. В работе с учетом состояния вопроса в области нанесения многослойных теплозащитных и износостойких покрытий обоснованы направления исследований. Задачами разработки являются: совершенствование порошковых материалов, содержащих частично стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония для плазменного нанесения теплозащитных покрытий; совершенствование порошковых материалов, содержащих оксидную керамику и сплавы на основе никеля для плазменного нанесения износостойких покрытий; отработка технологических параметров плазменного напыления и последующей обработки воздействиями на покрытие компрессионной плазмы; анализ качества полученных по оптимальной технологии защитных покрытий путем исследования их структуры и физико-механических свойств. Частицы ZrO2 – 7 % Y2O3 содержат преобладающую тетрагональную фазу Y0,15Zr0,85O0,93, моноклинную и кубическую фазы ZrO2, а композиция Al2O3–TiO2–Ni–Cr–Al–Y–Ta содержит способствующие ее износостойкости фазу Cr1,12Ni2,88 твердого раствора на основе никеля, фазы a-Al2O3, g-Al2O3, орторомбическую фазу оксида титана TiO2. Исследованы с последующей оптимизацией технологические параметры для процесса плазменного напыления многослойных теплозащитных и износостойких покрытий. Критериями оптимизации служили коэффициент использования напыляемого порошкового материала и структура покрытий. Исследовано влияние дистанции напыления на значения эксплуатационных характеристик сформированных плазменных покрытий на Al2O3–TiO2–Ni–Cr–Al–Y–Ta. Приведены полученные результаты регулирования фазового состава покрытий с помощью варьирования химического состава порошковых материалов, отличия в фазовом составе сформированного материала тем значительнее, чем более неоднородно распределение элементов в исходном порошковом материале. Проведены испытания на циклическое тестирование в печи при максимальной температуре в пределах 1300 °C теплозащитных покрытий для выявления их термостойкости. Они доказали влияние фазового состава сформированных покрытий на их способность противостоять высокотемпературному окислению.
Наука и техника
2023. — Выпуск 3
Содержание:
В работе с использованием генетического алгоритма MOGA, встроенного в модуль DesignXplorer программы ANSYS Workbench, выполнена оптимизация лазерной обработки стали 12Х18Н9Т кольцевыми пучками. Расчет температурных полей проводили с учетом зависимости теплофизических свойств материала от температуры методом конечных элементов в программе ANSYS Workbench. Получена регрессионная модель обработки стали 12Х18Н9Т кольцевыми лазерными пучками с использованием гранецентрированного варианта центрального композиционного плана эксперимента. В качестве варьируемых факторов использовали плотность мощности и длительность импульсов лазерного излучения, внешний и внутренний диаметры лазерного пучка в плоскости обработки, в качестве откликов – глубины проплавления материала и максимальные температуры в зоне лазерной обработки. Произведена оценка влияния параметров обработки на глубины проплавления материала в зоне лазерного воздействия и максимальные значения температуры. Установлено, что на глубины проплавления материала и максимальные температуры наибольшее воздействие оказывает плотность мощности лазерного излучения. Оптимизацию лазерной обработки стали 12Х18Н9Т кольцевыми пучками выполняли при задании предельных значений максимальной температуры в зоне обработки для трех вариантов минимальной глубины проплавления. Выполнено сравнение параметров, полученных в результате оптимизации с использованием алгоритма MOGA, и параметров, полученных в результате конечно-элементного моделирования. Максимальная относительная погрешность результатов при определении максимальных температур не превысила 1 %, при определении максимальных глубин проплавления – 6 %.
Ключевые слова
Выполнено математическое моделирование обработки шариков по методу свободного притирания с помощью инструмента в виде полого тонкостенного цилиндра (инструментальные втулки). Получено аналитическое выражение для расчета путей резания, которые, согласно формуле Ф. Престона, пропорциональны величине съема материала с обрабатываемой заготовки. Проведен расчет путей резания в диаметральных сечениях шарика за время его поворота на суммарный угол 4000 рад. Расчет выполнен для различных значений таких наладочных параметров базового станка, как: амплитуды возвратно-вращательного движения устройства с закрепленными в нем инструментальными втулками, расстояния между осями симметрии инструментальных втулок и оси вращения устройства, скорости вращения входного звена исполнительного механизма базового станка и планшайбы, закрепленной на его шпинделе и служащей для сообщения заготовкам шариков относительного вращения. При этом рассматривали сечение с наибольшим расхождением путей резания и определяли относительное значение этих путей, которое пропорционально точности обработки. Выполнены исследования, позволившие выявить по меньшей мере три местоположения инструментальных втулок, в которых достигается минимальное значение относительных путей резания на обрабатываемой поверхности шарика, т. е. максимальная точность обработки, что дает возможность на практике совместить операции предварительного, основного и окончательного шлифования рассматриваемых деталей. Показано, что степень корреляции экспериментальных и теоретических результатов находится на уровне 80–85 %, а производительность полирования по предлагаемой схеме увеличивается примерно на 30 % в сравнении с классической схемой выполнения этой операции.
