В рамках неевклидовой модели сплошной среды, для которой условие совместности Сен-Венана для деформаций не выполняется, получено уравнение для функции напряжений. Построено представление для поля внутренних напряжений и показано, что оно складывается из классического поля упругих напряжений и поля напряжений, параметризованного через функцию несовместности. Неевклидова модель континуума применяется для описания внутренних остаточных напряжений в образцах. Феноменологические параметры модели определены на основе данных эксперимента по измерению остаточных напряжений.
Статья посвящена усталостным характеристикам трубопроводов при наличии коррозионного повреждения: рассматривается трубопровод, работающий в условиях асимметричного нагружения внутренним давлением рабочей жидкости. Проведен анализ публикаций, связанных с долговечностью трубопроводов при наличии коррозионных повреждений и переменных нагрузок, выделена наиболее актуальная область исследований - оценка изменения эффективного сечения трубопровода вследствие коррозии и способы учета изменения характера напряженного состояния стенок трубы. Однако в данных работах не учитывается изменение асимметрии цикла нагружения в процессе движения рабочей жидкости по трубопроводу. Такие колебания цикла нагружения могут быть вызваны гидроударами, импульсным характером движения жидкости и другими причинами. Поэтому в данной статье предпринята попытка выявить степень влияния асимметрии цикла нагружения на усталостную долговечность трубопровода. Предлагаемое исследование опирается на стандартные методики определения усталостных характеристик конструкций, описанные в государственных стандартах, а также в наиболее распространенных нормах по расчету прочности. Принятый подход не учитывает процесса трещинообразования в явном виде, но является более универсальным для осуществления инженерных расчетов. Основанная на стандартных методах и совершенствуемая авторами данной статьи методика позволяет использовать стандартные программные пакеты для определения усталостных характеристик конструкций, работающих при сложных режимах нагружения. Моделирование выполнялось в программном пакете ANSYS. Получены распределения долговечности конструкции, а также коэффициента запаса по амплитудам напряжений. Также построена зависимость усталостной долговечности от коэффициента асимметрии цикла нагружения. Показано, что импульсное изменение давления в трубопроводе может приводить к значительному снижению усталостной долговечности данного типа конструкций. Результаты работы согласуются с известными данными, связывающими нестационарные режимы движения рабочей жидкости со снижением ресурса трубопроводов . Кроме того, так как в нормативной и научной литературе отсутствуют теоретические и экспериментальные данные, связывающие асимметрию цикла нагружения внутритрубным давлением и усталостную прочность металла трубопровода, то примененная авторами статьи методика может быть использована для оценки ресурса трубопроводов на стадии проектирования и эксплуатации.
В составе судостроительного комплекса «Звезда» в г. Большой Камень имеется транспортно-передаточный док «Вымпел» грузоподъемностью 40000 т, предназначенный для спуска на воду с горизонтального стапеля крупнотоннажных судов и элементов морских платформ. Он построен в КНР и является крупнейшим в России доком такого типа, опыта эксплуатации таких сооружений в стране практически нет. Ввиду больших размеров, отсутствия непрерывных по всей длине башен док обладает значительной гибкостью, которая может оказывать существенное влияние на напряженно-деформированное состояние системы док-судно при проведении доковой операции. Док является безопорным, что приводит к дополнительным сложностям. В работе рассматриваются некоторые вопросы статики, динамики и прочности дока при спуске на воду крупнотоннажного танкера. Использовались традиционные методы теории и строительной механики корабля, а также трехмерное моделирование конструкции дока. Показано, что вследствие большой гибкости применение этих методов при оценке поведения дока может привести к неточным результатам. Рассмотрены также некоторые вопросы, связанные с технологией проведения доковой операции. Для повышения безопасности выполнения доковых операций в дальнейшем желательно проведение экспериментальных (натурных) исследований.
При проектировании судна на выбор формы его корпуса влияют тип и назначение судна, многолетний эксплуатационный и инженерный опыт, результаты научных исследований и т.п. Как показывает практика, численные методы исследования имеют явные преимущества (по стоимости и срокам проведения) по сравнению с экспериментальными, суть которых - отработка, например обводов корпуса судна «методом проб и ошибок». По мнению авторов статьи, близкий к экспериментальному метод численного моделирования - весьма удобен при проектировании формы корпуса. В данной работе представлены результаты оптимизации формы корпуса рыболовного судна с помощью численных методов, которые позволяют определить не только наилучшие параметры формы корпуса с точки зрения минимума сопротивления, но и обеспечить требования, предъявляемые к элементам поверхности корпуса.
