Владимир Михайлович Агафонов¹, aспирант кафедры сопротивления материалов и строительной механики, e-mail: mr_Agafo@mail.ru

 Анатолий Александрович Пыхалов², д. т. н., профессор, профессор кафедры физики, механики и приборостроения, e-mail: pikhalov_aa@irgups.ru

 Евгений Сергеевич Долгих¹, к. т. н., доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, e-mail: dolgih.es@istu.edu

 

¹  Иркутский национальный исследовательский технический университет

²  Иркутский государственный университет путей сообщения

В статье приведены результаты исследований динамического поведения сборного однопролетного трубопровода с ниппельным соединением под воздействием внешнего кинематического возбуждения. Рассмотрены два варианта сборного соединения: с соединением по наружному конусу и соединением по внутреннему конусу. Результаты получены решением контактной задачи механики твердого деформируемого тела с применением метода конечных элементов. Для рассматриваемых моделей трубопровода построены амплитудно-частотные характеристики и проведен их сравнительный анализ. Исследования показали, что низшая резонансная частота пролета трубопровода одного типоразмера с двумя вариантами соединения имеет близкие значения. В статье также рассмотрена способность ниппельного соединения сохранять герметичность при динамическом воздействии. Проведенное исследование позволило прийти к выводу: при приближении колебаний трубопровода к резонансной области в соединении по наружному конусу происходит сильное изменение распределения контактного давления, которое может привести к нарушению герметизации соединения, в то время как для соединения по внутреннему конусу такого эффекта не наблюдается.

Ключевые слова: гидравлическая система, летательный аппарат, динамика трубопроводов, соединение по наружному конусу, соединение по внутреннему конусу, метод конечных элементов, контактная задача теории упругости, частотный отклик, конечно-элементная модель

Список литературы

1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник/ Т. М. Башта [и др.]: 2-е изд., перераб.  М.: Альянс, 2013. – 423 с.
2. Сапожников В.М., Лагосюк Г.С. Прочность и испытания трубопроводов гидросистем самолетов и вертолетов: монография.  М.: Машиностроение, 1973. – 248 с.
3. Башта Т.М. Расчёты и конструкции самолётных гидравлических устройств: изд. 3-е, перераб. и доп.  М.: Оборонгиз, 1961. — 475 с.
4. Комаров А.А., Сапожников В.М. Трубопроводы и соединения гидросистем.  М.: Машиностроение, 1967. – 234 с.
5. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры: Расчет трубопроводной арматуры: изд. 5-е.  М.: ЛКИ, 2008. – 480 с.
6. Тимошенко С.П., Янг Д.Х. Колебания в инженерном деле.  М.: Наука, 1967. – 244 с.
7. Безбородов С.А., Уланов А.М. Методика расчета колебаний трубопровода с демпфирующими опорами из материала МР // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета).  2014.  № 1(43).  С. 91–97.
8. Миронова Т.Б. Конечноэлементная математическая модель динамики криволинейного трубопровода с пульсирующим потоком рабочей жидкости // Известия Самарского научного центра РАН.  2009.  Т. 11.  № 5.  С. 131–137.
9. Швецов А.В. Моделирование динамики трубопроводов авиационного двигателя // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета).  2012.  № 5-2(36).  С. 219–223.

10.  Блинов А.В., Максимов П.В. Разработка и верификация нестационарной конечно-элементной модели для исследования волновых процессов в трубопроводе [электронный документ] // Современные проблемы науки и образования.  2015.  № 1-1. – URL: www.science-education.ru/ru/article/view?id=17097 (дата обращения: 10.06.2016).

11.  Zhang K., Li Y., Han B., Wang Zh. Numerical simulation on spanning pipeline’s vibration characteristics and safety in flood // International Conference on Pipelines and Trenchless Technology.  2013. P. 986–996.

12.  Агафонов В.М., Пыхалов А.А. Исследование ниппельного соединения трубопровода летательного аппарата под воздействием динамического нагружения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета).  2015.  Т. 14.  № 2.  С. 20–28.

13.  Пыхалов А.А. Контактная задача статического и динамического анализа сборных роторов турбомашин: дисc. … д. т. н.  Москва, 2006. – 428 с.

14.  NX Nastran Advanced Nonlinear Theory and Modeling Guide.  Siemens PLM Software Publ., 2014. – 488 p.

Полный текст (PDF)

Виктор Васильевич Овчинников¹, д. т. н., академик Международной академии информатизации, профессор кафедры материаловедения, e-mail: vikov1956@mail.ru

 Александр Михайлович Дриц², к.т.н., директор по развитию бизнеса, e-mail: Alexander Drits@gmail.com

 Руслан Николаевич Растопчин³, главный технолог, e-mail: Ruslan15@mail.ru

  Марина Алексеевна Гуреева⁴, к.т.н., академик международной академии информатизации, доцент, технический директор, e-mail: mag1706@mail.ru

