Preview

Вестник Донского государственного технического университета

Расширенный поиск
Том 18, № 3 (2018)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)

МЕХАНИКА

258-264 150
Аннотация

Введение. При исследовании тензорных упругих полей перемещений, напряжений и деформаций в слоистых конструкциях из различных материалов, включая трансверсально-изотропные композиты, успешно применяется  эффективный  метод  скаляризации  тензорных  полей.  Данные  поля  могут  быть  выражены через  скалярные  потенциалы,  соответствующие  квазипродольным, квазипоперечным и чисто поперечным волнам. Такая скаляризация возможна, если рассматриваемые объекты являются  тензорами относительно подгруппы общих преобразований координат, когда локальный аффинный базис имеет один инвариантный вектор, который совпадает с осью материальной симметрии материала. При этом в известных работах рассматриваются конструкции, где этот вектор совпадает с  нормалью  к  границе  между  слоями.  Однако,  для практики представляют интерес и другие случаи взаимного расположения оси материальной симметрии материала и границы между слоями.

Целью   является   дальнейшее   развитие   применения метода скаляризации в граничных задачах динамич еской теории упругости на случаи произвольного расположения  оси  материальной  симметрии  по  отношению к границе между слоями.

Методы      исследования.      Предлагаемый      научно-методический аппарат разработан на основе использования обобщенного метода скаляризации динамических упругих полей перемещений, напряжений и деформаций в трансверсально-изотропных средах.

Результаты исследования. Получены новые расчетные соотношения для определения полей перемещений, напряжений и деформаций в трансверсально-изотропных средах  на  случаи  произвольного  расположения  осей материальной  симметрии  материалов  слоев  по  отношению к границам между слоями.

Обсуждение и заключения. Предлагаемый научно-методический аппарат успешно использован при определении напряженно-деформированного состояния в слоистых конструкциях, выполненных из трансверсально-изотропных материалов, и при анализе результатов диагностики состояния плоскослоистых и слоистых цилиндрических конструкций, находящихся в эксплуатации.

265-270 110
Аннотация

Введение. Актуальность исследования контактных задач для цилиндрических тел обусловлена необходимостью проведения инженерных расчетов на контактную прочность валов, стержней и трубопроводов. В настоящей работе изучается новая контактная задача статической теории упругости о взаимодействии жесткого бандажа с бесконечным двухслойным цилиндром, состоящим из внутреннего сплошного и внешнего полого цилиндров, между которыми выполняются условия гладкого контакта. Наружный цилиндрический бандаж посажен с натягом и имеет конечную длину. При помощи интегрального преобразования Фурье задача сводится к интегральному уравнению относительно неизвестного контактного давления.

Материалы и методы. Рассматриваются разные комбинации  линейно-упругих  материалов  составного  цилиндра. Исследуется  асимптотика  функции-символа  ядра  интегрального уравнения в нуле и бесконечности, играющая важную роль для использования аналитических методов решения. Для решения интегрального уравнения вводится основной безразмерный геометрический параметр и применяется сингулярный асимптотический метод.

Результаты исследования. В соответствии со свойствами функции-символа  предложена  специальная  легко  факторизуемая аппроксимация этой функции, пригодная в широком диапазоне изменения параметров задачи. При помощи  метода  Монте-Карло  рассчитаны  параметры  этой аппроксимации. Получены асимптотические формулы как для контактных давлений, так и для их интегральной характеристики. Расчеты сделаны для разных материалов и относительных толщин цилиндрического слоя, в том числе для тонкостенных слоев.

Обсуждение и заключения. Полученные асимптотические решения эффективны для относительно широких бандажей, когда размер области контакта превышает диаметр составного  цилиндра.  Важно,  что  используемый  метод остается применимым и для случаев, когда внешний цилиндрический слой можно рассматривать как цилиндрическую оболочку.  Асимптотические решения можно рекомендовать инженерам для анализа контактной прочности упругих деталей цилиндрической формы  с упругим покрытием из другого материала.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

271-279 127
Аннотация

Введение. Модель, основанная на оптимизации надёжности, (RBDO) уменьшает структурный вес в некритических регионах, обеспечивает не только улучшенную конструкцию, но и более высокий уровень уверенности в дизайне. Материалы и методы. Классический подход RBDO может быть выполнен в двух отдельных пространствах: физическом  пространстве  и  нормированном  пространстве. Поскольку в вышеупомянутых двух пространствах требуется  очень  много  повторных  исследований,  расчётное время для такой оптимизации является большой проблемой.  Эффективный  метод,  называемый  Optimum  Safety Factor  (OSF),  разработан  и  успешно  применяется  к  нескольким инженерным приложениям.

