В статье проведен анализ динамических показателей четырехколесного мобильного робота, приводимого в движение всенаправленными колесами типа меканум. Для получения информации о его динамических характеристиках разработана компьютерная модель в программной среде блочного моделирования MATLAB Simulink, которая позволила исследовать поведение голономного мобильного объекта с колесами меканум в пуско-тормозных режимах, не только основываясь на его математической модели, но и учитывая массогабаритные параметры робота, внедренные в модель через интеграцию трехмерного цифрового прототипа исследуемого объекта. Изучение динамики всенаправленного робота рассматривалось в рамках моделирования разгона, равномерного движения и торможения объекта на плоскости по прямолинейной траектории. В результате получены зависимости кинематических, динамических и механических характеристик: угловой скорости и вращательного момента каждого колеса от времени, линейной скорости центра масс робота от времени, пройденного роботом пути от времени, ошибки позиционирования при отработке заданного перемещения, пространственной визуализации колебаний скорости. При помощи инструмента Mechanical Explorer с использованием интегрированного в модель цифрового клона исследуемого робота получена анимация движения объекта по траектории. Примененный подход, основанный на интеграции математической блочной и трехмерной параметрической моделей объекта с возможностью визуализации и анимации результатов, позволяет наиболее полно исследовать динамику и кинематику нелинейных мехатронных систем. Полученные данные об ошибках позиционирования и колебаниях скорости в трех координатах позволили сделать вывод о наличии случайных колебаний при движении робота, однако это не оказало заметного влияния на точность отработки заданной траектории.
Наука и техника
2024. — Выпуск 5
Содержание:
В данной статье предлагается новая микрополосковая антенна на основе метаматериалов, обеспечивающая беспроводную связь. Предлагаемая конструкция состоит из трассы распространения излученной волны, располагающейся сверху, и равномерно распределенной структуры метаматериала в форме расщепленного кольца, которая располагается на земле. Представленная антенна размером 50´38 мм, толщиной 1,6 мм напечатана на FR4-подложке и резонирует на частоте 1,80 ГГц. Антенна данной конструкции была изготовлена, а полученные результаты измерений соответствуют ранее смоделированным. Цель достигается за счет загрузки равномерно распределенных структур метаматериала в форме разрезных колец на заземленную плоскость этой антенны. Результаты экспериментов показывают, что использование конструкции из метаматериала на заземленной плоскости позволило улучшить усиление сигнала с 4,34 до 7,3 дБ, эффективность с 5,94 до 7,8 дБ по сравнению с обычной патч-антенной. Предложенное нововведение в экран антенны позволяет свести обратные потери до –38 дБ, а также улучшить значения коэффициента усиления антенны и коэффициента ее направленности до 7,8 и 7,8 дБ соответственно. Представленная антенна имеет полосу пропускания 45 МГц. Предлагаемая конструкция апробирована с помощью смоделированного поверхностного тока, параметра S, VSWR (коэффициент стоячей волны напряжения), диаграммы направленности антенны. Авторы также исследовали влияние диэлектрической проницаемости подложки, ширины разделения и межэлементного расстояния в структуре метаматериала в форме расщепленного кольца на обратные потери. Предлагаемая направленная антенна предназначена для приложений беспроводных локальных сетей, а также других приложений в Интернете.
Ключевые слова
В статье на основании результатов экспериментальных исследований установлены важные закономерности зависимости частоты коротких замыканий дугового промежутка и коэффициента потерь электродного металла на разбрызгивание от напряжения на дуге и скорости подачи присадочной проволоки при сварке и наплавке с введением газообразного SF6 в защитную смесь Ar + CO2. Предлагается вводить фторсодержащие компоненты SF6 непосредственно в защитную газовую смесь 82 % Ar + 18 % CO2 в количествах, не превышающих 2 %. Технология позволяет снизить количество диффузионного водорода в наплавленном металле, что является актуальной задачей при сварке высокопрочных сталей и материалов, чувствительных к водородному охрупчиванию. Ранее нами был решен ряд вопросов, связанных с препятствием повышения концентрации S в наплавленном металле, что позволило определить наиболее эффективные концентрации SF6 в составе защитной газовой среды, ограниченные 1,5 % по объему от общего состава (Ar + CO2) + SF6. При этом модификация защитной газовой атмосферы галогенидным соединением SF6 оказывает существенное влияние на характеристики плавления электродной проволоки и температурные показатели в зоне горения дуги. Это обусловлено высоким потенциалом ионизации фтора как продукта высокотемпературной реакции диссоциации SF6. Полученные результаты позволили определить наиболее эффективные соотношения между значениями параметров режима, а также исследовать специфику плавления присадочной проволоки в модифицированной SF6 защитной атмосфере. Установлены важные закономерности, раскрывающие технологические особенности сварки и наплавки с модификацией защитной атмосферы галогенидными соединениями.
