси і стани у торсіонних валах систем підресорювання легких броньованих машин, а також стали б основою розроблення заходів із підвищення їх міцності та довговічності. Проведений аналіз літературних джерел показав відсутність системного зв'язку конструктивних рішень, технологічних режимів та умов навантаження у розрахунках торсіонних валів систем підресорювання легких броньованих машин. Показана необхідність створення такого системного підходу у розрахунках. Зроблені висновки про необхідність інтеграції передових методів та моделей у єдиній методології розрахунку торсіонних валів систем підресорювання легких броньованих машин. Показана необхідність ув'язки методів напружено-деформованого стану із конструктивними, технологічними та експлуатаційними чинниками та розроблення відповідного спеціалізованого програмно-модульного комплексу для здійснення відповідних досліджень.
Порівняльний аналіз бойових можливостей сучасних танків різних типів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Іванець, Григорій Володимирович; Горєлишев, Станіслав Анатолійович; Баулін, Дмитро Станіславович; Іванець, Михайло Григорович; Волков, Павло Юрійович
Сучасна війна є випробуванням матеріальних та духовних сил народу, держави і її Збройних Сил, що спонукає кожну країну підтримувати свою обороноздатність на такому рівні, який гарантує надійний захист суспільства. Аналіз характеру збройної боротьби останніх десятиліть свідчить про різке підвищення впливу сучасного озброєння та військової техніки на хід і результат воєнних дій. На даний час озброєння та військової техніка складають основу бойової могутності збройних сил будь-якої держави та є визначальним фактором досягнення успіху у війні чи збройному конфлікті. Незважаючи на бурхливий розвиток протитанкових засобів ураження та зменшення живучості на полі бою основні бойові танки на сьогоднішній день залишаються одним із вирішальних засобів сучасного загальновійськового бою, який відзначається динамічністю, насиченістю та швидкоплинністю. Вони забезпечують бойову стійкість власних сил в обороні та просуванні під час наступу, знищують ворожу бронетехніку, вогневі точки та живу силу противника. Проведено порівняльний аналіз основних характеристик сучасних бойових танків, переваг та недоліків різних типів машин зарубіжного та вітчизняного виробництва, які застосовують Збройні Сил України для оборони держави та протидії агресії Росії проти України, в інтересах підвищення ефективності їх застосування в тих чи інших умовах бойової обстановки. Західні зразки сучасних танків та українські танк "Оплот" за деякими суттєвими бойовими характеристиками переважають сучасний російський танк Т-90, зокрема: в потужності двигуна та його надійності роботи (перегрів двигуна та вихід з ладу); в ефективності оптико-електронної протидії оптичним засобам противника; в ефективності динамічного захисту та протидії сучасним засобам ураження; в досконалості системи управління вогнем; в достатності бронювання машини; в ефективності дій в умовах міста.
Поліпшення маневреності колісного транспортного засобу шляхом вдосконалення способу управління поворотом
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Подригало, Михайло Абович; Гармаш, В'ячеслав Петрович; Горєлишев, Станіслав Анатолійович; Баулін, Дмитро Станіславович; Яровой, Геннадій Геннадійович; Сидоренко, Ірина Ігорівна
Дослідженню і вдосконаленню властивостей маневреності, яка є також комплексною (складною) властивістю, присвячено велику кількість наукових робіт і конструкторских розробок. Свого часу необхідність зменшення будівельного об'єму потребувала встановлення поворотних коліс на передньому направляючому мосту автомобіля. Однако при цьому виник додатковий опір руху машини, що обумовлено неспівпаданням траєкторій руху передніх зовнішнього і внутрішнього направляючих коліс з їхніми траєкторіями при ідеальному повороті. Розвиток конструкцій електромобілів і гібридних автомобілів дозволяє забезпечити роздільне керування передніми колесами. Проведено аналіз всього різноманіття показників та критеріїв маневреності загалом та її окремих властивостей. На відміну від інших систематизацій цих показників та критеріїв запропоновано розділити ці показники та критерії на три основні групи. Всі показники та критерії, що використовуються для оцінки маневреності автомобілів, використовуються і для оцінки маневреності колісних тракторів, що мають центр мас, зміщений до задньої осі, і, отже, мають низьку керованість. Силові та енергетичні критерії можуть бути використані при проєктуванні автомобілів та тракторів для забезпечення здатності останніх здійснювати маневр. Крім того, у результаті дослідження удосконалений комбінований способ керування рухом двовісного поворотного візка колісного транспортного засобу за рахунок того, що його поворот здійснюється двома крутними керуючими моментами. Перший з цих крутних керуючих моментів створюється водієм через рульове керування і силовий гідроциліндр. Другий крутний керуючий момент створюється за рахунок різниці крутних моментів на колесах зовнішнього і внутрішнього бортів двовісного поворотного візка. Виконання цих правил регулювання розподілу тягових зусиль між бортами дозволяє подолати опір повороту двовісного поворотного візка і поліпшити якість керування рухом вказаного візка і колісного транспортного засобу.