 ¹ Московский политехнический университет

² ЗАО «Алкоа-СМЗ»

³ АО «Машиностроительный завод «БЕЦЕМА»

⁴ ООО «НПФ «Луч»

В статье представлен анализ современного состояния и тенденций развития плазменной сварки алюминиевых сплавов. Отмечено, что основным направлением разработки технологии плазменной сварки как плавящимся, так и неплавящимся электродом, является создание комбинированных плазменных технологий с использованием нескольких источников питания, подсоединенных к плазмотрону. При сварке неплавящимся электродом в этом отношении наибольший интерес представляет схема сварки закрытой сжатой дугой с полым анодом, осуществляемая от двух источников постоянного тока. Дополнительные резервы повышения глубины проплавления деталей и качества получаемых швов заключаются в программируемой импульсной попеременной подаче двух разных плазмообразующих газов – аргона и гелия. В варианте сварки алюминиевых сплавов плавящимся электродом существенно увеличивается доля основного металла в формировании шва, что следует учитывать при разработке составов присадочных проволок для сварки алюминиевых сплавов. Использование комбинированных плазменных технологий позволяет повысить производительность процессов сварки алюминиевых сплавов и качество выпускаемой продукции в несколько раз.

Ключевые слова: плазменная дуга, сварка плавящимся электродом, сварка неплавящимся электродом, комбинированная технология, алюминиевый сплав, механические свойства

Список литературы

1. Щицын Ю.Д., Тыткин Ю.М. Плазменная сварка плавящимся электродом алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 1986. № 5. С. 1–2.

2. Грушко О.Е., Овсянников В.В., Овчинников В.В. Алюминиево-литиевые сплавы: металлургия, сварка, металловедение. М.: Наука, 2014. – 298 с.

3. Дедюх Р.И. Особенности процесса плаз-
менной сварки плавящимся электродом (обзор) // Сварочное производство. 2014. № 5. С. 34–39.

4. Bohme D., Cramer H. Plasma welding – current status // Institutului in Sudura si Incercari De Materiale – Bid Isim. 2013. No. 2. P. 8–14.

5. Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная наплавка (обзор) // Сварочное производство. 2007. № 2. С. 32–40.

6. Гвоздецкий B.C., Макаренко Н.А. Плазменная сварка (обзор) // Автоматическая сварка. 2000. № 12. С. 26–30.

7. Development of a system for plasma welding with consumable electrode of aluminum / Kohei Ono, Zhongjie Era et al. // Journal
of Light Metal Welding and Construction. 2008. Vol. 46. No. 11. P. 1–5.

8. Toshlyuki Hasegwa. Development of new methods for plasma welding // Journal of Light Metal Welding and Construction. 2010. Vol. 48. No. 4. P. 1–4.

9. Сварка закрытой сжатой дугой / Б.А. Матюшкин, В.И. Денисов, А.А. Толкачев, Д.В. Ча­в-
даров и др. // Сварочное производство. 2016. № 6. С. 13–16.

10. Патон Б.Е. Проблемы сварки на рубеже веков // Автоматическая сварка. 1999. № 1.
С. 4–14.

11. Щицын Ю.Д., Тыткин Ю.М. Особенности плазменной сварки плавящимся электродом // Материалы Всесоюзной НТК «Экономия материальных и трудовых ресурсов в сварочном производстве». Челябинск. 1986.
С. 138–139.

12. Овчинников В.В., Редчиц В.В., Редчиц А.В. Повышение проплавляющей способности плазменной дуги при сварке алюминиевых сплавов // Новые материалы и технологии. М.: МАТИ, 1997. – 160 с.

13. Патент РФ № 2292256. Способ плазменной сварки / Овчинников В.В., Алексеев В.В.
Опубл. 25.01.2007, бюл. 46.

14. Овчинников В.В., Редчиц В.В., Редчиц А.В. Повышение энергетической эффективности плазменной сварки // Сварочное производство. 2004. № 8. С. 21–23.

15. Татаринов Е.А., Киселев Г.С. К расчету вольт-амперной характеристики плазменной сварки при импульсной подаче аргона и гелия //
Сварка и диагностика. 2009. № 5. С. 11–15.

16. Винокуров В.А., Куркин С.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности. М.: Машиностроение, 1996. – 576 с.

17. Овчинников В.В., Дриц А.М., Растопчин Р.Н. Особенности сварки листов алюминиевого сплава 1565чМ при производстве цистерн бензовозов // Машиностроение и инженерное образование. 2013. № 4. С. 24–36.

18. Овчинников В.В., Игнатьев Ю.Е., Рязанцев В.И. Импульсная и пульсирующая сварка алюминиевых сплавов // Машиностроение и инженерное образование. 2007. № 3. С. 12–28.