Представлены обобщенные результаты доковых осмотров судов Дальневосточного морского бассейна. Приведены примеры и выполнен анализ характерных повреждений гребных винтов ледоколов и судов ледового плавания, а также условий, при которых они были получены. Рассмотрены требования Российского морского регистра судоходства (РС) к проектированию ледовых гребных винтов, характеристика возможных нагрузок на их лопасти. Приведен пример расчета усталостной прочности винтов ледокола с учетом рекомендаций РС и Шведско-финских правил для судов ледового плавания (Finnish-Swedish Ice Class Rules).
Чтобы избежать частых повреждений фальшбортов на построенных в разных странах судах с различными вариантами конструктивного оформления, необходим системный анализ взаимосвязи принимаемых решений на различных этапах жизненного цикла судна. Авторы данной статьи представляют модельный эксперимент, позволяющий получить форму упругой линии стойки фальшборта при действии сдвигающего усилия. Выявлено влияние варьирования размеров стойки, допускаемого нормативными документами, на податливость фальшборта в продольном направлении. Построена серия графиков, характеризующих податливость в зависимости от его конструктивного оформления. Результаты данной работы можно использовать при проектировании и эксплуатации судов.
Подчиненные системы автоматического управления (САУ) широко используются в технике, в том числе в судовых энергетических установках. Необходимость ограничения параметров объекта управления, таких как синхронный генератор или судовой электропривод, делает их нелинейными. Применение пропорционально-интегральных регуляторов создает проблему «интегрального насыщения», возникновения свободных движений в САУ при сходе регуляторов с ограничения. Авторами предлагается повысить астатизм САУ и решить проблему «интегрального насыщения» путем введения дополнительной положительной обратной связи с выхода объекта управления в пропорциональный канал регулятора. Эффективность таких САУ исследовалась нами с помощью анализа математических моделей нелинейных САУ и их цифрового моделирования. Результаты исследования: описана математическая модель одного из контуров САУ с дополнительной положительной обратной связью. Доказано, что введение такого вида связи позволяет увеличить астатизм САУ и исключить эффект «интегрального насыщения» при астатизме первого порядка, что повышает точность САУ при отработке управляющих сигналов. Предложен новый способ исключения эффекта «интегрального насыщения» в широкодиапазонных регуляторах напряжения судовых синхронных генераторов промысловых систем освещения без применения аппаратных защитных средств. Таким образом, доказана эффективность введения дополнительной положительной обратной связи на увеличение точности САУ и исключения эффекта «интегрального насыщения». Отмечена низкая чувствительность эффекта введения положительной обратной связи к изменению параметров САУ.
Возрастающий объем крупнотоннажных грузов, перевозимых судовым транспортом, в портовых регионах приводит к повышенной антропогенной нагрузке, связанной с загрязнением атмосферного воздуха отработанными газами, испускаемыми при работе судовых силовых энергетических установок. В статье рассматривается один из методов оценки антропогенного влияния эксплуатации таких установок на окружающую среду города Владивостока. Измерение массовой концентрации твердых частиц (РМ) в атмосферном воздухе проводились в летний и зимний периоды в восьми точках города, выбранных из условий орографических характеристик местности. Дана оценка судовому трафику, собрана информация о количестве и типе судов. На основе полученных данных произведен расчет общего объема РМ за год. Полученные нами результаты показали, что концентрации PM, имеющих диаметр менее 2,5 мкм (PM2,5) и 10 мкм (PM10), варьировались в разных районах города в широком диапазоне. В пяти из восьми контрольных точек отбора проб воздуха массовая концентрация РМ зимой превышала концентрацию РМ летом примерно в 1,2-2,2 раза для PM2,5 и в 1,7-3,8 раз для PM10. Общая масса РМ, выбрасываемых в районе порта Владивосток, составляла 80,5 тонн/год для PM10 и 64,4 тонн/год для PM2,5 в 2019 г.
