Preview

Advanced Engineering Research

Расширенный поиск

Журнал «Advanced Engineering Research» создан в целях обеспечения современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным потребностям личности, общества и государства. Издание призвано способствовать укреплению, расширению целостного научно-информационного пространства России и успешной интеграции его в мировое научное информационное пространство.

Адресован журнал тем, кто разрабатывает стратегические направления развития современной науки: ученым, аспирантам, магистрантам, инженерно-техническим работникам, преподавателям-практикам, перед которыми стоит задача обеспечения высокого качества всех уровней инженерно-технического образования на основе его фундаментализации, информатизации и использования новейших достижений науки и техники.

На страницах журнала активно обсуждаются наиболее актуальные проблемы современной науки и результаты фундаментальных исследований в области механики, машиностроения и машиноведения, информатики, вычислительной техники и управления.

Группы научных специальностей журнала:

1. 01.02.00 Механика

2. 05.02.00 Машиностроение и машиноведение

3. 05.13.00 Информатика, вычислительная техника и управление

Текущий выпуск

Том 20, № 2 (2020)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)

МЕХАНИКА

118-124 94
Аннотация

Введение. Статья посвящена исследованию поперечных осесимметричных колебаний биморфа с двумя пьезоактивными слоями: пьезоэлектрическим и пьезомагнитным. Этот элемент может найти применение в устройстве накопления энергии, которое находится в переменном магнитном поле. Целью работы являлось исследование зависимости частот резонанса, антирезонанса и коэффициента электромеханической связи от геометрических параметров элемента.

Материалы и методы. Математической моделью работы пьезоэлемента является краевая задача линейной магнитоэлектроупругости. Элемент состоит из трех слоев: двух пьезоактивных (PZT-4 и CoFe2O4) и среднего пассивного слоя, выполненного из стали. В качестве метода решения краевой задачи используется метод конечных элементов, реализованный в пакете ANSYS.

Результаты исследования. Разработана конечно-элементная модель пьезоэлемента в пакете ANSYS. Решены задачи определения собственных частот резонанса и антирезонанса. Построены графические зависимости этих частот и коэффициента электромеханической связи в зависимости от геометрических параметров устройства — толщины и радиуса пьезоактивных слоев.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы в процессе конструирования рабочего элемента устройства накопления энергии за счет действия переменного магнитного поля. Построенные зависимости собственных частот резонанса и антирезонанса от геометрических параметров пьезоэлемента позволяют выбрать размеры пьезоактивных слоев для заданной рабочей частоты при наибольшем коэффициенте электромеханической связи.

125-136 82
Аннотация

Введение. Статья посвящена оценке растрескивания белых слоев, формирующихся на поверхности рельса в процессе эксплуатации. Трещины в белом слое рельсовой стали обнаруживаются уже после 1 тыс. циклов испытаний. Это объясняется растягивающими и сдвиговыми напряжениями на поверхности пятна контакта колеса и рельса. В работе представлены результаты исследований морфологических характеристик белого слоя на поверхности рельса.

Материалы и методы. Объект исследования (поверхность рельса после эксплуатации) рассматривался под микроскопом. Затем была разработана двумерная модель конечных элементов плоской деформации, чтобы моделировать динамические характеристики растрескивания белого слоя. Предложены математические модели, описывающие распространение трещины. Для этого применили критерий механики упругого пластического разрушения, метод J-интеграла. В программе SYSWELD выполнено численное моделирование образования белого слоя и распределения остаточных напряжений.

Результаты исследования. Представлены оптические снимки микроструктуры поперечного сечения белого слоя на поверхности рельса после эксплуатации. На задней кромке белого слоя исследованных образцов зафиксированы два разных типа трещин. В программе SYSWELD визуализированы фрагменты моделирования механизма образования белого слоя с распределением остаточных напряжения, сжатия и растяжения. Результаты расчетов показывают, что значения J-интеграла для всех трех трещин немного уменьшаются, если длина трещины достигает 10-50 мкм.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты применимы для оценки износостойкости рельсовых сталей и прогнозирования направления роста трещины. Сравнения J-интегральных максимумов показали, что при одинаковых условиях нагрузки трещина №1, скорее всего, будет расти быстрее, чем трещины № 2 и 3. С увеличением длины трещины максимумы J-интеграла всех трех трещин уменьшались.