Полный текст (PDF)

Кирилл Александрович Колесник, инженер¹, студент 6 курса², e-mail: kirill3754@gmail.com

 

 ¹ Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)

² Московского физико-технического института МФТИ

В настоящей работе изложены методы определения коэффициентов диффузии и равновесной концентрации влаги в полимерных композиционных материалах (ПКМ). Рассмотрены поправочные коэффициенты, применяемые для учета диффузии влаги через торцевые грани при определении диффузионных коэффициентов с использованием одномерного уравнения Фика. Представлено аналитическое решение для трехмерного уравнения Фика. Методы, базирующиеся на одномерном и трехмерном уравнениях Фика, были использованы для определения диффузионных параметров образцов из ПКМ. При расчетах было принято во внимание пространственное распределение волокон. Анализ показал неэффективность применения представленных поправочных коэффициентов. С другой стороны, использование трехмерного уравнения Фика позволяет определять коэффициент диффузии и предельную влагоемкость даже на начальном этапе экспозиции образцов, что свидетельствует о фиковском характере диффузии влаги.

Ключевые слова: влагопоглощение, определение диффузионных параметров, закон Фика

Список литературы

1. Замула Г.Н., Трунин Ю.П. Некоторые проблемы прочности и весового совершенства конструкций из композиционных материалов // Труды ЦАГИ. 2007. С. 31–45.

2. Кутьинов В.Ф., Шевалдин В.Н. Методика ускоренного экспериментального определения коэффициента диффузии и равновесной концентрации влаги композиционных материалов // Ученые записки ЦАГИ. 2001. Выпуск № 1–2. Т. XXXII. С. 141-150.

3. Shen C.H., Springer G.S. Moisture absorption and desorption of composite materials // J. Comp. Mat. 1976. Vol. 10. P. 2–10.

4. Starink M.J., Starink L.M.P., Chambers A.R. 
Moisture uptake in monolithic and composite materials: edge correction for rec­tan­guloid samples // J. Mater. Sci. 2002. Vol. 37. P. 287–294.

5. Crank J. The mathematics of diffusion. Oxford, UK: Univ. press, 1975. – 414 p.

6. Arnold J.C., Alston S.M., Korkees F. An assessment of methods to determine the directional moisture diffusion coefficients of composite materials // Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. 2013. Vol. 55. P. 120–128.

7. Hydroscopic aspects of epoxy/carbon fiber composite laminates in aircraft environments / HS Choi, KJ Ahn, JD Nam, HJ Chun // Composites. Part A: Applied Science and Manu­facturing. 2001. Vol. 32. Issue 5. P. 709–720.

Полный текст (PDF)

Сергей Григорьевич Пономарев¹, к. ф.-м. н., ведущий научный сотрудник лаборатории материаловедения, e-mail: s.ponomarev@mami.ru

 

 Виктор Викторович Рыбальченко¹, директор центра коллективного пользования «Наукоемкие технологии в машиностроении», e-mail:v.rybalchenko@mami.ru

 

Александр Александрович Васин¹, к. т. н., заведующий лабораторией материаловедения, e-mail: a.vasin@mami.ru

 

Ольга Александровна Гордеева¹, проректор по административной и правовой работе, e-mail: gordeeva@mami.ru

 

¹ Московский политехнический университет

В работе проведено исследование структуры сети сквозных каналов образцов пористой керамики. Для изготовления керамики использовались порошки электрокорунда, имеющие различный гранулометрический состав, что достигалось за счет измельчения электрокорунда в шаровой мельнице в течение различных промежутков времени. Определены характерные размеры сквозных поровых каналов керамики. Установлена связь между гранулометрическим составом порошков и свойствами сети сквозных каналов пористой керамики. Показано, что большую часть порового пространства проницаемой керамики, изготовленной с применением узкофракционных порошков, составляют наиболее крупные поры, размер которых монотонно зависит от среднего размера частиц порошка. С другой стороны, если при производстве керамики используется порошок с полидисперсным фракционным составом, наблюдается широкий спектр размеров поровых каналов, причем, чем мельче поры, тем больший вклад они вносят в поровое пространство керамики. Следует отметить, что подобная информация дает возможность целенаправленного конструирования материалов с требуемой структурой, которая наиболее оптимальна для конкретного изделия (фильтрующие элементы, тепло-
изоляционные материалы и т.д.).

Ключевые слова: электрокорунд, проницаемая керамика, сквозные каналы, экструзионный жидкостной порозиметр, гранулометрический состав порошка, фильтрующие элементы

Список литературы

1. Красный Б.Л., Тарасовский В.П., Красный А.Б. Создание новых пористых проницаемых керамических материалов и технологий изделий из них – реальный путь для технологического прорыва в основных отраслях промышленности // Новые огнеупоры. 2008. № 11. С. 103–109.

2. Химическая технология керамики: учеб. пособие для вузов / под ред. проф. И.Я. Гузмана. М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2003. – 496 с.

3. Галахов А.В. Структура порошкового компакта. Часть 1. Неоднородность упаковки частиц // Новые огнеупоры. 2014. № 5. 
С. 22–32.

