Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета

Несмотря на то что сварка является наиболее распространенным способом соединения материалов, влияние высоких частот нагружения (высокочастотных вибраций) на усталостные характеристики и работоспособность сварных конструкций при их эксплуатации недостаточно изучено. Представленный нами обзор исследований усталостных свойств материалов, в том числе со сварными соединениями, в условиях высокочастотного нагружения позволит обобщить результаты исследований и расширить наши знания по данной тематике.

Ключевые слова

Рассматривается динамическая осесимметричная задача прямого пьезоэффекта для круглого двуслойного преобразователя, состоящего из металлической подложки и пьезокерамической пластины меньшего диаметра. Колебания электроупругой системы осуществляются за счет действия на ее лицевой поверхности механической нагрузки, являющейся произвольной функцией времени и радиальной координаты. Представленная математическая модель расчета позволяет учесть связанность продольно-поперечных колебаний асимметричной по высоте сечения конструкции. Новое аналитическое решение получено в рамках уточненной теории Тимошенко методом конечных интегральных преобразований. Построенные расчетные соотношения дают возможность подобрать геометрические размеры биморфной пластины, которые наиболее эффективно позволяют преобразовать механическую нагрузку в генерируемый электрический импульс. Рассматриваемые конструкции широко используются в качестве сенсорных выключателей, регулирующих работу клапанов различного назначения, которые применяются в устройствах ультраакустической электроники и компьютерной технике.

Ключевые слова

Рассмотрена задача функционального диагностирования мехатронных систем, а также различных приборов, динамика которых описывается нелинейными моделями, непараметрическим методом. Отличительная особенность таких приборов и систем состоит в том, что в описывающие их математические модели входят негладкие нелинейности, например люфт, насыщение, сухое трение, которые отражают происходящие в них реальные физические процессы. Характерная черта непараметрических методов состоит в том, что при реализации процедуры диагностирования на их основе значения некоторых, а в линейном случае - всех параметров системы могут быть неизвестными, но их отклонения от текущих значений будут зафиксированы средствами диагностирования. Этот метод реализован в настоящей работе на основе так называемого логико-динамического подхода, предложенного авторами для анализа систем, которые могут содержать негладкие нелинейности. Задача диагностирования на основе этого подхода решается в два этапа, на первом из них ищется линейное решение задачи, которое затем дополняется преобразованным нелинейным членом. Достоинством логико-динамического подхода является то, что он оперирует только методами линейной алгебры, что позволяет избежать использования сложных методов дифференциальной геометрии и пакетов прикладных программ, реализующих аналитические вычисления. В настоящей работе рассмотрены способы реализации непараметрического метода, позволяющие понизить сложность решаемых задач и получить расчетные соотношения для нелинейных систем. Полученные теоретические результаты подтверждены иллюстративными примерами.

Ключевые слова

Генерация в плавающей ледяной пластине изгибных волн нагрузками, которые перемещаются с критическими (резонансными) скоростями, т.е. когда их скорости совпадают с наименьшими фазовыми скоростями изгибных волн и сопутствующими им гравитационных волн, сопровождается резким возрастанием их высоты: в этом случае возникает изгибно-гравитационный резонанс, что позволяет существенно снизить (по сравнению с известными средствами и технологиями) энергозатраты при ломке льда. Нами был разработан и апробирован на практике волновой (резонансный) способ разрушения ледяного покрова, т.е. путем генерации во льду изгибных волн, который может осуществляться любым транспортом, способным двигаться с необходимой скоростью и возбуждать изгибные волны достаточной для разрушения льда высоты. Наиболее пригодны для реализации волнового способа разрушения ледяного покрова амфибийные корабли на воздушной подушке. В последнее время исследуется возможность использования подводных судов в условиях Арктики с целью решения транспортных задач. Очевидно, что это потребует обеспечения безопасности подледного плавания судов, т.е. возможности экстренного всплытия судов из-подо льда, необходимость которого может возникнуть в процессе их эксплуатации. Обычно для этого судну создают дифферент на корму, затем его приледняют. После откачки балласта, который принимается на судно для его погружения, ледяной покров разрушается и судно всплывает в битом льду. При этом толщина льда незначительна, но судно часто получает ледовые повреждения. Для устранения этих недостатков также может быть использован разработанный волновой способ разрушения льда. В работе приведены технологии и устройства, разработанные автором статьи, с помощью которых в реальных условиях можно определить критическую скорость при реализации волнового способа кораблями на воздушной подушке и подводными судами. В работе проведен обзор на основании 19 источников, 13 из которых изданы более 13 лет назад. Дело в том, что факт разрушения ледяного покрова вследствие возникновения изгибных волн от движущихся нагрузок исследователи рассматривали как нежелательный. Но сравнительно недавно, после открытия способности амфибийных судов на воздушной подушке и подводных судов эффективно разрушать ледяной покров волновым способом, т.е. путем возбуждения во льду изгибных волн при критических скоростях движения, вновь возник интерес к этой проблеме.

