Preview

Вестник Донского государственного технического университета

Расширенный поиск
Том 16, № 2 (2016)
Скачать выпуск PDF

МЕХАНИКА

5-12 38
Аннотация
Проведено моделирование системы неразрушающего контроля дефектов в твердых телах. Рассматриваются обратные геометрические задачи теории упругости для плоской прямоугольной области по реконструкции круговых полостей и трещин, выходящих на поверхность тела. Дополнительной информацией для решения этих задач является набор первых четырех собственных резонансных частот. Решение обратных задач основано на минимизации функционала невязки между измеренной входной информацией и рассчитанной в ходе численного решения прямых задач с заданными параметрами дефектов. В качестве инструмента решения прямых задач используется метод конечных элементов, реализованный в программе FlexPDE. Минимизация функционала осуществляется с помощью генетического алгоритма (ГА), реализованного в разработанной программе GAFEMNDT. В работе описан алгоритм этой программы и настройки ГА, которые используются в численных экспериментах. Приведены результаты этих экспериментов по определению параметров дефектов (координат центра, радиуса, координат выхода трещины на поверхность и ее размер). Эти результаты показывают достаточность дополнительной информации для преодоления некорректности задачи, а также высокую эффективность предложенного алгоритма, как в точности определения параметров дефектов, так и в скорости их поиска.
13-21 44
Аннотация
Объектом исследования является система «колесо - рельс». Предмет - компьютерное моделирование изнашивания элементов системы. Цель настоящей работы - изучение зависимости износа колес и рельсов от параметров кинетической характеристики трения. Задачи работы: проанализировать предлагавшиеся ранее математические функции, описывающие кинетическую характеристику трения, на наличие экстремумов, поведение (рост, убывание, монотонность, унимодальность и т. п.) в различных диапазонах изменения параметров; осуществить компьютерное моделирование движения колесной пары по рельсовому пути с вычислением количественных оценок износа колес и рельсов при разных параметрах кинетической характеристики трения; установить качественные закономерности влияния задаваемых при компьютерном моделировании параметров кинетической характеристики на износ. При моделировании использовался программный комплекс «Универсальный механизм». В результате получены значения различных характеристик, связанных с износом (мощность, суммарная и удельная работа силы трения), при разных сочетаниях параметров кинетической характеристики трения. Результаты работы позволяют сделать следующие выводы: при компьютерном моделировании движения железнодорожных экипажей необходимо учитывать параметры кинетической характеристики трения, так как в диапазонах значений, соответствующих реальным условиям, они могут существенно влиять на износ; при некоторых сочетаниях значений вышеупомянутых параметров наблюдаются ситуации, когда увеличение коэффициента трения сопровождается снижением износа. Предлагается продолжить исследование в двух основных направлениях: установление закономерностей влияния на кинетическую характеристику трения и износ многообразных реальных факторов и изучение по той же методике влияния на износ параметров динамической (при переменной скорости) характеристики трения.
22-31 39
Аннотация
Детально изучено продвижение воды в системах цилиндрических капилляров. Построена математическая модель продвижения воды как в симметричных, так и в несимметричных капиллярах, соединенных с вертикальным капилляром. При этом радиусы как вертикальных, так и расположенных под углом капилляров, считались одинаковыми. На основании математической модели установлены общие свойства продвижения воды в ветвящихся капиллярах. В частности, наибольшее продвижение воды происходит в нижнем уровне капилляров. Установлено, что своей формой растения обязаны наличию в них капиллярных систем. Однако капиллярные системы различных частей растений отличаются радиусами. Например, диаметр центральной жилки листа больше диаметра капилляров листовой пластинки. В работе рассмотрены закономерности продвижения воды в ветвящихся капиллярных системах с капиллярами разного радиуса. Получено выражение для расчета критической высоты вертикального капилляра, при которой вода не поступает в наклонные капилляры из вертикального. Показано, что при определенных условиях высота подъема воды в вертикальном капилляре может до двух раз превышать высоту подъема воды в одиночном вертикальном капилляре того же радиуса.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

