Е.Б. Саганов¹, аспирант кафедры «Прочность авиационных и ракетно-космических конструкций»
E-mail: saganoff@yandex.ru
¹ Московский авиационный институт

В работе рассмотрена задача кручения тонкостенных трубок из сплава с памятью формы (СПФ) при различных температурных режимах. В частности, изучено поведение трубок из СПФ при таких изотермических процессах, как мартенситная неупругость и сверхупругость. Кроме этого, рассмотрена неизотермическая задача о прямом и обратном термоупругом мартенситном фазовом превращении при действии постоянного крутящего момента. Решение поставленных задач выполнено в рамках модели нелинейного деформирования СПФ при фазовых и структурных превращениях. Приведены кривые «безразмерные напряжения – полные деформации», соответствующие петлям сверхупругости и мартенситной неупругости. Получены графические зависимости «объемная доля мартенситной фазы – полные деформации» для различных величин крутящего момента, под действием которого происходит прямой/обратный переход.

Ключевые слова: сплавы с памятью формы, кручение, трубка, сверхупругость, мартенситная неупругость, прямое мартенситное превращение, обратное мартен­ситное превращение.

Список литературы

1. Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. – 216 с.
2. Материалы с эффектом памяти формы / С.П. Беляев, А.Е Волков., В.А. Ермолаев, З.П. Каменцева, С.Л. Кузьмин, В.А. Лихачев. Т. 4. – СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998. – 268 с.
3. Dolce M., Cardone D. Mechanical behavior of shape memory alloys for seismic applications. 1. Martensite and austenite NiTi bars subjected to torsion // International Journal of Mechanics Sciences. 2001. Vol. 43. No. 11. P. 2631–2656.
4. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. Сплавы с эффектом памяти формы. М.: Металлургия, 1990. – 218 с.
5. Wang Y.F., Yue Z.F., Wang J. Experimental and numerical study of the superelastic behavior on NiTi thin-walled tube under biaxial loading // Computational Materials Science. 2007. Vol. 40. No. 2. P. 246–254.
6. Thamburaja P., Anand L. Superelastic behavior on tension-torsion of an initially textured Ti-Ni shape-memory alloy // International Journal of Plasticity. 2002. Vol. 18. No. 11. P. 1607–1617.
7. Chapman C., Eshghinejad A., Elahinia M. Torsional behavior of NiTi wires and tubes: modeling and experimentation // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2011. Vol. 22. No. 11. P. 1239–1248.
8. Lim T.J., McDowell D.L. Cyclic thermomechanical behavior of a polycrystalline pseudoelastic shape memory alloy // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2000. Vol. 50. No. 3. P. 651–676.
9. Thamburaja P., Anand L. Polycrystalline shape-memory materials: effect of crystallographic texture // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2001. Vol. 49. No. 4. P. 709–737.
10. Tabesh M., Elahnia M., Pourazady M. Modeling NiTi superelastic shape memory antagonistic beams: a finite element analysis // Proceedings of the ASME 2009 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems SMASIS2009. Oxnard, CA, 2009. P. 557–566.
11. Constitutive model for the numerical analysis of phase transformation in polycrystalline shape memory alloys / D. Lagoudas, D. Hartl, Y. Chemisky, L. Machado, P. Popov // International Journal of Plasticity. 2012. Vol. 32-33. P. 155–183.
12. Мовчан А.А., Мовчан И.А., Сильченко Л.Г. Микромеханическая модель нелинейного деформирования сплавов с памятью формы при фазовых и структурных превращениях // Известия РАН. МТТ. 2010. № 3. С. 118–130.
13. Мовчан А.А., Мовчан И.А., Сильченко Л.Г. Влияние структурного превращения и нелинейности процесса деформирования на устойчивость стержня из сплава с памятью формы // Известия РАН. МТТ. 2010. № 6. С. 137–147.
14. Мовчан А.А., Сильченко Л.Г., Сильченко Т.Л. Учет явления мартенситной неупругости при обратном фазовом превращении в сплавах с памятью формы // Известия РАН. МТТ. 2011. № 2. С. 44–56.
15. Мишустин И.В., Мовчан А.А. Моделирование фазовых и структурных превращений в сплавах с памятью формы, происходящих под действием немонотонно меняющихся напряжений // Известия РАН. МTT. 2014. № 1. С. 37–53.
16. Мишустин И.В., Мовчан А.А. Аналог теории пластического течения для описания деформации мартенситной неупругости в сплавах с памятью формы // Известия РАН. МТТ. 2015. № 2. С. 78-95.
17. Саганов Е.Б. Решение задачи о прямом мартенситном переходе в стержне из сплава с памятью формы, находящемся под действием постоянного крутящего момента // Механика композиционных материалов и конструкций. 2014. Т. 20. № 3. С. 454–468.
18. Саганов Е.Б. Решение задачи об обратном мартенситном переходе в стержне из сплава с памятью формы, находящемся под действием постоянного крутящего момента // Механика композиционных материалов и конструкций. 2014. Т. 20. № 4. С. 663–674.
19. Саганов Е.Б. Анализ напряженно-деформированного состояния торсионного актуатора из сплава с памятью формы при рабочем ходе в условиях стесненного деформирования // Вестник МАИ. 2014. Т. 22. № 1. С. 109–116.
20. Lim J., McDowell D. Mechanical behavior of and Ni-Ti shape memory alloy under axial-torsional proportional and nonproportional loading // Journal of Engineering Materials and Technologies. 1999. Vol. 121. No. 1. P. 9–18.
21. Lexcellent C., Rejzner J. Modeling of the strain rate effect, creep and relaxation of a Ni-Ti shape memory alloy under tension (compression)-torsional proportional loading in the pseudoelastic range // Smart Materials and Structures. 2000. Vol. 9. No. 5. P. 613–621.
22. An experimental study of the superelastic effect in a shape-memory Nitinol alloy under biaxial loading / J. McNaney, V. Imbeni, Y. Jung, P. Papadopoulos, R. Ritchie // Mechanics of Materials. 2003. Vol. 35. No. 10. P. 969–986.
23. Sun Q., Li Z. Phase transformation in superelastic NiTi polycrystalline micro-tubes under tension and torsion-from localization to homogeneous deformation // International Jouranl of Solids and Structures. 2002. Vol. 39. No. 13-14. P. 3797–3809.
24. Lexcellent C., Rogueda C. Some experimental results on proportional and nonproportional tensile-torsional loading test on CuZnAL shape memory alloys and modeling // 5th International Conference on Biaxial/Multiaxial Fatigue and Fracture. Cracow, Poland, 1997. P. 641–656.
25. Adler Y., Pelton Z., Duering B. On the tensile and torsional properties of pseudoelastic NiTi // Scripta Metallurgica et Materialia. 1990. Vol. 24. No. 5. P. 943–947.
26. An experimental study of the superelastic behavior in NiTi shape memory alloys under biaxial proportional and non-proportional cyclic loadings / X. Wang, Y. Wang, Z. Lu, Z. Yue// Mechanics of Materials. 2010. Vol. 42. No. 3. P. 365–373.
27. Rogueda C., Lexcellent C., Bocher L. Experimental study of pseudoelastic behavior of a CuZnAl polycrystalline shape memory alloy under tension-torsion proportional and non-proportional tests // Archives of Mechanics. 1996. Vol. 48. No. 6. P. 1025–1047.
28. Саганов Е.Б. Решение дважды связанных задач кручения тонкостенных трубок из сплава с памятью формы в режиме сверхупругости // Механика композиционных материалов и конструкций. 2015. Т. 21. № 4. С. 548–562.
29. Мовчан А.А., Казарина С.А. Экспериментальное исследование явления потери устойчивости, вызванной термоупругими фазовыми превращениями под действием сжимающих напряжений // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002. № 6. С. 82–89.
30. Устойчивость стержней из никелида титана, нагружаемых в режиме мартенситной неупругости / А.А. Мовчан, Л.Г. Сильченко, С.А. Казарина, С.И. Жаворонок, Т.Л. Сильченко // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2012. № 3. С. 72–80.
31. Sil'chenko L.G., Movchan A.A., Sil'chenko O.L. Stability of cylindrical shell made from shape-memory alloys // International Applied Mechanics. 2014. Vol. 50. Issue 2. P. 171–178.
32. Wu D., Sun G., Wu J. The nonlinear relationship between transformation strain and applied stress for nitinol // Materials Letters. 2003. Vol. 57. No. 7. P. 1334–1338.
33. Биргер И.А. Остаточные напряжения. – М.: Машгиз., 1963. – 232 с.