Ключевые слова
Сердечно-сосудистые заболевания, в частности ишемическая болезнь сердца, являются самой частой причиной смерти в мире. Поиск наиболее эффективного способа лечения представляется передовой задачей. Стентирование выступает малоинвазивным действенным способом ее решения. Сразу же с появлением эндопротезов (стентов) возникла проблема повторного сужения сосудов (рестеноза) вследствие неоинтимальной гиперплазии (избыточное нарастание внутренней оболочки сосуда), причинами которой являются высвобождения ионов металлов из материала стента, повреждение стенки артерии при имплантировании, аллергические реакции. Изначально решение пытались найти посредством поиска оптимальной конструкции и материала стента, о чем свидетельствует выпуск более пятисот моделей внутрисосудистых эндопротезов, различающихся конструкцией, материалом, геометрической формой, профилем, габаритными размерами и другими параметрами. В настоящее время наиболее эффективным способом решения проблем биосовместимости материалов стентов является формирование покрытий на их поверхности. Можно выделить целый ряд разнообразных внутрисосудистых эндопротезов с модифицируемыми покрытиями: выделяющие лекарственные вещества, с биодеградируемыми покрытиями, с биоактивными покрытиями. В статье представлены результаты анализа литературных источников наиболее передовых исследований в области модификации поверхности внутрисосудистых эндопротезов, которые позволили обосновать выбор покрытия из оксинитрида титана как рекомендованного для дальнейшей оптимизации и применения благодаря высоким показателям по коррозионной стойкости, биосовместимости с клетками, тканями и жидкостями человеческого организма, хорошему уровню адгезии. В то же время существует ряд ограничивающих факторов, связанных с получением таких покрытий даже при выдерживании всех конструкционных и технологических требований.
Ключевые слова
Магистральные каналы мелиоративных систем, наряду с наилучшими экономическими показателями, должны также соответствовать требованиям сопряжения проводящей сети в вертикальной плоскости и технологии производства работ по сооружению русла. Каналы гидравлически наивыгоднейшего профиля, хотя и являются самыми экономичными по объему земляной выемки, часто получаются слишком глубокими и небольшой ширины по дну, что не удовлетворяет указанным требованиям. Учесть все эти факторы можно, незначительно снижая скорость течения воды u (по сравнению со скоростью в русле с гидравлически наивыгоднейшим сечением uг.н), что приводит к существенному уменьшению глубины русла и соответственно увеличению его ширины по дну. Такое снижение скорости экономически оправдано (без существенного увеличения площади сечения) в области гидравлически наивыгоднейших сечений, где кривая функции h = f(u) резко возрастает и асимптотически приближается к ординате с максимально возможной скоростью uг.н. Эту область можно приближенно охарактеризовать значениями скорости u = (0,95–1,0)uг.н. Для удобства расчета полученная ранее автором формула для глубины канала гидравлически наивыгоднейшего профиля преобразована к более простому виду. Предложена аналитическая методика расчета оптимальных параметров сечения русла, находящихся в области гидравлически наивыгоднейших сечений, которая характеризуется коэффициентом оптимизации Kопт = u/uг.н, изменяющимся в пределах Kопт = 0,95–1,0. В этой области сечение русла незначительно отличается от гидравлически наивыгоднейшего профиля и при этом удовлетворяет требованиям сопряжения проводящей сети в вертикальной плоскости и условиям производства работ. Предложенный метод расчета менее трудоемкий и применим в широком диапазоне изменения показателя степени y в формуле Н. Н. Павловского для определения коэффициента Шези. Расчет по предлагаемой методике выполняют на основе использования зависимостей для определения характеристик гидравлически наивыгоднейшего сечения и формул русловой гидравлики (при незначительном поэтапном снижении скорости течения воды u). Получены формулы для определения глубины и ширины русла по дну при различных значениях скорости.
