+
Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета
2020. — Выпуск 1
Содержание:
+
Разомкнутые цилиндрические оболочки широко используются в современных конструкциях, применяемых в строительстве, авиации, энергетике, нефтяной и других отраслях промышленного производства. В процессе эксплуатации оболочечные конструкции испытывают кратковременные воздействия циклического характера, вызывающие вынужденные колебания зданий и сооружений, которые являются причиной запуска внутренних динамических механизмов. Эти механизмы изменяют собственные колебания сооружений, что существенно влияет на прочностные характеристики оболочки. Часто на таких конструкциях размещаются присоединённые массы: двигатели летательных аппаратов, антенные установки, подвесные топливные баки, кондиционеры, фонари, смотровые площадки. Присоединенные массы изменяют напряженно-деформируемое состояние и параметры собственных колебаний оболочек. Это приводит к изменению частоты и амплитуды колебаний зданий и вызывает явление резонанса, что может разрушить сооружения. Новая математическая модель разработана авторами данной статьи для более точного расчета колебаний оболочек. Использование этой модели позволит избежать нежелательных последствий в виде негативных деформаций, например зданий и сооружений, оболочечных конструкций, машин и механизмов и др. Математическая модель разработана на основе общего уравнения колебаний пластины - уравнения Жермен-Лагранжа с дополнительным членом, физический смысл которого - начальная неправильность формы в виде малой присоединенной массы. Математическая модель рассчитана при смешанных граничных условиях «защемление-шарнир». В качестве допущений приняты гипотезы Кирхгофа-Лява. Проанализирован механизм собственных колебаний разомкнутой оболочки со смешанными граничными условиями «защемление-шарнир» и присоединенной массой. С помощью рекурсивной теории возмущений, конвертируемой в аппроксимацию Паде, определены частотные характеристики и значения первого собственного числа задачи при параметре воолнообразования, равном единице. При помощи метода интегральных уравнений рассмотрено поведение разомкнутой оболочки с малой присоединенной массой. Построены зависимости влияния длины участков защемления на первое собственное число частот свободных колебаний: зависимости рассчитаны с помощью рекурсивной теории возмущений, аппроксимации Паде и метода интегральных уравнений. Все три кривые дают практически одинаковые результаты для всех значений параметра волнообразования, что говорит о высокой надежности разработанной математической модели колебаний разомкнутых тонкостенных оболочек с малой присоединенной массой. Результаты полученных в данной статье исследований могут быть полезны для организаций, занимающихся проектированием конструкций, состоящих или имеющих включения в виде пластин и пологих разомкнутых оболочек.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Анализируется влияние последовательных операций термической обработки (неполного отжига, закалки и низкого отпуска) на образование структурных составляющих, определяющих предел прочности при растяжении, относительное удлинение и характер разрушения образцов железоуглеродистых сплавов, полученных методом алюмотермии. Механическим испытаниям подвергались высокоуглеродистые (содержание углерода 1,32-1,93%) экспериментальные образцы конструкционных металлов, полученные с применением термитных смесей, содержащих 0,2-5,6% наполнителей, с использованием углеродных тиглей и форм. Установлено, что неполный отжиг позволяет повысить значения таких свойств, как предел прочности - на 33-84% и относительное удлинение - на 108-893%, образцов при растяжении вследствие сокращения внутренних напряжений при переходе структурных составляющих в зернистый перлит. Операции закалки и низкого отпуска позволяют повысить показатели предела прочности при растяжении на 25-64%, при этом значения их относительного удлинения снижаются (от 11 до 57%). Структура термообработанных образцов представляет собой мартенсит и карбидные фазы. Установлено, что у образца, полученного из термитной композиции, содержащей 4,3% наполнителей, относительное удлинение практически не меняется в зависимости от видов операций термообработки, а предел прочности при растяжении существенно возрастает только после закалки и низкого отпуска. В целом последовательные операции термообработки позволили снизить внутренние напряжения литых заготовок, исправить их структуру, существенно увеличить показатели прочности при растяжении исследуемых образцов, корректировать показатели относительного удлинения. В результате применения алюмотермии достигаются высокие механические свойства материалов и изделий ответственного назначения, в том числе режущих инструментов, пружин и рессор. На основе полученных результатов перспектива дальнейших исследований - температуры, отличающиеся от температур при традиционных условиях термообработки на твердость, износостойкость, ударную вязкость, прочность и относительное удлинение.