Полный текст (PDF)

А.С. Степанов¹, магистрант кафедры «Теоретическая механика и мехатроника»
E-mail: steepanov@mail.ru
Е.С, Сбытова¹, к.ф.-м.н., старший преподаватель кафедры «Теоретическая механика и мехатроника»
E-mail: sbytovaes@ya.ru
В.В. Подалков¹, д.т.н., профессор кафедры «Теоретическая механика и мехатроника»
¹ Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Разработана математическая модель малых колебаний микромеханического гироскопа камертонного типа с резонатором в виде четырех упругих нерастяжимых стержней при плавном изменении частоты угловой вибрации основания. Для моделирования динамики чувствительного элемента получены линейные интегро-дифференциальные уравнения движения с использованием вариационного принципа Гамильтона – Остроградского. С помощью процедуры Бубного – Галеркина построены дифференциальные уравнения для обобщенных координат системы. Методом осреднения получена система линейных дифференциальных уравнений с учетом такого медленно изменяющегося параметра, как частота вибрации, и приведено точное решение для медленных переменных. Исследовано влияние медленно меняющейся частоты угловой вибрации на амплитуды колебаний. Показано, что плавное изменение во времени частоты угловой вибрации основания приводит к искажению амплитуд колебаний резонатора.

Ключевые слова: микромеханический гироскоп, вибрирующее основание, медленно меняющийся параметр.

Список литературы

1. Степанов А.С., Подалков В.В., Сбытова Е.С. Динамика микромеханического гироскопа с резонатором в виде упругих стержней на вибрирующем основании // Машиностроение и инженерное образование. 2015. № 2. С. 15–21.
2. Сбытова Е.С. Динамика микромеханического гироскопа с резонатором в виде упругих пластин: дис. … канд. физ.-мат. наук. – М., 2014. – 128 с.
3. Джашитов Э.В., Панкратов В.М. Суперминиатюрный микромеханический датчик инерциальной информации в условиях переменных и постоянных механических воздействий // Нано– и микросистемная техника. 2011. № 6(131). С. 39–43.
4. Журавлев В.Ф. Управляемый маятник Фуко как модель одного класса свободных гироскопов // Известия РАН. МТТ. 1997. № 6. С. 27–35.
5. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем.  – М.: Машиностроение, 1970. – 733 с.
6. Стретт Дж.В. (лорд Релей) Теория звука. Т. 1. – М.: ГИТТЛ, 1955. – 484 с.
7. Меркурьев И.В., Подалков В.В. Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. – 228 с.
8. Найфэ А.Х. Методы возмущений: пер. с англ. – М.: Мир, 1976. – 456 с.

