М.Б. Комолов, аспирант кафедры «Паровые и газовые турбины (Гидромеханика и гидравлические машины)» Национального исследовательского университета «МЭИ»; ведущий инженер Центра создания новой техники Производственной компании «Борец» (Россия, Москва). E-mail: komolovmb@gmail.com

В статье рассмотрен многоступенчатый лопастной осевой полирядный насос тройной схемы энергоэффективной погружной установки, предназначенной для добычи нефти с номинальной производительностью 100 м3/сут. Традиционно насосы данного типоразмера выполняются с центробежными или со смешанными (центробежно-диагональными) типами рабочих органов. Их проектный потенциал к настоящему времени практически себя исчерпал. Разработка рассматриваемого насоса позволит создать полирядную гидромеханическую схему, отвечающую дальнейшему существенному прогрессу высокоэнергоэффективных УЭЛН. Представляемая работа включает создание ступеней полирядного насоса при использовании программного комплекса ANSYS CFХ, в котором выполнено компьютерное проектирование рабочих органов периферийного и среднего рядов насоса в отдельности. Создание лопастей рабочих колес и лопаток íàïðàâëÿþùèõ àïïàðàòîâ óêàçàííûõ ðÿäîâ ïîïóòíî ÿâèëî ïîêàçàííóþ ìåòîäèêó ïðîåêòèðîâàíèÿ îñåâûõ ëîïàñòíûõ ñèñ­òåì. На основе полученных результатов моделирования и оптимизации ступеней рассчитаны напорно-энергетические показатели энергоэффективного исполнения насоса в целом, позволяющие обосновать перспективность создания полирядного насоса конкурирующего с серийными высокоэнергоэффективными насосами однорядной схемы.

Ключевые слова: компьютерный эксперимент, осевой полирядный многоступенчатый насос, установка электрических лопастных насосов (УЭЛН), нефтедобыча, напорность, энергоэффективность.

Список литературы

1. Скважинные насосные установки для добычи нефти / В.Н. Ивановский, В.И. Дарищев, А.А. Сабиров, В.С. Каштанов, С.С. Пекин. М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. – 824 с.

2. Ивановский В.Н. Анализ современного состояния и перспектив развития скважинных насосных установок для добычи нефти // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2007. № 6. С. 12–16.

3. ГОСТ 56624–2015. Энергетическая эффективность. Погружные лопастные насосы и электродвигатели для добычи нефти. Классы энергоэффективности. М.: Стандартинформ, 2016.

4. Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968. – 272 с.

5. Перспективы развития погружных центробежных насосов для добычи нефти. (ОКБ, БН) / Ш.Р. Агеев, А.Д. Златкис, Н.С. Карелина, Ю.Г. Лабинский, В.Н. Филиппов. М.: ЦИНТИхимнефтемаш. Серия ХМ-4. Насосостроение, 1987. – 60 с.

6. Пат. 81265 Российская Федерация, МПК F 03 В 3/04, F 03 В 3/10. Лопастная машина (варианты) / Г.М. Моргунов, К.Г. Моргунов; опубл. 10.03.09. Бюл. № 7.

7. Моргунов Г.М. Лопастные машины для жидкостей и газов с повышенной плотностью полезно используемой энергии // Вестник МЭИ. 2007. № 4. С. 5–13.

8. Моргунов Г.М., Моргунов К.Г., Эльзароок Фарадж Проектирование и расчетные исследования гидродинамических свойств полирядного высоконапорного насоса на малые подачи // Вестник МЭИ. 2007. № 6. С. 95–105.

9. Моргунов Г.М. Погружная насосная установка для сильно неоднородных текучих сред // Вестник МЭИ. 2012. № 1. С. 5–15.

10. Novomet Catalogue 2013 July.

11. Baker Hughes Catalog 2013.

12. Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007. – 645 с.

13. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М.: Машгиз, 1960. – 463 с.

14. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. 2–е изд., перераб. М. Л.: Машиностроение, 1966. – 365 с.

15. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для машиностр. спец. вузов. 4–е изд., перераб. М.: Высшая школа, 1984. – 336 с.

Полный текст (PDF)

А.С. Смирнов¹, Студент кафедры «Механика и процессы управления». E-mail: smirnov.alexey.1994@gmail.com
Б.А. Смольников¹, Кандидат физико-математических наук, профессор кафедры «Механика и процессы управления». E-mail: smolnikovba@yandex.ru
¹ Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

В статье рассматриваются вопросы оптимального управления колебательным состоянием линейной механической системы с конечным числом степеней свободы. В качестве демпфирующего управления предлагается использовать коллинеарное управление, которое учитывает динамические особенности рассматриваемой системы и имитирует обобщенные силы инерции. Показано, что такое управление не нарушает форм свободных колебаний, а лишь снижает их амплитуды, что позволяет эффективно использовать его для гашения колебаний многомерных механических систем. Построенное управление содержит в своей структуре коэффициент усиления, наилучший выбор которого следует осуществлять из условия оптимизации процесса гашения. На основе интегрального и локального критериев качества определяются оптимальные значения этого коэффициента, различия между которыми не являются существенными. Полученные результаты позволяют оценить, какие параметры управления следует рекомендовать для практического использования. Проведенное исследование показывает, что для линейных систем существует единообразный оптимальный режим гашения их свободных колебаний посредством активного коллинеарного управления.