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Общепринятые в настоящее время в механике разрушения материалов критерии разрушения основаны на энергетической концепции А.А. Гриффитса. Эта концепция определяет условие возникновения предельного состояния в материале вокруг вершины одиночной трещины в виде равенства скорости роста упругой энергии и скорости ее поглощения в ограниченной зоне, вокруг внутреннего дефекта структуры материала. Но для сложных композитных материалов, таких как бетон, возможность применения этих критериев остается спорной из-за выраженной неоднородности и большого количества дефектов структуры этого типа материалов. Ввиду того что энергетическая природа разрушения справедлива для любых материалов, в том числе для бетонов, то, мы полагаем, должен существовать энергетический критерий разрушения. Такой критерий должен устанавливать факт этого явления как результата интегрального накопления и диссипации поступающей извне упругой энергии внутри напряженного объема материала, насыщенного массой произвольно направленных трещин (дефектов) различной природы и размеров. Предлагаемая в работе эффективная удельная энергия разрушения газобетона как модельного материала рассматривается не только как параметр, обозначающий свершившийся факт разрушения его напряженного объема, но и как характеристика, описывающая процесс накопления и рассеяния энергии в таком объеме. Диапазон возможных значений исследуемой величины для ячеистого бетона был определен по результатам проведенного авторами факторного эксперимента с варьированием таких факторов, как плотность, скорость нагружения и водонасыщенность. Вид зависимости энергозатрат на разрушение кубического образца газобетона во времени от различных факторов обусловливает вязкий или хрупкий тип (механизм) разрушения этого материала и описывает ход накопления дефектов в процессе нарастания упругой деформации до момента разрушения.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
При решении задачи движения подводного судна вблизи нижней поверхности ледяного покрова корпус судна, имеющий сложную геометрию, обычно заменяют на тело вращения упрощенной формы - при сохранении основных характеристик (относительного удлинения и водоизмещения). В свою очередь форма поперечного сечения корпуса может оказывать существенное влияние на параметры генерируемых в ледяном покрове прогрессивных изгибно-гравитационных волн. Авторы представляют экспериментальное исследование влияния формы поперечного сечения на прогиб и длину изгибно-гравитационных волн. Эксперименты, для которых были изготовлены три модели, имеющие одинаковые характеристики, но разную форму поперечного сечения, проводились в опытовом ледовом бассейне. В процессе буксировки моделей определялась скорость движения и записывались профили взволнованной поверхности льда. Масштаб моделирования составил 1:120. В ходе экспериментов были установлены зависимости параметров изгибно-гравитационных волн от рассматриваемых характеристик. Впервые с помощью модельного эксперимента определено влияние формы поперечного сечения погруженного тела на ледоразрушающую способность изгибно-гравитационных волн.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Эксплуатационный ресурс конструкций корпуса морского судна зависит от многих технико-экономических факторов. Большое влияние на работоспособность и долговечность оказывают микродефекты стали, которые при циклических нагрузках приводят к возникновению структурной поврежденности металла, малоцикловой или многоцикловой усталости и распространению трещин в связях корпуса, особенно в сварных соединениях. Расчетные методики оценки остаточного ресурса предполагают использование гипотетической скорости развития микротрещины, которая во многих случаях неизвестна и не всегда поддается точному экспериментальному определению. Предлагаемый в работе авторский способ определения её начальной скорости основан на аналитическом подходе, использующем известное расчетное или экспериментальное значение предела выносливости феррито-перлитной стали и рассматривающем решение задачи совместно для двух первых участков кинетической диаграммы усталостного разрушения. Для реализации предложенного способа разработана математическая модель, которая позволяет