Полный текст (PDF)

А.В. Хохлов¹, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории упругости и пластичности
E-mail: andrey-khokhlov@ya.ru
¹ Института механики МГУ имени М.В. Ломоносова

В статье аналитически изучены общие качественные свойства семейств теоретических кривых ползучести при произвольном ступенчатом нагружении, порождаемых линейным интегральным определяющим соотношением вязкоупругости с произвольной функцией ползучести: зависимость этих свойств от параметров программ нагружения и характеристик функции ползучести, асимптотика, условия затухания памяти, влияние перестановки ступеней нагружения. Доказаны некоммутативность и наличие свойства асимптотической коммутативности кривых ползучести при перестановке ступеней нагружения для произвольной (возрастающей выпуклой вверх) функции ползучести. Выявлена важная роль величины предела производной функции ползучести на бесконечности: его отличие от нуля (например, у моделей Максвелла и стандартного тела) влечёт накопление остаточной деформации и отсутствие затухания памяти при ползучести, и потому этот материальный параметр является одним из ключевых в классификации поведения линейных моделей. Выведена формула для остаточной деформации, доказана её инвариантность относительно перестановок ступеней нагружения. Свойства теоретических кривых ползучести сопоставлены с типичными свойствами экспериментальных кривых вязкоупругопластичных материалов. Выявлены реологические эффекты, которые (не) способно описывать линейное определяющее соотношение, и атрибутивные признаки кривых ползучести, которые могут служить экспериментальными индикаторами неприменимости линейной теории для описания поведения материалов.

Ключевые слова: вязкоупругопластичность; линейная наследственность; ползучесть; ступенчатое нагружение; асимптотика кривых ползучести; затухание памяти; перестановка ступеней нагружения; регулярные и сингулярные модели.

Список литературы

1. Одквист Ф. Технические теории ползучести // Сб. переводов «Механика». 1959. № 2. С. 101–111.
2. Наместников В.С., Работнов Ю.Н. О гипотезе уравнения состояния при ползучести // ПМТФ. 1961. Т. 2. № 2. С. 101–102. 
3. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. – М.: Наука, 1966. – 752 с.
4. Бугаков И.И. Ползучесть полимерных материалов. – М.: Наука, 1973. – 287 с.
5. Малинин Н.Н. Расчёты на ползучесть элементов машиностроительных конструкций. – М.: Машиностроение, 1981. – 221 с.
6. Betten J. Creep Mechanics. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. – 367 р.
7. Lakes R.S. Viscoelastic Materials. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2009. – 462 p.
8. Cho U.W., Findley W.N. Creep and plastic strains of 304 stainless steel at 593 °C under step stress changes, considering aging // Trans. ASME. J. Appl. Mech. 1982. Vol. 49. No. 2. Р. 297–304.
9. Hamouda B.H., Laiarinandrasana L., Piques R. Viscoplastic behavior of a medium density polyethylene (MDPE): constitutive equations based on double nonlinear deformation model // Int. J. Plasticity. 2007. Vol. 23. No. 8. Р. 1307–1327.
10. Хохлов А.В. Определяющее соотношение для реологических процессов: свойства теоретических кривых ползучести и моделирование затухания памяти // Известия РАН. МТТ. 2007. № 2. С. 147–166.
11. Хохлов А.В. Определяющее соотношение для реологических процессов c известной историей нагружения. Кривые ползучести и длительной прочности // Известия РАН. МТТ. 2008. № 2. С. 140–160.
12. Dandrea J., Lakes R.S. Creep and creep recovery of cast aluminum alloys // Mechanics of Time-Dependent Materials. 2009. Vol. 13. P. 303–315.
13. Khan F., Yeakle C. Experimental investigation and modeling of non-monotonic creep behavior in polymers // Int. J. Plasticity. 2011. Vol. 27. P. 512–521.
14. Drozdov A.D., Dusunceli N. Unusual mechanical response of carbon black-filled thermoplastic elastomers // Mechanics of Materials. 2014. Vol. 69. P. 116–131.
15. Taleb L., Cailletaud G. Cyclic accumulation of the inelastic strain in the 304L SS under stress control at room temperature: Ratcheting or creep? // International Journal of Plasticity. 2011. Vol. 27. No. 12. P. 1936–1958.
16. Хохлов А.В. Общие свойства семейств кривых ползучести при ступенчатом нагружении линейного определяющего соотношения вязкоупругости, условия моделирования эффекта Кольрауша и затухания памяти // Отчёт о НИР № 5254. НИИ механики МГУ. 2014. Гос. рег. № 01 20 1152141. – 83 с.
17. Работнов Ю.Н., Паперник Л.Х., Степанычев Е.И. Приложение нелинейной теории наследственности к описанию временных эффектов в полимерных материалах // Механика полимеров. 1971. № 1. С. 74–87.
18. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твёрдых тел. – М.: Наука, 1977. – 384 с.
19. Хохлов А.В. Общие свойства кривых ползучести и длительной прочности, порождаемых нелинейной теорией наследственности Ю.Н. Работнова // Отчёт о научно-исследовательской работе № 5288. НИИ механики МГУ. 2015. Гос. рег. № 01 20 1152141. – 74 с.
20. Ильюшин А.А., Победря Б.Е. Основы математической теории термовязкоупругости. – М.: Наука, 1970. – 280 с.
21. Кристенсен Р. Введение в теорию вязкоупругости. – М.: Мир, 1974. – 338 с.
22. Tschoegl N.W. The Phenomenological Theory of Linear Viscoelastic Behavior. Berlin: Springer, 1989. – 769 p.
23. Knauss W.G., Emri I., Lu H. Mechanics of Polymers: Viscoelasticity // Springer Handbook of Experimental Solid Mechanics, ed. by W.N. Sharpe. N.Y.: Springer, 2008. P. 49–96.
24. Георгиевский Д.В., Климов Д.М., Победря Б.Е. Особенности поведения вязкоупругих моделей // Известия РАН. МТТ. 2004. № 1. С. 119–157. 
25. Хохлов А.В. Кривые обратной ползучести в рамках линейной вязкоупругости и необходимые ограничения на функцию ползучести // Проблемы прочности и пластичности. 2013. Вып. 75. № 4. С. 257–267.
26. Хохлов А.В. Свойства произведения функции ползучести и функции релаксации в линейной вязкоупругости // Проблемы прочности и пластичности. 2014. Вып. 76. № 4. С. 343–356.
27. Хохлов А.В. Свойства кривых релаксации с начальной стадией деформирования и затухание памяти в линейной теории вязкоупругости // Материалы международ. науч. конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики». – Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 443–445.
28. Хохлов А.В. Общие свойства диаграмм деформирования линейных моделей вязкоупругости при постоянной скорости деформации // Проблемы прочности и пластичности. 2015. Вып. 77. № 1. С. 60–74.
29. Хохлов А.В. Характерные особенности семейств кривых деформирования линейных моделей вязкоупругости // Проблемы прочности и пластичности. 2015. Вып. 77. № 2. С. 139–154.
30. Хохлов А.В. Качественный анализ определяющих соотношений как базовая стадия их аттестации // Материалы международ. науч. конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики». Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 435–438.
31. Хохлов А.В. Свойства кривых релаксации c начальной стадией деформирования с постоянной скоростью, порождаемых линейным интегральным соотношением вязкоупругости, и методики его идентификации // Отчёт о НИР № 5305. НИИ механики МГУ им. Ломоносова, 2016. – 62 с.

