Обобщены проведенные ранее авторами предлагаемой статьи экспериментальные работы и численные расчеты для определения влияния технологических параметров на износостойкость бетона. Получены новые данные моделирования зависимости напряженно-деформированного состояния поверхности от геометрических параметров и механических свойств материала. Особое внимание уделено этапу, предшествующему разрушению, - как следствию взаимодействия между цементной матрицей и зернами заполнителя в приповерхностном слое, сопоставимом с размерами крупного заполнителя. Численные расчеты проводились методом конечных элементов с использованием программного обеспечения ANSYS. Анализ результатов показал, что в материале со слабой цементной матрицей и большим расстоянием между зернами заполнителя разрушение начинается на поверхности. И, наоборот, при увеличении размера зерна и достаточно прочной матрице разрушение будет происходить на определенном расстоянии от поверхности, сравнимом с размером зерна, что подтверждается ранее выполненными экспериментами. Дальнейшие исследования с использованием предложенной методики численного моделирования позволят, в первую очередь, материаловедам создавать износостойкие бетонные композиции, а конструкторам уже на стадии проектирования прогнозировать процесс накапливания повреждений изнашиваемых поверхностей в процессе всего срока эксплуатации строительных сооружений.
Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета
2019. — Выпуск 4
Содержание:
Рассматривается полый цилиндр из идеального изотропного упругопластического материала в условиях плоской деформации с ограничениями по радиальному перемещению на внутренней и внешней поверхностях. Предполагается, что полные деформации в цилиндре являются малыми и складываются из упругих и пластических деформаций. Напряжения и упругие деформации связаны законом Гука, пластические деформации определяются условием Треска и ассоциированным с ним законом пластического течения. Деформирование цилиндра происходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении цилиндра с угловой скоростью, которая сначала увеличивается до выбранного максимального значения, а затем уменьшается вплоть до полной остановки цилиндра. Предполагается, что скорость вращения медленно изменяется со временем и угловое ускорение пренебрежимо мало. Установлено, что пластическое течение возникает одновременно на внешней и внутренней поверхностях цилиндра. Скорость вращения цилиндра, соответствующая началу пластического течения, найдена из решения упругой задачи. Для каждой пластической области найдено точное аналитическое решение определяющей системы уравнений. Приведены системы условий на границах между областями, обеспечивающие непрерывность полученных решений во всем цилиндре. Результаты расчетов проиллюстрированы графиками перемещений, напряжений и пластических деформаций.
Ключевые слова
Ресурсоэффективные технологии и оборудование в машиностроении почти достигли предела, поэтому для совершенствования металлопрофилирования перспективен совмещенный процесс литья и деформации на специальных устройствах. Российские и зарубежные предприятия проявляют значительный интерес к исследованиям в этом направлении, в этой связи перспективной представляется реализация процесса совмещения операций расплавления и деформации металла. Данная статья посвящена экспериментальному исследованию возможности бездефектного формирования протяженной алюминиевой поковки в непрерывном режиме на усовершенствованном авторами устройстве горизонтального литья и деформации металла. При выборе материала определяющее значение имела его применимость к процессам формирования из него полуфабрикатов в виде поковок методами горячей или холодной деформации. Марка материала, подвергаемого деформации, - АД0. Приведены результаты комплексного решения проблемы дефектообразования при получении протяженных поковок в ходе авторского эксперимента. Отмечены преимущества экспериментального устройства, приведены принципиальные схемы узлов, обеспечивающих термостабильный процесс на этапах подачи расплава в устройство и стадии деформирования. Определены физико-механические свойства поковок, полученных экспериментальным способом. Представленные результаты исследований позволят усовершенствовать технологии формирования протяженных поковок из цветных и черных металлов с повышенными физико-механическими характеристиками, в том числе технологии получения биметаллических изделий. Авторская разработка перспективна для предприятий металлургии и машиностроения.