137-142 61
Аннотация

Введение. Если круглая пластина нагружена по боковой поверхности, возможны потеря ее устойчивости и выпучивание. Данную проблему можно решить с учетом бифуркации. В этом случае пластина рассматривается как нелинейно-упругое тело. В задачах устойчивости нелинейной упругости важен выбор зависимости между напряжениями и деформациями. В ранних работах, посвященных этой проблеме, рассматривались простые законы состояния (конститутивные уравнения). В качестве примера можно привести материал «гармонического типа» Сенсенига.

Материалы и методы. Для круглой пластины из материалов Мурнагана и Блейтца и Ко получены уравнения нейтрального равновесия. В предположении однородной начальной деформации рассмотрена задача устойчивости этой пластины. Строгие трехмерные уравнения нейтрального равновесия позволяют исследовать смежные формы равновесия с учетом физической и геометрической нелинейности. Вывод этих уравнений основан на теории наложения малой деформации на конечную.

Результаты исследования. Продвижение в решении соответствующего векового уравнения (с нелинейным вхождением параметра) для практически важных законов упругости Мурнагана и Блейтца и Ко возможно лишь с использованием численных методов. Разработанный метод расчета бифуркационных значений параметров нагрузки дает возможность проанализировать влияние нелинейности.

Обсуждение и заключение. Исследовано влияние физической и геометрической нелинейности на величину верхнего критического значения параметра начальной деформации. Полученные результаты могут быть использованы при оценке достоверности модулей упругости третьего порядка для разных физических материалов. Данные об этих модулях пока малочисленны. Численные исследования показали, что к приведенным в некоторых источниках константам следует относиться с осторожностью. Обсуждается также использование модулей упругости в законе состояния Блейтца и Ко.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

143-149 57
Аннотация

Введение. Представлены результаты исследований процесса обработки многоконтактным виброударным инструментом — шарико-стержневым упрочнителем. Описаны методы обработки поверхностным пластическим деформированием, их преимущества. Приведена схема инструмента. Для шарико-стержневого упрочнения выявлены его особенности, технологические преимущества, область применения.

Материалы и методы. При проведении теоретических исследований процесса обработки установлены факторы, влияющие на качество поверхностного слоя обработанных деталей. Приведены зависимости для расчёта шероховатости поверхности, глубины упрочненного слоя, степени деформации при обработке шарико-стержневым упрочнителем. При исследовании формирования остаточных напряжений выявлена зависимость для расчета остаточных напряжений, образующихся в поверхностном слое обработанной детали.

Результаты исследования. Представлены результаты экспериментальных исследований процесса обработки, необходимых для проверки адекватности приведённых теоретических моделей, а также методика их проведения. Приведены таблица и графики, наглядно подтверждающие хорошую сходимость теоретических и экспериментальных данных (разница не превышает 20%). Остаточные напряжения в поверхностном слое являются сжимающими, что позволяет прогнозировать высокие эксплуатационные свойства обработанных деталей. Величина остаточных напряжений на поверхности детали находится в пределах 130÷200 МПа. Глубина залегания сжимающих остаточных напряжений находится в пределах 0,9-1 мм.

Произведены расчеты изменения усталостной характеристики — предельных напряжений цикла по глубине, которая оказывает влияние на величину предела выносливости. Установлено, что обработка деталей шарико-стержневым упрочнителем позволяет повысить предельное напряжение цикла при циклическом нагружении детали на 27-35%.

Обсуждение и заключения. Предложенная методика проектирования технологического процесса обработки шарико-стержневым упрочнителем может быть использована при разработке технологии на машиностроительных предприятиях. В соответствии с рекомендациями задаются пределы необходимых параметров качества поверхностного слоя обрабатываемой детали, выбираются параметры шарико-стержневого упрочнителя, натяг и радиус заточки стержня. Производится расчет параметров качества поверхностного слоя. Корректировка выбранных режимов и повторный расчет параметров обработанной поверхности производятся до тех пор, пока все заданные характеристики не будут располагаться в необходимых пределах.