Полный текст (PDF)

Л.Ш. Шустер¹, д.т.н., профессор кафедры «Основы конструирования механизмов и машин»
E-mail: okmim@ugatu.ac.ru
Р.Ф. Мамлеев¹, к.т.н., доцент кафедры «Машины и технология литейного производства»
E-mail: rafilmamleev@gmail.com
Р.Ф. Мамлеев², к.т.н., директор
E-mail: mircom@mail.ru
Р.Р. Камалетдинова¹, аспирантка кафедры «Основы конструирования механизмов и машин»
E-mail: regisha07.90@mail.ru
¹ ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»
² ООО «МАРОМА Технологии»

В работе установлены закономерности влияния состава керамико-металлических материалов, давления и температуры на характеристики адгезионного взаимодействия при трении. Показано, что улучшение триботехнических характеристик рассмотренных материалов может быть связано с уменьшением пластичности и с повышением энергии активации  вязкого течения материала, формирующегося на фрикционном контакте. Установлено, что применение в шаровых кранах керамико-металлических материалов на основе карбида титана ТiС-ЖС6У и ТiС-ВЖЛ14Л вместо литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе ЖС6У и ВЖЛ14Н может повысить несущую способность подвижного фрикционного контакта в 1,2-2 раза и уменьшить молекулярную составляющую коэффициента трения в 1,5-2 раза. При этом повышение температуры до 600 °С не приводит к значительному снижению несущей способности контакта.

Ключевые слова: керамико-металлические материалы, контактное давление, прочность на срез, коэффициент трения, коэффициент упрочнения.

Список литературы

1. Мамлеев Рустам Ф., Мамлеев Рафиль Ф., Науширванов Р.Г. Изделия из высокотемпературных керметов TiC-Ме для нефтепереработки и нефтехимии // Нефтепереработка и нефтехимия. 2010. № 4. C. 33–38.
2. Магалиф В.Я., Иткина Д.М., Корельштейн Л.Б. Монтажное проектирование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. – М.: Изд-во Инфра-Инженерия, 2010. – 344 с.
3. Мамлеев Р.Ф., Мамлеев Рус.Ф. Затворные узлы арматуры для тяжелых условий эксплуатации // Арматуростроение. 2014. № 6 (93). С. 47–52.
4. Шпаков О.Н. Диагностирование – важнейшее направление повышения конкурентоспособности приводов для арматуры // Арматуростроение. 2005. № 3(35). С. 50–52.
5. Черноштан В.И., Кузнецов В.А. Трубопроводная арматура ТЭС: справоч. пособие. – М.: Изд. МЭИ, 2001. – 368 с.
6. Ways of deteriorating the balls with structural gradient from the valves used in the oil extraction industry / I. Popescu, R.M. Negriu, S.G. Badea, C. Besleaga, M. Stefanescu // Structural Integrity and Life. 2013. Vol. 13. No 1. PP. 17–22.
7. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. – М.: Машиностроение, 1977. – 526 с.
8. Журков С.Н., Томашевский Э.Е. Временная зависимость прочности при различных режимах нагружения // Некоторые проблемы прочности твердого тела. Киев: Изд-во АН УССР, 1959. С. 68.
9. Френкель Я.И. На заре новой физики // Сборник избранных научно-популярных работ. – Л.: Наука, 1970. – 267 с.
10. Крагельский И.В., Любарский И.М., Гусляков А.А. Трение и износ в вакууме. – М.: Машиностроение, 1973. – 216 с.
11. Покрытия и смазка в высокотемпературных подвижных сопряжениях и металлообработке / Л.Ш. Шустер, Н.К. Криони, В.Ю. Шолом, М.Ш. Мигранов. – М.: Машиностроение, 2008. – 318 с.
12. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Т. 2. / под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. – М.: Машиностроение, 1979. – 358 с.
13. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. – М.: Наука, 1968. – 288 с.
14. Доценко А.Н., Буяновский И.А. Основы триботехники. – М.: Инфра-М, 2014. – 336 с.