Ключевые слова

На базе уравнения, описывающего изменение массы воздуха в воздушной подушке, и уравнения колебаний модели гибкого ограждения сформирована математическая модель несущего комплекса судна на воздушной подушке. Получено условие устойчивости системы «воздушная подушка-гибкое ограждение». Проанализировано влияние ряда факторов на устойчивость рассматриваемой системы. Установлено, что для судов на воздушной подушке с гибкими скегами тенденция к неустойчивому функционированию воздушной подушки растет с увеличением водоизмещения судна.

Ключевые слова

Адекватная оценка напряженно-деформированного состояния корпуса судна как сложной пространственной системы предполагает использование современных методов исследования, точного описания и закрепления конструкций, определения нагрузок в соответствии с требованиями Правил РМРС. Для оценки оптимальности конструкций корпуса применение экспериментальных и численных методов является чрезвычайно актуальным и удобным решением. Опыт показывает, что численные исследования имеют преимущества (по срав-нению с экспериментальными) по срокам выполнения и стоимости. Цель данного исследования - определение напряжено-деформированного состояния и оптимизация конструкций корпуса (на примере охлаждаемого трюма) рыболовного судна с целью снижения его металлоёмкости и увеличения экономической эффективности. Представлены результаты оптимизации конструкций корпуса судна с помощью численных методов, которые позволяют определить не только наилучшие размеры связей корпуса с точки зрения минимума массы, но и оценить экономический эффект. Особое внимание уделяется исследованию зависимости напряжений, перемещений и массы от величины шпации, размеров шпангоутов и бимсов и толщины флоров с учетом требований Правил РМРС.

Ключевые слова

Форма корпуса определяет важнейшие качества судов: ходкость, мореходность и остойчивость, она также влияет на прочность конструктивных элементов. В ряде классификационных обществ учитывается кривизна формы наружной обшивки при нормировании её толщин. Аналогичный учёт для балок набора надводных судов практически отсутствует. В большинстве случаев кривизна обводов судового корпуса оказывает положительное влияние на прочность и повышает ее. Это позволяет снизить требования к размерам связей, а также уменьшить вес конструкций. В данной статье рассмотрен вопрос учёта кривизны обводов корпуса в российской практике нормирования прочности шпангоутов. Показано, что он недостаточно проработан, поэтому анализируется влияние формы шпангоутов на их прочность при действии гидростатических и волновых давлений моря. Расчёты прочности выполнены методом конечных элементов. Выявлено существенное влияние кривизны обводов на прочность: учёт кривизны может обеспечить снижение массы бортовых конструкций судов. Цель работы - обоснование предложения для корректировки регламентирующих формул Правил Регистра. Результаты наших расчётов показали, что влияние формы шпангоутов зависит от подвижности опорных узловых точек, которая ограничена эффектами распора и самораспора. Такие эффекты могут быть учтены в дальнейших исследованиях на основе трёхмерных моделей и пластинчатой идеализации элементов. Результаты работы направлены на уточнение требований к криволинейным балкам судового набора и снижение веса конструкций.