Пам'яті Анатолія Васильовича Кривошеї (1947–2023)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Устиненко, Олександр
Пам'ять про Анатолія Васильовича назавжди залишиться в серцях друзів, колег та однодумців.
Розрахунок параметрів газодинаміки та напружено-деформованого стану виробів з цельзіанової кераміки
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Лісачук, Георгій Вікторович; Ткачук, Микола Анатолійович; Васильєв, Антон Юрійович; Бреславський, Дмитро Васильович; Кривобок, Руслан Вікторович; Волощук, Валентина Василівна
У роботі з використанням методу скінченних елементів проведено аналіз поведінки носових обтічників, виготовлених із радіопрозорих керамічних матеріалів цельзіанового складу. Визначення параметрів газодинаміки та напружено-деформованого стану проводили за допомогою ліцензійного програмного забезпечення ANSYS. Для точного моделювання повітряного потоку обрано модель турбулентності SSG Reynold Stress. Для розрахунків міцності та температурних полів використовували геометричну та скінченно-елементну моделі. Аналіз результатів газодинамічних розрахунків показує, що в місці переходу конічної частини ракети в циліндричну спостерігається різка зміна умов обтікання та зрив потоку в діапазоні швидкостей 100 – 1100 м/с. В результаті моделювання розподілу температурних полів із зазначеною постановкою завдання встановлено, що температура на внутрішній поверхні обтічника відрізняється від температури на зовнішній поверхні в середньому не більше ніж на ±1 °С, а максимальна температура нагріву поверхні не перевищує 550 °С. За результатами розрахунків напружено-деформованого стану за температурних режимів, які імітують умови їх експлуатації, зроблено висновок про те, що в розглянутих умовах еквівалентні (≤ 69,3 МПа) та головні (≤ 40 МПа) напруження, що виникають у носовому обтічнику, не перевищують меж міцності при згині для цельзіанової кераміки (290 МПа). Можна спостерігати, що максимальний температурний перепад за товщиною відповідає частині обтічника з мінімальним радіусом. Переміщення за поверхнею обтічника не перевершують 0,25 мм, що відповідно до заданих параметрів є прийнятним. Параметрична модель надає переваги при обґрунтуванні раціональних технічних рішень. У кінцевому підсумку носовий обтічник, виготовлений з цельзіанової кераміки, зберігатиме свою цілісність в реальних умовах експлуатації.