4. Регулирование открытой пористости и прочности варьированием зернового состава керамики на основе электроплавленого корунда с фарфоровой связкой / А.В. Беляков, Зо Е Мо У, Н.А. Попова, Йе Аунг Мин, Чжо Лвин У // Новые огнеупоры. 2016. № 2. С. 34–37.

5. Галахов А.В. Структура порошкового компакта. Часть 2. Методы повышения однородности упаковки частиц // Новые огнеупоры. 2014. № 6. С. 33–37.

6. Красный Б.Л., Тарасовский В.П., Красный А.Б. Разработка пористого проницаемого керамического материала и технологии фильтрующих элементов для свечевых фильтровальных аппаратов // Новые огнеупоры. 2009. 
№ 1. С. 103–109.

7. Cuperus F.P., Bargeman D., Smolders C.A. Permporometry: The determination of the size distribution of active pores in UF membranes // 
Journal of Membrane Science. 1992. Vol. 71. 
P. 57–67.

8. Akshaya Jena, Krishna Gupta. Accuracy and reproducibility of pore size determined by flow porometry // Proceedings of the 14th Annual Technical Conference, The American Filtration & Separation Society, May 1-4, 2001, Tampa, Florida, 2001. P.112–116.

9. Akshaya Jena, Krishna Gupta. Use of multiple test techniques for evaluation of complex pore structures // Proceedings of the 15th Annual Technical Conference, April 9-12, 2002, Galveston. Texas, American Filtration & Separation Society, 2002. P. 98–103.

10. Количественный анализ поровой структуры керамики с помощью компьютерного анализа РЭМ-изображения / Б.Л. Красный, В.П. Тарасовский, А.Б. Красный, А.Ю. Омаров // Новые огнеупоры. 2013. № 8. С. 40–44.

11. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. М.: Стройиздат, 1972. – 239 с.

Полный текст (PDF)

Альмира Рифовна Мифтахова¹, студентка бакалаврской программы «Прикладная физика и математика», e-mail: mif-almira@yandex.ru 

Ирина Георгиевна Горячева², д. ф.-м. н., академик РАН, заведующая лабораторией трибологии, e-mail: goryache@ipmnet.ru

¹ Московский физико-технический институт (ГУ)

² Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН (ИПМех РАН). 

В данной работе рассмотрена контактная задача в плоской постановке о качении жесткого цилиндра по основанию, состоящему из вязкоупругой полосы, сцепленной с жесткой полуплоскостью. Для описания характеристик тонкого вязкоупругого слоя используется модель Кельвина. Предполагается, что область контакта состоит из двух (сцепления и проскальзывания) или трех (проскальзывания-сцепления-проскальзывания) зон. Предложен метод расчета нормальных и касательных напряжений в области контактного взаимодействия. Распределения контактных напряжений и зависимость коэффициента сцепления от величины относительного проскальзывания изучаются при различных значениях коэффициента трения скольжения и параметров, характеризующих вязкие свойства слоя. Полученные результаты могут быть использованы при моделировании сил трения в контакте качения полимерных покрытий.

Ключевые слова: вязкоупругий слой, модель Кельвина, относительное проскальзывание, трение качения, коэффициент трения, коэффициент сцепления

Список литературы

1. Reynolds O. On rolling friction. Philosophical Transactions of the Royal Society. 1875. 
Vol. 166. P. 155–163.

2. Dupuit J. Essai et expériences sur le tirage des voitures et sur le frottement de seconde espèce // Carilian – Goeury, 1837. – 167 p.

3. Tabor D. The mechanism of rolling friction: the elastic range // Proceedings of the Royal Society. 1955. Vol. 229. P. 198–233.

4. Ишлинский А.Ю. Трение качения // Прикладная математика и механика. 1939. Т. 2. С. 245–260.

5. Kalker J.J. Viscoelastic multilayered cylinders rolling with dry friction // ASME. Journal 
of Applied Mechanics. 1991. V. 58. P. 666–679.

6. Горячева И.Г., Захаров С.М., Торская Е.В. Влияние относительного проскальзывания 
и свойств поверхностного слоя на напряженное состояние упругих тел при трении качения // Трение и износ. 2003. № 1. С. 5–15.

7. Горячева И. Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука, 2001. – 480 с.

Полный текст (PDF)

Вадим Николаевич CКОПИНСКИЙ¹, д. т. н., профессор кафедры «Космические аппараты и ракеты-носители», e-mail: skopin-j@mail.ru 

 Николай Андреевич БЕРКОВ², к.т.н., доцент кафедры «Прикладная математика», e-mail: berkow@mail.ru

 ¹ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

 ²  Московский политехнический университет

В статье рассмотрена прикладная расчетная методика неупругого анализа сосуда давления с торосферическими днищами и патрубком на днище. Численный анализ выполняется с применением метода конечных элементов, теории оболочек, теории пластичности в варианте теории течения с изотропным деформационным упрочнением и геометрически нелинейной теории оболочек в квадратичном приближении. Представлена процедура определения предельных пластических нагрузок, характеризующих значительный рост пластических деформаций, на основе ранее предложенного критерия максимума скорости возрастания относительной пластической работы. Для реализации прикладной методики неупругого анализа конструкции и процедуры определения предельных пластических нагрузок применяется разработанное специализированное программное обеспечение (вычислительная программа SAIS и ее приложение - программный модуль LOAD_PL). В качестве примера рассмотрен сосуд давления с торосферическим днищем и центральным патрубком, для которого получены значения предельного пластического момента и предельного пластического давления, а также обобщенная кривая предельных пластических нагрузок для случая комбинированного нагружения, определяемого совместным действием момента и внутреннего давления.