Результаты   исследования.   Численное   приложение   по крупномасштабной задаче при усталостной загрузке показывает эффективность разработанного метода RBDO относительно   детерминированной   оптимизации   дизайна (DDO). Эффективность метода OSF также распространяется   на   несколько   режимов   отказоустойчивости   для управления несколькими выходными параметрами, такими как структурный объем и атрибут повреждения. Обсуждение и заключения. Упрощенная стратегия внедрения структуры OSF состоит из единственной задачи по оптимизации оценки проектной точки и прямой оценки оптимального решения с учетом составов OSF. Он предоставляет  разработчикам  эффективные  решения,  которые должны быть экономичными, удовлетворяющими требуемому уровню надежности с сокращённым расчётным временем.

280-288 114
Аннотация

Введение. В работе показано, каким образом природа органической компоненты в систематическом ряду одноосновных карбоновых кислот влияет на трибологические характеристики пары трения «латунь — сталь» в водных растворах. Изучена зависимость физико-механических свойств антифрикционных пленок, формирующихся при трении, от природы смазочной композиции. Цели работы: изучить возможности использования карбоновых кислот как антифрикционных компонентов смазочного материала; оценить их влияние на механические свойства сервовитной пленки, формирующейся при трении латуни по стали.

Материалы и методы. Проведены трибологические исследования пары трения «латунь — сталь» на машине трения торцевого типа АЕ-5. Параметры шероховатости сервовитной пленки определялись с помощью оптической профилометрии. Микрогеометрия и структура объекта на наноуровне исследовались с помощью атомно-силовой микроскопии. Механические характеристики антифрикционной пленки изучали с помощью инструментального наноиндентирования.

Результаты исследования.  Изучены трибологические  характеристики трибосопряжения «латунь — сталь» и физико-механические   характеристики   сервовитной   пленки, формирующейся при трении в системе «латунь — водный раствор карбоновой кислоты — сталь». Установлено, что при увеличении длины углеводородного радикала коэффициент трения снижается. Обнаружены размерные эффекты в механических и трибологических свойствах сервовитной пленки,  формирующейся  на  поверхности  фрикционного взаимодействия в водных растворах карбоновых кислот.

Обсуждение и заключения. Результаты исследования показывают, что при фрикционном взаимодействии на поверхности трения в водных растворах карбоновых кислот формируется наноструктурная сервовитная пленка, резко снижающая коэффициент трения. Ее физико-механические и трибологические параметры зависят от состава модельной смазочной среды. Определено, что локальные физико-механические свойства зависят от способа получения сервовитного слоя, нагрузки и размера зоны деформирования. Полученные результаты могут быть использованы при разработке смазочных материалов.

289-299 116
Аннотация

Введение. Статья посвящена исследованию энергосиловых параметров совмещенного процесса «прокатка — равноканальное угловое прессование (РКУ)». Цель работы — определение возникающих усилий прокатки и прессования при деформировании совмещенным способом.

Материалы и методы. Был проведен прочностной расчет матрицы и эксперимент по деформированию образцов из алюминия марки AISI 6063. В ходе опытов значения усилий фиксировались с помощью тензометрической станции.

Результаты исследования. Результаты прочностного анализа позволяют утверждать, что данная конструкция матрицы пригодна для создания экспериментальной установки совмещенного процесса «прокатка — РКУ-прессование», поскольку рассчитанного запаса прочности вполне достаточно для реализации прессования на предельных  условиях. Усилия прокатки на  всех этапах деформирования превышают соответствующие усилия прессования, что является необходимым условием совмещенного процесса.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании экспериментальных установок, реализующих исследуемый совмещенный процесс. При этом тензометрический метод исследования прочностных характеристик пригоден и при использовании калиброванных валков.