использовать приближенный инженерный подход для определения остаточного усталостного ресурса судовых конструкций и их сварных соединений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Арктический шельф России с его огромным потенциалом природных ресурсов, в частности запасов углеводородов, относится к стратегически важным и перспективным районам страны. На фоне растущего интереса к развитию Арктического региона и освоению его морских углеводородных месторождений возникает проблема подбора арктического флота, в частности судов ледового плавания специального назначения. Несмотря на то что ледоколы и суда ледового плавания предназначены для эксплуатации во льдах, большая часть времени их эксплуатации приходится на плавание на чистой воде, в связи с чем исследование сопротивления корпуса судна ледового плавания на чистой воде представляет научный интерес. Такое исследование требует тщательного и детального анализа формы корпуса и характеристик винто-рулевого комплекса, а также их взаимодействия в процессе технологических операций и может быть выполнено с помощью автоматизированных систем проектирования и инженерного анализа. В статье представлены результаты численного моделирования движения судна ледового плавания на чистой воде, в частности найденные зависимости сопротивления воды движению судна от его скорости. Визуализация результатов исследования позволяет определить не только численные значения показателей, но и оценить картину процесса, будь то распределение давления, поля скоростей или течение жидкости, что является несомненным преимуществом компьютерного моделирования. Полученные данные являются основой для формирования рекомендаций по созданию оптимальных форм корпусов судов ледового плавания с точки зрения ходкости.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Приведены обобщающие результаты исследований триботехнических свойств сопряжения «коленчатый вал-покрытие-вкладыш» судового среднеоборотного дизеля, которые проводили авторы данной статьи в течение 8 лет. На основании полученных результатов для повышения долговечности подшипников коленчатых валов авторы предлагают формировать износостойкие тонкопленочные металлокерамические покрытия на шейках вала, которые получают методом трибомодификации поверхности природными и искусственными слоистыми силикатами. Впервые приведен химический состав конкретных триботехнических материалов. Установлено, что, изменяя их химический состав и структуру, можно повышать долговечность трибосопряжения в большом диапазоне за счет оптимизации параметров состава, структуры, топографии, твердости и модуля упругости покрытия. Результаты исследования могут быть использованы для упрочнения шеек коленчатых валов при капитальном ремонте дизелей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Настоящая работа посвящена повышению ресурса газовых подшипников, применяемых в судовых турбомашинах. Авторы представляют эксперимент по измерению износостойкости покрытия рабочей поверхности газового подшипника: обосновывают выбор его методики и метода получения защитного покрытия. В результате проведенных исследований впервые установлены зависимости износостойкости покрытия от технологического процесса получения защитного покрытия.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Рассматриваются возможности и результаты использования гидроакустических устройств и методов обнаружения водных биологических ресурсов. Принцип действия этих методов основан на решении волновых уравнений (уравнений Гельмгольца), которые при соответствующих граничных условиях позволяют свести их к устойчивым алгоритмам. Такой подход к расчету характеристик излучения антенн означает сложность восприятия единого алгоритма при разработке теории антенн. Специалистам приходится применять разные методики расчета для одной практической задачи - разработки оптимальной конструкции направленной системы. В настоящей статье рассмотрен математический алгоритм, основанный на теории направленных функций Грина, имеющий угловую зависимость, который позволяет значительно сократить время расчета на компьютере средней мощности. Эта угловая зависимость позволила выделить участки на границах, имеющих однородную структуру. Данная модель позволяет детектировать водные биологические ресурсы по величине давления отраженного сигнала, который характеризует акустическое сопротивление объектов, в том числе плотность и фазовую скорость. Возможности алгоритма продемонстрированы на примере анализа поля точечного источника. Предлагаемый алгоритм позволяет решать уравнение инженерными приближенными методами в 10 раз быстрее, чем традиционными. Время расчета поля на компьютере средней мощности с использованием программного пакета Mathcad составило примерно 1-2 мин. Получены расчетные модели в криволинейной системе координат. Проведены численные эксперименты, показавшие применимость выведенной математической модели для практических расчетов. Погрешность расчетной модели не превышает 20%. Рассмотренные приближенные методы расчета позволяют проводить инженерные расчеты антенн, расположенных в мелком море с ледовым покровом.