Ключевые слова
Классические расчеты на прочность, жесткость и устойчивость выполняются для неповрежденных конструкций. Изучение влияния повреждений и локальных разрушений на свойства и поведение технических объектов осуществляется с позиций конструкционной живучести. Для структурно-сложных силовых конструкций авторами предложена методика оценки живучести, включающая изучение конструкции и взаимодействий входящих в нее элементов, анализ возможных предельных состояний и условий нарушения работоспособности, определение множества сценариев накопления повреждений, разработку и исследование логико-вычислительной модели поведения повреждаемой конструкции. Получение предложенных ранговых оценок осуществляется на множестве всех потенциально возможных сценариев накопления повреждений конструкции и включает определение как индивидуальных рангов для каждого из возможных сценариев, так и потенциального, системно обусловленного ранга живучести, учитывающего все возможные исходы сценариев накопления повреждений. Исследована живучесть типового узла сочленения стержневых элементов силового каркаса крупногабаритного рефлектора зеркальной антенны наземных систем спутниковой связи: значение потенциального ранга живучести составляет 0,66, тогда как ранги живучести на рассмотренном множестве сценариев накопления повреждения составили 0,5-1,0 в зависимости от величин и соотношения усилия преднатяжения болтов и растягивающей силы в силовом стержневом элементе. Применение результатов целесообразно при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ для повышения безотказности высокоответственных технических объектов.
Ключевые слова
Обеспечение вместимости, посадки и начальной остойчивости рыболовного судна как сложной пространственной системы предполагает использование современных методов исследования: точного описания поверхности и конструкций корпуса судна, винто-рулевого комплекса, расположения энергетической установки и оборудования. Для оценки эффективности и безопасности судов применение автоматизированных систем является чрезвычайно актуальным и удобным решением. Опыт показывает, что использование таких систем по сравнению с традиционными методами имеет преимущества по срокам выполнения и точности расчетов. В данной статье авторы предлагают метод оптимизации компоновки и размещения грузов и запасов рыболовного судна с целью обеспечения требований, предъявляемых к его вместимости, посадке и начальной остойчивости. Полученные авторами данные - основа для рекомендаций по созданию рациональной компоновки рыболовных судов с точки зрения эффективности и безопасности плавания, которые актуальны и применимы и для Вьетнама.
Ключевые слова
Устойчивая тенденция к увеличению объемов пассажирских перевозок в Социалистической Республике Вьетнам обусловливает необходимость обновления существующего флота комфортабельными и безопасными судами. Катамараны, в полной мере отвечающие современным требованиям, хорошо зарекомендовали себя в этом сегменте перевозок. Развитие судостроительной промышленности СРВ предполагает создание и совершенствование собственной производственной и научно-технологической базы, разработку, внедрение новых методов и моделей проектирования и постройки судов. Так, на начальных стадиях проектирования пассажирских катамаранов очень важен выбор подходящего метода определения сопротивления движению. При его выборе ориентируются на соответствие обводов и диапазонов изменения главных размерений, характеризующих форму корпуса проектируемого судна, аналогичным показателям серии судов, для которой этот метод был разработан. Однако опыт проектирования показывает, что соответствие главных размерений не гарантирует достижения требуемой точности вычислений, а расчетные методы, разработанные для одного типа судов, могут давать значительно различающиеся результаты. Таким образом, выбор метода, составляющего основу разрабатываемой авторами математической модели проектирования пассажирских катамаранов, для Социалистической Республики Вьетнам является актуальным. Результаты проведенного авторами анализа наиболее распространенных в практике проектирования методов расчета сопротивления движению пассажирских катамаранов сопоставляются с результатами натурных испытаний пассажирского катамарана «Москва», осуществляющего перевозки в заливе Петра Великого.
Ключевые слова
Синтез комплектов баз и схем базирования и проектирование последовательности обработки поверхностей - одна из важнейших задач проектирования технологии, в том числе в судостроении и судоремонте. Эту задачу можно сформулировать как определение последовательности разно-ориентированных положений детали относительно формообразующих движений инструмента. В статье излагается формальная интерпретация обобщенного алгоритма поиска технологических баз и синтеза последовательности обработки поверхностей детали с помощью алгоритма направленного поиска на основе комплекса размерных связей между поверхностями в пространстве соответствующих степеней свободы. Основу синтеза составляет моделирование процесса обработки с помощью алгоритма направленного поиска поверхностей, реально существующих в текущий момент в конфигурации детали. Именно эти поверхности могут быть использованы в качестве баз для ее ориентации при обработке новых (еще не существующих) поверхностей относительно формообразующих движений инструмента. В математической интерпретации модели используется комплекс связных ациклических графов, отображающих размерные связи между поверхностями детали для каждой из степеней свободы рассматриваемого пространства. Условиями поиска решений в примененном алгоритме являются: 1) наличие реально существующих поверхностей для использования в качестве баз; 2) наличие еще не обработанных поверхностей; 3) наличие размерных связей между реально существующими и обрабатываемыми поверхностями, необходимых и достаточных для ориентации обрабатываемых поверхностей; 4) одноступенчатая (однопереходная) обработка любой поверхности детали. Приведенная в статье формальная интерпретация плоскостной задачи поиска технологических баз и синтеза последовательности обработки поверхностей может служить основой для синтеза схем базирования в трехмерном пространстве с шестью степенями свободы.