Полный текст (PDF)

И.А. Зябрев¹, руководитель лаборатории лазерных аддитивных технологий
E-mail: scanrise@mail.ru
А.Н. Кравченков¹, к.т.н., проректор по инновационному развитию
E-mail: akravchenkov64@yandex.ru
В.В. Порошин¹, д.т.н., профессор, ректор
E-mail: vporoshin@mail.ru
А.Д. Шляпин², д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение»
E-mail: ashliapin@list.ru
¹ Автономная некоммерческая организация «Институт развития новых образовательных технологий»
² Университет машиностроения (МАМИ)

В настоящее время особенно активно проводятся работы по созданию технологического оборудования для аддитивных лазерных технологий. Рассмотрены предложения и возможности применения для аддитивных технологий технологических лазерных головок. Показаны преимущества обработки с использованием системы сканирования для газопорошковой лазерной наплавки, ее возможности и  модификации. Проведены эксперименты по изучению частоты сканирования лазерного луча и траектории сканирования на геометрические характеристики наплавленных слоёв. Эксперименты проводились с использованием углекислотного  и волоконного лазера. По результатам исследований предложен многофункциональный сканирующий блок, позволяющий значительно увеличить эффективность процесса газопорошковой лазерной наплавки и устройство дозирования порошка, разработанные специально для аддитивной лазерной технологии. Рассмотрены их преимущества  и возможность использования в составе лазерных обрабатывающих комплексов.

Ключевые слова: лазерная наплавка, аддитивная технология, сканатор лазерного излучения, дозатор порошковых материалов.

Список литературы

1. Кулиш А.М. Использование аддитивных технологий для получения деталей машиностроения // Молодежный научно-технический вестник. Электронный журнал. Эл. № ФС77-51038, МГТУ им. Н.Э. Баумана. № 5. 2015. URL: http://sntbul.bmstu.ru/issue/774080.html (дата обращения: 15.12.2015).
2. Артюшкин Н.В., Соколов В.Г. Технологические применения мощных лазеров // Обсуждение современных проблем в мире физики. URL: http://www.physics-online.ru/PaperLogos/6357/6357.pdf (дата обращения: 07.11.2015).
3. Скрипченко А. Технологические головки для волоконных лазеров // Ритм. 2010. № 2 (50). С. 22–27.
4. Богданов А.В. Особенности оценки технологических возможностей промышленных лазеров // Технология машиностроения. 2011. № 11. С. 34–36.
5. Разработка оптических головок технологических установок с мощными волоконными лазерами / А.Ф. Ширанков, П.А. Носов, А.Г. Григорьянц, Р.С.Третьяков // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Приборостроение. 2012. С. 53–66.
6. Ермолаева А.С., Иванов А.М., Василенко С.А. Лазерные технологии и процессы при изготовлении и ремонте деталей газотурбинного двигателя // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2013. № 35. С. 49–53.
7. Акустооптические лазерные проекционные системы отображения телевизионной информации / Ю.В. Гуляев, М.А. Казарян, Ю.М. Мокрушин, О.В.Шакин // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. № 4. С. 283–300.
8. Пат. 158543 Российская Федерация, МПК В23К26/00. Зябрев И.А.Устройство для газопрошковой лазерной наплавки:  заявл. 14.12.2015.
9. Шляпин А.Д., Порошин В.В., Зябрев И.А. Лазерная наплавка со сканированием излучения // Сб. науч. тр. Международ. Науч.-практич. конференция «Современные концепции научных исследований». Евразийский союз ученых. 2015. Ч. 2. № 6(15). С. 89–91.
10. Пат. 2227313 Российская Федерация, МПК В23К26/00. Медведев Л.С., Браилко Н.Н., Карапетян К.Р. Способ и устройство лазерного сканирования: заявл. 29.10.2004 г.
11. Пат. 152718 Российская Федерация, МПК В23К26/00. Зябрев И.А. Сканатор сопла газопорошковой струи: заявл. 16.12.2014.

Полный текст (PDF)

А.В. Александров¹, к.т.н., начальник 31 лаборатории
E-mail: krylov@krylov.spb.ru
О.Е. Литонов¹, д.т.н., главный научный сотрудник 31 лаборатории
Е.В. Соболева¹, инженер
E-mail: sobolewa.elena@gmail.com
¹ ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

В работе проведено исследование волновых нагрузок на одиночную цилиндрическую колонну с помощью программного комплекса ANSYS. Рассмотрено волновое воздействие на пространственную конструкцию, являющуюся прообразом самоподъемной плавучей буровой установки. Волновые нагрузки определены на основании уравнения Морисона. Скоростные и инерционные составляющие нагрузки от воздействия волн определены по волновой теории Стокса пятого порядка. В расчете взаимодействие опорных колонн конструкции с грунтом условно моделируется пружинами. Исследовано влияние курсового угла на пространственную конструкцию. Выполнен расчет собственных частот колебаний конструкции. Проведена верификация численных методов расчета.

Ключевые слова: самоподъемная плавучая буровая установка, уравнение Морисона, теория волн Стокса пятого порядка, метод конечных элементов.

Список литературы

1. Симаков Г.В., Смелов В.А., Шхинек К.Н. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе: учеб. Л.: Судостроение, 1989. – 328 с.
2. Самоподъемные плавучие буровые установки: история, современность, перспективы. Аналитический обзор. – СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2013 г. – 206 с.
3. Морские буровые установки. – URL: http://www.rig-s.ru/ (дата обращения: 27.12.2015).
4. Литонов О.Е. Решение принципиальных вопросов прочности, надежности и металлоемкости конструкций самоподъемных плавучих буровых установок: дисc. док. тех. наук. Л.: ЦНИИ им. Акад. А.Н. Крылова,  1983. – 453 с.
5. ANSYS Mechanical APDL Theory Reference. ANSYS Release 14.5 ANSYS Inc., 2012. – 1192 p.
6. Российский морской регистр судоходства. «Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», 2012. – 479 c.
7. Бреббиа К., Уокер C. Динамика морских сооружений. – Л.: Судостроение, 1983. – 230 с.
8. Доусон Т. Проектирование сооружений морского шельфа. – Л.: Судостроение, 1986. – 286 с.
9. Skjelbereia L., Hendrickson A. Fifth order gravity wave theory // Proc. VII Conference on Coastal Engineering. 1961. P. 184–196.