Determination of characteristics of fatigue cracks growth in the axles of railway carriages
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Khomiak, Yuriy; Kibakov, Oleksandr; Gerasymov, Igor
Providing damage resistance is the most important requirement presented to railway axles. This paper provides a detailed review of the characteristics of resistance to fatigue crack growth in axles made of EA4T steel (25CrMo4). This steel is typical for axles of high-speed rolling stock. Resistance to fatigue crack growth is defined by the nature of the Paris-Erdogan curve da/dN=CKm, the parameters of which are the coefficient C and the exponent m. Determination of these parameters is based on the results of fatigue tests with the samples or with full-scale axles having cracks. The analysis of numerous scientific papers has shown that for the specified steel there is a significant scatter in the values of these parameters. This scatter is caused by a number of factors, the main of which are: the difference in test objects (from small samples of the SE(B) type to full-scale rolling axles 190 mm in diameter); the difference in loading methods (tension-compression, flat bending, circular bending); the variation of mechanical properties of EA4T steel. In the paper the models of surface fatigue crack geometry are analyzed and semi-elliptical shape of crack front line is selected as the most acceptable. The significant scatter in the values of the parameters m and C prevents to establish reliably the residual life of axles with cracks, which is an important characteristic for practical forecasting of axle survivability. The technique for parameters m and C optimization in view of semi-elliptical shape of the crack front line has been developed. The relationship linking the parameters m and C has been established. The method for determining the residual life of the axle by the criterion of non-destruction is proposed. The dependence between the residual life and the value of the parameters of the Paris-Erdogan equation in the development of fatigue failure is established. The procedure for axles monitoring timeframes setting to prevent their fatigue failure is discussed.
Порівняльний аналіз несучої здатності планетарних механізмів, утворених на базі двох простих планетарних механізмів Джеймса, за послідовною безконтурною і замкненою з одним контуром кінематичною схемою
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шарабан, Юрій Володимирович; Шехов, Олександр Володимирович
У статті представлена методика порівняльного аналізу несучої здатності планетарних механізмів різних кінематичних схем з використанням декількох програмних середовищ CAD/CAE. Для реалізації методики порівняльного аналізу були використані програмні середовища КОМПАС-3D і SolidWorks. У першому середовищі виконувалися розрахунки за методикою стандарту ГОСТ 21354-87. Початкові дані і результати розрахунків, виконані комплексом програм КОМПАС-GEARS, зберігаються у відповідних файлах. У другому середовищі створювалася параметрична 3D геометрична твердотільна модель кінематичної схеми планетарного механізму. По цій моделі визначалися такі характеристики зубчастих коліс, як маса і осьовий момент інерції. Ці характеристики використовуються для виконання оптимізаційних розрахунків маси і швидкодії проєктованого планетар ного механізму. Дослідження швидкодії планетарного механізму може бути проведене в SolidWorks Motion. Габаритні розміри моделі дозволяють конструктору виконати оцінку прийнятності заданим вимогам конструктивних обмежень на ці розміри. За методикою проведено дослідження придатності конструкцій зубчастих коліс, які були спроєктовані для замкнутого планетарного механізму в якості зубчастих коліс ступенів незамкнутого – послідовного безконтурного планетарного механізму. Замкнутий планетарний механізм утворений двома простими планетарними механізма ми Джеймса. Безконтурний планетарний механізм утворений послідовним з'єднанням тих самих простих планетарних механізмів. Досліджувалися два випадки навантаження зубчастих коліс для даної кінематичної схеми планетарного механізму.
Моделі динаміки та напружено-деформованого стану елементів перехідної силової конструкції підбаштового листа легкоброньованих машин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мормило, Яков Михайлович; Жадан, Володимир Андрійович; Данильченко, Вячеслав Петрович; Ткачук, Микола Миколайович; Грабовський, Андрій Володимирович; Троценко, Володимир Володимирович; Набоков, Анатолій Володимирович; Рікунов, Олег Миколайович; Ткачук, Микола Анатолійович; Васильєв, Антон Юрійович; Деревянкін, Роман Павлович; Коба, Андрій Миколайович
У роботі описана параметрична модель динаміки та напружено-деформованого стану елементів перехідної силової конструкції підбаштового листа легкоброньованих машин. Як варійовані параметри задіяні масово-інерційні характеристики бойового модуля, товщина та габаритні розміри підбаштового перехідного листа, а також темп стрільби та калібр озброєння бойового модуля. Досліджено вплив товщини перехідного підбаштового листа на власні частоти і форми коливань. Також визначено реакцію конструкції на дію імпульсних реактивних сил віддачі при стрільбі із бойового модуля. На основі здійснених розрахунків для тестової конструкції установлені закономірності впливу варійованих параметрів на динаміку та напружено-деформований стан елементів перехідної силової конструкції підбаштового листа легкоброньованих машин. Розроблена модель дає можливість формувати спеціалізовану базу даних. У цій базі даних накопичується інформація про динамічні, жорсткісні та міцнісні властивості системи "бойовий модуль – перехідна конструкція підбаштового листа бронекорпуса легкоброньованої машини". Це дає можливість переходити до аналізу властивостей реальних конструкцій, а також до формування рекомендацій стосовно обґрунтування раціональних параметрів елементів легкоброньованих машин, що проєктуються або модернізуються.