Ключевые слова
Рассматривается повышение ресурса и надежности осевых подшипников с газовой смазкой путем снижения негативного влияния режимов сухого трения на состояние рабочих поверхностей подшипника. Авторы, выбрав защитное антифрикционное покрытие подшипника, полученное методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО), провели физический эксперимент по определению трибологических характеристик - момента трения и скорости износа. В результате определена возможность применения ПЭО-покрытия для осевых газовых подшипников в режиме сухого трения, получены эмпирические коэффициенты для определения износа и момента трения рабочих поверхностей. На основании результатов экспериментов авторами предложена методика расчета и оптимизации параметров газовых опор роторов судовых турбомашин, работающих при режимах сухого трения и режимах газовой смазки. Методика, полагают авторы, оптимальна для расчета формы смазочного зазора и трибологических характеристик выбранного защитного покрытия.
Ключевые слова
Рассматривая вопросы повышения эффективности работы турбомашин с подшипниками на газовой смазке, авторы анализируют способы устранения одного из их недостатков - низкой несущей способности. На основании обзора литературы, предыдущих теоретических и экспериментальных авторских экспериментов предлагается наиболее эффективный способ увеличения несущей способности - использование ранее сконструированных авторами лепестковых гибридных подшипников, в которых совмещаются положительные характеристики газовых опор различных типов. Конструктивно это достигается применением податливых элементов - лепестков, а также одновременным нагнетанием сжатого газа в рабочий зазор для улучшения свойств несущего слоя. В предлагаемой статье дается анализ схемы подшипника и впервые решается задача определения характеристик его смазочного слоя. Для этого разработана авторская математическая модель, которая позволила провести численный эксперимент, подтверждающий работоспособность предложенной конструкции. Теоретически установлены область определения давления в смазочном слое (поле давления), зависимости характеристик смазочного слоя от безразмерных параметров, указывающие на влияние газодинамического и газостатического эффектов. Выявлено суммарное влияние этих эффектов, определены способы увеличения грузоподъемности подшипника с использованием этого свойства.
Ключевые слова
Проводится оценка экологической безопасности двухтактных подвесных лодочных моторов с учетом вредных выбросов в атмосферу и гидросферу, а также вибрации и шума. Для оценки критерия экологической безопасности использована методика интегральных коэффициентов. Расчеты произведены по результатам авторских экспериментов с мотором марки «Ветерок-8М» в малом опытовом бассейне испытательного центра Marine Technology Service Астраханского государственного технического университета и по данным нормативно-технической документации. Вредные выбросы нефтепродуктов в гидросферу от двухтактных подвесных лодочных моторов ранее не учитывались в подобных расчетах и в настоящее время не регламентируются в нормативной документации. Полученные авторами результаты могут применяться для практической оценки вредного влияния двухтактных подвесных лодочных моторов на окружающую среду. Авторы рекомендуют регламентировать вредные выбросы не только в атмосферу, но и в гидросферу и ввести соответствующие изменения в существующую нормативную документацию.