Полный текст (PDF)

И.А. Жуков¹, к.т.н., доцент, и.о. заведующего кафедрой «Теория и основы конструирования машин»
E-mail: tmmiok@yandex.ru
¹ Сибирский государственный индустриальный университет

В статье излагаются теоретические основы исследования продольных колебаний стержней переменной геометрической формы, происходящих в ударных системах технологического назначения. На основе анализа классических работ в областях теории удара, теории упругости, механики деформируемого твердого тела, уравнений математической физики приводятся исходные условия к решению задач анализа влияния форм бойков на форму ударного импульса. Приводится пример определения формы ударного импульса, генерируемого в волноводе бойком полукатеноидальной формы, аналитически и экспериментально. На основе анализа результатов исследований доказывается возможность изучения формирования упругих волн деформации в длинных стержнях постоянного поперечного сечения при ударе по ним бойками переменного поперечного сечения.

Ключевые слова: удар, колебания, импульс, деформация, боек, волновод.

Список литературы

1. Открытие 13 СССР / Е.В. Александров. – Приоритет от 30.10.1957, опубл. 19.03.1964, Бюл. № 7. – 1 с.
2. Шапошников И.Д. Исследование волновых ударных импульсов с целью повышения эффективности работы вращательно-ударных механизмов бурильных машин: автореф. дисс. … канд. тех. наук. – Фрунзе, 1969. – 20 с.
3. Мясников А.А. Обоснование рациональной конструкции механического генератора волн продольных колебаний машин ударного действия для разрушения горных пород: автореф. дисс. … канд. тех. наук. Фрунзе, 1982. – 20 с.
4. Тагаев Б.Т. Поиск путей увеличения эффективности ударного разрушения горных пород при бурении: автореф. дисс. … канд. тех. наук. Фрунзе, 1985. – 20 с.
5. Дворников Л.Т., Жуков И.А. Полукатеноид вращения как универсальный боек ударных систем технологического назначения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 4. С. 282–287.
6. Жуков И.А., Дворников Л.Т. Бойки ударных механизмов, имеющие аналитическое решение // Справочник. Инженерный журнал. 2008. Вып. 139. № 10. С. 17–20.
7. Жуков И.А., Дворников Л.Т. Анализ форм бойков ударных систем графоаналитическим методом // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2009. № 1. С. 15–19.
8. Дворников Л.Т., Жуков И.А. Рациональное проектирование ударных систем технологического назначения // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2012. № 2. С. 15–20.
9. Доронин С.В., Косолапов Д.В. Оценка конструктивных решений и расчетное обоснование рациональных параметров деталей машин ударного действия для разрушения горных пород // Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 10. С. 47–53.
10. Доронин С.В., Косолапов Д.В. Напряженно-деформированное состояние деталей машин импульсного действия // Тяжелое машиностроение. 2009. № 6. С. 25–27.
11. Доронин С.В., Косолапов Д.В. Сравнительный анализ альтернативных конструктивных решений при проектировании и модернизации деталей машин импульсного действия // Ремонт, восстановление, модернизация. 2012. Вып. 39. № 3. С. 30–37.
12. Еремьянц В.Э. Влияние формы ударного импульса на процесс взаимодействия инструмента с обрабатываемой средой. Фрунзе: Илим, 1981. – 60 с.
13. Еремьянц В.Э. Волновые процессы в волноводе ударной системы «боек – волновод –пластина» // Вестник Ульяновского государственного технического университета. 2011. Вып. 53. № 1. С. 35–38.
14. Еремьянц В.Э. К вопросу о рациональной форме бойков ударно-вращательных бурильных машин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2011. № 5. С. 74–82.
15. Манжосов В.К. Модели продольного удара. Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 160 с.
16. Манжосов В.К. Продольный удар. Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 358 с.
17. Мясников А.А. Импульс, генерируемый в полубесконечном стержне ударом бойка с образующей в виде гиперболического косинуса // Современные проблемы механики сплошной среды: Тр. междунар. науч. конф. – НАН КР.-Б., 2012. С. 394–398.
18. Мясников А.А. Уравнение продольных колебаний стержней на базе теоремы об изменении количества движения // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. 2013. Т. 13. № 4. С. 80–82.
19. Шапошников И.-И.Д. Некоторые задачи продольного соударения стержней // Машиностроение. 2010. № 20. С. 84–90.
20. Шапошников И.-И.Д. Бурение продольным ударом. Влияние формы штанги // Отраслевые аспекты технических наук. 2011. № 3. С. 6–12.
21. Исследования ударной системой «поршень-боек-инструмент» для расширения области использования процесса дребезга / Д.А. Юнгмейстер, Ю.В. Судьенков, В.А. Пивнев и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 8. С. 288–294.
22. Экспериментальные исследования ударных систем «поршень-боек-штанга» / Д.А. Юнгмейстер, А.Я. Бурак, Г.В. Соколова и др. // Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы III международного научного симпозиума. – Орел: ОрелГТУ, 2006. С. 72–75.
23. Кольский Г. Волны напряжения в твердых телах. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1955. – 192 с.
24. Кильчевский Н.А. Динамическое контактное сжатие твердых тел. Удар. – Киев: Наукова думка, 1976. – 320 с.
25. Clebsch A. Théorie de l`élasticité des corps solides / traduite par A. de Saint-Venant. Paris: Dunod, 1883. – 980 p.
26. Boussinesque J. Applications des potentiels à l’étude de l’équilibre et du mouvement des solides élastiques. Paris: Gauthier-Villars, 1885. – 722 p.
27. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. – М.-Л.: Физматгиз, 1959. – 439 с.
28. Ляв А. Математическая теория упругости. – М.-Л.: ОНТИ НКТП СССР, 1935. – 674 с.
29. Кошляков Н.С. Основные дифференциальные уравнения математической физики: изд. 4-е, испр. и доп. М.-Л.: ОНТИ НКТП СССР, 1936. – 505 с.
30. Геронимус Я.Л. Теоретическая механика (очерки об основных положениях). М.: Наука, 1973. – 512 с.
31. Алимов О.Д., Дворников Л.Т. Бурильные машины. М.: Машиностроение, 1976. – 295 с.
32. Алимов О.Д., Манжосов В.К., Еремъянц В.Э. Удар. Распространение волн деформаций в ударных системах. – М.: Наука, 1985. – 360 с.
33. Гладилов Ю.С. Продольный удар ступенчатого стержня о жесткую плиту // Труды Фрунзенского политехнического института. Фрунзе, 1965. Вып. 18. С. 91–103.
34. Гладилов Ю.С. Исследование продольного удара штока штамповочного молота: автореф. дисс. … канд. тех. наук. Фрунзе, 1968. – 28 с.
35. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. – М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1962. – 456 с.
36. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. Т. 1. Элементарная теория и задачи. – М.: Наука, 1965. – 364 с.
37. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара: изд. 3-е., доп. и переработ. – Л.: Машиностроение, 1976. – 320 с.
38. Жуков И.А., Дворников Л.Т. Модификация дифференциальных уравнений волновой теории продольного соударения стержней // Известия Томского политехнического университета. 2008. Т. 313. № 2. С. 5–9.
39. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. – М.: АСТ: Астрель, 2005. – 991 с.
40. Zhukov I.A., Dvornikov L.T. New Constructive Solutions of Anvil-blocks of Percussion Mining Machines. North Charleston: CreateSpace, 2015. – 130 р.