Для очистки воздуха от газовых технологических выбросов и аэрозолей, а также выхлопных газов от энергетических установок (в том числе судовых) предлагается использование метода пленочной жидкостной нейтрализации, что применяется в химических технологиях. Установка представляет собой закрытый корпус, в котором организовано пленочное течение жидкости по вертикальным пластинам. При движении загрязненного воздуха между пластинами пленка жидкости как абсорбент интенсивно поглощает газообразные и твердые загрязняющие вещества. Для исследования интенсивности абсорбции газов авторами настоящей статьи спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд, в котором на вертикальной латунной пластине задается пленочное течение воды и раствора соды, вдоль пленки вверх движется воздух, содержащий газы: двуокись углерода, окись углерода, окись азота различной концентрации. В экспериментах изменялись скорость воздуха, расход жидкости, концентрация газов. Анализ результатов показал: при использовании воды в качестве абсорбирующего элемента оптимальная скорость воздуха составляет 0,8-1 м/с, оптимальный расход - 1,2-1,37 л/мин. Это позволяет снизить концентрацию газа двуокиси углерода на 30-45%, окиси углерода - на 20-30% и окиси азота - на 18-23%. При использовании в качестве абсорбирующего элемента раствора соды для двуокиси углерода возможно снижение концентрации на 30-40%, для окиси углерода - на 50-55%.
Для решения прямых и обратных задач практической гидроакустики необходимо иметь наборы статистических феноменологических моделей пространственно-временных вариаций скорости звука. Как правило, такие возмущения определяются внутренними гравитационными волнами (ВГВ), что делает актуальной проблему разработки их адекватных статистических моделей. В данной работе на основе результатов обработки экспериментальных данных проанализированы характеристики высокочастотной (превышающей 2,5 цикл/ч) составляющей фоновых ВГВ. Натурные наблюдения проводились авторами на шельфе в юго-западной части залива Петра Великого Японского моря в весенний, летний и осенний сезоны на протяжении последнего десятка лет. Проделанный анализ наиболее интенсивных изотерм демонстрирует, что с достаточной точностью флуктуации температуры можно считать гауссовыми. Это позволило авторам разработать и применить методику рандомизации спектрального представления случайного поля (ковариационной матрицы ВГВ) для построения статистической рандомизированной модели, из которой можно выбирать отдельные статистические реализации поля ВГВ для решения конкретных прикладных задач гидроакустики, связанных в том числе и с разработкой судовой аппаратуры для подводной связи, навигации и обнаружения подводных и надводных источников звука.
Представлены данные натурных наблюдений (2010, 2019 гг.) вод Амурского залива с целью анализа влияния осеннего муссона на циркуляцию вод. Показано, что в осенний период происходит процесс замещения вод залива свежими морскими водами вследствие рециркуляции с Японским морем. На основе модели полных потоков приведены временные масштабы этого процесса - несколько дней. Проводятся сравнительные модельные оценки влияния ветрового, термогалинного и приливного эффектов на процесс рециркуляции. Отмечается доминирующий процесс - вынос вод из залива вследствие дрейфового течения, генерируемого ветрами северных румбов. Важность представленного эффекта - природная очистка вод прилегающих к г. Владивостоку акваторий в осенний период. Прикладной эффект - учет сезонного фактора при планировании и эксплуатации объектов, имеющих антропогенное воздействие на прилегающие к г. Владивостоку заливы и бухты.
Представлены результаты экспериментального исследования влияния ультразвукового излучения, генерируемого дисковым пьезокерамическим элементом ЦТС-19, на время всплытия микропузырьков, выделяемых из пересыщенного воздухом водного раствора. Показано, что под действием ультразвука происходит объединение пузырьков в комплексы, что увеличивает скорость их всплытия. Зависимость времени всплытия от частоты излучения носит сложный характер, применение ультразвука с частотой 160 кГц может снизить время всплытия с 39,9 до 13,5 с. Результаты работы могут быть использованы для увеличения производительности установок очистки сточных вод методом напорной флотации.
Представлены результаты экспериментальной оценки параметров физико-климатической стойкости цементных пенобетонов. В экспериментах оценивались показатели и комплекс физико-технических свойств (как функция) влажностного состояния. В исследованиях использованы стандартные методики испытаний свойств. Установлено, что неавтоклавные цементные пенобетоны на основе неорганических техногенных наполнителей характеризуются показателями водостойкости, влажностной усадки, морозостойкости, теплопроводности на уровне нормативных требований к ячеистым бетонам соответствующей плотности. Поэтому можно прогнозировать, что их физико-климатическая стойкость соответствует требованиям, необходимым для эксплуатации в ограждающих конструкциях. Показано, что для повышения физико-климатической стойкости цементных пенобетонов требуется, чтобы параметры состава и структуры обеспечивали их возможно меньшую восприимчивость к влажностным воздействиям. К таким приоритетным параметрам следует отнести дисперсность и смачиваемость поверхности наполнителей, а также структуру пористости пенобетонов, определяемую и характеристиками наполнителей, и водотвердым отношением в пенобетонной смеси.