Ключевые слова
В глубоководных аппаратах используются резервные движительные комплексы (РДК) на основе двигателей постоянного тока, например ПГ168-ОМ4. Двигатели получают питание от аккумуляторов, напряжение которых может меняться от 200 до 320 В. Скорость двигателей поддерживается с точностью ±10% благодаря нелинейному элементу, включенному в цепь обмотки возбуждения. Большинство электронных компонентов в электроприводе комплекса сняты с производства, и потому его ремонт практически невозможен. С одной стороны, конструкция щитов управления не позволяет применить стандартные способы управления, с другой - аппараты должны интенсивно эксплуатироваться еще в течение 10÷15 лет. Но полная замена электропривода и системы управления связана с дорогостоящим демонтажом прочного и легкого корпуса. Поэтому в данной работе авторы решают чисто практическую инженерную задачу, актуальную в реальных условиях нехватки оборудования, при необходимости продления срока службы подводных аппаратов - модернизацию системы стабилизации скорости вращения РДК при полуторакратном изменении напряжения на якоре. Приведены авторские результаты расчета и экспериментальных исследований характеристик рабочего РДК. Предложен нестандартный способ реализации регулятора возбуждения, в котором с помощью обратных связей задаются параметры системы регулирования. Для снижения массогабаритных показателей и рассеиваемой мощности предлагается импульсный способ задания тока возбуждения. Результаты работы предполагается использовать при ремонте электропривода РДК подводных аппаратов.
Ключевые слова
Последние достижения в технологиях беспроводной связи позволяют мобильным пользователям получать доступ к различным услугам передачи данных в любое время и в любом месте на суше. Но обеспечение надежной передачи данных для морских и прибрежных территорий - одна из трудных задач из-за особенностей распространения радиоволн над морской поверхностью: замирания и межсимвольная интерференция негативно сказываются на качестве передаваемой информации. Сети связи и передачи данных системы управления движением судов (ССПД СУДС) - важнейшая составляющая обеспечения безопасности мореплавания, поэтому необходимо развивать морскую связь, поддерживающую высокоскоростную передачу данных и расширенное покрытие. В настоящей статье рассматривается применение в ССПД СУДС технологии беспроводного широкополосного доступа (БШД) с использованием отечественной операционной системы WANFleX как альтернативы спутниковым и радиорелейным каналам связи. Применение радиоинтерфейса беспроводной связи может обеспечить ее высокую надежность в пределах прямой видимости на расстоянии более 80 км, а приемопередающая аппаратура может располагаться на уже существующих мачтах: это снижает затраты на капитальное строительство. Подчеркнем, что в России в ССПД СУДС технологию БШД ранее не использовали. Данная работа - один из первых шагов в этом направлении: мы рассматриваем применение технологии БШД на основе операционной системы WANFleX, разработанной отечественной компанией InfiNet Wireless.
Ключевые слова
Рассматриваются физико-химический состав водопроводного осадка и его основные свойства, влияющие на процесс обезвоживания. Дан анализ применяемых механических методов обезвоживания и их недостатков. Предлагается альтернативное решение - использовать более эффективные мембранные технологии с применением половолоконных кассет. Для обоснования возможности применения таких технологий автором проведены эксперименты, в ходе которых определены удельные сопротивления осадка водопроводных очистных сооружений. Исследовались необработанный реагентами осадок и осадок, кондиционированный флокулянтами. Полученные показатели сравнивались с удельным сопротивления осадков сточных вод, отделение воды от которых было реализовано на ультрафильтрационных мембранах. Результаты показали целесообразность дальнейших исследований по применению мембранных технологий для обработки осадков водопроводных очистных сооружений, очищающих природные воды водохранилищ, имеющих малые значения щелочности.
Ключевые слова
Работа посвящена обоснованию нового оперативного метода контроля реологических характеристик смесей для строительной 3D-печати - инновационного метода возведения строительных объектов. Для контроля реологических характеристик применялись сдавливающий и пенетрометрический тесты, по результатам которых определены структурная и пластическая прочности, а также оценка пластической прочности по сопротивлению пенетрации вязкопластичных смесей. Исследования проводились на цементных смесях различного компонентного состава, отличающихся по виду и гранулометрии наполнителя и виду модификаторов вязкости. Количественная оценка критериальных реологических свойств смесей для 3D-печати позволила выявить высокую меру корреляционной взаимосвязи между показателями структурной прочности, пластической прочности, определяемых при сдавливании, и пластической прочности, оцененной по величине сопротивления пенетрации. Независимо от характеристик компонентного состава смесей коэффициент корреляции данных показателей находится в диапазоне 0,85-0,95, что свидетельствует о наличии функциональной взаимосвязи между ними. Оценка пластической прочности по сопротивлению пенетрации может быть признана в качестве комплексной характеристики вязкопластических свойств смеси для 3D-печати в строительстве; апробированный авторами пенетрометрический метод предложен в качестве оперативного экспресс-метода контроля.