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Для развития рыбного хозяйства очень важны современные гидроакустические средства обеспечения рыбопромышленного флота, которые постоянно совершенствуются. Антенна - ответственная часть большинства гидроакустических приборов, обязательная составляющая их проектирования - анализ волнового поля - актуальная, но трудоемкая исследовательская задача. Известные методы ее решения требуют значительных затрат машинного времени на вычисления и не всегда обладают приемлемой точностью. Математическая модель, представленная авторами настоящей статьи, позволяет более эффективно решать задачу анализа волнового поля гидроакустической антенной решетки (гидролокатора), расположенной в неоднородном физическом объеме. В основе предлагаемого подхода лежит метод направленных функций Грина, который позволяет снизить требования к производительности вычислительных машин, используемых для моделирования. Для учета неоднородностей задействована классическая теория распространения акустических волн в слоистых средах. Для решения рассматриваемых в статье задач названный метод применяется впервые. На базе представленной модели разработаны расчетные алгоритмы, позволяющие производить численное моделирование волновых полей в слоистых средах. Работоспособность предлагаемых алгоритмов демонстрируется на примере расчета поля простой трехэлементной антенной решетки в морской среде, близ объемных акустических неоднородностей (скоплений рыб или других гидробионтов). Практическая значимость результатов данного исследования - возможность применения предлагаемых нами алгоритмов для выполнения инженерных расчетов при проектировании гидроакустической техники. Использование предложенного подхода позволяет сократить затраты машинного времени без существенных потерь в точности результатов расчета.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Статья посвящена сталежелезобетонным изгибаемым конструкциям. Их основная особенность - эффективное сочетание свойств стали и бетона, однако в России такие конструкции получили крайне ограниченное распространение. Представлен авторский обзор развития экспериментальных и теоретических исследований данного вида конструктивных элементов. Сделаны выводы об эффективности работы подверженных изгибу конструкций из сталежелезобетона, а также о необходимости развития методов их расчета. Для этого необходимы натурные и численные эксперименты, которые планируют провести авторы данной статьи.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Влажностная усадка бетона негативно влияет на долговечность бетонных и железобетонных конструкций и поэтому входит в число нормируемых расчетных характеристик бетона, используемого для этих конструкций. Содержащиеся в строительных нормах показатели влажностной усадки получены для «чистых», бездобавочных бетонов. Однако в последние 2-3 десятилетия в строительстве начали исследовать и применять на практике бетоны с модифицирующими их структуру добавками. В состав таких добавок наряду с минеральными компонентами входят, как правило, супер- и гиперпластификаторы: они существенно увеличивают (по сравнению с бездобавочными бетонами) значение влажностной усадки. При этом положительно оцениваемый эффект от пластификатора может входить в противоречие с возрастающим значением влажностной усадки, которая, в свою очередь, зависит от химического состава и структуры добавки-пластификатора. В статье приведены результаты экспериментальных исследований с использованием двух групп пластификаторов: первая - на основе лигносульфонатов (Реопласт NSL) и поликарбоксилатных эфиров, вторая - на основе нафталинсульфонатов (ПМФ-НЛК) и меламинсульфонатов. Установлено, что пластификаторы выделенных групп по-разному влияют на показатели величины поверхностного натяжения на границе жидкость-газ и в дальнейшем - на величину капиллярного стягивающего давления и усадку, причем это влияние существенно и зависит от состава и структуры суперпластификатора. Сделан вывод о необходимости учета этого влияния при корректировке действующих и разработке новых нормативов «Рекомендация по учету ползучести и усадки бетона», международных и государственных стандартов, стандартов организаций.