Ключевые слова
Реферат. Исследована однородность структуры ствола буронабивных свай по результатам четырехканального межскважинного ультразвукового (УЗ) мониторинга. Определена фактическая длина свай с выявлением дефрагментации ствола сваи, определена прочность на сжатие, выявлены дефекты сплошности на основе совместного анализа данных метода межскважинного ультразвукового мониторинга. Использование четырех каналов позволяет раздельно контролировать периферийную и центральную области сваи в шести направлениях. Данные сейсмоакустического метода совпали с параметрами ультразвукового мониторинга в части выявления зон неоднородности бетона, уменьшения сечения сваи и т. д. Для всех перечисленных свай названными методами испытаний не зарегистрированы данные, указывающие на дефрагментацию ствола сваи – присутствие участков, в поперечных сечениях которых полностью отсутствует бетон. Этими методами испытаний для всех свай подтверждено соответствие их фактической длины проектным значениям. Значимый дефект сплошности бетона сваи 40оп, по данным УЗ мониторинга и сейсмоакустического метода, зарегистрирован в интервале отметок –(17,5–18) м, проявляющий себя снижением скорости распространения УЗ импульса от 25 до 50 % по двум направлениям прозвучивания, включая диаметральное. Указанный дефект можно интерпретировать как снижение эффективного сечения сваи до 25–50 % от среднего значения. Дефектные участки свай обнаруживались в их верхней части на отметках по глубине от 0 до –1,5 м, считая от торцевой поверхности оголовка. При этом различия по физико-механическим параметрам бетона на этих отметках наблюдались и в пределах поперечного сечения свай [1–5].
Ключевые слова
В статье рассматривается смешанная задача с краевыми условиями второго рода для одномерного волнового уравнения. Решение этой задачи записывается в интегральной форме с помощью функции Грина. Для практического использования это решение малопригодно, так как, во-первых, функция Грина представляет собой тригонометрический ряд и, следовательно, ее вычисление представляет определенные трудности, во-вторых, приходится приближенно вычислять пять интегралов с функцией Грина, входящих в решение задачи, и, в-третьих, крайне затруднительно оценить погрешность приближенного вычисления решения. В настоящей работе преодолены эти трудности, а именно, для функции Грина найдено простое выражение через периодическую кусочно-линейную функцию, интегралы, входящие в приближенное решение, вычисляются с помощью периодических кусочно-линейной, кусочно-квадратичной и кусочно-кубической функций, и, наконец, получена простая и эффективная оценка погрешности аппроксимации. Оценка погрешности линейна по шагам сеток задачи и в любой фиксированный момент времени равномерна по пространственной переменной. Таким образом, приближенное решение задачи со сколь угодно малой погрешностью эффективно выражается через элементарные функции. Приведен пример решения задачи предложенным методом, а также построены графики точного и приближенного решений.
Ключевые слова
Рассматривается моделирование возникновения и роста возможных фрактальных структур и дефектов на внутренней поверхности камер тепловых энергетических установок, допускающих контролирование и регулирование развития таких стохастических динамических процессов. Речь идет об использовании процедур моделирования для приводимого анализа, имеющих достаточно универсальный характер в рамках определенных подходов. Приведено общее качественное рассмотрение моделирования процессов как осаждения материалов на твердую поверхность различных сложных конфигураций, так и возникновения ее трещиноватости и дефектов фрактальных типов. В первой части проводится аналогия процессов возникновения и роста фрактальных структур и дефектов камер с лазерными процессами управляемого осаждения веществ на поверхность твердого тела и роста ее трещиноватости. Развит ряд моделей возникновения и роста фрактальных неоднородностей разного типа и конфигураций на твердой поверхности с выявлением возможности их предварительного мониторинга на начальном этапе появления. При этом проанализированы как различные поверхности в виде покрытий, так и образование трещиноватости и кластерных зон неоднородностей и дефектов. Акцент в ходе исследований сделан на анализе регулируемой их структуры, а также на динамике роста трещиноватости и кластерных зон неоднородностей и дефектов в определенном направлении. На начальном этапе осуществлялся мониторинг указанного процесса образования в пространстве трещиноватости и кластерных зон неоднородностей и дефектов с различным масштабированием: нано- и микромасштабами. Данное исследование проведено в рамках аналогии в условиях: во-первых, заданного управления характеристиками подобных объектов в соответствующем лазерном эксперименте; во-вторых, наличия реальной возможности обеспечения их образования на внутренних поверхностях камер при контакте с рабочим веществом; в-третьих, возможности влияния таких структур на эффективность работы тепловых энергетических установок разного типа в контексте достижения нужной направленности и/или нежелательности изменения показателей и характеристик установок с учетом закономерностей технической термодинамики.