Ключевые слова: коллинеарное управление, многомерная линейная механическая система, активное гашение колебаний, критерий оптимизации.

Список литературы

1. Магнус К. Колебания: введение в исследование колебательных систем. М: Мир, 1982. – 304 с.

2. Болотник Н.Н. Оптимизация амортизационных систем. М.: Наука, 1983. – 257 с.

3. Коловский М.З. Нелинейная теория виброзащитных систем. М.: Наука, 1966. – 320 с.

4. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1980. – 408 с.

5. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. – 442 с.

6. Прочность, устойчивость, колебания. Т. 3.: под ред. И.А. Биргера и Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. – 567 с.

7. Меркин Д.Р., Смольников Б.А. Прикладные задачи динамики твердого тела. СПб: Изд-во СПбГУ, 2003. – 532 с.

8. Смольников Б.А. Проблемы механики и оптимизации роботов. М.: Наука, 1991. – 232 с.

9. Фрадков А.Л. Кибернетическая физика: принципы и примеры. СПб: Наука, 2003. – 208 с.

10. Смольников Б.А., Юревич Е.И. К проблеме биоморфного управления движениями роботов // Робототехника и техническая кибернетика. 2015. № 1(6). С. 17–20.

11. Управление мехатронными вибрационными установками: под ред. И.И. Блехмана и А.Л.  Фрадкова. СПб: Наука, 2001. – 278 с.

12. Смольников Б.А. Проблемы механики в современной робототехнике // Робототехника и техническая кибернетика. 2016. № 1(10). С. 3–6.

13. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем. М.: Энергия, 1980. – 312 с.

14. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Кн. 1: под ред. В.В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1967. – 770 с.

15. Афанасьев В.Н., Колмановский В.Б., Но­сов В.Р. Математическая теория конструирования систем управления. М.: Высшая школа, 2003. – 614 с.

Полный текст (PDF)

В.В. Овчинников¹, доктор технических наук, академик международной академии информатизации, профессор кафедры материаловедения. E-mail: vikov1956@mail.ru
¹ Московский политехнический университет

В статье рассмотрены основные направления совершенствования высокотехнологичных алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Si. Изложены особенности влияния микролегирования кальцием на структуру и свойства прессованных полуфабрикатов сплавов системы Al–Mg–Si. Представлены основные физико-механические и технологические свойства листов из указанных сплавов. Рассмотрены особенности листовой штамповки, термической обработки и сварки заготовок из сплавов системы Al–Mg–Si. Приведены прочностные характеристики сварных соединений, полученных различными способами сварки, включая сварку трением с перемешиванием. Рассмотрено влияние термической обработки на свойства и структуру сварных соединений.

Ключевые слова: алюминиевые сплавы, сплавы системы Al–Mg–Si, прочность, пластичность, деформируемость, холодная штамповка, свариваемость.

Список литературы

1. Новый сплав системы Al–Mg–Si / В.Ф. Шам­рай, О.Е. Грушко, Л.М. Шевелева, В.Д. Самсонов // Перспективные материалы. 2004. № 5. С. 16–22.

2. Структура, способность к выдавке и свариваемость листов из сплавов системы Al–Mg–Si, легированных кальцием / О.Е. Грушко, В.В. Овчинников, В.В. Алексеев, В.Ф. Шам­рай // Заготовительные производства в машиностроении. 2006. № 3. С. 9–15.

3. Повышение штампуемости листов из сплава системы Al–Mg–Si, применяемых для холодной штамповки / М.А. Гуреева, О.Е. Грушко, В.В. Овчинников, В.Ф. Шамрай // Кузнечно-штамповочное производство. 2007. № 4. С. 20–27.

4. Савельев А.В., Овчинников В.В., Ермаков С.И. Структура и свариваемость листов из сплавов системы Al–Mg–Si // Сб. научных докладов VII международной научно-практической конференции «Молодые ученые – промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения». – М.: МГИУ, 2007. С. 256–259. 

5. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. М.: Металлургия, 1975. – 248 с. 

6. Грушко О.Е., Овсянников Б.В., Овчинников В.В. Алюминиево-литиевые сплавы: металлургия, сварка, металловедение. М.: Наука, 2014. – 296 с. 

7. Металлические примеси в алюминиевых сплавах / А.В. Курдюмов, С.В. Инкин, В.С. Чулков, Г.Г. Шадрин. М.: Металлургия, 1988. – 143 с. 

8. Гуреева М.А., Грушко О.Е. Влияние микролегирования кальцием на структуру и свойства алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Si: монография. М: РУСАЙНС, 2017. – 258 с. 