Скінченно-елементне моделювання та аналіз власних коливань аксіально функціонально градієнтних балок неоднорідного поперечного перерізу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Бурлаєнко, Вячеслав Миколайович; Коухіа, Реійо; Дімітрова, Світлана Дімова
Скінченно-елементний пакет програми Abaqus використовується для моделювання та аналізу власних коливань аксіально функціонально градієнтних балок неоднорідного поперечного перерізу. Цьому аспекту геометрії приділено значну увагу, оскільки він має суттєвий вплив на поведінку балки як структурного компонента. Підпрограми моделі матеріалу, що визначені користувачем (UMAT), були розроблені уніфіковано для одно- та тривимірних моделей зазначених балок з метою забезпечення чисельної імплементації властивостей функціонально градієнтного матеріалу в межах окремого скінченного елемента. Процедури UMAT програмувалися мовою FORTRAN у середовищі MS Visual Studio та компілювалися з основним пакетом програм за допомогою Intel Fortran Compiler. У процедурах, неоднорідність матеріалу призначалась кожній матеріальній точці інтегрування відповідного стандартного одно- та тривимірного скінченного елемента, що усувало потребу в розробленні градієнтних елементів через визначену користувачем підпрограму елемента. Власні частоти та форми власних коливань одно- та тривимірних аксіально-функціонально градієнтних балок неоднорідного поперечного перерізу були знайдені за допомогою метода Ланцоша в пакеті Abaqus. Було проведено аналіз точності та ефективності запропонованого підходу моделювання, порівнюючи отримані результати з відомими даними з літератури. Презентована техніка моделювання на основі підпрограм матеріалу надає цінні можливості для вчених та інженерів, які займаються динамічним аналізом структурних компонентів, виготовлених з функціонально градієнтних матеріалів та мають змінну форму або геометрію вздовж аксіального напрямку.
Напрямки та етапи проєктно-технологічного забезпечення підвищених характеристик турбодетандерних електростанцій
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ткачук, Микола Анатолійович; Новіков, Максим Костянтинович; Ткачук, Микола Миколайович; Грабовський, Андрій Володимирович; Паккі, Гліб Вікторович; Ткачук, Ганна Володимирівна; Подрєза, Сергій Михайлович; Деревянкін, Роман Павлович
Робота містить опис інтегрованого підходу до проєктно-технологічного забезпечення підвищених характеристик турбодетандерних електростанцій. Аналіз сучасного стану розроблення турбодетандерних електростанцій дав підстави установити, що натепер традиційні підходи значною мірою вичерпали можливості підвищення їх технічних характеристик. Більш того, складається ситуація, коли для забезпечення підвищення таких характеристик потрібне залучення не ізольованих проєктних чи технологічних, а сумісних проєктно-технологічних заходів. Для реалізації такого підходу застосовано метод узагальненого параметричного моделювання. При цьому за рахунок об’єднання проєктних і технологічних параметрів розширюється параметричний простір, у якому здійснюється пошук раціональних технічних рішень турбодетандерних електростанцій. Саме завдяки такому розширенню параметричного простору удається підвищити ефективність кінцевого рішення. Таке рішення неможливо досягнути тільки за рахунок проєктних чи тільки технологічних заходів. Розроблений підхід реалізовано у вигляді послідовності розв’язаних етапів. По-перше, це дослідження робочих процесів газодинаміки, тепломасопереносу та енергогенерування у турбодетандерних електростанціях. По-друге, це оптимізація технологічних операцій зміцнення елементів цих установок. По-трете, це розроблення реальних зразків турбодетандерних електростанцій із підвищеними технічними характеристиками. У цілому зазначені етапи, які здійснюються взаємоузгоджено на основі розробленого узагальненого параметричного підходу, дали можливість на 25 – 40 % підвищити довговічність елементів турбодетандерних електростанцій та забезпечити ККД за детандером на рівні 86 %.
