Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Динаміка та міцність машин

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/73746

У журналі представлено результати теоретичних і експериментальних досліджень статичної та динамічної міцності, надійності й оптимізації елементів конструкцій сучасних машин і енергетичних установок із широким використанням обчислювальної техніки.

Рік заснування: 1965. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN 2078-9130 (Print)

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 27

Розробка програмного рішення прикладної задачі механіки на основі чисельних методів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Васильченко, Нікіта Андрійович; Шаповалова, Марія Ігорівна; Федоров, Віктор Олександрович; Овчаренко, Віталій Володимирович
У роботі розглядається питання важливості вибору матеріалів для виробництва інструментів у фрезерній справі та визначення їхньої придатності шляхом детального аналіз міцності та поведінки під час обробки матеріалів. Для покращення довговічності та оптимізації виробництва, пропонується використовувати математичні моделі та чисельні методи, зокрема метод найменших квадратів та метод вирішення систем лінійних алгебраїчних рівнянь (СЛАУ) за допомогою методу Гауса з вибором головного елементу. Ці методи застосовуються для апроксимації експериментальних даних та аналізу характеристик матеріалу, забезпечуючи точність в оцінці його властивостей. Досліджено ситуації встановлення функції, коли лише деякі значення відомі, а також спрощення обчислень відомих функцій. Робота включає програмне забезпечення для чисельного розрахунку та візуалізації різних типів задач, які успішно вирішуються за допомогою розглянутих методів. Програмний алгоритм для апроксимації даних передбачає збереження інформації у текстовому файлі, введення користувачем кількості змінних та обрання кількості та типу базисних функцій. Після введення користувачем параметрів програма формує систему рівнянь на основі обраних функцій, визначає коефіцієнти апроксимації та будує графік для об'єктивної оцінки результатів. Завдяки зручному інтерфейсу користувач може легко взаємодіяти з програмою, шляхом введення значень. Аналіз результатів здійснюється за допомогою графічного відображення, що спрощує робочий процес та полегшує сприйняття отриманих даних. Апроксимація функцій за допомогою чисельних методів може бути ефективно використана в різних сферах для вирішення прикладних задач механіки.
Аналітично-чисельне моделювання процесу орієнтації твердого тіла в кватерніонах через послідовність ейлерових кутів для точносного аналізу алгоритмів орієнтації в БІНС
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Плаксій, Юрій Андрійович; Кузнєцов, Юрій Олексійович
Розглянуті дві концепції побудування аналітичних тестових кутових рухів твердого тіла для опрацювання алгоритмів орієнтації при проектуванні бесплатформених систем орієнтування. Перша концепція основана на представленні кватерніона орієнтації в послідовності трьох ейлерових кутів. Друга концепція базується на формалізованому представленні кватерніона у вигляді суперпозиції тригонометричних функцій лінійних аргументів і не має чіткої наочної інтерпретації через кути елементарних поворотів. Аналітичні вирази для модельної кутової швидкості при цьому можуть бути отримані з оберненого кінематичного рівняння в кватерніонах. Розглянутий загальний випадок лінійних кутів Крилова і Ейлера, а також випадок, коли один з кутів не змінюється з плином часу. Проведено аналітично-чисельне моделювання кутового руху твердого тіла і оцінювання точності алгоритма визначення кватерніона на основі розкладень четвертого і п’ятого порядків з попереднім застосуванням алгорима Міллера. Для цього модель тестового руху доповнюється моделюванням ідеальної інформації з виходів датчиків кутової швидкості у вигляді квазікоординат з використанням аналітичних формул для вектора позірного повороту. Показано, що формули п’ятого порядку забезпечують покращення оцінки накопиченого обчислювального дрейфу в порівнянні з формулами четвертого порядку.