300-305 89
Аннотация

Введение. Рассматриваются вопросы создания композиционных материалов с добавлением древесных опилок. Древесная  составляющая  композитов  обрабатывается  водой для усиления шероховатости поверхности. Это увеличивает площадь контакта, вследствие чего усиливается взаимодействие между опилками и волокнами полимера. Цель исследования — изучение возможности упрочнения композиционных материалов, полученных из опилок.

Материалы и методы. Образцы изготовлены из композитных материалов  на  основе  ненасыщенных  полиэфирных  смол, армированных древесной стружкой. Обработка водой проводилась при комнатной температуре в течение 2, 4, 6 и 8 дней. Затем образцы проходили испытания на изгиб и сжатие. Результаты исследования. В результате испытаний образцов зафиксированы изменения их механических свойств. Определено, каким образом сопротивления изгибу и прочности при сжатии зависят от времени обработки водой. Построены графики, отражающие указанные зависимости.

Обсуждение и заключения. После обработки водой композиты, армированные древесными опилками, демонстрируют более высокую стойкость при изгибе. Это объясняется усилением   шероховатости   поверхности   опилок   и,   как следствие, увеличением поверхности сцепления с композитной  основой.  Кроме  того,  обработка  водой  повышает стойкость образцов при сжатии. Особенно заметно упрочняются образцы, созданные на основе крупных опилок. Это объясняется  образованием углублений на поверхности древесных опилок, что также усиливает адгезию между ними и полимерной основой композита.

306-310 102
Аннотация

Введение. Статья посвящена изучению процесса электроакустического нанесения износостойких покрытий. Целью работы является получение математической модели влияния  ультразвука на  процессы  формирования  и развития электрической искры, происходящей в процессе электроакустического напыления.

Материалы и методы. В основе анализа влияния ультразвуковых колебаний на процессы, протекающие при формировании и развитии искрового разряда, рассмотрены уравнения непрерывности, движения и переноса энергии с учетом вклада ультразвукового поля. Учтены факторы, влияющие на теплопроводность и электропроводность сильно ионизованного газа.

Результаты исследования. При получении модели были сделаны предположения, что отвод тепла из канала осуществляется «прозрачным излучателем». Тогда для области канала было принято автомодельное решение: давление, температура и плотность постоянны по сечению, а скорость пропорциональна радиусу. Получена математическая модель, описывающая процессы, протекающие в искровом канале с учетом влияния энергии ультразвукового поля.

Обсуждение и заключения. На основании построенной модели установлено, что под действием ультразвука увеличивается  радиус  и  температура  искрового  канала,  а также создаются условия двукратной ионизации при высоких энергиях ультразвука.

311-317 71
Аннотация

Введение. Статья посвящена анализу причин повреждений и износа главного вала тостера сушилки. Рассмотрены специфика ремонтного производства и ограничения в выполнении  сварочных  работ,  которые  необходимо  учитывать при создании технологии, обеспечивающей восстановление эксплуатационных свойств конструкции.

Цель работы — создание технологии ремонта главного вала тостера без его разборки. Для реализации этой задачи была установлена расчетная ремонтная конструкция и выполнены послесварочные операции, обеспечивающие требования технической и нормативной документации к данной конструкции.

Материалы и методы. В программной среде «Компас 3D» разработаны модели: целого вала (конструкция вала в проектном состоянии); вала, поврежденного в результате длительной эксплуатации (более 15 лет); поврежденного вала с приваренной ремонтной конструкцией. Проведено численное моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) моделей.

Результаты исследования. Разработано программное обеспечение для численного моделирования НДС ремонтной конструкции. С помощью модели получена конструкция ремонтного вала, в которой максимальные напряжения не превышают напряжений вала в проектном состоянии. Для исключения влияния агрессивной среды на коррозионную усталостную прочность вала использован изоляционный способ. Для присоединения ремонтной конструкции к валу разработана технология выполнения швов, позволяющая ограничить биение 0,12 мм.