9. The structure, formability and weldability of B-1341 Al–Mg–Si alloy sheets / G.G. Klochkov, O.E. Grushko, V.V. Ovchinnikov, V.F. Shamray, R.I. Girsh // Proceedings of the 11 ICAA. 2008. Vol. 1. P. 241–247. 

10. Структура, свойства и применение сплавов системы Al–Mg–Si–(Cu) / Н.И. Колобнев, Л.Б. Бер, Л.Б. Хохлатова, Д.К. Рябов // МиТОМ. 2011. № 9. С. 40–45. 

11. Effect of Ca Addition on Microstructure of Semi-Solid Al–Zn–Mg Al Alloys During Reheating / P. Hyung-Won, J.G. In-Sang, K. Yeong-Hwa, L. Su-Gun // Proceedings of the 12 ICAA, 2010, Yokohama. P. 1726–1729. 

12. Стригавкова Е., Вайс В., Михна С. Исследование структуры и жидкотекучести сплава системы A1–Mg–Si с различным содержанием кальция // Металлург. 2012. № 9. С. 84–88. 

13. Гуреева М.А., Грушко О.Е. Легирующие добавки кальция, как фактор регулирования структуры и свойств сплавов системы Al–Mg–Si // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2013. № 7. С. 22–25.

14. Гуреева М.А., Грушко О.Е. Влияние легирующих добавок кальция на структуру и фазовый состав слитков сплавов системы A1–Mg–Si // Заготовительные производства в машиностроении. 2014. № 8. С. 36–40.

15. Moussa M.E., Walya M.A., El-Sheikh A.M. Combined effect of high-intensity ultrasonic treatment and Ca addition on modification of primary Mg2Si and wear resistance in hypereutectic Mg–Si alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 615. P. 576–581. 

16. Исследование влияния дополнительного легирования на окисляемость при нагреве сплавов алюминия с магнием // А.М. Дриц, Л.Л. Рохлин, Т.В. Добаткина, Н.И. Никитина, И.Е. Тарытина // Цветные металлы. 2011. № 6. С. 67–71. 

17. Патент РФ № 2255133. Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него / О.Е. Грушко, В.Ф. Шамрай, Л.В. Шевелева, В.В. Овчинников; опубл. 19.12.2003. Бюл. № 26.  

18. Колобнев И.Ф. Термическая обработка алюминиевых сплавов. М.: Металлургиздат, 1961. – 413 с. 

19. Гуреева М.А., Грушко О.Е., Овчинников В.В. Свариваемые алюминиевые сплавы в конструкции транспортных средств // Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 3. С. 11–21.

20. Клочков Г.Г., Клочкова Ю.Ю., Романенко В.А. Влияние температуры деформации на структуру и свойства прессованных профилей из сплава В-1341 системы Al–Mg–Si // Электронный журнал «Труды ВИАМ». 2016. № 9. С.88–96.

21. ОСТ 92-1114-80 Соединения сварные. Общие технические требования. – 100 с. 

22. ОСТ 92-1144-83 Сварка точечная и шовная контактная. Соединения сварные. Констру­ктивные элементы и основные размеры. – 14 с. 

23. Гуреева М.А., Овчинников В.В. Клеесварные соединения алюминиевых сплавов: монография. М.: РУСАЙНС, 2016. – 178 с. 

24. Гуреева М.А. Оптимизация режима упрочняющей термической обработки листов сплава АВ, легированного кальцием // Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 3. С. 85–94.

25. Gureeva M.A., Grushko O.E., Klochkov G.G. Optimization of the mode of consolidating heat treatment alloy sheet system A1–Mg–Si doped with calcium. // Sciences of Europe. 2016. Vol. 1. No. 3 (3). Р. 54–62.

26. Структура, технологические свойства и сва­риваемость листов из сплавов системы A1–Mg–Si, содержащих легирующие добавки кальция / М.А. Гуреева, О.Е. Грушко, В.Ф. Шамрай и др. // Сварка в Сибири. 2005. № 2. С. 66–71.

27. Структура, способность к выдавке и свариваемость листов из сплава типа «Авиаль», легированных кальцием / М.А. Гуреева, О.Е. Грушко, В.Ф. Шамрай и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 7. С. 15–21.

28. Импульсная дуговая сварка алюминиевого сплава В1341 / М.А. Гуреева, О.Е. Грушко, В.В. Овчинников, Г.Г. Клочков // Технология металлов. 2008. № 2. С. 13–21.

29. Гуреева М.А., Грушко О.Е. Алюминиевые сплавы в сварных конструкциях современных транспортных средств // Машиностроение и инженерное образование. 2009. № 3. С. 27–41.

30. Гуреева М.А., Грушко О.Е., Клочков Г.Г. Влияние термической обработки после сварки на структуру соединений сплава системы Al–Mg–Si–Cu, выполненных сваркой трением с перемешиванием // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 9. С. 5–10.