Ключевые слова

Многолетняя практика эксплуатации судовых паровых котлов показывает, что разрушение обмуровочных поверхностей топок остаётся одной из самых распространенных причин аварий, которые сопровождаются выходом котлов из строя. Котлы водогрейные (КВГ), применяемые на судах крупного и среднего водоизмещения, - экономичные, эффективные и надёжные. Однако в результате модернизации котлов КВГ, направленной на их перевод в режим многотопливных энергетических установок, возникли эксплуатационные трудности, связанные с повреждением обмуровочных поверхностей котлов. При выборе материалов для футеровки котла и технологии кладки обязательно учитываются рабочие свойства огнеупоров: огнестойкость, термостойкость, механическая прочность. Поэтому представляет интерес анализ некоторых других вероятных технических причин скоротечных повреждений футеровки судового котла. Естественно, что возможные термические и динамические воздействия на обмуровку учтены и в проекте модернизации. Однако при проектировании практически не учитываются вопросы влияния виброактивности судового котла на состояние его обмуровки. С целью повышения надежности котельных установок авторы провели анализ уровня вибрационных воздействий исходя из конструкции котла. Показано, что вибровозбудимость его конструкций зависит от уровня вибраций внешних источников, которыми могут быть работающие судовые механизмы (структурный шум), вибрационное горение топлива и звуковое давление воздушного шума. Аналитически установлено, что одной из вероятных технических причин разрушения обмуровки является совместное резонансное воздействие вибрационного горения и звукового давления воздушного шума при форсированных нагрузках, когда частота вращения ротора компрессора и уровень звукового давления возрастают и наблюдается совпадение частот источника колебаний, собственных частот подвода теплоты горения дизельного топлива и собственной частоты элемента кирпичной кладки (шамотного кирпича). Авторы впервые аналитически установили источники виброактивности судового котла, определили частотные диапазоны и уровни вибрационных воздействий источников, а также экспериментально оценили собственную частоту элементов кирпичной кладки.

Ключевые слова

Обоснована оценка возможности использования способа Миллера для улучшения характеристик шеститактного дизельного двигателя. Проведен расчетный анализ термодинамических процессов в шеститактном дизеле методом Гриневецкого-Мазинга. Получены ряд важных параметров, которые были использованы в целях оптимизации работы дизеля по шеститактному циклу; регрессионные зависимости индикаторных и эффективных показателей рабочего цикла шеститактного ДВС от угла закрытия впускных клапанов до нижней мертвой точки; оптимальные значения фаз закрытия впускных клапанов до нижней мертвой точки для достижения максимальных значений индикаторного КПД, среднего индикаторного давления, давления сгорания в пятом такте, максимальной температуры сгорания в пятом такте, а также минимального значения удельного эффективного и индикаторного расхода топлива.

Ключевые слова

Представлен разработанный авторами статьи торсиометр, где для измерения угла закручивания использованы фотоэлектрические диоды, которые позволяют измерять время задержки между отраженными оптическими сигналами скручиваемого вала при подведении крутящего момента (или мощности). Для увеличения деформации (угла скручивания) вал выполняется не круглого сечения, а в виде пластины (плоский вал). В настоящей работе приведена авторская схема фотоэлектрического торсиометра, а также результаты расчета зависимостей: времени задержки - от скорости вращения и угла закручивания вала; передаваемой мощности - от угла закручивания и скорости вращения вала. Представленные результаты показывают относительно небольшой разброс полученных измерений, особенно в области больших значений углов закручивания. Эксперименты, проведенные нами на модели представленного фотоэлектрического торсиометра, подтвердили возможность использования этого метода измерения мощности и показали его преимущества. Разработанная схема торсиометра также позволяет определять скорость вращения вала по частоте пульсации отраженного оптического сигнала от одного из датчиков. Возможно применение данной схемы на судовых валопроводах большой длины и измерения крутящего момента и мощности судовых энергетических установок в процессе эксплуатации.

Ключевые слова

Исследование динамической прочности бетонных сооружений необходимо для целого ряда зданий и сооружений, эксплуатирующихся при нагрузках, изменяющихся во времени. Несмотря на то что вопросам повышения динамической эффективности бетонов посвящен ряд работ, в российских нормах отсутствует методика определения коэффициента динамического упрочнения, а формулы из зарубежных норм требуют корректировки. В то же время фибробетоны являются весьма перспективными композитами для использования их в наиболее ответственных сооружениях. Статья посвящена исследованию динамической прочности разработанных фибробетонов, обладающих высоким коэффициентом динамического упрочнения за счет применяемого сырья и технологии изготовления. Проведено усовершенствование методики испытаний образцов-цилиндров, заключающееся в обработке торцов полиэфирным клеем. Получены результаты динамической прочности до 130 МПа. Предложена эмпирическая формула, дающая адекватные результаты вычисления коэффициента динамического упрочнения фибробетона. Выявлены условия и факторы, определяющие позитивный эффект от армирования фиброволокном бетонной матрицы как на этапе структурообразования, так и на этапе нагружения.