150-154 62
Аннотация

Введение. Работа посвящена сравнению и оценке качества легковых автомобилей с использованием математического моделирования интегрального показателя качества. Цели работы:

• разработка метода математического моделирования интегрального показателя качества;

• составление поэтапной последовательности оценки качества;

• анализ наиболее распространенных на отечественном рынке марок легковых автомобилей;

• подведение итогов и обоснование полученного результата.

Материалы и методы. Предложена последовательность моделирования интегрального показателя качества. Проведено численное моделирование на примере шести марок легковых автомобилей, наиболее распространенных на отечественном рынке.

Результаты исследования. Разработан метод моделирования интегрального показателя качества. Описана поэтапная последовательность проведения анализа. Предложена аддитивная форма определения интегрального показателя качества, позволяющая объединять в процессе сравнения единичные, не связанные между собой показатели качества в комплексный показатель.

Обсуждение и заключения. Представленные предложения могут быть использованы при оценке и диагностике конкурентоспособности не только автомобилей, но и других товаров, обладающих большим набором независимых друг от друга показателей качества.

155-161 104
Аннотация

Введение. Проектирование мобильных машин невозможно без учета колебательных параметров их агрегатов, что требует разработки специализированных динамических моделей, учитывающих вероятностный характер этих параметров. Основная причина возникновения колебательных воздействий обусловлена неровностью профиля пути мобильной машины и непостоянством физико-механических характеристик почвы. Задачи, учитывающие эти особенности, с достаточной точностью решаются линейно, но в многомерных динамических системах такой подход недопустим ввиду наличия большого количества взаимных связей. Цель работы — сравнительный анализ эффективности существующих методик расчета статистических характеристик некоррелированных внешних воздействий применительно к мобильной машине, представленной в виде многомерной динамической системы с воздействиями, имеющими различные корреляционные связи.

Материалы и методы. Внешние воздействия в многомерных динамических системах рассмотрены в матричной форме. При вычислении статистических характеристик учтены взаимные связи в матрицах спектральных плотностей, определены элементы главных и побочных диагоналей, учитываются корреляционные связи между воздействиями. Эти особенности значительно усложняют вычисления. Поэтому, чтобы получить матрицы некоррелированных воздействий, матрица внешних воздействий приведена к диагональному виду.

Результаты исследования. Применением различных методик расчета проведено численное сравнение спектральных плотностей и интенсивности колебаний мобильной машины при варьировании скоростей движения и характера микропрофиля агрофона. Определенные характеристики спектральных плотностей и колебаний мобильных машин агропромышленного комплекса позволили выработать рекомендации по практическому применению представленных зависимостей для проектирования данной техники.

Обсуждение и заключения. Результаты решения матрицы спектральных плотностей внешних воздействий различными методами представлены на графике спектральных скоростей колебаний. Анализ графических зависимостей показал, что идентичные результаты, вне зависимости от метода расчета, получаются только для машин со слабыми функциональными связями при некоррелированном внешнем воздействии агрофона. Для некоторых случаев установлены резонансные скорости движения машины. Графически показано влияние неровностей агрофона на интенсивность колебаний узлов машины и рассеивание нагрузок на агрегаты.

162-169 55
Аннотация

Введение. Следует указать на недостаточность исследования проблемы влияния массы деталей на процесс виброабразивной обработки. В трудах А. П. Бабичева и М.А. Тамаркина отмечается факт такого воздействия, но не раскрываются степень и механизм влияния. В формулах съема металла учитывается только число взаимодействий, приводящих к микрорезанию. Цель представленной работы — определить влияние массы деталей на удельный съем металла при виброабразивной обработке.