31. Влияние кальция на анизотропию механических свойств листов алюминиевого сплава типа «авиаль» / М.А. Гуреева, О.Е. Грушко, В.В. Овчинников, Г.Г. Клочков // Заготовительные производства в машиностроении. 2017. № 5. С. 21–27.

Полный текст (PDF)

В.П. Бирюков¹, к.т.н., ведущий научный сотрудник. E-mail: laser-52@yandex.ru
А.А. Фишков¹, научный сотрудник. E-mail: spsmetro@yandex.ru
¹ Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Статья посвящена определению влияния режимов лазерной наплавки на геометрические параметры наплавленных валиков и добавок нанопорошка оксида меди в шихту порошка на железной основе ФБХ6-2 на трибологические свойства наплавленных покрытий на образцы из стали 20Х. Металлографическими исследованиями определены геометрические параметры наплавленных слоев, а также глубина зоны термического влияния поверхностного слоя образцов. С помощью метода полного факторного эксперимента получены математические зависимости геометрических размеров наплавленных слоев от режимов обработки. Отклонение расчетных значений от экспериментальных данных составило не более 3 %. Применение лазерного луча, колеблющегося по нормали к вектору его продольного перемещения с фиксированной частотой 220 Гц, позволило повысить производительность лазерной наплавки в 1,3–1,9 раза в зависимости от режимов обработки. Построены двухмерные зависимости (поверхности), демонстрирующие преимущества в производительности лазерной наплавки колеблющимся лучом по сравнению с обработкой расфокусированным лучом в зависимости от скорости перемещения, мощности и диаметра лазерного излучения. Показано, что введение в состав наплавочной шихты нанопорошка оксида меди в количестве 3–9 % повышает задиростойкость слоев в 1,5-2 раза и исключает трещинообразование в покрытии при оптимальном его содержании.

Ключевые слова: лазерная наплавка, порошки на железной основе, задиростойкость.

Список литературы

1. Погодаев Л.И., Ежов Ю.Е. Повышение долговечности рабочих устройств судов технического флота износостойкими наплавками // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. № 6. С. 82–87. 

2. Гибридные технологии лазерной наплавки / А.М. Забелин, И.Н. Шиганов, А.М. Чирков и др. М.: Изд-во МГОУ, 2007. – 126 с.

3. Григорьянц А.Г., Мисюров А.И. Возможности и перспективы применения лазерной наплавки // Технология машиностроения. 2005. № 10. С. 32–56.

4. Korsmik R. S., Turichin G.A., Babkin K.D. Laser cladding technological machine. Investigation of efficiency of various nozzles design // 13th International Conference on Films and Coatings IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 857 (2017) 012021. Р. 1–5. doi :10.1088/1742-6596/857/1/012021.

5. Черноиванов В.И., Лялякин В.П., Голубев И.Г. Инновационные проекты и разработки в области технического сервиса. М.: ФГНУ «Рос­информагротех», 2010. – 95 с.

6. Бирюков В.П., Дозоров А.В. Лазерные системы для упрочнения, наплавки деталей и точного раскроя листового материала // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2006. № 1. С. 60–66.

7. Пат. 2607278 Российская Федерация, МПК C23C 4/06. Состав шихты для шликерных покрытий / В.П. Бирюков, Э.Г. Гудушаури, Д.Ю. Татаркин, А.А. Фишков, О.Н. Чурляева; опубл. 10.01.2017. Бюл. № 1.

8. Фишков А.А., Бирюков В.П. Моделирование процесса лазерной наплавки с помощью полного факторного эксперимента // XXVIII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС – 2016): Сборник трудов конференции (Москва, 7–9 декабря 2016 г.) / М: Изд-во ИМАШ РАН, 2017. С. 130–133.

9. Бирюков В.П., Фишков А.А. Влияние режимов лазерной обработки на размеры наплавленных валиков // Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике. МНТК ФТИ-2017. Московский технологический университет, Физико-технологический институт. Выпуск 23 (XXIII) / под ред. д.ф.-м.н., проф. Бу­латова М.Ф. М.: 2017. С. 416–418.

10. Евдокимов Ю.А., Колесников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М: Наука. 1980. – 226 с.

Полный текст (PDF)

Н.С. Воробьева¹, Кандидат технических наук, зав. кафедрой "Механика". E-mail: vorobva@inbox.ru
В.В. Дяшкин-Титов¹, Кандидат технических наук, доцент кафедры "Механика". E-mail: c_43.52.00@mail.ru
В.В. Жога², Доктор физико-математических наук, профессор кафедры "Теоретическая механика", e-mail: dtm@vstu.ru.
Н.А. Несмиянов¹, Кандидат технических наук, доцент кафедры "Механика". E-mal: ivan_nesmiyanov@mail.ru
¹ Волгоградский государственный аграрный университет
² Волгоградский государственный технический университет

В работе рассматривается манипулятор, в основе которого лежит механизм параллельной структуры на основе трипода с возможностью наклона основания к горизонту. В качестве захватного устройства используется трехподвижный манипулятор последовательной компоновки. Разработана математическая модель динамики манипулятора параллельно-последовательной структуры с семью степенями свободы. Приведен кинематический и динамический анализ пространственного механизма манипулятора. Получены выражения для определения кинетической и потенциальной энергии манипулятора с семью степенями свободы. Решена задача позиционирования рабочего органа манипулятора при его перемещении из начального положения в заданное конечное. Модели парциальных движений манипулятора позволяют определять движущие силы и моменты, необходимые для реализации заданных программных движений рабочего органа.