Ключевые слова: неупругий анализ, сосуд давления, торосферическое днище, патрубок, метод конечных элементов, предельная пластическая нагрузка, комбинированное нагружение

Список литературы

1. Galletly G.D., Radhamohan S.K. Elastic-plastic buckling of internally pressurized torispherical shells // J. Press. Vess. Tech. 1979. Vol. 101. P. 216–225.

2. Galletly G.D., Blachut J. Torispherical shells under internal pressure – failure due to asymmetric plastic buckling or axisymmetric yielding // Proc. Instn Mech. Engrs. 1985. Vol. 119. P. 225–238.

3. Galletly G.D., Blachut J., Moreton D.N. Internally pressurized machined domed ends – a comparison of the plastic buckling predictions of the deformation and flow theories yielding // Proc. Instn Mech. Engrs. 1985. Vol. 204. P. 169–186.

4. Mackerle J. Finite elements in the analysis of pressure vessels and piping – a bibliography (1976–1996) // Int. J. Pres. Ves. and Piping. 1996. Vol. 69. Iss. 3. P. 279–339.

5. Mackerle J. Finite elements in the analysis of pressure vessels and piping, an addendum (1996–1998) // Int. J. Pres. Ves. and Piping. 1999. Vol. 76. Iss. 7. P. 461–485.

6. Mackerle J. Finite elements in the analysis of pressure vessels and piping, an addendum: a bibliography (1998–2001) // Int. J. Pres. Ves. and Piping. 2002. Vol. 79. Iss. 1. P. 1–26.

7. Mackerle J. Finite elements in the analysis of pressure vessels and piping, an addendum: A bibliography (2001–2004) // Int. J. Pres. Ves. and Piping. 2005. Vol. 82. Iss. 7. P. 571–592.

8. Pietraszkiewicz W. and Konopinska V. Junctions in shell structures: a review // http://www.imp.gda.pl/files/wp/wppub/2012/Praca10.pdf (date of application: 12.06.2016).

9. Lewiński J., Magnucki K. Shaping of a middle surface of a dished head of a circular cylindrical pressure vessel // Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2010. Vol. 48. No. 2. P. 297–307.

10. Hsieh M.F., Moffat D.G., Mistry J. Nozzles in the knuckle region of a torispherical head: limit load interaction under combined pressure and piping loads // Int. J. Pres. Ves. and Piping. 2000. Vol. 77. Iss. 13. P. 807–815.

11. Hsieh M.F., Moreton D.N., Mistry J., Moffat D.G. Limit loads for knuckle-encroaching nozzles in torispherical heads: experimental verification of finite element predictions // Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2002. Vol. 37. No. 4. P. 313–326.

12. Moffat D.G., Hsieh M.F., Lynch M. An as­ses­s­ment of ASME III and CEN TC54 methods of determining plastic and limit loads for pressure system components // Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2001. Vol. 36. No. 3. P. 301–312.

13. Скопинский В.Н. Напряжения в пересекающихся оболочках. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 400 с.

14. Скопинский В.Н., Берков Н.А., Столярова Н.А. Нелинейный анализ и определение предельных нагрузок для сосуда давления с эллиптическим днищем и патрубком при комбинированном нагружении // Машиностроение и инженерное образование. 2015. № 1. С. 22-31.

15. Gerdeen J.C. A critical evaluation of plastic behavior data and a unified definition of plastic loads for pressure components // WRC Bulletin. 1979. No. 254. P. 1–64.

16. Mackenzie D. The finite element method in pressure vessel design by analysis // 8th FENet Technology Workshop. URL: http://www.fe-net.org/meetings/budapest05 /dle1/ (date of reference: 12.06.2016).

17. Скопинский В.Н. К проблеме определения предельной пластической нагрузки для пересекающихся оболочек // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2010. № 6. С. 18-21.

18. Скопинский В.Н., Берков Н.А., Вожова Н.В. Новый критерий определения предельной нагрузки в сосудах давления с патрубками // Машиностроение и инженерное образование. 2011. № 3. С. 50-57.

19. Skopinsky V.N. and Berkov N.A. New criterion for the definition of plastic limit load in nozzle connections of pressure vessels // ASME J. Pres. Ves. Technol. 2013. Vol. 135. Iss. 2. P. 021206 (6 pages).