Розрахунково-експериментальне дослідження напружено-деформованого стану елементів технологічних систем методами скінченних елементів та голографічної інтерферометрії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ткачук, Микола Анатолійович; Саверська, Марія Сергіївна; Грабовський, Андрій Володимирович; Ткачук, Микола Миколайович; Куценко, Сергій Володимирович; Ткачук, Ганна Володимирівна; Клочков, Ілля Євгенович; Пінчук, Наталія Володимирівна; Кохановська, Ольга Владиславівна; Жадан, Юлія Володимирівна; Марусенко, Світлана Іванівна; Храмцова, Ірина Яківна; Бондаренко, Людмила Миколаївна; Цимбал, Ганна Іванівна; Александров, Єгор Олександрович; Сопрунов, Ігор Анатолійович
У роботі описані розрахунково-експериментальні дослідження напружено-деформованого стану елементів технологічних систем. На прикладі переналагоджувальних верстатних пристосувань лещатного типу визначено розподіл переміщень окремих поверхонь. У ході експериментальних досліджень нормальні переміщення визначаються з картини смуг на голограмі. Компоненти вектора переміщень у площині досліджуваних поверхонь визначаються шляхом сканування спекл-інтерферограм. Отримані розподіли компонент переміщень порівнювались із розподілами, які визначені методом скінченних елементів. Підтверджено задовільну збіжність результатів чисельних та експериментальних досліджень. Побудовані розрахункові моделі можуть бути використані для подальших досліджень поведінки корпусів пристосувань лещатного типу при дії комплексу навантажень. Перевагою розробленого варіанту розрахунково-експериментального методу дослідження напружено-деформованого стану є його пряма орієнтація на верифікацію розрахункової моделі. Базовими є результати експериментальних досліджень у вигляді картин інтерференційних смуг. Ці картини описують розподіл полів переміщень точок поверхонь досліджуваних тіл. Із цією картиною, яка отримана на натурному об'єкті, порівнюються картини полів переміщень, які отримані у ході розрахунків із застосуванням методу скінченних елементів. Чисельно розраховані картини видозмінюються залежно від крайових умов, які застосовуються, а також від характеристик скінченно-елементних моделей, які будуються. Для визначення адекватних крайових умов та прийнятних варіантів скінченно-елементних моделей мінімізується функціонал невідповідності полів розподілів переміщень, отриманих, з одного боку, чисельно, а з іншого – експериментально. Така побудова алгоритму верифікації розрахункових моделей продемонструвала свою працездатність та ефективність.
Новий метаевристичний алгоритм "Пошук мобільністю"
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Бондаренко, Олексій Вікторович
Доведено актуальність сучасних метаевристичних алгоритмів, освітлено ряд термінів та взаємозв’язків між ними, необхідність проведення класифікації. Запропоновано підхід до класифікації метаевристичних алгоритмів, що базується на термінах та поділі категорій, взятих із природничих наук. Це дає змогу об’єднати певний сегмент знань у кластер з єдиною термінологією. Розглянуто категорію "метафора" та її функції при формуванні метаевристичних алгоритмів, це дало змогу глибше зрозуміти можливості використання метафор у науковій діяльності. Було запропоновано новий метаевристичний алгоритм "Пошук мобільністю", який базується на діях та процесах, що подібні до процесів загальної соціальної та повсякденної мобільності людей, та сформовано його основні положення. "Пошук мобільністю" створює високий рівень самоорганізаційної системи пошуку параметрів, що відповідає загальним положенням синергетики в технічних системах. Описано метафору алгоритму "Пошук мобільністю". Розглянуто основні визначення та категорії. Це дає змогу якісного представлення, опису та донесення ідеї, принципів функціонування та послідовностей алгоритму. Як наслідок застосування метафори, отримуємо підвищення розуміння та інтенсифікацію донесення ідеї. Описано новий метаевристичний алгоритм "Пошук мобільністю", що базується на процесах, що копіюють соціальну мобільність людських спільнот. Також алгоритм "Пошук мобільністю" поєднує у собі й елементи модифікованого еволюційного алгоритму, що дає змогу максимально наблизитись до життєвого соціального процесу більшої частини людства – прагнення зайняти кращу або не гіршу за поточну життєву позицію. Запропонований новий метаевристичний алгоритм "Пошук мобільністю" на етапі проведення тестових випробувань показав вищу ефективність ніж стандартні та модифіковані еволюційні алгоритми. Розширення останніх локальними пошуками у сукупності з використанням запропонованої стратегії, що є відображенням метафори, показало переважаючі результати.