Материалы и методы. Использован эмпирический, т.е. экспериментальный подход. В качестве образцов выбраны детали из материалов Д16 и 30ХГСА, широко применяющихся в авиационной промышленности. Для изменения массы в заготовках просверлены отверстия, в некоторые образцы залит свинец, в другие забиты заглушки, выполненные из того же материала, что и сами заготовки. Таким образом, эксперименты проводились с образцами цельными, полыми, а также утяжеленными свинцом. Рабочая абразивная среда — бой шлифовальных кругов 40 x 80 мм, зернистостью 25 и трехгранные призмы 15 x 15 мм, зернистостью 16. Эксперименты позволили наглядно показать влияние зернистости среды на удельный съем обрабатываемой детали.

Результаты исследования. Определены параметры влияния массы деталей на удельный съем при виброабразивной обработке. Полученные результаты позволяют показать съем на единицу площади. Данные аппроксимированы методом наименьших квадратов линейной функцией. Вариант ее распределения выбран с помощью статистического критерия Фишера.

Обсуждение и заключение. Показано, каким образом при виброабразивной обработке масса обрабатываемых деталей обусловливает удельный съем. В дальнейшем следует пополнять базу данных, которые используются при определении влияния характеристик обрабатываемого материала на рассматриваемый процесс. Это позволит ввести поправочный коэффициент влияния массы в формулу съема металла, что обеспечит более точное прогнозирование съема металла на стадии проектирования технологических процессов виброабразивной обработки.

170-177 66
Аннотация

Введение. Статья посвящена аналитическому определению общих критериев для прогнозирования износостойкости тяжелонагруженных пар трения, в частности, штамповочного инструмента, работающих при различных условиях нагружения. В основу предложенной системы критериев положены физические зависимости, связывающие основной показатель износостойкости — число циклов нагружения NF с параметрами трещиностойкости n и C.

Целями работы являлись разработка и аналитическое обоснование расчетной методики, позволяющей прогнозировать износостойкость штамповочного инструмента для различных условий нагружения, а также создание предпосылок для экспериментального подтверждения эффективности применения разработанной методики.

Материалы и методы. Предложены математические модели, связывающие основной критерий износостойкости — число циклов нагружения NF c параметрами трещиностойкости n и C. Проведено аналитическое обоснование предложенных моделей.

Результаты исследования. Разработаны математические модели для прогнозирования износостойкости штамповочного инструмента, работающего в различных условиях нагружения. В частности, для случаев: при трении скольжения и качения инструмента о пластически деформируемый металл, для условий термомеханической контактной усталости, многоцикловой хрупкой контактной повреждаемости, пульсирующего контакта о пластически деформируемый металл, а также для комбинированных разновидностей фрикционного контакта.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы в процессе проектирования и оптимизации конструкций штамповочного инструмента, работающего в различных условиях нагружения, а также при прогнозировании долговечности его работы.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ

178-187 53
Аннотация

Введение. Для повышения оперативности принятия решений на предприятии целесообразно использовать специальный программный комплекс интеллектуальной поддержки. Такой продукт необходим при проектировании системы защиты информации и повышении ее неуязвимости в ходе модернизации или изменения конфигурации. Цели исследования: создание алгоритма и математической модели программного комплекса интеллектуальной поддержки принятия решений.

Материалы и методы. Метод поддержки принятия решений при проектировании системы защиты информации базируется на использовании нейронной сети (многослойный персептрон). Для объективной оценки исходной защищенности информационной системы (ИС) сформирована математическая модель анализа событий безопасности.

Результаты исследования. Проанализирована статистика злоумышленных воздействий на ИС предприятий. Определена необходимость своевременной и точной модернизации системы защиты информации. Важными характеристиками процесса проектирования системы защиты информации являются скорость получения результата и снижение остаточного риска ИС. В связи с этим актуально использование систем искусственного интеллекта в процессе определения лучшего набора подсистем защиты. Классифицированы угрозы нарушения информационной безопасности (ИБ). Определены основные классы событий безопасности. Создана математическая модель нейронной сети, указаны входные параметры ее работы.