Ключевые слова
Целью работы является приближенная расчетно-экспериментальная оценка удельной энергоемкости и теплообразования на различных стадиях работы материала при растяжении образца. В статье рассмотрен приближенный метод оценки удельной энергоемкости и теплообразования на четырех стадиях деформирования растяжением стального образца. Конечно-элементное моделирование работы изготовленного образца при упругопластическом растяжении было выполнено в многофункциональном программном комплексе ANSYS. Нагрузка в цифровой модели образца прикладывалась согласно программе натурных испытаний. В эксперименте использовались плоские образцы по ГОСТ 1497, испытательная машина WAW-1000 с микрокомпьютером 100Т, тепловизор testo 875i с температурной чувствительностью 0,05 °C при 30 °C. Сопоставили полученные значения на графиках натурных испытаний и цифровой модели образцов, выявив критические точки и величины отклонений. Поэтапное загружение выявило, что развитие разрушения происходит на ниспадающих ветвях и сопровождается поэтапным развитием локальной неустойчивости пластического деформирования в форме «шейки». Показано, что температура нагрева растягиваемого металла может быть рассчитана по предлагаемым в статье формулам или расчетом с использованием программного комплекса ANSYS. Результаты испытаний показали, что температуры поверхности образцов на каждой стадии существенно отличаются, выделили четыре основных участка на графике изменения температуры поверхности образца в точке. Выполнен анализ существующей базы измерительных приборов и возможности получения и обработки данных. Экспериментальные величины температур поверхности при непрерывном квазистатическом деформировании превышают их расчетные значения (до 5 раз). Кинетика изменений температурного поля поверхности образца выполнялась термографическими приборами.
Ключевые слова
В статье рассматривается анализ деформаций в статически неопределимой балке на примере киля судна – двутавровой балки, играющей важную роль в обеспечении устойчивости и конструкции судна. Исследование осуществляется с помощью сочетания теоретического и экспериментального подходов. Метод сил выбран для теоретического анализа как универсальный инструмент для статически неопределимых балок, позволяющий оценить деформации и напряжения в различных точках балки. Он включает в себя подбор оптимального сечения, что является преимуществом данного подхода. Метод конечных элементов, реализованный с помощью ПК Ansys 2021 R2, используется для экспериментального анализа и визуализации деформации изгиба. Он обеспечивает более гибкий и мощный инструмент для анализа сложных конструкций, учитывая разнообразные граничные условия. Результаты исследования были сопоставлены, погрешности вычислений оказались минимальными и допустимыми. В статье подчеркивается важность проведения подобных анализов для понимания поведения конструкций под нагрузками и обеспечения их надежности не только в транспортном, но и в промышленном и гражданском строительстве.
Ключевые слова
На основании накопленного к настоящему времени опыта применения резервных водосбросов с размываемыми грунтовыми вставками и проведенных ранее исследований даны рекомендации по проектированию и расчетам таких сооружений. Представлены четыре варианта конструктивных и компоновочных решений. Первый вариант – размываемая вставка располагается в теле грунтовой плотины. Ограничивающая размыв одежда – бетонная. Второй вариант – то же, но ограничивающая размыв одежда выполнена из мягкого полимерного материала, например из геотекстиля или полимерной пленки. По третьему варианту размываемая вставка располагается в одном или нескольких пролетах поверхностного водосброса и работает по типу затвора «Гидроплюс». Четвертый вариант применим при соответствующих топографических условиях. Здесь размываемая вставка располагается вне напорного фронта в обход плотины и представляет собой небольшую размываемую дамбу. Предложен порядок гидравлических расчетов, которые выполняются в два этапа. На первом этапе определяют размеры водосбросного отверстия резервного водосброса на пропуск расчетного расхода. Затем выполняют расчет размыва грунтовой вставки, располагаемой в этом отверстии, который происходит при переливе воды через ее гребень при аварийной ситуации. Этот расчет дает возможность определить время размыва, а также построить гидрограф расхода воды через размываемый водосброс, графики изменений уровня верхнего бьефа и отметки гребня вставки в процессе размыва. Дифференциальные уравнения, описывающие процесс размыва, удобно решать численным методом. Предложен алгоритм расчета.