Чисельне моделювання повзучості лопатки турбіни з монокристалічного сплаву
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Неманежин, Євген Олександрович; Львов, Геннадій Іванович; Торба, Юрій Іванович
Статтю присвячено моделі повзучості монокристалічного сплаву та розробці методики ідентифікації матеріальних параметрів по результатам фізичних експериментів. Виконано скінчено-елементний аналіз повзучості лопатки газотурбінного двигуна. Повзучість є одним із найнебезпечніших видів деформування в умовах експлуатації лопаток турбін. В процесі вивчення проблематики оцінки міцності турбінних лопаток авіаційних двигунів та енергетичних установ, особливу увагу слід приділити дослідженню перерозподілу напружень при повзучості. Характеристики кристалографічних структур сучасних лопаток турбін мають дуже значний вплив на проходження процесу розвитку тріщин на деталі в процесі роботи двигуна. На сьогоднішній день, турбінні лопатки виготовляються методом монокристалічного лиття. Такий тип структури матеріалу лопаток характеризують ортотропні механічні властивості. У цьому дослідженні розглядається модель стаціонарної повзучості для анізотропного жароміцного монокристалічного сплаву з кубічною симетрією. Авторами проведено чисельне моделювання параметрів матеріалу з використанням відомих літературних властивостей повзучості монокристалів. Описано алгоритм, який дозволяє визначити деякі характеристики повзучості монокристалів. Параметри наведених співвідношень можна отримати після проведення прямих експериментів, або базуючись на мікромеханічному аналізі, на прикладі композиційних матеріалів. Авторами проведено розрахунок констант повзучості типового жароміцного монокристалічного сплаву в результаті апроксимації його кривих повзучості, які були отримані в результаті проведення експерименту. На основі рівняння Нортона-Бейлі та використовуючи розрахунковий комплекс Maple Release 2021.0, було побудовано графік залежності швидкості деформації повзучості від рівня прикладеного до матеріалу навантаження, а також визначено мінімальну швидкість деформації та константи повзучості. Результати обчислень були застосовані для скінчено-елементного моделювання повзучості на прикладі твердотільної моделі лопатки турбіни високого тиску. На базі комплексу ANSYS Workbench проведено декілька серій розрахунків, зокрема, обчислення пружної задачі при навантаженні деталі відцентровими силами, а також накопиченню деформацій повзучості при різному часі дії впливу. Побудовано графіки зміни еквівалентних напружень та деформацій повзучості в залежності від часу.
Використання методів теорії ймовірностей та математичної статистики при управлінні проектами
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Некрасова, Марія Володимирівна
Показане місце методів теорії ймовірності та математичної статистики в системі загальнонаукових методів управління проектами. Скорочено описано склад основних методів теорії ймовірності та математичної статистики, найбільш затребуваних при управлінні проектами. Також відмічена роль методу Монте-Карло, бо від призначений для врахування ризику в процесі кількісного аналізу характеристик проекту та прийняття управлінських рішень. Показано можливості управління проектами, які забезпечують методи теорії ймовірності та математичної статистики при управлінні проектами з методології Project Management Body of Knowledge (PMBoK). Показано, що методи теорії ймовірностей та математичної статистики при управлінні проектами з методології PMBoK найбільш потрібні при реалізації наступних груп процесів управління проектом: група процесів планування проекту, група процесів моніторингу та управління проектом.
Порівняльний аналіз динамічних характеристик суцільнометалічної, складної та композиційної лопаток із однаковим профілем з урахуванням впливу з'єднання елементів та аеродинамічних навантажень
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мартиненко, Володимир Геннадійович
В роботі представлений порівняльний аналіз динамічних властивостей лопаток однієї роторної машини, що мають одну і ту ж саму форму профілю, але виконані з трьох різних матеріалів, а саме алюмінієвого сплаву, складного матеріалу, що поєднує в собі алюмінієвий сплав та сталь, та композиційного матеріалу, яким виступає односпрямований склопластик. У випадку суцільнометалічної лопатки, її профіль та хвостовик виконані з алюмінієвого сплаву. У випадку складного матеріалу профілю лопатки хвостовик виконаний із сталі, що є також складовою частиною матеріалу профілю. У випадку композиційної лопатки хвостовик є сталевим та з’єднаний у кореневому перерізі з її композиційним пером. Основна увага при порівнянні моделей механічної поведінки трьох типів лопаток приділяється впливу з’єднання складних та композиційних елементів із хвостовиком на динамічні характеристики лопатки в цілому, що досягається за допомогою розгляду контактних взаємодій елементів під дією відцентрових та аеродинамічних навантажень та подальшій передачі переднапруженого стану лопаток у модальний аналіз для визначення динамічних характеристик зразків та їх порівняння. Для коректного відображення закріплення елементів у робочому колесі вентилятора у випадку алюмінієвої лопатки розглядається сектор циклічної симетрії ротора, що дає змогу зробити висновок про можливість подальшого окремого розгляду лопатки для визначення її динамічних характеристик за рахунок набагато більшої жорсткості з’єднання лопатки із робочим колесом у порівнянні із жорсткістю пера лопатки та поширене на випадок складної лопатки розглядом сталевого хвостовика із алюмінієвим профілем з жорстким затисненням моделі по контактним поличкам хвостовика, а на випадок композиційної лопатки розглядом пера із жорстким затисненням у кореневому перерізі, де відбувається кріплення до сталевого хвостовика лопатки. Результати порівняльного аналізу динамічної поведінки трьох типів лопаток однакового профілю представлені у вигляді дослідження власних частот та форм коливань лопатки.