Действующая ИС предприятия генерирует многочисленные события, что обусловливает необходимость автоматического сбора и анализа данных с подсистем регистрации объектов ИС. Детально рассмотрен процесс анализа событий безопасности, так как от корректности данных, полученных таким образом, зависит адекватность сгенерированных проектных решений. Сформирован алгоритм работы программного комплекса.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании системы защиты информации на предприятии. Кроме того, администраторы ИБ могут применить разрабатываемый программный комплекс для корректировки конфигурационных настроек средств защиты информации. Предложенное решение позволит минимизировать деструктивное влияние разработчика системы защиты, который может быть и бывает субъективен.

188-195 71
Аннотация

Введение. Исследуются, в основном, цифровые системы, которые управляют обслуживанием отдельных технологических мехатронных объектов (ТМО) и комплексов технологических машин. Отмечена многочисленность вопросов поддержания надежности состояния и возникающих неисправностей, а также многофакторность применения существующих систем мониторинга и диагностики. В связи с этим указано на актуальность задач разработки методов и способов обслуживания технологического оборудования, позволяющих принимать решения в условиях неопределенности и ограниченности данных.

Материалы и методы. Для анализа критичности технического состояния сформирована оценка качества эффективности автономного управления состоянием устройств. При этом используется метод нейронечеткой системы определения совокупного критерия критичности. Предлагается применять этот подход для выработки рекомендаций по оснащению технологического объекта необходимыми средствами поддержания общей работоспособности и надежности.

Результаты исследования. Решение позволяет прогнозировать развитие состояния мехатронного технологического оборудования, оповещать персонал об аварийных и иных опасных состояниях, при необходимости проводить доработку или корректировку управляющих программ. Предусматривается выполнение части функций обслуживания технического состояния самим мехатронным объектом, т. е. самообслуживание оборудования. Сформулировано понятие «автономное управление техническим состоянием». Рассмотрены структура системы и функции управления. Отмечено, что внедрение рассматриваемых систем позволит в значительной степени повысить эффективность использования оборудования. Результативность автономного управления устройства или ТМО в целом оценивается в соответствии со стандартом ISO 13381-1:2004. На основании этого стандарта и данных, представленных ранее, построена структура нейронной сети для оценки автономности управления состоянием. Эффективность обучения системы рассмотрена с учетом среднеквадратического отклонения выходов сети от целевых значений обучающей выборки.

Обсуждение и заключение. Представлен перечень основных функций управления при разных уровнях автономности технического обслуживания: от сигнализации для предупреждения отказа до полной автономности технического обслуживания без непосредственного участия оператора.

196-200 69
Аннотация

Введение. Рассмотрено функционирование искусственного интеллекта (ИИ) в системах хранения данных. Определено преимущество его использования при работе с данными как с экономической точки зрения, так и с точки зрения безопасности. Целью работы является внедрение искусственного интеллекта в системы хранения данных. Основные задачи: описание методов разделения данных, организации их хранения и противодействия угрозам безопасности.

Материалы и методы. Данные, которые необходимо занести на накопители, разбивается на части таким образом, чтобы их можно было восстановить, не имея одной из частей. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность доступа и восстановления информации в случае программного или аппаратного сбоя.

Результаты исследования. Рассмотрена работа искусственного интеллекта при обнаружении угроз безопасности. Так как модель подразумевает взаимодействие пользователей с данными, то было выяснено, каким образом происходит управление доступом данных, а также приведено описание способа хранения ключей.

Обсуждение и заключения. Использование искусственного интеллекта при организации хранилища данных позволит увеличить скорость работы системы. Искусственный интеллект с встроенными алгоритмами машинного обучения позволит реагировать на ситуацию, влияющую на состояние системы. Анализ состояния накопителей позволит избежать возможного аппаратного или программного сбоя. Минимизация человеческого фактора в функционировании системы способствует улучшению её работы.

Объявления

2020-08-25

ОБЪЯВЛЕНИЕ!

Уважаемые авторы и читатели журнала!

Обращаем ваше внимание, что с сентября 2020 г. научный журнал «Вестник Донского государственного технического университета» изменил своё название.

Новое название журнала – «Advanced Engineering Research»;

Все договорённости по индексированию и архивированию статей остаются прежними.

Еще объявления...


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.