Полный текст (PDF)

Андрей Владимирович Хохлов¹, к. т. н., старший научный сотрудник лаборатории упругости и пластичности, e-mail: andrey-khokhlov@ya.ru

 ¹ Институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова

В работе исследуется нелинейное определяющее соотношение для вязкоупругопластичных разносопротивляющихся материалов с двумя произвольными материальными функциями одного аргумента (в одноосном случае при постоянной температуре). Оно нацелено на описание комплекса основных механических эффектов, типичных для материалов, обладающих наследственностью и высокой чувствительностью к скорости деформирования, имеющих «площадку текучести» на диаграмме деформирования и выраженную стадию установившей ползучести (полимеры, твердое топливо, асфальтобетон, композиты, титановые и алюминиевые сплавы, углеродные и керамические материалы при высоких температурах и др.). При минимальных первичных ограничениях на материальные функции аналитически изучены общие качественные свойства кривых ползучести при произвольных ступенчатых нагружениях, порожденных этим определяющим соотношением, в частности, кривых обратной ползучести. Эти свойства сопоставлены с типичными свойствами экспериментальных кривых широкого класса вязкоупругопластичных материалов для выявления феноменологических ограничений на материальные функции, арсенала возможностей и области применимости нелинейного определяющего соотношения типа Максвелла. Получены формулы для мощности диссипации, скорости ползучести, отклонения от кривой ползучести при мгновенном нагружении, пластической (необратимой) деформации и скорости ее накопления при циклических нагружениях. Установлено отсутствие свойства затухания памяти, выведены критерии моделирования рэтчетинга и эффекта Кольрауша.

Ключевые слова: вязкоупругопластичность, нелинейное определяющее соотношение, кривые ползучести, ступенчатое нагружение, скорость ползучести, пластическая деформация, рэтчетинг, скоростная чувствительность, сверхпластичность

Список литературы

1. Хохлов А.В. Нелинейные модели вязкоупругости типа Максвелла. Особенности их поведения, скоростная чувствительность и возможность использования для описания ползучести и сверхпластичности материалов. Отчет о НИР № 5193. НИИ механики МГУ им. Ломоносова. 2013. – 108 с.

2. Никитенко А.Ф. О влиянии третьего инварианта девиатора напряжений на ползучесть неупрочняющихся материалов // ПМТФ. 1969. № 5. С.102–103.

3. О ползучести упрочняющихся материалов с разными свойствами на растяжение и сжатие / А.Ф. Никитенко, О.В. Соснин, Н.Г. Торшенов, И.К. Шокало // ПМТФ. 1971. № 2. С. 118–122.

4. Горев Б.В., Рубанов В.В., Соснин О.В. О построении уравнений ползучести для материалов с разными свойствами на растяжение и сжатие // ПМТФ. 1979. № 5. С. 121–128.

5. Локощенко А.М. Ползучесть и длительная прочность металлов. М.: Физматлит, 2016. – 504 с.

6. Хохлов А.В. Определяющее соотношение для реологических процессов: свойства теоретических кривых ползучести и моделирование затухания памяти // Известия РАН. МТТ. 2007. № 2. С. 147–166.

7. Хохлов А.В. Определяющее соотношение для реологических процессов c известной историей нагружения. Кривые ползучести и длительной прочности // Известия РАН. МТТ. 2008. № 2. С. 140–60.

8. Хохлов А.В. Характерные особенности семейств кривых деформирования линейных моделей вязкоупругости // Проблемы прочности и пластичности. 2015. Вып. 77. № 2. С. 139–154.

9. Хохлов А.В. Асимптотическая коммутативность кривых ползучести при ступенчатом нагружении в линейной теории наследственности // Машиностроение и инженерное образование. 2016. № 1. С. 70–82.

10. Хохлов А.В. Качественный анализ общих свойств теоретических кривых линейного определяющего соотношения вязкоупругости // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана: электрон. журн. 2016. № 5. С. 187–245. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/840650.html (дата обращения 14.06.2016).

11. Хохлов А.В. Свойства кривых ползучести и длительной прочности, порождаемых нелинейной теорией наследственности Ю.Н. Работнова. Отчет о НИР № 5288. НИИ механики МГУ. 2015. 74 с.

12. Coleman B.D., Makrovitz A., Noll W. Viscometric flows of non-Newtonian fluids. Theory and experiment. Springer: Berlin, Heidelberg, New York, 1966. – 130 р.

13. Ильюшин А.А., Огибалов П.М. Некоторое обобщение моделей Фойгта и Максвелла // Механика полимеров. 1966. № 2. С. 190–196.

14. Ильюшин А.А., Победря Б.Е. Основы математической теории термовязкоупругости. М.: Наука, 1970. – 280 с.

15. Городцов В.А., Леонов А.И. О кинематике, неравновесной термодинамике и реологических соотношениях в нелинейной теории вязкоупругости // ПММ. 1968. Т. 32. № 1. С. 70–94.

