Кленов Анатолий Игоревич¹, аспирант, младший научный сотрудник лаборатории «Мобильные системы», е-mail: tolik-klenov@mail.ru

Килин Александр Александрович, доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры теоретической физики², ведущий научный сотрудник лаборатории «Нелинейного анализа и конструирования новых средств передвижения»², ведущий научный сотрудник³, главный программист отдела математических методов нелинейной динамики⁴, е-mail: lab@ics.org.ru

¹Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

²Удмуртский государственный университет (УдГУ)

³Математический институт им. В.А. Стеклова РАН

⁴Институт математики и механики УрО РАН

Представленная работа посвящена экспериментальному исследованию движения безвинтового надводного робота, приводимого в движение с помощью двух вращающихся внутренних масс. Предложена конструкция безвинтового надводного работа. Представлены результаты экспериментов, подтверждающих возможность перемещения данным методом. Результаты экспериментов сравнены с математическими моделями движения в идеальной и вязкой жидкости.

Ключевые слова: мобильный робот, безвинтовой надводный робот, самопродвижение

Список литературы

1. Anderson J.M., Chhabra N.K. Maneuvering and Stability Performance of a Robotic Tuna // Integ. and Comp. Biol. 42: 118–126 (2002).

2. Черноусько Ф.Л. Управляемые движения двузвенника по горизонтальной плоскости // Прикладная математика и механика. 2001. Т. 65. Вып. 4. С. 578–591.

3. Черноусько Ф.Л. О движении трехзвенника по плоскости // Прикладная математика и механика. 2001. Т. 65. Вып. 1. С. 15–20.

4. Бионический плавающий робот для мониторинга природных и техногенных объектов в гидросфере / Б.В. Лушников, С.И. Савин, К.Г. Казарян, А.С. Яцун, А.В. Мальчиков // Управляемые вибрационные технологии и машины: сб. науч. ст.: в 2 ч. Ч. 2. / С.Ф. Яцун (отв. ред.). – Курск: ЮЗГУ, 2012. С. 107–111.

5. Моделирование безвинтового подводного робота / Е.В. Ветчанин, Ю.Л. Караваев, А.А. Калинкин, А.В. Клековкин, Е.Н. Пивоварова // Вестник удмуртского университета. 2015. Т. 25. № 4. С. 546–553.

6. Черноусько Ф.Л. Анализ и оптимизация движения тела, управляемого посредством подвижной внутренней массы // Прикладная математика и механика. 2006. Т. 70. Вып. 6. С. 915–941.

7. Черноусько Ф.Л. Оптимальные периодические движения двухмассовой системы в сопротивляющейся среде // Прикладная математика и механика. 2008. Т. 72, Вып. 2. С. 202–215.

8. Патент на полезную модель № 92646 Российская Федерация, МПК B62D57/00. Яцун С.Ф., Климов Г.В., Савин С.И. Вибрационный водный робот; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Курский государственный технический университет»; заявл. 26.10.2009; опубл. 27.03.2010.

9. Козлов В.В., Рамоданов С.М. О движении изменяемого тела в идеальной жидкости ПММ. 2001. Т. 65. Вып. 4. С. 592–601.

10. Козлов В.В., Онищенко Д.А. О движении в идеальной жидкости тела, содержащего внутри себя подвижную сосредоточенную массу // ПММ, 2003. Т. 67. № 4. С. 620–633.

11. Galper A., Miloh T. Dynamical equations for the motion of a rigid or deformable body in an arbitrary potential nonuniform flow field // J. Fluid Mech. 1995. Vol. 295. P. 91–120.

12. Килин А.А., Ветчанин Е.В. Управление движением твердого тела в жидкости с помощью двух подвижных масс// Нелинейная динамика. 2015. Т. 11. № 4. С. 633–645.

13. Ветчанин Е.В., Килин А.А. Управляемое движение твердого тела с внутренними механизмами в идеальной несжимаемой жидкости // Труды математического института им. В.А. Стеклова РАН. 2016. Т. 295. C. 321–351.

14. Патент на полезную модель № 153711 Российская Федерация, МПК B62D57/04. Борисов А.В., Килин А.А. Безвинтовой надводный робот; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова»; заявл. 03.10.2014; опубл. 27.07.2015.

15. Кленов А.И., Ветчанин Е.В., Килин А.А. Экспериментальное определение присоединенных масс тела методом буксировки// Вестн. Удмуртск. ун-та. Матем. мех. компьют. науки. 2015. Т. 25. Вып. 4. С. 568–582.

16. Klenov А.I., Kilin A.A. Influence of vortex structures on the controlled motion of an above-water screwless robot// Regular and Chaotic Dynamics. 2016. Т. 21. № 7–8. P. 927–938.