Розробка мобільного застосунку для перевірки рівня знань англійської мови з використанням мови програмування Swift та фреймворку UIKit
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Красуля, Дар'я Олексіївна; Іванченко, Ксенія Вікторівна; Іванченко, Дмитро Анатолійович
Ця наукова робота спрямована на розробку та впровадження інноваційного мобільного застосунку, спрямованого на оцінку рівня знань іноземних мов. Основна мета дослідження полягала в створенні зручного та швидкого інструменту, який дозволяє користувачам не лише визначати свій рівень мовної компетенції, а й виявляти недоліки та визначати оптимальний шлях для подальшого вдосконалення. В ході дослідження було ретельно проаналізовано існуючі методики та системи оцінювання мовних навичок. На основі цього аналізу були сформульовані докладні функціональні та нефункціональні вимоги до розроблюваного програмного продукту. Вибір технічних та програмних інструментів, зокрема мови програмування Swift та операційної системи IOS, був обгрунтований їхньою актуальністю та можливістю створювати застосунки для всіх пристроїв у екосистемі Apple. Суттєвою частиною роботи було створення бази даних, використовуючи нереляційну систему Realm для мобільних пристроїв. Застосунок взаємодіє з даними у форматі JSON, що дозволяє ефективно завантажувати та відображати списки питань для користувачів. В процесі розробки використовувалися такі бібліотеки, як Foundation, UIKit, RealmSwift та інші, з метою забезпечення оптимальної продуктивності та надійності застосунку. Особлива увага приділялася створенню інтуїтивно зрозумілого та зручного інтерфейсу для користувачів. Процес розробки включав в себе ретельне проектування логіки та структури мобільного застосунку з метою забезпечення максимальної зручності під час використання. Однією з ключових частин дослідження було тестування розробленого застосунку. Здійснювались UI тестування для перевірки коректності та зручності інтерфейсу, тестування сумісності для впевненості у роботі на різних пристроях та функціональне тестування для перевірки відповідності всіх визначених вимог. В результаті дослідження була успішно розроблена інформаційна система для автоматизованого тестування, яка відповідає високим стандартам та вимогам. Отримані результати можуть служити основою для інтеграції програми у навчальний процес або для надання студентам можливості отримати практичні навички в оцінці своєї мовної компетенції.