Ключевые слова
Если рассматривать асфальтобетон как композитный строительный материал, состоящий из разнородных составляющих различной природы и свойств, весьма важными являются обеспечение и контроль связи матрицы вяжущего и минерального каркаса. Это напрямую влияет на наиболее важные технологические и прочностные свойства итогового материала и продолжительность срока службы асфальтобетонного дорожного покрытия. Наиболее распространенным методом оценки адгезионных связей является визуальное сравнение асфальтобетонной смеси, прокипяченной в воде при заданной температуре, с изображением эталонного образца. На наш взгляд, такой метод контроля является весьма субъективным, так как напрямую на результат испытания влияет визуальное восприятие исследователем изображения. Нами разработана и описана методика испытаний, которая позволяет получить объективную картину, основанную на изменении значений показателя водонасыщения под вакуумно-температурным воздействием. По разработанной методике проведены исследования адгезионных свойств вяжущего до и после модификации различными полимерами и их компаундов к каменному материалу. Для исследований были выбраны асфальтобетонные смеси, которые наиболее часто применяются в качестве материала покрытия верхних слоев дорожных одежд в Республике Беларусь. Анализ полученных данных показал зависимость риска проникновения воды между битумом и каменным материалом с потерей адгезии вяжущего к заполнителю от развитости каркаса и толщины битумной пленки. Объяснение этого явления состоит в том, что процент когезионного расслоения значительно увеличивается с ростом толщины пленки битума и может достигать 65 % когезионного отслоения. При этом, как показали результаты исследования, предварительная модификация битума значительно снижает негативные последствия вакуумно-температурного воздействия на асфальтобетон.
Ключевые слова
Учитывая все более масштабное применение магнитных жидкостей в различных отраслях промышленности, можно с уверенностью констатировать, что в ближайшем будущем магнитореологические демпферы будут широко использоваться в автомобильных подвесках адаптивного класса ввиду их эксплуатационной универсальности и несложного алгоритма управления энергией рассеивания при изменении свойств магнитной жидкости в зависимости от параметров электромагнитного поля. Эффективность гашения колебаний в процессе движения достигается за счет регулирования гидравлического сопротивления «магнитного» амортизатора посредством подачи напряжения на обмотки его катушки. Помимо физических свойств используемого в «магнитном» амортизаторе масла, на вязкость рабочей магнитореологической жидкости большое влияние оказывает форма управляющего сигнала. В статье рассматриваются теоретические аспекты построения математической модели магнитореологического демпфера и приводятся результаты компьютерного эксперимента по оценке эффективности его использования в составе адаптивной подвески легкового автомобиля. При этом фактические параметры «магнитного» амортизатора, используемые при моделировании динамического процесса, определялись экспериментально на испытательном стенде, а адекватность разработанной математической модели подтверждена результатами полунатурного эксперимента. С помощью верефицированной модели получены и сопоставлены характеристики магнитореологических демпферов при различных формах управляющего сигнала, включая прямоугольные импульсы напряжения различной частоты и коэффициента заполнения, синусоидальные импульсы и сигналы постоянного напряжения. Анализ эффективности гашения колебаний проводился на базе разработанной «четвертной» модели полуактивной подвески автомобиля с интегрированной в ее структуру верифицированной субмоделью магнитореологического демпфера. Причем сценарии моделирования основывались на выбранной стратегии управления напряжением, подаваемым на обмотки «магнитного» амортизатора. Как показали результаты теоретических и экспериментальных исследований с точек зрения энергопотребления, расширения рабочей области демпфирующей характеристики и достижения плавности управления демпфирующей силой, наиболее эффективным является использование в цепи управления синусоидального импульсного сигнала напряжения, обеспечивающего уменьшение как амплитуды, так и времени гашения колебаний. Однако при проектировании и изготовлении контроллера создание импульсного модулятора, генерирующего синусоидальные импульсы, совпадающие по фазе и частоте с колебаниями кузова автомобиля, весьма затруднительно ввиду случайного характера внешних возмущений от дорожного покрытия. При подаче на обмотку магнитореологического демпфера сигнала постоянного напряжения демпфирующие свойства подвески также улучшаются по сравнению с базовой конструкцией на основе традиционного гидравлического амортизатора. Причем прослеживается пропорциональная зависимость между вольтажом питающего демпфер напряжения, амплитудой и временем затухания колебаний кузова автомобиля. Увеличение напряжения управляющего сигнала с 1 до 2 В приводит по сравнению с пассивным управлением магнитным амортизатором к снижению максимальной амплитуды колебаний кузова автомобиля соответственно на 6,25 и 11,25 % и уменьшению времени гашения колебаний на 0,72 и 1,41 с.
Ключевые слова
Цель исследования – на основе использования триединых контекстов обобщить опыт формирования центров превосходства в СССР и РФ за период с 1920 г. по настоящее время. Задачи исследования – идентифицировать ключевые инструменты становления и развития центров превосходства и сравнить результаты их использования с целью выявления направлений совершенствования государственной политики и механизма их усиления с учетом сложившейся экономической ситуации и стратегических перспектив развития страны. Методы исследования – индукция, дедукция, анализ и синтез, наблюдение, сравнение, систематизация, описание, эмпирический, эволюционный, системный и историко-логический подход к анализу тех или иных явлений и процессов. Проведенный анализ показал, что при разработке механизма и выборе инструментов формирования центров превосходства в современной России целесообразно учитывать опыт СССР.