Ключевые слова

Выполнен анализ природных и техногенных опасностей для мобильных буровых установок, эксплуатируемых в замерзающих морях. Дана оценка уровня безопасности конструкции, определяющая зоны риска и скорость их роста. Отмечено, что снижение рисков возможно только при управлении ледовой обстановкой и определении критериев надежности и безопасности с учетом структурной целостности и живучести применительно к сочетаниям ледовых нагрузок с другими воздействиями. В настоящее время из-за недостатка эксплуатационного опыта и высокой стоимости полевых работ возрастает роль физического и математического моделирования, создания программ управления ледовой обстановкой. В данной статье рассмотрено применение метода контрольного объема для анализа кинематического взаимодействия опоры со льдом. Приведены результаты модельных испытаний с гранулированной средой. Рассмотрена возможность применения данного метода для решения задачи расчета нагрузок от битого и тертого льда при моделировании ледовых потоков различной сплоченности.

Ключевые слова

В настоящее время в практике гидротехнического строительства для фильтрационных расчетов применяют современные методы численного моделирования. В предлагаемой статье выполнено моделирование фильтрации грунтовых вод через однородную земляную перемычку с вертикальными откосами, расположенную на непроницаемом основании. При помощи программного комплекса для гидродинамических расчетов GEO-SLOPE GeoStudio определены основные характеристики фильтрационного потока и построены кривые депрессии. Для подтверждения достоверности полученные результаты были сопоставлены с рассчитанными по апробированной методике. В выводе приведены рекомендации по использованию граничных условий для получения более высокой точности моделирования.

Ключевые слова

Использование зданий и сооружений как элементов окружающей городской среды должно быть прежде всего безопасным, с спрогнозированным ресурсом прочности в разного рода природных и техногенных чрезвычайных ситуациях. В статье рассматриваются пути решения проблемы обеспечения безопасности эксплуатируемых зданий и сооружений при изменении их условий эксплуатации. В качестве примера приводится оценка возможных последствий установки колоколов на звонницы Исаакиевского собора. Замеры вибраций с одновременной оценкой прочности и несущей способности кирпичной кладки показали, что вибровоздействие звонов тяжелых колоколов не может оказывать негативного влияния на несущие конструкции колоколен. Тем самым учитывается экологический средообразующий фактор, формирующий безопасную область обитания человека. Однако всегда существует риск такого негативного влияния на конструкцию колокольни и устойчивость грунтов в ее основании. Поэтому предлагается до начала реконструкции проводить исследования, пользуясь моделью сооружения, с помощью которой для исключения возможных аварийных ситуаций на реконструируемых объектах можно рассматривать воздействие «новых» запланированных нагрузок.

Ключевые слова

Рассматривается проблема сохранения и использования особенностей природного ландшафта при проектировании рекреационных туристических маршрутов, включающих объекты архитектурного наследия. Пешеходные пути в статусе туристических маршрутов позволят сделать доступными наиболее красивые и привлекательные виды, уникальные ландшафты, памятники архитектуры в черте города или недалеко от него. При проектировании и создании таких маршрутов в рамках проблемы сохранения и преобразования среды жизнедеятельности человека необходимо решить две актуальные задачи: интеграция новых объектов в природную среду и учет требований охраняемых объектов. В данной работе представлена разработка методики реализации сценария маршрута через выбор приемов цветопространственного моделирования, который составляет ее основу. Такое многовариантное проектирование туристических маршрутов позволяет проектировщику выполнить требования охраны памятников архитектуры и природных объектов. На основе мирового опыта выявлена роль колористического потенциала природного ландшафта в выборе стратегии сценарной организации маршрута. Предложена систематизация приемов использования цветофактурных и пространственных характеристик разнообразных носителей цветности - ландшафта (растительность, геология) и благоустройства (материалы архитектурных конструкций, мощение, арт-объекты). Реализация сценария маршрута через выбор приемов цветопространственного моделирования составляет основу разрабатываемой нами методики многовариантного проектирования туристических маршрутов, позволяющей проектировщику выполнить требования охраны памятников архитектуры и природных объектов. Эта комплексная методика позволяет координировать требования создания комфортной среды пешеходного туристического маршрута, регламентов охраны уникальных объектов природы и архитектуры, а также выбирать наиболее эффектные приемы проектной «подачи» этих объектов.

Ключевые слова

В заглавие вынесено название только что вышедшей монографии* , авторы которой - к.т.н., проф. А.А. Варламов и д.т.н., проф. В.И. Римшин хорошо известны в кругу профессионалов-строителей, теоретиков и практиков. Книга состоит из предисловия, введения, 16 глав, общих выводов и списка литературы, ее общий объем 361 страница.