Розробка програмного засобу для дистанційного контролю знань
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ковтун, Олександр Миколайович; Лінник, Олексій Сергійович; Іванченко, Ксенія Вікторівна
Метою даної дослідження було розроблення та впровадження інформаційної системи для оцінки та тестування знань студентів з метою спрощення процесу створення тестів та оцінки навчальних досягнень викладачів. У ході роботи був проведений огляд існуючих комп'ютерних навчальних програм, аналіз ринку сучасних аналогів, та на основі отриманих даних сформульовано функціональні та нефункціональні вимоги до розроблюваного програмного продукту. Виходячи з поставлених вимог, було обрано технічні та програмні засоби для розробки програми, а саме мова програмування JavaScript та фреймворк ReactJS для розробки клієнтської частини веб-застосунку, що дозволяє швидко та зручно розробляти інтерактивні користувацькі інтерфейси та гарантує стабільну роботу системи. Серверна частина застосунку реалізована за допомогою потужного та гнучкого фреймворку Spring, який дозволяє створювати масштабовані та високопродуктивні веб-додатки. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі: реєстрація нового користувача, редагування даних користувача,вхід та вихід користувача в/із системи, перегляд/створення/редагування/видалення навчальної групи, перегляд студентів обраної групи, перегляд/створення/редагування/видалення/публікація тесту, перегляд/створення/редагування вправи у окремому тесті, отримання всіх вправ у вибраному тесті, призначення тесту на проходження обраній групі, можливість переглянути/здати призначені користувачу (його групі) тести, можливість перевірити вправи та виставити оцінку (деякі вправи можуть бути оцінені системою автоматично, якщо викладач задав вірну відповідь для порівняння), можливість переглянути результат за зданий тест. Була спроектована та побудована база даних MySQL відповідно до описаної моделі даних яка відповідає третьому ступеню нормалізації. Розроблено структурну та функціональну схеми системи. Виділено три ролі користувачів: адміністратор, викладач, студент. Велике значення приділялося забезпеченню простоти та зручності користування продуктом користувача, оскільки це грає ключову роль у використанні програмного забезпечення. У процесі розробки програми велика увага була приділена створенню інтуїтивно зрозумілого та комфортного інтерфейсу. Як результат, була створена інформаційна система для автоматизованого тестування, яка успішно виконує поставлені завдання і відповідає всім визначеним вимогам, а також є цілком готовою до практичного впровадження. Отримані результати можуть бути використані як для інтеграції програми у навчальний процес, так і для надання студентам можливості отримати практичні навички.
Сучасний алгоритм лінійного та квадратичного програмування в оптимізації та задачах деформування конструкцій змінної структури в умовах контактування
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Грищенко, Володимир Миколайович
Різноманітні математичні задачі, в яких поставлена мета пошуку екстремуму функціоналу, відносяться до задач математичного програмування, задач оптимізації. Практично спрямованих проблем пошуку оптимального рішення надзвичайно багато в економіці, управлінні, техніці та інших. Вони пов’язані з підвищенням ефективності виробництва, зниженням витрат ресурсів, удосконаленням конструктивних рішень та технологічних процесів, зниженням маси, габаритів тощо. Серед них важлива роль приділяється методам обмеження максимальних напру- жень, обумовлених зовнішніми навантаженнями. Розв'язання таких задач розпочинається з математичної формалізації. В якості параметрів варіювання вибирають конструктивні, економічні або технологічні показники. Пошук найкращого рішення зводиться до підбору сукупності параметрів, які надають стаціонарне значення функції цілі. Екстремальні задачі практичної орієнтації містять в математичних моделях обмеження типу рівності-нерівності. В поліпшенні технічних характеристик машин суттєва роль належить інженерно-технічним працівникам, які на етапі проектування знаходять оптимальні варіанти. При цьому суттєвим елементом процесу проектування є моделювання визначальних процесів в конструкціях з врахуванням основних факторів впливу та сценаріїв поведінки. Оптимізація – важливий напрямок прикладної математики, який надає ефективні інструменти проведення такого моделювання. В роботі [3] запропоновано Universal Algorithm − чисельну схему рішення задач квадратичного програмування (КП), для обчислення оптимальної точки широкого кола прикладних задач. При цьому задача лінійного програмування (ЛП) розглядається як частинний випадок задачі (КП). Тобто в універсальному алгоритмі постановки 2-х задач оптимізації формалізовані в єдиній та зручній формі симетричної матричної залежності, що дає змогу побудувати єдиний ефективний алгоритм на базі операцій матричної алгебри. Зокрема, дозволяє розглядати практичні задачі обчислення НДС в конструкціях змінної структури, що складаються з окремих частин пов’язаних односторонніми зв’язками. Основна ціль даної роботи в аналізі поведінки алгоритму при збільшенні кількості обмежень типу нерівності, уточненні обчислювальної схеми, формулюванні висновків. В якості прикладів роботи алгоритму розглянуті дві модельні задачі. Це класична "транспортна" задача ЛП та поведінка моделі мостової споруди з односторонніми зв’язками у вантах при варіаціях вітрових навантажень. Кількість вант збільшена до 20 а обмежень нерівностей до 40.