32-42 41
Аннотация
Целью работы является рассмотрение проблемы устойчивости установившихся стационарных траекторий упругих деформационных смещений инструмента при продольном фрезеровании концевыми фрезами. В отличие от ранее рассмотренных проблем устойчивости, в которых анализируется случай медленных движений, для которых в уравнениях в вариациях относительно стационарной траектории параметры системы можно рассматривать замороженными, анализируется случай большой скорости резания. В этом случае при анализе устойчивости необходимо рассматривать линеаризованную систему в вариациях с периодически изменяющимися коэффициентами. По мере увеличения скорости вращения инструмента во многих случаях наблюдается параметрическое самовозбуждение колебаний, поэтому главное внимание уделяется изучению условий параметрического самовозбуждения динамической системы фрезерования концевыми фрезами. Показано, что на условие параметрического самовозбуждения оказывают влияние как технологические режимы резания, прежде всего частота вращения инструмента, так и геометрия инструмента, которая определяет матрицы угловых коэффициентов ориентации сил резания. Приводятся примеры областей устойчивости в зависимости от изменения параметров системы.
43-50 42
Аннотация
В совокупность знаний интеллектуальной системы управления e-MindMachine многооперационного станка включены сведения о состоянии каждого инструмента, в том числе время остаточной стойкости. Это необходимо для получения заключения о возможности выполнения планируемого технологического перехода, о величине размерного износа, о необходимости изменения режимов резания при работе в области нечеткой пограничной полосы и пр. Кроме описанных ранее методов оценки начального и конечного значений времени пограничной полосы, как зоны неопределенности состояний, предлагается наглядный метод с использованием модификации контрольных карт Шухарта. Адаптивные контрольные карты позволили отслеживать ход процесса изнашивания инструмента, предупреждая об отклонениях от предъявляемых к процессу требований. Представлен план работы с соответствующими контрольными картами и примеры их использования для оценки состояния инструмента и прогнозирования параметров пограничной полосы. Приведены зависимости оценок математического ожидания размерного износа и рассеяния в пределах зоны линейного изнашивания инструмента, соответствующих скоростных зависимостей и апостериорных значений при предстоящей работе в области пограничной полосы. На этой базе прогнозируются оценки времени начала и конца пограничной полосы. Обработка статистических данных контрольных карт проведена с использованием прикладного пакета MATLABStatisticstoolbox.
51-58 43
Аннотация
Предметом данного исследования являются методы управления моментом вентильно-индукторного двигателя. Цель работы - обзор существующих методов снижения электромагнитных пульсаций на валу вентильно-индукторного двигателя. Для классификации методов управления электромагнитным моментом использовался сравнительный анализ существующих подходов к построению систем управления вентильными приводами. Результаты исследования могут применяться при выборе метода управления приводом, обеспечивая баланс между сложностью реализации системы управления и ее эффективностью. На основе сравнительного анализа сделаны выводы об эффективности нейросетевых систем управления моментом с оффлайн обучением, отмечены возможности улучшения данных систем с помощью управления коэнергией магнитной системы привода а также внесения в модель эффектов остаточной намагниченности материалов. Отмечено, что существующие системы, нивелирующие намагниченность материалов привода, снижают средний момент за цикл работы.
59-68 41
Аннотация
Предметом настоящего исследования является многомерный анализ процесса пневмосепарации соломистого вороха с заданным фракционным составом, поступающего на очистку после барабанного разрушителя. Цель работы - выявление закономерностей процесса пневмосепарации соломистого вороха тремя пневмоканалами при вариации кинематических параметров пневмосепараторов. Метод исследования - аналитическое моделирование. Оценено влияние на процесс сепарации вероятностных характеристик подачи гетерогенного вороха, распределения скоростей воздушного потока по ширине пневмосепараторов и плотностей вероятности скоростей витания компонентов вороха. Рассмотрен процесс пневмосепарации вороха на каждом участке пневмоканала. С этой целью использовались математические выражения, усредняющие показатели пневмосепарации последовательно функционирующих трех пневмоканалов и стохастическая квазистатическая математическая модель процесса функционирования пневмосепаратора с тремя последовательными пневмоканалами. Приведены результаты параметрического синтеза пневмосепаратора, технологические показатели его функционирования. Показаны долевые составляющие компонентов вороха и их процентные доли в каждой выделенной фракции. Выявлена возможность пневмосепарации измельченного соломистого вороха на задаваемые фракции при заданной производительности 0,6-0,7 кг/м∙с. Установлено, что при рациональном функционировании пневмосепаратора содержание соломы в деловой фракции - 97,03 %. При этом содержание зерна минимально (0,03 %), минеральные примеси отсутствуют. Выявлено, что пневмосепаратор с тремя последовательными пневмоканалами достаточен для сепарации измельченного соломистого вороха с задаваемыми агропоказателями.
69-76 88
Аннотация