16. Leonov A.I. Non-equilibrium thermodynamics and rheology of viscoelastic polymer media // Rheol. Acta. 1976. Vol. 15. P. 85–98.

17. Theoretical and experimental investigations of shearing in elastic polymer liquids / A.I. Leonov, E.Ch. Lipkina, E.D. Paskhin, A.N. Prokunin // Rheol. Acta. 1976. Vol. 15. No. 7/8. Р. 411–426.

18. Пальмов В.А. Реологические модели в нелинейной механике деформируемых тел // Успехи механики (Advances in Mechanics). 1980. Т. 3. № 3. С. 75–115.

19. Прокунин А.Н. О нелинейных определяющих соотношениях максвелловского типа для описания движения полимерных жидкостей // ПММ. 1984. Т. 48. № 6. С. 957–965.

20. Larson R.G. Constitutive Equations for Polymer Melts and Solutions. Butterworth: Boston, 1988. – 364 р.

21. Leonov A.I. Analysis of simple constitutive equations for viscoelastic liquids // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 1992. Vol. 42. No. 3. P. 323–350.

22. Leonov A.I., Prokunin A.N. Non-linear Phenomena in Flows of Viscoelastic Polymer Fluids. London: Chapman and Hall, 1994. – 475 p.

23. Leonov A.I. Constitutive equations for vis­coelastic liquids: Formulation, analysis and comparison with data // Rheology Series. 1999. Vol. 8. P. 519–575.

24. Качанов Л.М. Теория ползучести. М.: Физматгиз, 1960. – 456 с.

25. Johnson A.E. Complex-stress creep of metals // 
Metallurgical Reviews. 1960. Vol. 5. No. 20. P. 447–506 (= Ползучесть металлов при сложном напряженном состоянии // Механика. Период. сб. перев. иностр. статей. 1962. № 4. С. 91–146.)

26. Odqvist F.K.G. Mathematical Theory of Creep and Creep Rupture. Oxford: Clarendon Press, 1966. – 170 p.

27. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966. – 752 с.

28. Шестериков С.А., Локощенко А.М. Ползучесть и длительная прочность металлов. Итоги науки и техн. ВИНИТИ. Сер. Мех. деформируем. тверд. тела. 1980. Т. 13. С. 3–104.

29. Малинин Н.Н. Расчеты на ползучесть элементов машиностроительных конструкций. М.: Машиностроение, 1981. – 221 с.

30. Малинин H.H. Ползучесть в обработке металлов давлением. М.: Машиностроение. 1986. – 221 с.

31. Betten J. Creep Mechanics. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. – 367 р.

32. A procedure for extracting primary and secondary creep parameters from nanoindentation data / 
J. Dean, A. Bradbury, G. Aldrich-Smith, T.W. Clyne // Mechanics of Materials. 2013. Vol. 65. P. 124–134.

33. Takagi H., Dao M., Fujiwara M. Prediction of the constitutive equation for uniaxial creep of a power-law material through instrumented microindentation testing and modeling // Materials Transactions. 2014. Vol. 55. No. 2. 
P. 275–284.

34. Астарита Дж., Маруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей. М.: Мир, 1978. – 310 с.

35. Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов. М.: Металлургия, 1984. – 264 с.

36. Васин Р.А., Еникеев Ф.У. Введение в механику сверхпластичности. Уфа: Гилем,1998. – 280 с.

37. Соснин О.В., Горев Б.В., Любашевская И.В. Высокотемпературная ползучесть и сверхпластичность материалов // ПМТФ. 1997. 
Т. 38. № 2. С. 140–145.

38. Nieh T.G., Wadsworth J., Sherby O.D. Superplasticity in metals and ceramics. Cambridge Univ. Press, 1997. – 287 p.

39. Fundamentals and Engineering of Severe Plastic Deformation / V.M. Segal, I.J. Beyerlein, C.N. Tome, V.N. Chuvil’deev, V.I. Kopylov. New York: Nova Science Pub. Inc., 2010. – 542 p.

40. Naumenko K., Altenbach H., Gorash Y. Creep Analysis with a Stress Range Dependent Constitutive Model // Arch. Appl. Mech. 2009. Vol. 79. P. 619–630.

41. Naumenko K., Altenbach H. Modeling of Creep for Structural Analysis. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. – 220 р.

42. Cao Y. Determination of the creep exponent of a power-law creep solid using indentation tests // 
Mech. Time-Depend. Mater. 2007. Vol. 11. 
P. 159–172.

43. Радченко В.П., Шапиевский Д.В. Анализ нелинейной обобщенной модели Максвелла // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер.: Физ.-мат. науки. 2005. № 38. С. 55–64.

44. Lu L.Y., Linb G.L., Shihn M.H. An experimental study on a generalized Maxwell model for nonlinear viscoelastic dampers used in seismic isolation // Engineering Structures. 2012. Vol. 34. No. 1. P. 111–123.