Застосування обчислювальних методів у задачах аеробалістики. Визначення cпряжених кутів кидання та побудова балістичних траєкторій
(Застосування обчислювальних методів у задачах аеробалістики. Визначення cпряжених кутів кидання та побудова балістичних траєкторій, 2023) Федотов, Денис Сергійович; Овчаренко, Віталій Володимирович; Федоров, Віктор Олександрович
Вивчена задача аеробалістики артилерійських нереактивних снарядів на прикладі спрощеної математичної моделі. Як окремі підзадачі розглянуті: початкова задача, визначення горизонтальної дальності пострілу (метод Рунге-Кутти 4-го порядку з модифікацією поліноміальної інтерполяції); задача оптимізації (метод Пауелла), визначення кутів максимальної дальності — кутів кидання, при яких досягається максимальна горизонтальна дальність; крайова задача (метод стрільби з методом Ньютона-Рафсона/ методом січних/ методом поліноміальної інтерполяції), визначення кутів кидання при заданій відстані та задача знаходження спряжених траєкторій — настильної та навісної траєкторій, при яких досягається однакова горизонтальна дальність польоту снаряда при різних кутах кидання; обернена задача геодезії (метод Вінсенті), визначення геодезичної відстані між двома географічними точками на несферичній моделі Землі WGS-84. Графічно проілюстровані залежності від кутів кидання наступних характеристик: горизонтальна та вертикальна дальності, максимальна вертикальна та горизонтальна складова швидкості, модуль кінцевої швидкості, кут падіння та час польоту снарядів. Обґрунтовано існування спряжених траєкторій та визначено стратегію для інтервального запуску снарядів з метою одночасного враження цілі по різних траєкторіях. Програмування обчислювальних методів, алгоритму розв’язання поставленої задачі та елементи візуалізації були реалізовані за допомогою пакету прикладних програм MATLAB, розроблена методика та програмне забезпечення показали ефективність та можливість їх практичного застосування.
Програмний засіб для обробки даних з довготривалої міцності матеріалів з використанням кривих Едвардса
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Бреславський, Дмитро Васильович; Хорошун, Андрій Сергійович; Сенько, Альона Володимирівна; Татарінова, Оксана Андріївна
Надано опис розробленого програмного засобу для збереження та аналізу даних з високотемпературного деформування та довготривалої міцності металевих матеріалів. Для його реалізації як веб-застосунку обрано веб-фреймворк з відкритим кодом Laravel. Рішення Voyager використовується спільно з ним як графічний інтерфейс для взаємодії з базою даних. Для побудови графіків використовується рішення на мові програмування JavaScript з використанням технології Canvas. Описано основні класи та компоненти. За допомогою діаграм варіантів використання показано можливість застосування програмного засобу в інженерній практиці обробки даних експериментальних високотемпературних досліджень повзучості та руйнування. Запропоновано підхід та алгоритм для апроксимації кривих довготривалої міцності загального вигляду, що включають різні типи руйнування, з застосуванням кривих Едвардса. З їхнім використанням отримано аналітичний нелінійний вираз для функціональної залежності між часом до руйнування та руйнівним напруженням. Обговорюються апроксимації різних типів кривої довготривалої міцності, що відповідають процесам накопичення пошкоджуваності у матеріалі за різними типами фізичних механізмів. Продемонстровано небажану можливість отримання завищеного значення часу до руйнування у випадку малих та середніх значень напружень без використання інформації щодо ділянок міжзеренного руйнування, руйнування завдяки окисленню чи корозії та старіння на кривій довготривалої міцності. Використання розробленого програмного засобу , підходу та способу аналітичного представлення функціональної залежності значень руйнівного напруження від часу в еволюційному рівнянні для параметру пошкоджуваності дозволяє проводити уточнені розрахунки елементів конструкцій, що працюють в умовах високотемпературного навантаження.