Полный текст (PDF)

А.В. Пассар¹, к.т.н., ст. науч. сотрудник лаборатории «Численные методы математической физики»
E-mail: passar_av@mail.ru
¹ Вычислительный центр ДВО РАН (г. Хабаровск)

В работе рассмотрены проблемы выбора степени радиальности радиально-осевой турбины комбинированного двигателя. Проведены расчетные исследования по влиянию степени радиальности на характеристики радиально-осевой турбины. По результатам расчета осесимметричного течения в рабочих колесах приведены распределения меридианных скоростей в зависимости от относительной длины нормали и распределение относительной скорости вдоль линий меридианного обвода рабочих колес. На основе этих распределений определена зона обратных токов. Представлены результаты расчета поверхностей тока. Расчет структуры потока по модели Я.А. Сироткина показал, что с уменьшением степени радиальности, несмотря на высокий КПД, определенный по модели расчета турбины по среднему радиусу, возрастает зона обратных токов. Представлены экспериментальное и расчетное распределения абсолютных скоростей и углов выхода потока из рабочего колеса турбины. Сравнение результатов расчета осесимметричного течения по методу Я.А. Сироткина с результатами эксперимента показывает, что имеется незначительное расхождение экспериментальных и расчетных значений абсолютных скоростей и углов выхода потока.

Ключевые слова: степень радиальности, радиально-осевая турбина, коэффициент напора, проточная часть, характеристики турбины, степень реактивности, линия тока.

Список литературы

1. Балтер А.Е. К.п.д центростремительной турбины // Труды НАМИ. 1964. № 63. С. 45–50.
2. Лашко В.А., Пассар А.В. Оценка влияния степени радиальности на эффективность проточной части турбины комбинированного двигателя // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2011. № 3(22). С. 85–94.
3. Лашко В.А., Пассар А.В. Оптимизация проточной части турбины комбинированного двигателя с использованием метода неопределенных множителей Лагранжа // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2012. № 3(180). С. 28–32.
4. Пассар А.В. Разработка метода проектирования проточных частей радиально-осевой турбины комбинированного двигателя внутреннего сгорания: дисс. … канд. техн. наук. Хабаровск, 2009. – 223 с.
5. Михненков Л.В., Динеев Ю.Н., Коваленко Б.Ф. Экспериментальные исследования влияния степени радиальности рабочего колеса радиально-осевой турбины на её эффективность // Труды НАМИ. 1971. № 127. С. 47–50.
6. Шерстюк А.Н., Зарянкин А.Е. Радиально-осевые турбины малой мощности. – М.: Машиностроение, 1976. – 208 с.
7. Пассар А.В., Тимошенко Д.В., Каминский А.И. Влияние степени радиальности на эффективность радиально-осевой турбины турбокомпрессора // Stredoevropsky Vestnik pro Vedu a Vyzkum. 2015. Vol. 75. S. 114.
8. Чумаков Ю.А. Теория и расчет транспортных газотурбинных двигателей. – М.: ИНФРА-М; Форум, 2012. – 448 с.
9. Пассар А.В., Лашко В.А. Аналитический обзор методов расчета турбины на среднем радиусе // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2013. № S9. С. 2–12.
10. Пассар А.В., Лашко В.А. Проектирование проточных частей радиально-осевой турбины работающей в условиях нестационарного потока. – Владивосток: Дальнаука, 2013. – 289 с.
11. Лашко В.А., Пассар А.В. Расчет потерь кинетической энергии в проточной части турбины как одна из проблем реализации комплексного подхода // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2011. № 1(20). С. 79–90.
12. Сироткин Я.А. Расчет осесимметричного вихревого течения невязкой сжимаемой жидкости в радиальных турбомашинах // Изв. АН СССР, ОТН, Механика и машиностроение. 1963. № 3. С. 16–28.
13. Пассар А.В., Лашко В.А. Аналитический обзор пространственных методов расчета турбины // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2013. № S9. C. 13–24.
14. Лашко В.А., Пассар А.В. Модель Я.А. Сироткина как инструментарий для анализа геометрических параметров радиально-осевой турбины комбинированного двигателя // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2008. № 2. С. 43–62.
15. Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н. MATLAB 7. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 1004 с.
16. Лашко В.А. Использование фундаментальной теории управления в практике проектирования проточных частей комбинированных двигателей внутреннего сгорания. – Владивосток: Дальнаука, 2009. – 445 с.
17. Макаров Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad. – СПб.: Питер, 2003. – 448 с.
18. Патанкар С.В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах. – М.: Издательство МЭИ, 2003. – 312 с.