Обсуждение и заключения. Рассмотрены работающие при кручении валы, поврежденные в результате износа и коррозии на большую глубину. Для восстановления их конструктивной прочности целесообразно использовать комплекс перечисленных далее методов. Конструктивный (заключается в установке дополнительных деталей, компенсирующих недостаточную прочность, и обеспечивает уменьшение концентрации напряжений в наиболее нагруженных зонах). Технологический (уменьшает остаточные сварочные напряжения за счет рациональной последовательности деформирования,  способствующего  наведению  благоприятных остаточных напряжений сжатия). Изолирующий (основан на нанесении антикоррозионных покрытий).

Экономическая  целесообразность  разработанной  технологии ремонта несомненна. Ремонт вала без его разборки стоил 180 тысяч рублей, а цена нового вала — 3,8 млн рублей.

318-325 89
Аннотация

Введение. Исследованы вопросы функциональной унификации адаптивного модуля гидропривода. Впервые рассмотрены  принципы  самоадаптации  с  учетом внутренних адаптивных связей управления нагрузкой и согласованности движений на рабочем органе мобильных машин.

Цель     работы     —     создание     и     анализ     методики функциональной      унификации      адаптивного      модуля гидропривода. Для достижения поставленной цели решен ряд  задач.  Обоснован  выбор  технических  устройств  — унифицируемых     адаптивных     модулей     гидропривода мобильных  машин.  Предложены  методика  и  показатели функциональной     унификации     модуля.     Рассмотрены внутренние   связи:   прямая   положительная   и   обратная отрицательная.    Показано    их    влияние    на    свойство функциональной унификации адаптивного модуля.

Материалы и методы. Для синтеза и анализа показателей функциональной унификации адаптивного модуля принят метод подобия функционирования технических систем.

Результаты       исследования.       Разработана       методика проведения   конструктивно-функциональной   унификации модулей с самоадаптацией. Показаны возможные варианты модификации унифицируемых модулей и соответствующие им сочетания гидродвигателей, регулирующей аппаратуры и      математических      моделей      адаптивных      связей. Предложены критерии и  индикаторы подобия. Выполнен анализ       функциональной       унификации       внутренних адаптивных      связей      модуля      с      разными      типами гидродвигателей и элементов дросселирования жидкости в гидросистеме. Сформулированы рекомендации проведения функциональной      унификации      при      типизации      и эксплуатации (наладке) адаптивного модуля.

Обсуждение и заключения. Методика рекомендована для функциональной унификации гидравлического модуля с самоадаптацией. Она может использоваться при разработке типоразмеров  модуля  и  в процессе  его  эксплуатации  в качестве автономного привода или подсистемы гидропривода  многофункциональной  или комбинированной машины.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ

326-332 90
Аннотация

Введение.  Статья  посвящена  разработке  математической модели уровня подземных вод месторождения цементного сырья,  расположенного  в  задонско-елецком  водоносном горизонте,       являющимся       основным       источником хозяйственно-питьевого  водоснабжения  города  Липецка. Поэтому      на      стадии      разработки      месторождения необходимо проводить постоянный мониторинг и иметь возможность прогнозирования уровня подземных вод.

Цель     работы    —    идентификация    и    исследование динамической   окрестностной   модели   с   переменными иерархическими  окрестностями  уровня  подземных  вод, позволяющей  с  достаточной  точностью  прогнозировать значение уровня вод в обследуемых скважинах.

Материалы и методы. Приведено определение динамической окрестностной модели с переменными иерархическими окрестностями, отличающейся изменяющимися во времени двухуровневыми окрестностными связями между узлами первого и второго уровня.   В   каждый   следующий   дискретный   момент времени узлы окрестностной модели меняют свое состояние под воздействием текущих управлений и состояний узлов, входящих в их окрестности. В качестве частного случая рассмотрена модель с линейными функциями пересчета состояний. Параметрическая идентификация динамической окрестностной модели заключается в нахождении параметров системы для каждого узла второго уровня и основана на методе наименьших квадратов.

Результаты исследования. Разработана линейная динамическая окрестностная модель с переменными иерархическими окрестностями для прогнозирования уровня подземных вод месторождения цементного сырья, расположенного в задонско-елецком водоносном горизонте. Для параметрической идентификации и моделирования функционирования рассматриваемой динамической окрестностной       модели       разработано       программное обеспечение  на  языке  C++,  позволяющее  для  заданной структуры    находить    параметры    функций    пересчета состояний узлов, а также прогнозировать поведение модели в  процессе  функционирования.  Приведена  иерархическая структура  и  проведена  параметрическая  идентификация линейной   динамической   окрестностной   модели   уровня подземных    вод.    После    выполнения    параметрической идентификации      на      обучающей      выборке      данных математическая модель проверена на контрольной выборке.