Ключевые слова: манипулятор, параллельно-последовательная структура, кинетическая энергия, уравнения динамики, захватное устройство, позиционирование.

Список литературы

1. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф. Пространственные механизмы параллельной структуры. М.: Наука, 1991. – 95 с.

2. Афонин В.Л., Подзоров П.В., Слепцов В.В. Обрабатывающее оборудование на основе механизмов параллельной структуры: учеб. пособие / под общ. ред. В.Л. Афонина. М.: Издательство МГТУ СТАНКИН, Янус-К, 2006. – 448 с.

3. Бушуев В.В., Хольшев И.Г. Механизмы параллельной структуры в машиностроении // СТИН. 2001. № 1. C. 3–8.

4. Рыбак Л.А., Гриненко Г.П. Инновационное обрабатывающее оборудование на базе параллельных структур: перспективы и направления коммерциализации // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2013. № 7(25). С. 32–39.

5. Теоретические основы робототехники: в 2 кн. / А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес: отв. ред. С.М. Каплунов; Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова РАН. М.: Наука, кн. 1. 2006. – 383 с.

6. Synthesis of Control Algorithm and Computer Simulation of Robotic Manipulator-Tripod / I. Nesmiyanov, V. Zhoga, V. Skakunov, S. Te­re­khov, N. Vorob’eva, V. Dyashkin-Titov, Fares Ali Hussein Al-hadsha // Communications in Computer and Information Science.–Springer International Publishing Switzerland 2015: CIT&DS 2015, CCIS 535. Р. 392–404.

7. Пат. 2616493 Российская Федерация, МПК В66С 23/44. Манипулятор-трипод параллельно-последовательной структуры / В.В. Жога, В.В. Дяшкин-Титов, А.В. Дяшкин, Н.С. Воробьева, И.А. Несмиянов, А.Г. Иванов; опубл. 17.04.2017. Бюл. № 11.

8. Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: ГИФМЛ, 1961. – 824 с.

9. Динамический синтез оптимальных программных движений манипулятора-трипода / В.В. Жога, В.М. Герасун, И.А. Несмиянов, Н.С. Воробьева, В.В. Дяшкин-Титов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2015. № 2. С. 85–92.

10. Walking Mobile Robot with Manipulator-Tripod / V. Zhoga, A. Gavrilov, V. Gerasun, I. Nesmianov, V. Pavlovsky, V. Skakunov, V. Bogatyrev, D. Golubev,V. Dyashkin-Titov, N. Vorobieva // Proceedings of Romansy 2014 XX CISM-IFToMM Symposium on Theory and Practice of Robots and Manipulators. Series: Mechanisms and Machine Science. Springer International Publishing Switzerland. 2014. Vol. 22. P. 463–471.

11. Задача позиционирования манипулятора параллельно-последовательной структуры с управляемым захватным устройством / В.В. Жога, В.В. Дяш­кин-Титов, И.А. Несмиянов, Н.С. Воробьева // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Том 17. № 8. С. 525–530.

12. О неустойчивых режимах работы электропривода манипулятора / И.А. Несмиянов, В.В. Жога, В.Н. Скакунов, Н.С. Воробьева, В.В. Дяшкин-Титов, В.С. Бочарников // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 3. С. 18–25.

13. Исследование оптимальных конфигураций манипулятора-трипода с поворотным основанием / В.М. Герасун, В.В. Жога, И.А. Несмиянов, Н.С. Воробьева, В.В. Дяшкин-Титов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 6. С. 21–26.

14. Определение зоны обслуживания мобильного манипулятора-трипода / В.М. Герасун, В.В. Жога, И.А. Несмиянов, Н.С. Воробьева, В.В. Дяшкин-Титов // Машиностроение и инженерное образование. 2013. № 3. С. 2–8.

15. Коловский М.З., Слоущ А.В. Основы динамики промышленных роботов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1998. – 240 с.

Полный текст (PDF)

С.С. Гаврюшин¹, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Компьютерные системы автоматизации производства». E-mail: gss@bmstu.ru
П.А. Скворцов², аспирант кафедры «Динамика, прочность машин и сопротивление материалов». E-mail: skvortsovpa@yandex.ru
¹ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
² Московский политехнический университет

Работа посвящена исследованию нелинейности выходного сигнала датчика давления на структуре «кремний на сапфире» (КНС). Построена математическая модель тензопреобразователя и проведено численное моделирование с использованием программного комплекса ANSYS 12.1. Для сравнительного анализа задача решалась как в физически нелинейной постановке, так и с учетом геометрической и физической нелинейностей. Для учета упругопластических свойств серебряного припоя использовалась диаграмма Прандтля. В результате были определены максимальные напряжения и деформации в кристалле сапфира, припое, титановой мембране, при которых конструкция успешно работает, а также произведена оценка нелинейности выходного сигнала в зависимости от величины прикладываемого давления. Согласно расчетам нелинейность выходного сигнала составляет 11,3 %. Проведенный анализ показал, что полученное значение является неприемлемым для данного типа датчиков, так как такая нелинейность негативно сказывается на точности изделия и его стоимости.