Полный текст (PDF)

А.М. Покровский¹, д.т.н., профессор, заместитель заведующего кафедрой «Прикладная механика» по научной работе
E-mail: pokrovsky@bmstu.ru
А.В. Рыжиков¹, аспирант четвертого года обучения кафедры «Прикладная механика»
E-mail:  t7454@yandex.ru
¹ МГТУ им. Н.Э. Баумана

В настоящей работе создана математическая модель, способная описать температурные поля и распределение фазового и структурного состава в биметаллическом валке в течение всего процесса наплавки. В основу решения нелинейной нестационарной задачи теплопроводности положен метод конечных элементов. Для описания теплообмена использованы граничные условия третьего рода. Моделирование превращения аустенита в перлит в изотермических условиях проведено на основе уравнения Авраами. Переход от изотермической кинетики распада аустенита к неизотермическим условиям осуществлен согласно теории изокинетических реакций с использованием правила аддитивности. Представлены результаты расчета температур и структур в биметаллическом рабочем валке холодной прокатки для различных моментов процесса наплавки. Разработанные программные средства могут быть полезны при численном определении напряженно-деформированного состояния валка в процессе наплавки.

Ключевые слова: биметаллические прокатные валки, наплавка, нелинейная нестационарная задача теплопроводности, метод конечных элементов, кинетика фазовых и структурных превращений.

Список литературы

1. Исследование возможности создания композитных валков с наплавкой из стали 30Н12М6К10Б с карбидно-интерметаллидным упрочнением /  В.Г. Лешковцев, А.М. Покровский, А.И Плохих., О.М. Ховова// Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 3. С. 38–42.
2. Покровский А.М., Рыжиков А.В. Численное моделирование температурно-структурного состояния биметаллического прокатного валка в процессе  его  наплавки  //  Известия  вузов. Машиностроение.  2015.  № 2. С. 22–28.
3. Медведев А.Ю. Расчет температурных полей при сварке и наплавке. – Уфа: Изд-во УГАТУ, 2009. – 147 с.
4. Бровман М.Я. Особенности расчета температурных полей при сварке и термической резке // Сварочное производство. 2001. № 7. С. 10–15.
5. Махненко В.И. Перспективы развития математического моделирования и информационных технологий в сварке и родственных процессах// Труды международной конференции: Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах / под ред. В.И. Махненко. Киев, Изд-во ИЭС им. Е.О. Патона, 2002. С. 3–14.
6. Расчет температурно-структурных полей при многопроходной сварке и ремонте сварного шва № 111 НДС коллектора ПГВ 1000 / А.С. Киселев, И.А. Киселев, Е.В. Крутько, О.Д. Лоскутов, А.А. Тутнов // Сборник трудов 7-й Российской конференции «Методы и программное обеспечение расчетов на прочность». Геленджик, 2012. С. 12–17.
7. Куркин А.С., Куркин А.Б., Макаров Э.Л. Методика решения нелинейных задач нестационарной теплопроводности с учетом фазовых превращений // Сварка и диагностика. 2013. № 5. С. 18–26.
8. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа / О.А. Банных, П.Б. Будберг, С.П. Алисова и др. – М.: Металлургия, 1986. – 440 с.
9. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассобмен: учеб. пособие для вузов. – М.: Издат. дом МЭИ, 2006. – 550 с.
10. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Fox D.D. The finite element method for solid and structural mechanics: 7-th ed. N.Y.: Elsevier, 2014. – 657 p.
11. Вафин Р.К., Покровский А.М., Лешковцев В.Г. Прочность термообрабатываемых прокатных валков. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 264 с.
12. Christian J.W. The Theory of Transformations in Metals and Alloys. P. I, II:  3-rd ed. Pergamon, 2002. – 1200 p.
13. Покровский А.М., Третьяков Д.Н. Численное моделирование температурно-структурного состояния железнодорожного рельса при его закалке // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2015. № 07. http://technomag.bmstu.ru/doc/786138.html. DOI: 10.7463/0715.0786138.
14. Деммель Д. Вычислительная линейная алгебра: теория и приложения. – М.: Мир, 2001. – 429 с.
15. Математическое моделирование температурно-структурного состояния при закалке композитных прокатных валков / А.М. Покровский, В.Г. Лешковцев, А.М. Вейнов и др.// Сталь. 2006. № 2. С. 63–65.
16. Гуляев, А.П., Гуляев, А.А. Металловедение: учеб. для вузов; 7-е изд., перераб. и доп. – М.: ИД Альянс, 2011. – 644 с.
17. Покровский А.М. Расчет остаточных напряжений в биметаллических опорных прокатных валках после термической обработки // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». Современные проблемы прикладной механики, динамики и прочности машин. 2012. № 6. С. 186–196.
18. Покровский А.М. Исследование пластичности стали с карбидно-интерметаллидным упрочнением // Известия вузов. Машиностроение. 2011. № 10. С. 14-17.
19. Покровский А.М. Исследование ползучести стали с карбидно-интерметаллидным упрочнением // Известия вузов. Машиностроение. 2011. № 11. С. 51–55.
20. Покровский А.М. Оценка ресурса прокатных валков с учетом остаточных  напряжений от термической обработки // Производство  проката. 2005. № 9. С. 26–31. 
21. Лешковцев В.Г., Покровский А.М Расчет закалочных напряжений в стальных деталях с учетом упруговязкопластических свойств и изменения фазового состава // Известия АН. Механика твердого тела. 1999. № 2. С. 101–107.
22. Лешковцев В.Г., Покровский А.М. Алгоритм решения задач термо–упруго-вязко-пластичности на основе МКЭ с учетом структурных превращений // Известия вузов. Машиностроение. 1988. № 5. С. 12–16.

Полный текст (PDF)