45. Конструкционные полимеры / П.М. Огибалов, Н.И. Малинин, В.П. Нетребко, Б.П. Кишкин. Кн.1. М.: Изд-во МГУ, 1972. – 322 с.

46. Бугаков И И. Ползучесть полимерных материалов. М.: Наука, 1973. – 287 с.

47. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977. – 440 с.

48. Ferry J.D. Viscoelastic Properties of Polymers, 3rd. ed. New York: Wiley, 1980. – 672 p.

49. Tanner R.I. Engineering Rheology. Oxford, New York: Clarendon Press, 1985. – 451p.

50. Whorlow R.W. Rheological Techniques. Chichester: Ellis Horwood, 1992. – 460 p.

51. Macosko C. Rheology: Principles, Measurements and Applications. N.Y.: VCH, 1994. – 549 p.

52. Rohn C.L. Analytical Polymer Rheology. Munich: Hanser Publishers, 1995. – 314 р.

53. Drozdov A.D. Мechanics of viscoelastic solids. N.Y.: Wiley & Sons,1998. – 484 p.

54. Brinson H.F., Brinson L.C. Polymer Engineering Science and Viscoelasticity. Springer Science & Business Media, 2008. – 446 p.

55. Lakes R.S. Viscoelastic Materials. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2009. – 462 p.

56. Christensen R.M. Mechanics of Composite Materials. N.Y.: Dover Publications, 2012. – 384 p.

57. Bergstrom J.S. Mechanics of Solid Polymers. Theory and Computational Modeling. Elsevier, William Andrew: 2015. – 520 p.

58. Трусделл К. Первоначальный курс рациональной механики сплошных сред. М.: Мир, 1975. – 592 с.

59. Шестериков С.А., Юмашева М.А. Конкретизация уравнения состояния при ползучести // Известия АН СССР. МТТ. 1984. № 1. С. 86–91.

Полный текст (PDF)

Лев Алексеевич ШИРОКОВ¹, д.т.н., профессор кафедры «Автоматика и электроснабжение», e-mail: eduarlev@gmail.com

 Павел Дмитриевич ЧЕЛЫШКОВ¹, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Автоматика и электроснабжение», e-mail: chelyshkovpd@mgsu.ru

 Ольга Львовна ШИРОКОВА¹, к.э.н., доцент кафедры «Информатика и прикладная математика», e-mail: ol.shirokova@gmail.com

  ¹ НИУ МГСУ

Для беспоисковой автоматической параметрической оптимизации систем регулирования, реализуемых в среде программируемых логических контроллеров, рассматривается вопрос модификации алгоритма Гаусса - Ньютона с целью упрощения его реализации в системе оптимизации. Сформированы модели составных компонентов для беспоисковой системы оптимизации систем автоматического регулирования технологических процессов. Управление показателями качества процессов в системах регулирования реализовано на основе квазиасимптотического подхода. Его применение фактически снимает проблему создания эталонной модели. Синтезирована система автоматической оптимизации, реализация которой значительно упрощается. Кроме того, уменьшается потребность в вычислительных ресурсах по объему памяти и процессорному времени для оптимизации. Это особенно важно при использовании в системах управления программируемых логических контроллеров. Проведенное моделирование работы сгенерированного алгоритма автоматической оптимизации систем регулирования для конкретного объекта подтвердило его высокую эффективность.

Ключевые слова: система регулирования, оптимизация, алгоритм, модификация, оценки оптимальности, программируемый логический контроллер

Список литературы

 

1. Теория оптимизации систем автоматического управления: под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 742 с.

 2. Liptak B.G. Instrument Engineers’ Handbook: Process control and optimization. - Boca Raton, FL: CRC Pres, 2006. - 2304 p.

3. Широков Л.А. Квазиасимптотическое управление качеством регулирования при автоматической оптимизации и адаптации систем регулирования // Машиностроение и инженерное образование. 2015. № 3. С. 2-8.

4. Бронников А.М., Буков В.Н. Условия точного слежения выхода линейной системы за эталонной моделью пониженного порядка // Автоматика и телемеханика. 2008. № 3. С. 60-69.

5. Широков Л.А. Синтез компактов чувствительности для автоматизации параметрического проектирования линейных систем регулирования // Машиностроение и инженерное образование. 2008. № 3. С. 22-29.

 6. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 400 с.

  7. Цыпкин Я.З. Кваэиоптимальные алгоритмы обучения // Автоматика и телемеханика. 1973. № 6. С. 62-73.

  8. Гоппе Г.Г. Исследование непосредственного цифрового управления потоками жидкости в химико-технологических процессах: автореф. дисс. канд. н., Ангарск, 1972. - 145 с.

  9. Shirokov L.A. The method of automated optimization of a class of non-minimal-phase systems // Proc. System Sensitivity and Adaptivity. Preprints 2 IFAK Sumposium, Dubrovnik, 1968. C. 624-635.

Полный текст (PDF)