Целью исследования являлось определение возможности использования местной легкоплавкой глины месторождения Кустиха и техногенного отхода производства гранитного щебня для получения экологически безопасного пористого теплоизоляционного материала с использованием метода щелочной активации. Изучено влияние щелочной активации на формирование пористого стеклокерамического материала из смеси легкоплавкой глины и отходов гранитного производства. Показано, что смесь глины месторождения Кустиха с гранитоидным отсевом, содержащая свободный диоксид кремния, способна вспучиваться под действием щелочи при температурах обжига до 950 градусов Цельсия. Методами термогравиметрии и ИК-анализа установлено, что под действием щелочной активации вода удерживается в исходной смеси за счет образования дополнительных гидроксильных связей вплоть до 500 градусов Цельсия. При дальнейшем обжиге наличие таких гидроксильных связей способствует переходу материала в пиропластическое состояние и его вспучиванию. Установлено, что полученный гранулированный стеклокерамический материал обладает высокой пористостью (коэффициент вспучивания 4,2), при этом его плотность в 5,4 раза меньше, чем у материала, полученного из неактивированной смеси глины с гранитоидным отсевом. По данным элементного и фазового анализа полученная стеклокерамика не содержит органических и других токсичных примесей, что позволяет отнести ее к экологически безопасным теплоизоляционным материалам.
В последние годы выполнено большое количество численных экспериментов для оценки величины воздействия льда на сооружения континентального шельфа с использованием различных моделей материалов. Однако корректных обоснований для применения таких моделей сравнительно мало. В связи с этим вопрос о достоверности характера поведения моделируемого льда, испытывающего значительные деформации, остается открытым. Хотя во многих программных комплексах имеется возможность интеграции сторонних моделей, созданных для описания поведения материалов под нагрузкой, использование этого инструмента требует от пользователя дополнительных знаний и навыков. В связи с этим в данной работе проведен анализ конститутивных моделей пластичности материала, имеющихся в базовых библиотеках программных комплексов ANSYS и SIMULIA Abaqus и учитывающих различные факторы, которые оказывают значительное влияние на прочностные характеристики льда. Для данных моделей выполнен анализ параметров, влияющих на критерий начала пластического течения. Сделан вывод о возможности и целесообразности применения рассмотренных моделей для различных условий. Проведен обзор численных исследований процессов взаимодействия в системе «лед-сооружение», выполненных различными авторами, в части применяемых конститутивных моделей.
Степень эффективности принятых решений в дорожном проекте во многом определяется качеством проведения технико-экономической оценки, как при проектировании новых автомобильных дорог, так и при реконструкции существующих сооружений, которая обязательно требует изменение параметров геометрических элементов дороги. Один из главных проектных нормативов, обеспечивающих безопасность, - видимость на дороге, которая постоянно меняется вследствие кривизны в плане и профиле. Из-за недостаточной видимости на дороге автотранспортным средствам приходится резко снижать скорость движения на кривых и на прилегающих к ним прямых участках. Отсутствие четкости движения приводит к повышению аварийности на таких участках. Основным способом улучшения движения по кривым малого радиуса является перестройка кривых с увеличением их радиусов. При реконструкции кривых с увеличением радиуса поворота количество ДТП сокращается в зависимости от величины параметра - от 18 до 80%, а видимость на кривых повышается на 30%. Как вариант решения проблемы по назначению геометрических элементов в дорожных проектах в статье приведен алгоритм выбора оптимального варианта одного из основных параметров, назначаемых при реконструкции автомобильной дороги, - радиуса кривой в плане. Принципиальной основой разработанного алгоритма является сопоставление общественных затрат за период сравнения вариантов с учетом их разновременности по отношению к году начала эксплуатации запроектированного участка автомобильной дороги. В состав общественных затрат каждого рассматриваемого варианта параметра помимо строительных и дорожно-эксплуатационных затрат включены затраты пользователей дорог - транспортно-эксплуатационные затраты и социально-экономические потери.