Інтегрована розрахункова-експериментальна технологія аналізу контактної взаємодії з урахуванням пружного проміжного шару
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ткачук, Микола Миколайович; Гречка, Ірина Павлівна; Ткачук, Микола Анатолійович; Сєриков, Володимир Іванович; Грабовський, Андрій Володимирович; Ткачук, Ганна Володимирівна; Клочков, Ілля Євгенович; Цендра, Георгій Вікторович; Шевченко, Андрій Валерійович; Киричук, Владислав Владиславович; Фрізюк, Дмитро Олександрович
У роботі міститься вирішення актуальної наукової проблеми механіки деформівного твердого тіла. Ця проблема полягає у створенні теоретичних основ розрахунково-експериментального дослідження контактної взаємодії складнопрофільних тіл. Розроблені підходи, методи і моделі для дослідження контактної взаємодії цих складнопрофільних тіл із урахуванням мікромеханічних властивостей поверхневих і проміжних шарів, які визначають їхню локальну контактну нелінійну жорсткість. Установлені якісно нові закономірності впливу на розподіл контактного тиску профілю контактуючих тіл та властивостей проміжного шару. Із застосуванням створених методів, моделей та засобів досліджень розв’язано низку модельних та прикладних задач. Установлено, що область контакту може змінювати форму і розміри при варіюванні геометричної форми контактуючих тіл, властивостей матеріалів проміжних шарів та рівня навантажень. Ця область може бути однозв'язною або багатозв'язною. Також може змінюватися характер розподілу контактного тиску. Його максимальні рівні можуть досягатися або у центральній частині області контакту, або ближче до периферії.
Забезпечення точності при обробці об'єктів важкого машинобудування портативними верстатами
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Яковенко, Ігор Едуардович; Пермяков, Олександр Анатолійович; Басова, Євгенія Володимирівна; Котляр, Олексій Віталійович; Руденко, Олексій Олексійович
Проаналізовано основні компонувальні особливості портативних верстатів відносно до стаціонарних верстатів різних груп. Встановлено перспективи та ринкові тенденції, які вказують на поступове зростання використання обладнання даного класу при вирішенні завдань ремонту та модернізації різних об'єктів важкого та енергетичного машинобудування, а також у звичайному машинобудівному виробництві. Встановлено основні причини, що впливають на точність формоутворення поверхні при обробці портативними верстатами як з боку компонувальної структури обладнання, так і з боку технологічних параметрів процесу формоутворення. Розглянуто питання взаємозв'язку компонувальних рішень зі схемою базування портативного верстата на об'єкті обробки та кінематичною схемою формоутворення. На підставі цього взаємозв'язку встановлено та проаналізовано фактори, що впливають на точність формоутворення, що стало основою запропонованого методу управління точністю на ранніх етапах створення портативних верстатів, а саме за рахунок використання агрегатномодульного принципу компонування обладнання на етапі проєктування портативних верстатів. На підставі проведених досліджень запропоновано методику проєктування портативних верстатів, що забезпечує управління точністю обробки, компонування яких засноване на агрегатно-модульному принципі з використанням паспортизації технологічних модулів.