Целью данного исследования является рассмотрение предпосылок к сокращению времени транспортных перемещений дорожно-строительных машин. На основе полученных сведений могут быть сформированы соответствующие рекомендации, используемые в мониторинговой системе управления эффективностью и техническом аудите. Отмечены недостатки существующих мониторинговых систем. Показано, что их применение для повышения технико-экономической эффективности дорожных машин не позволяет достичь контролируемых результатов. Технико-экономический эффект целесообразно оценивать по критерию себестоимости единицы продукции с учетом затрат на владение. Для расчета такого критерия необходима исходная информация, которую можно получить путем мониторинга. При минимуме критерия имеет место ограничение по времени выполнения и по качеству работы. Рассмотрена возможность реализации ограничения по времени выполнения работы, которое во многом зависит от времени транспортных операций машин. Транспортные операции, в свою очередь, определяются уровнем устойчивости. Поэтому для разработки рекомендаций по сокращению времени транспортных операций необходима оценка устойчивости с помощью специальных расчетов формул. Рассмотрены разные варианты расчета, выбран вариант составления дифференциальных уравнений раскачивания. Отмечено, что лучше всего рабочий процесс описывается грузовыми диаграммами, поэтому именно их необходимо строить на базе дифференциальных уравнений. Рассмотрен пример построения грузовых диаграмм для ковшевого фронтального погрузчика. Дано описание использования грузовых диаграмм для составления рекомендаций по сокращению времени транспортных перемещений
77-83 36
Аннотация
Целью работы является описание теоретических и экспериментальных исследований коэффициента ослабления вибраций от колесных пар на основание кузова электровоза. Изучение виброакустических характеристик на рабочих местах локомотивных бригад показало, что превышения октавных уровней звукового давления над предельно допустимыми в значительной степени определяются структурной составляющей шума, которая формируется вибрациями элементов кузовных конструкций. Расчет скоростей колебаний элементов кузова основан на энергетических методах, традиционно применяемых для энергетически замкнутых систем. Система уравнений учитывает не только геометрические и физико-механические параметры элементов, но и вводимую в основание кузова вибрационную мощность от колесных пар при движении локомотивов. Для инженерных расчетов спектров вибрации элементов кузова и, соответственно, уровней звукового давления при оценке вводимой вибрационной мощности целесообразно использовать частотнозависимую величину коэффициента ослабления вибрации. Это особенно важно учитывать на этапе проектирования машины. Приведены результаты экспериментальных исследований указанной величины и вывод на этой основе регрессионных зависимостей для различных скоростей движения.
84-89 50
Аннотация
Целью работы являлось создание метода оценки и прогнозирования надежности сложных систем на основе статистического имитационного моделирования их работы. Использован метод рисков с учетом потерянной выгоды. Предложены зависимости для определения потерь от отказов при функционировании системы в зависимости от степени ее безотказности. Разработана программа для проведения имитационного моделирования с учетом рисков от надежности - "Reliabilify". Проверка разработанного метода проводилась на основе имитационного моделирования работы измельчителя компонентов комбикормов типа У17-УКИ. Полученные результаты отражают реальные процессы, происходящие при эксплуатации технических объектов. Метод полностью формализован и может быть использован для оценки надежности любых технических систем.
90-96 45
Аннотация
Рассматривается перспективный способ обеззараживания жидких и пастообразных материалов в сельском хозяйстве. Суть способа заключается в комплексном физико-химическом воздействии вращающегося переменного электромагнитного поля. Реализация предложенного способа осуществляется в электромеханическом активаторе, представляющем собой индуктор. Целью данного исследования является получение математических моделей, количественно оценивающих влияние массы рабочих тел на параметры, характеризующие качество функционирования индуктора. В качестве параметров, характеризующих качество функционирования индуктора, были выбраны сила электрического тока, активная электрическая мощность, реактивная электрическая мощность, полная электрическая мощность в цепи индуктора и магнитная индукция. Использовались методы инструментального измерения, статистической обработки, аналого-цифрового преобразования данных. Результаты исследования представлены математическими зависимостями, которые могут быть использованы при проектировании конструктивно новых индукторов.
97-104 45
Аннотация
Рассмотрены особенности нагрева и плавления железорудных металлизованных окатышей (ЖМО) с применением способа подачи окатышей через осевые каналы электродов. При использовании данной системы подачи железорудного сырья через отверстия в электродах сыпучие окатыши попадают в зону влияния электрических дуг на расплав, что обеспечивает высокую скорость их плавления. При этом улучшаются технико-экономические показатели электроплавки в дуговой сталеплавильной печи (ДСП). Применение топливно-кислородных горелок с подачей кислорода позволяет оптимизировать процесс плавления железорудных металлизованных окатышей, улучшая условия шлакообразования, нагрева, обезуглероживания металла с дожиганием отходящих горючих газов (СО, Н2, и др.) в дуговой печи.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ

105-110 32
Аннотация
Целью данной работы является изучение влияния загруженности вычислительных ядер графического процессора и шаблона обращения к памяти на пропускную способность шины памяти и ускорение масштабирования. Предмет исследования - задача масштабируемости производительности параллельных вычислений и их ускорение. В ходе работы была проверена следующая гипотеза: при обработке изображений для мно-гоядерных систем с общей памятью закон Густафсона - Барсиса более важен, нежели шаблон обращения к памяти при недостаточной загруженности вычислительных ядер графического процессора. Методология проведения исследования - вычислительный эксперимент с последующим анализом полученных данных. В ходе исследования подтверждена выдвинутая гипотеза. Для этого был проведен ряд экспериментов на различных гетерогенных вычислительных системах с поддержкой стандарта OpenCL. Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы. Шаблон доступа к памяти начинает накладывать ограничения на производительность алгоритма только при достаточной загруженности вычислительных ядер. Видеокарты, оснащенные собственной памятью, показывают более стабильные результаты работы по сравнению с теми, что используют память, общую с центральным процессором. Область применения полученных данных - разработка алгоритмов и программного обеспечения для высокопараллельных вычислительных систем.
111-120 35
Аннотация
Зонная структура твёрдых растворов InxGa1-xNсо сфалеритной структурой и большим содержанием индия ( x = 0,25; 0,5; 0,6; 0,7; 0,75; 0,9; 0,95; 0,97; 0,99; 1,0) рассчитана методами теории функционала плотности (DFT) и кластерной версии локального когерентного потенциала, в рамках теории многократного рассеяния. Проведено сравнение электронной структуры тройных растворов InxGa1-xNсфалеритной кристаллографической модификации, дана интерпретация их особенностей. Получена концентрационная зависимость ширины запрещённой полосы для всего диапазона изменения содержания индия в растворе. Обнаружен эффект спиновой поляризации состояний In, Ga и N для растворов с большим молярным содержанием In и переход тройных систем In0.75Ga0.25Nв состояние магнитного полупроводника. Определены магнитные моменты на атомах In, Ga и N и намагниченность насыщения полупроводниковой системы InxGa1-xN.
121-128 29
Аннотация
Предметом исследования является технология формирования многомерного представления данных с использованием раздельного задания размерностей и мер. Цель - обеспечение максимального уровня автоматизации работы пользователей при формировании новых кубов данных. В ходе проведенных изысканий решены следующие задачи: определена последовательность формирования промежуточных представлений данных; исследована корректность этих представлений; разработаны эффективные алгоритмы формирования представления и проверки корректности. Теоретической основой исследования являются методы межмодельных преобразований данных. При этом в качестве исходной модели данных используется классическая реляционная модель, в качестве целевой - расширенная модель многомерных данных с несбалансированными иерархиями в размерностях. В результате проведенной работы представлена технология формирования многомерных данных. Полученные результаты могут использоваться аналитическими службами различных предприятий в процессе обработки значительных объемов данных. Предложенная технология формирования многомерных данных является развитием традиционных OLAP-технологий.
129-135 42
Аннотация
Целью данной работы является исследование актуальной задачи коммивояжера, которая является NP сложной задачей дискретной оптимизации. Показано, что для достижения поставленной цели пригодны лишь эвристические методы. Для решения задачи представлен результат совместного использования муравьиного (МА) и генетического (ГА) алгоритмов. Особенностью предложенного генетического алгоритма является то, что задача решается только с помощью различных мутаций (без кроссовера). Исследуемый ГА был улучшен введением элитарной стратегии. Испытания проводились на графах средней и большой размерности. Элитная особь, получаемая с помощью муравьиного алгоритма, в среднем улучшалась на 11 %. Показано, что эффективность генетического алгоритма напрямую зависит от количества особей в поколении и количества итераций алгоритма. Ввод элитарной стратегии улучшил получаемые значения целевой функции более чем в 2 раза. Увеличение числа запусков МА при выборе элиты позволило повысить эффективность алгоритма приблизительно на 2 %.