Ключевые слова: двухмембранный тензопреобразователь, упругий элемент, тензорезисторы, структура кремний на сапфире (КНС), расчет, проектирование.

Список литературы

1. Энгельсское приборостроительное объединение «Сигнал». Каталог продукции. Режим доступа: http://www.eposignal.ru/products/catalog/228/ 1500/ (дата обращения 20.03.2017).

2. ЗАО «Научно-производственный комплекс «ВИП». Каталог продукции. Режим доступа: http://www.zaovip.ru/products/pressure_transeducers (дата обращения 17.04.2017).

3. ЗАО «МИДАУС». Каталог продукции. Режим доступа: http://www.midaus.com/katalog/ preobrazovateli-davleniya.html (дата обращения 17.04.2017).

4. Sensonetics. Downhole products. URL. http://www.sensonetics.com/downhole_products.html (дата обращения 17.04.2017).

5. Пат. 2392592 Российская федерация, МПК G01L9/04. Датчик давления / В.А. Стефанович, Г.Б. Лебедев, С.Н. Нелина; опубл. 20.06.2010. Бюл. № 17.

6. Пат. 3436440 Германия, МПК G01L9/00, G01L9/06, H01L23/12. Semiconductor mea­suring instrument: / M. Poppinger, K.G. Ehr­ler, H. Hagen, K. Heimer, B. Krisch; опубл. 10.04.1986. 

7. Пат. 2016289061 США, МПК B81B3/00, B81C1/00. Silicon-on-sapphire device with minimal thermal strain preload and enhanced stability at high temperature: / G.Brown; опубл. 06.10.2016. 

8. Гаврюшин С.С. Численное моделирование процессов нелинейного деформирования тонких упругих оболочек// Математическое моделирование и численные методы. 2014. Т. 1. № 1. С. 115–130.

9. Гаврюшин С.С., Барышникова О.О., Борискин О.Ф. Численный анализ элементов конструкций машин и приборов. М: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 479 с.

10. Влияние дефектов на механические свойства эпитаксиальных слоев кремния на сапфире / Н.О. Кривулин, Д.А. Павлов, П.А. Шиляев, Е.В. Коротков, В.А. Гладышева, А.И. Бобров // Вестник нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2012. № 3(1). С. 30–33.

11. Гаврюшин С.С., Скворцов П.А. Моделирование двухмембранного преобразователя давления на структуре «кремний на сапфире» // Материалы ХХII Международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г. Горшкова (Вятичи, 15–19 февраля 2016  г.): тезисы докладов. 2016. С. 80–81.

12. Валишвили Н.В., Гаврюшин С.С. Сопротивление материалов и конструкций. М.: Изд-во Юрайт, 2017. – 420 с.

13. Козлов А.И., Пирогов А.В., Стучебников В.М. Моделирование тензопреобразователей давления на основе структур КНС. Двухмембранные преобразователи // Датчики и системы. 2009. № 8. С. 50–53.

14. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981. – 392 с.

15. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. – 543 с.

16. Козлов А.И. Исследование и разработка мембранных тензопреобразователей давления: дисс. … канд. техн. наук. Ульяновск, 2014. – 113 с.

17. Козлов А.И. Стучебников В.М. Экспериментальное определение распределения деформаций в круглой упругой мембране тензопреобразователя давления // Приборы. 2014. № 7. С. 41–44.

18. Физические величины: Cправочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.: под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

19. Dobrovinskaya E.R., Lytvynov L.A., Pishchik V. Sapphire: Material, Manufacturing, Applications. New York: Springer, 2009. – 481 p.

20. Най Дж. Физические свойства кристаллов. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. – 382 с.

21. ГОСТ 22520-85 Датчики давления, разряжения и разности давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами ГСП. Общие технические условия. Введ. 01.07.86. М.: Изд-во стандартов, 1986. – 25 с.

22. Стучебников В.М. Структуры «кремний на сапфире» как материал для тензопреобразователей механических величин // Радиотехника и электроника. 2005. Т. 50. № 6. С. 678–696.

23. Hoffmann K. Applying the Wheatstone Bridge Circuit. Germany, Darmstadt: HBM Company, 2001. – 36 p.

24. Kreuzer M. Wheatstone Bridge Circuits Show Almost No Nonlinearity and Sensitivity Errors When Used for Single Strain Gage Measurements https://www.hbm.com/en/3196/tips-and-tricks-wheatstone-bridge-circuits-show-almost-no-nonlinearity-and-sensitivity-errors-when-used-for-single-strain-gage-measurements/ (accessed March 20, 2017).

