Preview

Advanced Engineering Research

Расширенный поиск
Том 21, № 4 (2021)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)

МЕХАНИКА 

300-307 109
Аннотация

Введение. Предложена концепция оценки динамических параметров системы «основание — ослабленный слой — блок» с учетом физической нелинейности материала при кинематическом способе возбуждения колебаний. В соответствии с данным подходом учет физической нелинейности материала основания и блока осуществляется с помощью модели Друкера-Прагера. Ослабленный слой моделируется 3D пружинными конечными элементами. На примере динамического расчета системы «основание — ослабленный слой — склон» осуществлена процедура верификации предлагаемой методики.

Материалы и методы. Вычислительные эксперименты выполнены с помощью программного комплекса ANSYS Mechanical в сочетании с нелинейным решателем, базирующемся на процедуре Ньютона-Рафсона. Для дискретизации расчетных областей применены объемные конечные элементы SOLID45. Для моделирования смещения блока относительно неподвижного основания использованы комбинированные упруго-вязкие элементы COMBIN14.

Результаты исследования. Разработана инженерная методика динамического анализа напряженно- деформированного состояния пространственной системы «основание — ослабленный слой — блок» при кинематическом способе возбуждения колебаний. На числовых примерах исследована точность и сходимость предлагаемой методики.

Обсуждение и заключения. На основании выполненного математического моделирования показано, что разработанная методика позволяет оценить риски возникновения реальных оползневых процессов, обусловленных внешними нестационарными воздействиями.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ 

308-311 90
Аннотация

Введение. Рассмотрены сварные соединения в металлических крупногабаритных сооружениях (например, в конструкциях корпусов кораблей), подверженных малоцикловой усталости. Отмечено характерное для них появление мягких прослоек, которые при рабочих нагрузках значительно пластически деформируются. Деформация структуры металла с повреждениями, особенно в виде трещин, снижает прочность и надежность элементов конструкций и соединений. Предварительная деформация отрицательно влияет на пластичность, поэтому многое зависит от остаточной пластичности трескающегося материала. При этом с уменьшением остаточной пластичности снижается такой важный показатель надежности, как сопротивление материала распространению трещины — вязкость разрушения.

Статья посвящена разработке модели, включающей аналитические зависимости для оценки трещиностойкости металлических конструкций и их сварных соединений с мягкими прослойками по пределу трещиностойкости при всех размерах трещин.

Материалы и методы. Использованы теория и методы линейной механики разрушения материалов, структурно-механический подход. Результаты расчетов анализировались и сравнивались с экспериментальными данными и другими аналитическими решениями. Численный эксперимент выполнен для широко используемых в промышленности сталей феррито-перлитного класса Ст10, Ст50, 22К, Ст3сп и др., а также легированных закаленных на среднюю и высокую прочность 30ХГСА, 37ХН3А и др.

Результаты исследования. Получены аналитические зависимости для расчета относительного предела трещиностойкости по трем основным известным механическим характеристикам материала мягкой прослойки сварного соединения.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты могут быть использованы для оценки трещиностойкости предварительно деформированных элементов конструкций и сварных соединений (в том числе с мягкими прослойками), работающих на поперечную нагрузку. Итоги экспериментальных данных и аналитических расчетов показаны в безразмерном виде, что позволяет получать инвариантные результаты по отношению к пределу трещиностойкости.

319-327 79
Аннотация

Введение. Снабжение людей качественной питьевой водой всегда имело первостепенное значение. Но её транспортировка по трубопроводным системам зачастую бывает связана с проблемами, вызываемыми, например, температурой воды и окружающей среды, а также возможностью возникновения гидравлических ударов на отдельных участках труб. В большей степени эти проблемы касаются систем, в которых используются трубы из полиэтилена. Температура — это один из наиболее важных факторов, влияющих на гибкость полиэтиленовых труб, и этот фактор оказывает влияние не только на проектирование водопроводных сетей, но и на капиталовложения в их развитие. Целью настоящих исследований явилось изучение влияния температуры воды и окружающей среды на свойства материала труб и скорость распространения гидравлической ударной волны в полиэтиленовых трубах.

Материалы и методы. В проведенных авторами опытах применялся метод натурных исследований, когда для испытания используются специализированное оборудование и специально изготовленные для этих целей образцы. В данном случае использовались образцы труб из полиэтилена высокой плотности, которые подвергались испытаниям на растяжение на разрывной машине, причём каждый опыт проводился троекратно. В процессе проведения опытов образцы подвергались воздействию определённых температурных режимов (как внешних, так и внутренних), при этом исследовалось также влияние гидродинамического давления жидкости в трубе в результате изменения скорости жидкости в её секциях. Для этого в образцы подавалась жидкость под определённым давлением, чтобы выяснить влияние на трубы эффекта, известного как гидроудар.