Ключевые слова
Макропористая структура пенобетона может повлиять не только на возникновение коррозии у металлической арматуры, но и на прочность сцепления - характеристику надежной работы конструкции. Автор предлагаемой статьи проводит оценку структурных характеристик пенобетона и степени их влияния на величину прочности сцепления с различными видами арматуры, что необходимо для проектирования конструктивных элементов из пенобетона. Представлены результаты исследований структуры пенобетона в диапазоне средней плотности от 1200 до 1600 кг/м методом морфометрической идентификации. Получены количественные данные о влиянии структурных характеристик пенобетона на ранее экспериментально определенные параметры сцепления методом выдергивания арматурного стержня из бетонного куба. Установлено, что с увеличением средней плотности пенобетона в диапазоне 1200-1600 кг/м площадь зоны контакта на границе пенобетон-арматура увеличивается с 0,64 до 0,74 м/м. В результате прирост прочности сцепления при увеличении средней плотности бетонов в исследованном диапазоне плотности составил с 21 до 66% в зависимости от вида и диаметра арматуры. Показатель прочности сцепления стеклокомпозитной арматуры с пенобетоном любой средней плотности в диапазоне от 1200 до 1600 кг/м выше на 20-45% по сравнению с базальтокомпозитной и металлической арматурой. При увеличении диаметра арматурного стержня прочность сцепления пенобетона со всеми видами арматуры снижается, так как увеличение диаметра арматуры сопровождается уменьшением относительной площади зоны контакта пенобетон-арматурный стержень. Результаты данного исследования могут быть использованы при проектировании конструктивных элементов из пенобетона.
Ключевые слова
Основой существующих методов профилирования верховой части водосливных оголовков водосбросных сооружений являются различные эмпирические зависимости. В предлагаемой работе для определения основных характеристик (профиля водосливов и дальности полета струи) применяется вариационный принцип наименьшего действия, позволивший рассчитать указанные характеристики без использования эмпирических коэффициентов. Результаты теоретических исследований сопоставляются с данными численного эксперимента для плоской задачи падения жидкости с уступа. Лабораторный эксперимент используется при сопоставлении теории и опыта для истечения с уступа круглого и треугольного поперечных сечений. Также для верификации теоретического подхода полученные зависимости сравниваются с существующими эмпирическими методами расчета дальности полета и нижней поверхности свободных струй, верховой части криволинейной поверхности водосливов практического профиля, в том числе водосливов с горизонтальным гребнем. Результаты сравнения показали состоятельность предложенного теоретического решения, возможность его применения в практических расчетах для широкого круга водосбросных устройств.
Ключевые слова
Автором проведена оценка остаточного ресурса Морского Никольского собора в Кронштадте. Для обследования исторического памятника применялся неразрушающий метод (метод свободных колебаний). Хорошо известный в последнее время среди специалистов, данный подход, связанный с оценкой износа здания по изменению периодов собственных колебаний, стал эффективным средством для характеристики свойств объекта и выявления его дефектов. Сравнение замеров вибрации в рамках работ по экологическому мониторингу в 2009 и 2018 гг., в которых участвовал автор предлагаемой статьи, показало, что фактические динамические характеристики системы несущих конструкций при диагностике импульсными воздействиями малой интенсивности свидетельствуют об изменение жесткости обследуемого сооружения. Также проводились исследования по воздействию на собор его колоколов. Установлено, что вибровоздействие звонов тяжелого 16-тонного колокола не оказывает негативного воздействия на несущие конструкции здания. Зафиксированный уровень вибраций в диапазоне частот, представляющих опасность для несущих конструкций колокольни при работе колоколов в штатном режиме, конструкциям не угрожает. Научные основы и достоверность результатов динамических испытаний с целью обнаружения возможных повреждений и долговременного прогнозного ресурса эксплуатации здания базируются на учете параметров фактической несущей способности отдельных узлов. Автор по-новому рассматривает метод свободных колебаний, определяя его как экологический средообразующий фактор, формирующий безопасную среду обитания человека.