25. CAE-система ANSYS [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ansys.com/ (дата обращения: 30.08.2017).

Полный текст (PDF)

К.В. Ожмегов¹, Кандидат технических наук, старший научный сотрудник. E-mail: kirillozhmegov@yandex.ru
М.И. Сергачева¹, Аспирант, инженер-технолог 1 категории. E-mail: mrs.deetz@gmail.com
А.А. Кабанов¹, Зам. директора отделения, начальник отдела. E-mail: AAKabanov@bochvar.ru
¹ АО «ВНИИНМ» им. А.А. Бочвара

В работе представлены результаты исследования качества внутренней поверхности трубы из сплава Zr-1%Nb после прокатки на стане типа KPW при вытяжке 3,9. Для исследования влияния степени и скорости деформации на сопротивление деформации сплава была разработана программа экспериментов на основе заводских условий и проведено физическое моделирование процесса прокатки. Физическое моделирование анализируемого процесса осуществлялось на серво-гидравлическом пластометре Gleeble 3800. В результате работы определены тепловой эффект пластической деформации (ТЭПД) и зависимость сопротивления деформации от степени и скорости деформации применительно к условиям непрерывного и дробного нагружения при пильгерной прокатке труб.

Ключевые слова: пильгерная прокатка, сплав Zr-1%Nb, внутренняя поверхность труб, физическое моделирование.

Список литературы

1. Ожмегов К.В. Экспериментальное моделирование процесса многоступенчатой свободной ковки заготовок из сплава Э635 // Сборник тезисов ОНТК молодых специалистов ОАО «ЧМЗ». 2013. С. 31−32.

2. Усовершенствование режима горячей ковки слитка сплава Э110 на основе результатов физического моделирования / К.В Ожмегов., А.С. Заводчиков, М.Н. Саблин и др. // ВАНТ. Материаловедение и новые материалы. 2015. № 1(80). С. 22−30. 

3. Разработка технологии ковки слитка для изготовления укрупненной заготовки из сплава Э635 на основе результатов физического и компьютерного моделирования деформационно-термических условий / К.В. Ожмегов, А.С. Заводчиков, М.И. Сергачева и др. // ВАНТ. Материаловедение и новые материалы. 2016. № 1 (84). С. 8−16. 

4. Галкин А.М., Дыя Х., Ожмегов К.В. К неравномерности течения металла в условиях динамического нагружения // Международная конференция «Прогрессивные технологии пластической деформации» МИСиС, 2009. С. 259−266.

5. Galkin A. Plastometric studies of metals and alloys. University Press of the Czestochowa University of Technology. Czestochowa, 1990. – 142 p.

6. Мочалов Н.А., Галкин А.М., Мочалов С.Н. Пластометрические исследования металлов. М.: Интермет Инжиниринг, 2003. − 318 с.

7. Пшеничников А.П. Неустойчивость пластического течения в ГПУ сплава циркония: дис. канд. ф-м. наук. Томск, 2010. − 183 с.

Полный текст (PDF)

А.С. Урнев¹, младший научный сотрудник, аспирант. E-mail: Urnev-AS@yandex.ru
А.С. Чернятин², кандидат технических наук, доцент. E-mail: cas@inbox.ru
Ю.Г. Матвиенко¹, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом «Прочность, живучесть и безопасность машин». E-mail: matvienko7@yahoo.com
И.А. Разумовский¹, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией механики разрушения и живучести. E-mail: murza45@gmail.com
¹ Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
² Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

В статье предложены методический подход и алгоритм программы для моделирования дефектов типа расслоения в конструкциях из волокнистых композиционных слоистых материалов, которые обеспечивают анализ напряженно-деформированного состояния конструкции в зоне дефекта и могут быть эффективно использованы для расчетов, связанных с оценкой изменения геометрических параметров дефектов в процессе их развития. Для моделирования используются двухмерные конечные элементы, которые по сравнению с трехмерным анализом обеспечивают возможность использования конечно-элементных моделей конструкции меньшей размерности при сохранении всех особенностей напряженно-деформированного состояния. Представлены результаты решения ряда тестовых задач, которые показали, что предлагаемый подход позволяет существенно сократить вычислительные затраты при определении напряженно-деформированного состояния конструкции, сохраняя необходимую точность результатов. Разработанный алгоритм может быть использован при создании системы мониторинга состояния и оценки остаточного ресурса конструкций из композиционных материалов.

Ключевые слова: слоистые композиты, расслоение, численные методы, напряженно-деформированное состояние, двухмерное моделирование.

Список литературы

1. Чернышев С.Л. Новый этап применения композиционных материалов в авиастроении // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2013. № 1. С. 3–10.

2. Матвиенко Ю.Г. Тенденции нелинейной механики разрушения в проблемах машиностроения. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2015. – 56 с.