Результаты исследования. В ходе исследования было установлено, что значение модуля упругости полиэтилена высокой плотности PE100 уменьшается с повышением температуры воды, причём величина снижения при температуре 60 °C достигает 60,21 % по сравнению с его значением при температуре воды +4 °C. В результате опытов по определению изменения модуля упругости полиэтилена с повышением температуры было выведено экспоненциальное уравнение для расчета значения полиэтиленового коэффициента как функции времени E = 1,312e-0,01с коэффициентом корреляции R2 = 0,988 , а для расчета значения скорости  распространения гидравлической ударной волны было выведено экспоненциальное уравнение как функции времени C = 275,9e-0,01t с коэффициентом корреляции R2 = 0,987.

Обсуждение и заключения. В результате экспериментов было установлено, что вредное воздействие на стенки труб оказывает такое явление, как гидроудар, возникновение которого по возможности необходимо избегать ещё на этапе проектирования водопроводной сети. В ходе исследования было определено, что с увеличением температуры значения модуля упругости полиэтилена уменьшались при одновременном понижении значений скорости распространения гидравлической ударной волны.

328-336 124
Аннотация

Введение. В статье проведен анализ применения композиционных материалов, как основного определяющего способа уменьшения массы планера летательного аппарата и беспилотного летательного аппарата. Перспективные методы неразрушающего контроля позволяют оценить техническое состояние данных материалов, а также с высокой точностью определить концентраторы напряжений на планере летательного аппарата и беспилотного летательного аппарата с целью принятия решения о дальнейшей эксплуатации данного объекта контроля.

Целью исследования являлось повышение точности и оперативности оценки трещиностойкости композиционных материалов путем применения акустико-эмиссионного контроля.

Материалы и методы. Приведена номенклатура применяемых композиционных материалов при строительстве различных летательных аппаратов, в том числе беспилотных, представлены наиболее возможные вероятные дефекты данных материалов вследствие влияния эксплуатационных факторов. Произведено сравнение применяемых методов неразрушающего контроля композиционного материала и выборка наиболее подходящего согласно специфическим преимуществам. Проведен эксперимент по определению пределов прочности углепластика при помощи аппаратно-программного комплекса акустико-эмиссионным методом. Представлены результаты исследования в виде рисунков, проецируемых аппаратно-программным комплексом.

Результаты исследования. Описано применение акустико-эмиссионного метода контроля композиционного материала.

Обсуждение и заключение. Полученные в результате проведенного эксперимента результаты могут быть использованы в процессе определения пределов прочности различных композиционных материалов акустико- эмиссионным методом неразрушающего контроля для проведения оценки технического состояния в машиностроении, судостроении и авиастроении. Статья рекомендована научным сотрудникам, занимающимся проектированием летательных аппаратов и беспилотных летательных аппаратов.

337-345 68
Аннотация

Введение. Статья посвящена анализу конструктивных решений гидравлических делителей потока, используемых для синхронизации гидравлических приводов рабочих органов технологических и мобильных машин. Выявлены потребности рынка в многопоточных беззолотниковых дроссельных делителях потока с управляемым коэффициентом деления, таких как многоосные шасси транспортных средств.

Целями работы были анализ возможности и обоснование целесообразности разработки дроссельного четырехпоточного делителя потока беззолотникового типа с чувствительными элементами типа трубка Вентури. Решение должно обеспечить синхронность перемещения (вращения) более трех рабочих органов технологических и мобильных машин.

Материалы и методы. Исследованы патенты существующих конструкций гидравлических делителей потока. Рассмотрены системы, в которых требуется деление потока гидравлической жидкости более чем на два исполнительных органа. Для конструкции дроссельного трехканального делителя потока беззолотникового типа предложен вариант модернизации, который позволяет делить поток на четыре ветви.

Результаты исследования. Обоснована актуальность разработки многопоточного дроссельного делителя потока беззолотникового типа для применения в промышленных и мобильных машинах. Рассмотрены два типа четырехпоточных делителей, указаны их слабые стороны. Отмечено, что разработка многопоточного дроссельного делителя потока на основе конструкций, созданных в 1989 и 1991 годах, позволит сократить число гидронасосов, избавиться от последовательного соединения двухпоточных делителей. Таким способом можно снизить потери давления в гидросистеме и реализовать адаптивное управление гидродвигателями многодвигательных мобильных машин. Показана возможность на базе трехпоточного дроссельного делителя получить делитель-сумматор на четыре потока путем добавления выпускной камеры, связанной с камерой мембраны через канал, входящий в сопло трубки Вентури. Описан принцип работы такого оборудования.