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

136-147 50
Аннотация
Целью данной работы является разработка эффективного и надежного метода проектирования почвообрабатывающих машин для получения конструкции с требуемой надежностью и высоким уровнем безопасности. Разработана эффективная методология, контролирующая уровень надежности для различных ситуаций статистического распределения изученных случайных свойств почвы. Разработанный метод основан на концепции чувствительности конструкции, обеспечивающей способность определять влияние каждого случайного параметра. Особенность этого метода состоит в том, что он принимает в расчет неопределенные силы при обработке почвы. Силы почвообрабатывающей техники рассчитываются в соответствии с аналитической моделью McKyes и Али с некоторыми изменениями, включающими влияние как адгезии почвы и металла, так и скорости машины. Различные результаты показывают важность разработанного метода для повышения производительности почвообрабатывающих машин с учетом и случайной геометрии, и заданных параметров.
148-153 40
Аннотация
Целью работы является изучение изменения точности дозирования вибрационного дозатора с электромагнитным приводом при питании от промышленной электрической сети. Использованы ранее полученные авторами результаты зависимости производительности вибрационного дозатора от частоты, амплитуды и направления колебаний электромагнитного привода и свойств дозируемого материала. Эти зависимости были получены на экспериментальной установке со стабилизированными параметрами электропитания. Установлено, что питание вибрационного побудителя от промышленной электрической сети существенным образом (до 5%) влияет на отклонение производительности вибрационного дозатора от заданной, что может стать недопустимым при дозировании ингредиентов, требующих более высокой точности. Для устранения неконтролируемых отклонений производительности дозатора от случайных изменений напряжения и частоты необходимо использовать стабилизированный по напряжению и частоте источник питания электромагнита побудителя колебаний.
154-159 37
Аннотация
Целью данной работы является исследование перспективного способа повышения питательной ценности комбикормов путем совместного экструдирования зерновых смесей с измельченной растительной массой бобовых трав, отличающихся повышенным содержанием витаминов и белков. Задача исследования - экспериментальное определение рациональных параметров и режимов работы оборудования для процесса экструдирования. Использовались типовые методы исследования процесса экструдирования, при которых изменялись свойства сырья и режимы работы экструдера ЭК-75 (75 кг/ч): влажность экструдируемой смеси, массовая доля измельченной зелени в смеси и частота вращения шнека экструдера при различной величине подачи смеси. В качестве основного маркера процесса использовалось остаточное содержание β-каротина как достаточно ценного, но нестойкого компонента получаемого продукта. Ограничительными условиями являлись органолептические свойства продукта, влажность после остывания, наличие неразрушенного зернового материала. Энергоэффективность процесса оценивалась критериями удельных энергозатрат. В результате исследования процесса экструдирования определены его оптимальные характеристики: подача смеси - 60 кг/ч; температура смеси на выходе из матрицы - 120-125оС; содержание измельченной зеленой массы в смеси - 14-15 %; частота вращения шнека - 220-240 мин-1 при удельных энергозатратах 90-95 кВт∙ч/т.

БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

160-167 31
Аннотация
Целью данной работы является исследование вопросов определения концентрации пероксида водорода. Задача - оценка метрологических аспектов реакции разложения пероксида водорода. Наряду с традиционным перманганатометрическим (аналитическим) способом определения концентрации пероксида водорода рассмотрен достаточно новый метод - акустической эмиссии. Представлена новая методология решения поставленной задачи, разработанная авторами. В ходе исследования установлено, что реакция каталитического разложения пероксида водорода характеризуется ярко выраженным переходным процессом на начальном этапе. Далее суммарное число импульсов равномерно увеличивается, а затем концентрация пероксида водорода постепенно снижается. Предложенный метод мониторинга по параметрам акустической эмиссии демонстрирует высокую информативность и чувствительность. Установлено, что разброс экспериментальных значений, полученных двумя методами, идентичен - 5-6 % от измеренной величины.


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


ISSN 1992-5980 (Print)
ISSN 1992-6006 (Online)