3. Разумовский И.А., Чернятин А.С. Экспериментально-расчетный метод оценки нагруженности натурных конструкций с поверхностными трещинами // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2009. № 3. С. 35–42.

4. Чернятин А.С., Разумовский И.А. Комплексный анализ элементов конструкций с поверхностными трещинами // Машиностроение и инженерное образование. 2011. № 1. С. 66–76.

5. Chernyatin A.S., Razumovskii I.A. Methodology and software package for assessment of stress-strain state parameters of full-scale structures and its application to a study of loading level, defect rate, and residual stress level in elements of NPP equipment // Strength of Materials. 2013. Vol. 45. Iss. 4. P. 506–511.

6. Sutton M.A., J.-J. Orteu, Schreier H. Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Measurements. Univ. of South Carolina USA. 2009. – 364 p.

7. Rasumovsky I.A. Interference-optical Methods of Solid Mechanics / Series: Springer, 2011. – 270 p.

8. Применение оптического волокна в качестве датчиков деформации в полимерных композиционных материалах / Е.Н. Каблов, Д.В. Сиваков, И.Н. Гуляев, К.В. Сорокин, М.Ю. Федотов, Е.М. Дианов, С.А. Васильев, О.И. Медведков // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2010. № 3. С 10–15.

9. High-Strain Fiber Bragg Gratings for Structural Fatigue Testing of Military Aircraft  / C. Da­-vis, S. Tejedor, I. Grabovac, J. Kopczyk and T. Ravis // Photonic Sensors. 2012. Vol. 2. No. 3. P. 215–224.

10. Di Sante R. Fibre Optic Sensors for Structural Health Monitoring of Aircraft Composite Structures: Recent Advances and Applications // Sensors. 2015. No. 15. P. 18666–18713.

11. Полилов А.Н. Экспериментальная механика композитов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. – 375 с.

12. Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов. М.: Наука, 1983. – 296 с.

13. Справочник по композиционным материалам: в 2-х кн. (Handbook of composites) Справочное издание: под ред. Дж. Любина, Б.Э. Геллера. М.: Машиностроение, 1988. – 896 с.

14. Qiu Y., Crisfield M.A., Alfano G. An interface element formulation for the simulation of delamination with buckling // Engineering Fracture Mechanics. 2008. Vol. 68. P. 1755–1776.

15. Wagner W., Balzani C. Simulation of delamination in stringer stiffened fiber-reinforced composite shells // Computers & Structures. 2008. Vol. 86. P. 930–939.

16. Чернякин С.А., Скворцов Ю.В. Анализ роста расслоений в композитных конструкциях // Вестник СибГАУ. 2014. №4(56). С. 249–255.

17. Camanhoand P., Davila C. Mixed-Mode Decohesion Finite Elements for the Simulation of Delamination in Composite Materials / Proceedings from 42nd AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. Seattle, Washington. June 2002. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20020053651.pdf (дата обращения: 13.09.2017).

18. Корнев В.М., Астапов Н.С. Модель разрушения кусочно-однородной среды при расслоении упругопластических структурированных материалов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2010. Т. 16. № 3. С. 347–360.

19. Межслоевая трещиностойкость конструкционных полимерных композиционных ма­териалов / В.Д. Крылов, Н.О. Яковлев, Ю.А. Курганова, О.А. Лашов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2016. № 1. С. 79–85.20. Новиков Г.В., Бабаевский П.Г., Салиенко Н.В. Метод когезионной зоны в оценке межслоевой трещиностойкости слоистых композитов // XLII Гагаринские чтения. 2016. Т. 3. С. 481–482.

21. Бабаевский П.Г., Салиенко Н.В., Новиков Г.В. Сочетание подходов механики трещин и метода конечных элементов для оценки и прогнозирования квазистатической межслоевой трещиностойкости слоистых полимерных композиционных материалов и клеевых соединений // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2016. Т. 1. С. 107–112.

22. Stress and Free Edge Delamination Analyses of Delaminated Composite Structure Using ANSYS / Dasa Subhankar et al. // HYPERLINK «https://elibrary.ru/contents.asp?titleid=46360» \o «Procedia Engineering»Procedia Engineering. 2013. Vol. 64. P. 1364–1373.

23. Mohammed Waseem H.S., Kiran Kumar N. Finite element modeling for delamination analysis of double cantilever beam specimen // SSRG International Journal of Mechanical Engineering (SSRG-IJME). 2014. Vol. 1. Iss. 5. P. 27–33.

24. Морозов Е.М. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. М.: ЛЕНАНД, 2010. – 456 с.

25. Басов К.А. ANSYS: справочник пользователя. М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с.

26. Полилов А.Н., Татусь Н.А., Плитов И.С. Оценка влияния разориентации волокон на жесткость и прочность профилированных композитных элементов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2013. № 5. С. 58–67.

27. Северов П.Б., Думанский А.М. Экспериментальное исследование механического поведения слоистых углепластиков при статическом и циклическом нагружении // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. № 5. С. 93–97.

Полный текст (PDF)