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Приведены результаты исследования прочностных характеристик и ударной вязкости строительных фиброармированных композитов, изготовленных по каркасной технологии. В качестве дисперсной арматуры в эксперименте использовалось три различных по форме типа стальной фибры, содержание арматуры составляло 1…3% по объему. Для улучшения пропитки каркаса и снижения вязкости цементных матриц применялись суперпластифицирующие добавки марок Melflux 1641 F и Sika ViscoCrete 5-800, также изучалось влияние водонасыщения каркаса на исследуемые свойства композитов. Были получены эффективные составы фиброармированных каркасных композитов, имеющих улучшенные прочностные характеристики и повышенные показатели ударной вязкости. Разработанные материалы могут применяться для устройства монолитных промышленных полов, оснований и дорожных одежд, работающих при воздействии повышенных сжимающих, изгибающих и ударных нагрузок.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
В настоящее время в эксплуатации находится достаточно много автодорожных мостов, запроектированных и построенных зачастую довольно давно. Содержание и эксплуатация как федеральной, так и территориальной дорожной сети, включая мостовые сооружения, предполагает поддержание их потребительских качеств на уровне требований действующих норм. Для мостов, запроектированных по старым нормативам, а также утратившим часть транспортно-эксплуатационных качеств, таким решением может быть проведение ремонтно-восстановительных работ. Актуальным вопросом при таких работах является обеспечение нормативной грузоподъемности несущих конструкций эксплуатируемых мостов, достаточно качественное возведение и надлежащий уход за которыми обеспечивают высокую степень их сохранности и возможность продления срока службы. Обеспечение необходимых параметров грузоподъемности достигается усилением конструкций путем добавления элементов - внешних или внедренных в состав существующего конструктива, в зависимости от типа сооружения, его состояния и доступной технологии производства работ. В данной статье предпринят анализ известного востребованного способа усиления железобетонных балок внешним армированием как наиболее щадящего для основных конструкций, технологичного и доступного в исполнении. Новизной в рассмотрении вопроса полагаем количественную оценку стадийности включения в работу элементов усиления, возможности выбора глубины ремонтного воздействия и управления вскрытым резервом грузоподъемности.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
При реконструкции и модернизации производственных зданий увеличиваются эксплуатационные нагрузки в помещениях, поэтому возникает необходимость усиления несущих элементов здания, в частности пустотных плит. Для упрощения расчетов пустотные плиты представляют как стержневые элементы таврового или двутаврового сечения. При этом ширину ребра балки уменьшают с учетом размеров пустот внутри плиты. В данной работе выполнялось исследование деформативной и несущей способности пустотных плит, усиленных несколькими способами. Расчеты выполнялись с учетом физической нелинейности образцов при постепенном увеличении нагрузки до потери несущей способности. При этом в растянутой зоне плиты происходило постепенное разрушение сечения - до образования пластического шарнира и достижения арматурой предела текучести. Для моделирования и расчетов применялся программный комплекс ANSYS. Результаты фиксировались на всех стадиях напряженно-деформированного состояния. Плиты представлялись как в форме двутавровых балок, так и с натуральной формой поперечного сечения. При этом рассматривалось несколько видов усиления плит: набетонка, наполнительное армирование, комбинированный метод (дополнительное армирование совместно с набетонкой). Показано, что для различных видов усиления момент трещинообразования для плит в натуральной форме наступает позже. Отмечено, что форма представления поперечного сечения (двутавр или натуральная форма) оказывает влияние на результаты появления первых трещин, а также на величины максимальных прогибов на различных стадиях напряженно-деформированного состояния и этапах нагружения. Получены процентные отклонения жесткости сечений в форме двутавровых балок от сечений в натуральной форме для различных видов усиления. Полученные оригинальные результаты могут быть использованы для уточнения раздела теории расчета строительных конструкций, а также при обосновании расчетов при реконструкции строительных объектов.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
Вверх