Ключевые слова
Традиционная технология производства пектина – высокозатратная, энергоемкая и экологически небезопасная. Одним из возможных способов совершенствования технологического процесса производства пектина является сушка непосредственно пектинового гидролизата до его осаждения этиловым спиртом. Наиболее эффективный способ сушки пектинового гидролизата – сушка в виброкипящем слое инертного материала, обеспечивающая высокую производительность по испаренной влаге с единицы объема камеры и качеству получаемого сухого продукта. В данной работе предложена методика оптимизации процесса сушки пектинового гидролизата в аппарате виброкипящего слоя инертного материала, позволяющая определить значения режимных параметров, при которых процесс сушки протекает с минимальными затратами на тепловую и электрическую энергию. Методика основана на полученной экспериментально зависимости между удельной производительностью сушильной установки и следующими режимными параметрами процесса сушки: скоростью движения воздуха в сушильной камере, начальной температурой воздуха, удельной нагрузкой, отнесенной к площади газораспределительной решетки, начальной концентрацией по сухим веществам. На основе этой экспериментальной зависимости формализованы критерии оценки приведенных затрат на тепловую и электрическую энергию. Сформулирован комплексный критерий оптимизации процесса сушки в виброкипящем слое, минимизация которого позволяет повысить эффективность ведения процесса сушки. Сформулированы ограничения на диапазоны изменения режимных параметров процесса сушки. Поставленная задача оптимизации процесса сушки в виброкипящем слое решена численно с использованием метода последовательного квадратичного программирования, сформулированы рекомендации по значениям режимных параметров для ведения процесса в оптимальном режиме.
Ключевые слова
Спрос на электромобили и подзаряжаемые гибриды с поддержки «зеленых» технологий и IT-сектора вносит существенные изменения в структурные преобразования экономики. Охват рынков энергетических и сырьевых ресурсов сокращением потребления нефтепродуктов не позволяет с уверенностью утверждать о компенсировании налоговых потерь поступлениями от роста потребления электрической энергии, в том числе со стороны транспортной инфраструктуры. Отчасти это вызвано разным уровнем налогообложения электроэнергии и нефтепродуктов. Устранение препятствий, сдерживающих развитие электромобилей проведением фискальной политики, – важная прерогатива государства. Со стороны государства необходимы своевременные меры, касающиеся пересмотра налогов и налоговых ставок, в поддержку развития механизмов внедрения экологически чистого электрического транспорта, подзаряжаемых гибридов, адаптивного расширения инфраструктуры для категорий транспортных средств M, MG, N, NG, а также позволяющие свести к минимуму потери от налоговых маневров внешнеторговых связей. Инвесторы чаще реагируют на позитивные сигналы рынка, где во многих случаях государственное регулирование имеет весомое влияние на устойчивое и экономически безопасное формирование инвестиционного климата. Развитие электрического транспорта сужает парк автомобилей на двигателях внутреннего сгорания, или на ископаемом источнике энергии. Падение спроса на нефтепродукты сдержит пополнение доходной части бюджета сокращением поступлений налогов на топливо. Во избежание потерь экономической выгоды с обновлением автомобильного парка электромобилями в статье исследован механизм адаптации автотранспортного сервиса к современным вызовам глобальной экономики.
Ключевые слова
В статье рассмотрена актуальная проблема достижения устойчивого развития через обеспечение устойчивости отдельных отраслей национальной экономики, в частности дорожного хозяйства. Раскрыто понятие «устойчивое развитие» и оценены шаги по его достижению в Республике Беларусь в настоящее время. Кроме того, предпринята попытка обосновать влияние устойчивости дорожного хозяйства как составной и связующей части субъектов экономики на устойчивое развитие стран и регионов. Рассмотрено влияние дорожного хозяйства на элементы устойчивого развития и оценены его дальнейшие перспективы. Для этого предложено рассматривать влияние дорожного строительства на различных структурных уровнях: мега-, мезо-, макро- и микроуровне, которые затрагивают все аспекты дорожного хозяйства, такие как проектирование, строительство, содержание и ремонт, производство строительных материалов и изделий. Рассмотрена возможность реализации концепции негаресурсов в дорожном хозяйстве. Под негаресурсами понимают потенциальные ресурсы, которые формируются в результате совершенствования процессов обращения с конечной продукцией за счет рационализации ее потребления, а также с исходными ресурсами за счет оптимизации отдельных стадий производственного и логистического циклов. Рынок негаресурсов может быть создан по примеру существующего рынка квот на выбросы в рамках Киотского протокола и Парижского соглашения по климату. В дорожном хозяйстве сегодня имеется множество перспективных технологий, при применении которых образуется большое количество негаресурсов. Так, учет негаресурсов в жизненном цикле транспортных сооружений, а также создание системы материального стимулирования на основе негаресурсов позволят обеспечить устойчивость дорожного строительства, а вместе с тем и устойчивое развитие страны и региона в целом.