Обсуждение     и     заключения.     Полученные     средние относительные     ошибки     идентификации     и     прогноза свидетельствуют об адекватности разработанной модели и позволяют рекомендовать ее для прогнозирования уровня подземных вод месторождения цементного сырья.

333-338 103
Аннотация

Введение. Качество производственных процессов во многом зависит от инфраструктуры управления — в частности, от эффективности информационной системы (ИС). Менеджмент компаний  уделяет все  большее внимание  обеспечению безопасности этой сферы, на ее поддержку регулярно направляются финансовые, материальные и другие ресурсы. В представленной работе рассмотрены вопросы построения комплекса защиты информационной системы предприятия.

Материалы  и  методы.  Охрана  ИС  предприятия  учитывает особенности объекта защиты и актуальные угрозы информационной безопасности. В рамках данного исследования принято, что ИС представляет собой комплекс информационных ресурсов. По результатам специального анализа определены категории угроз информационной безопасности предприятия: взлом; утечка; искажение; утрата; блокирование; злоупотребление. Выявлена связь данных угроз, компонентов ИС и элементов  комплекса  защиты.  Рассмотрены  требования  нормативно-правовых       актов       Российской       Федерации       и международных  стандартов,  регулирующих  данную  сферу. Показано, каким образом результаты данного анализа позволяют обосновать выбор элементов комплекса защиты ИС.

Результаты исследования. Сравнительный анализ регламентирующей литературы, относящейся к данному вопросу, позволил  выявить  следующее.  Разные  документы  предлагают разный набор элементов (подсистем) комплекса защиты ИС предприятия.  Разрабатывая  программу  защиты  ИС,  следует руководствоваться  Приказом  ФСТЭК  № 239  и  стандартом 800-82 Revision 2 Guide to ICS Security.

Обсуждение и  заключения. Результаты представленного  исследования являются основой для формирования программного комплекса интеллектуальной поддержки принятия решений при проектировании системы защиты информации на предприятии. В частности, можно разрабатывать гибкие комплексы, позволяющие расширять состав элементов (подсистем).

339-348 99
Аннотация

Введение. Полиномы нескольких переменных над полями Галуа лежат в основе теории кодов Рида-Маллера, а также используются в ряде криптографических задач. В работе изучаются свойства таких полиномов, заданных над произвольными полями Галуа нечетной мощности. Для полученных результатов предложены два практических приложения: схема разделения  данных и декодер  кодов Рида-Маллера.

Материалы и методы. С использованием линейной алгебры, теории полей Галуа и общей теории полиномов нескольких переменных получены результаты, связанные с дифференцированием и интегрированием полиномов нескольких переменных над полями Галуа нечетной мощности. Для векторов построен и изучен аналог оператора дифференцирования.

Результаты исследования. На основе полученных результатов о дифференцировании и интегрировании полиномов предложен новый декодер для кодов Рида-Маллера  второго  порядка  и  предложена  схема организации разделенной передачи конфиденциальных данных, т.е. такой системы связи, в которой исходные данные на стороне отправителя разделяются на несколько частей и, независимо друг от друга, передаются по различным каналам связи, а на стороне получателя из принятых частей восстанавливаются исходные данные. Особенностью предлагаемой схемы является то, что она позволяет защищать данные, как от нелегитимного доступа, так и от непреднамеренных ошибок, при этом в обоих  случаях  используется  один  и  тот  же математический   аппарат.   Разработанный   декодер   для кодов Рида-Маллера второго порядка, заданных над произвольным нечетным полем Галуа, может иметь некоторое ограничение по числу исправляемых ошибок, однако,   его   использование   целесообразно   для   ряда каналов связи.

Обсуждение и заключения. Предложенные практические приложения полученных результатов представляются полезными для организации надежных систем связи. В дальнейшем планируется исследование процесса восстановления исходного полинома по его производным, в случае их частичного искажения, и разработка соответствующих приложений.



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


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