Обсуждение и заключения. Рассмотрены принципы построения дроссельных делителей потока беззолотникового типа. Предложен вариант модернизации для увеличения количества каналов деления с трех до четырех. Однако для подтверждения работоспособности такой конструкции необходим численный анализ различных режимов работы делителя — расчет приведенной объемной жесткости его рабочих полостей. Полученная информация может быть использована для модернизации гидравлических узлов технологических и мобильных машин, повышения их надежности, технологичности и коэффициента полезного действия. Определены вопросы, которые необходимо решить в дальнейших исследованиях.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ 

346-363 83
Аннотация

Использование инструментов интеллектуального анализа данных и машинного обучения становится все более распространенным явлением. Их полезность особенно заметна в случае больших наборов данных, когда информация, которую необходимо найти, или новые взаимосвязи извлекаются из информационного шума. Развитие этих инструментов означает, что исследуются наборы данных с гораздо меньшим количеством записей, обычно связанных с конкретными явлениями. Такая специфика чаще всего приводит к невозможности увеличения количества случаев, а это может облегчить поиск зависимостей в изучаемых явлениях. В статье рассмотрены особенности применения выбранных инструментов к небольшим наборам данных. Предприняты попытки представить методы подготовки данных, методы расчета производительности инструментов с учетом специфики баз данных с небольшим количеством записей. Предложены избранные автором методики, которые помогли выйти из тупика в расчетах, т. е. получить результаты, намного хуже ожидаемых. Необходимость применения методов повышения точности прогнозов и точности классификации была вызвана небольшим количеством анализируемых данных. Эта статья не является обзором популярных методов машинного обучения и интеллектуального анализа данных, тем не менее собранный и представленный материал поможет читателю сократить путь к получению удовлетворительных результатов при применении описанных вычислительных методов.

364-375 89
Аннотация

Введение. Данная статья посвящена исследованию способности искусственных нейронных сетей различных типов прогнозировать модуль упругости слоев нежестких дорожных одежд в условиях эксплуатации. Для моделирования динамических нагрузок дорожного движения и измерения чаш прогибов на поверхности покрытия для получения базы данных моделей ИНС была использована установка ударного нагружения FWD.

Материалы и методы. Были разработаны типы искусственных нейронных сетей (сетей обучающихся по принципу прямого обратного распространения, послойного рекуррентного распространения, каскадного обратного распространения и обратного распространения Элмана) для определения оптимальной модели ИНС с использованием программного обеспечения Matlab. Чтобы оценить эффективность каждой модели были использованы разработанные модели ИНС для прогнозирования значений модуля упругости для 25 новых участков дорожных одежд, которые не использовались в процессе обучения, проверки или тестирования, чтобы убедиться в их пригодности. Для всех результатов моделей были получены такие показатели эффективности, как средняя абсолютная ошибка (MAE), коэффициент детерминации R2, среднеквадратическая ошибка (RMSE), значения абсолютная процентная ошибка (MAPE).

Результаты исследования. Исходя из параметров эффективности, было сделано заключение, что среди этих алгоритмов модель распространения прямой связи обладает лучшей производительностью по сравнению с тремя другими типами ИНС. Результаты четырех лучших моделей сравнивались друг с другом и с реальными полученными данными для определения наиболее подходящего метода.

Обсуждение и заключения. Различия между результатами четырех лучших моделей для четырех типов используемых алгоритмов были очень малы, так как они показали близость между ними и фактическими значениями. Результаты исследования подтверждают возможность моделей на основе ИНС быстро и надежно оценивать модуль упругости слоев дорожного покрытия для его использования в структурной оценке (NDT) нежестких дорожных одежд.

376-383 95
Аннотация

Введение. Ферменные конструкции получили широкое распространение в строительстве благодаря экономичности, универсальности и масштабируемости. В связи с этим их моделирование и расчет являются актуальными задачами при проектировании строительных конструкций. Автоматизированное решение этих проблем приводит к повышению эффективности проектирования, точности расчетов и снижению затрат. Целью данного исследования являлось изучение функциональных возможностей и алгоритма работы разработанного авторами программного модуля, формирующего геометрию двумерных ферменных конструкций для последующего моделирования.

Материалы и методы. По результатам исследования распространенных конфигураций ферм дана их условная классификация, доступная в рассматриваемой программе. Приведена методика параметризации ферменной конструкции. Эта методика включает в себя базовые геометрические параметры конструкции, такие как размеры, правила построения модели и дополнительные функции, а также комплексный алгоритм. Программное обеспечение разработано на JavaScript.

Результаты исследования. Программный модуль интегрирован в веб-приложение для расчета двумерных стержневых конструкций. Для иллюстрации функциональности программного обеспечения приведены примеры пользовательского интерфейса, а также пример задачи. Пример включает конфигурацию и расчет наклонной ферменной конструкции. Приведены результаты в виде опорных реакций и внутренних сил, построена диаграмма осевых сил.

Обсуждение и заключения. Использование данного программного модуля в составе инструмента для расчета стержневых конструкций позволяет упростить процесс моделирования и расчета сложных ферменных конструкций, сократить время проектирования и сократить ресурсы. Программный модуль предоставляет инструменты для задания различных типов конструкций, приложения нагрузок и задания свойств стержневой системы, что делает его полезным инструментом для инженеров-проектировщиков.



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


ISSN 2687-1653 (Online)