17. Кленов А.И., Килин А.А., Тененев В.А. Управление движением тела с помощью внутренних масс в вязкой жидкости // Компьютерные исследования и моделирование. 2018. Т. 11 (принята в печать).

Полный текст (PDF)

Cкопинский Вадим Николаевич, доктор технических наук, профессор, е-mail: skopin-j@mail.ru

Гавренков Сергей Алексеевич¹, начальник отдела основного оборудования, е-mail: gavrenkov@gmail.com

¹ООО «Газпром 335»

В статье рассмотрена процедура нелинейного анализа цилиндрического сосуда давления с патрубком для определения давления пластического разрушения. Полный нелинейный анализ проводится с применением метода конечных элементов с учетом больших перемещений и пластических деформаций. Для расчетного анализа применяется программный комплекс ANSYS, при конечно-элементном моделировании конструкции используются трехмерные восьмиузловые элементы с 24 степенями свободы. Нелинейный анализ проводится с использованием итерационной процедуры Ньютона – Рафсона. Расчетное значение разрушающего давления определялось как максимальное значение нагрузки, при котором достигалась сходимость итерационного процесса. В качестве примера рассмотрен расчет экспериментальной модели сосуда давления с радиальным патрубком. Приведена расчетная характеристическая кривая нагружения, выражающая зависимость между нагрузкой (давлением) и максимальной интенсивностью пластической деформации. Сравнение полученного расчетного разрушающего давления с экспериментальными данными показало их достаточно хорошее соответствие. Выполнен анализ вычислительных затрат на полный нелинейный конечно-элементный расчет с применением процедуры Ньютона – Рафсона, приведен график, показывающий изменение времени расчета при увеличении давления.

Ключевые слова: сосуд давления, патрубок, нагрузка пластического разрушения, нелинейный анализ, метод конечных элементов

Список литературы

1. ASME. Boiler and Pressure Vessel Code. Sections II and VIII. New York, 2004.

2. BSI. PD 5500:2006 Specification for Unfired Fusion Welded Pressure Vessels. London: Bri­tish Standards Institution, 2006.

3. EN 13445. Unfired Pressure Vessels. Part 3: Design. European Committee for Standardisation (CEN), 2002.

4. ГОСТ Р 52857.3–2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях».

5. Cottam W.J. and Gill S.S. Experimental investigation of the behavior beyond the elastic limit of flush nozzle in cylindrical pressure vessels // J. Mechanical Engineering Science. 1966. Vol. 8. No. 3. P. 330–354.

6. Kitching R., Lim C.C., Robinson M. Experimental limit and burst pressures for spherical shells with defects adjacent to nozzles // Int. J. Pres. Vessels and Piping. 1991. Vol. 46. Iss. 2. P. 167–194.

7. Limit and burst pressures for a cylindrical shell intersection with intermediate diameter ratio / Z.F. Sang, L.P. Xue, Y.J. Lin, G.E.O. Widera // Inter. J. Pres. Vessels and Piping. 2002. Vol. 79. No. 5. P. 341–349.

8. Xue L.P., Widera G.E.O., Sang Z.F. Influence of pad reinforcement on the limit and burst pressures of a cylinder-cylinder intersection // J. Pres. Vessel Technol. 2003. Vol. 125. Iss. 2. P. 182–187.

9. Xue L., Widera G.E.O., Sang Z. Application of FEM analysis methods to a cylinder-cylinder intersection structure // 18th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 18). Beijing, China, August 7–12, 2005. Paper # F07-4. P. 1329–1340.

10. Xue L., Widera G.E.O., Sang Z. Burst pressure prediction of cylindrical shell intersection // Transactions. SMiRT 19 Conference. Toronto, Canada. August 12–17 2007. Paper # F01/5. P. 1−8.

11. Limit and burst pressures for a cylindrical vessel with a 30 deg-lateral (d/D≥0,5) / Z.F. Sang, Y.J. Lin, L.P. Xue, G.E.O. Widera // J. Pres. Vessel Technol. 2005. Vol. 127. Iss. 1. P. 61–69.

12. Burst pressure of pressurized cylinders with hillside nozzle / H.F. Wang, Z.F. Sang, L.P. Xue, G.E.O. Widera // J. Pres. Vessel Technol. 2009. Vol. 131. Iss. 4. P. 041204 (13 pages).

13. Xue L.P., Widera G.E.O., Sang Z.F. Parametric FEA study of burst pressure of cylindrical shell intersections // J. Pres. Vessel Technol. 2010. Vol. 132. Iss. 3. P. 031203 (7 pages).

14. LIU Peng-fei, ZHENG Jin-yang, MA Li, MIAO Cun-jian, WU Lin-lin. Calculations of plastic collapse load of pressure vessel using FEA // 
J. Zhejiang University SCIENCE A. 2008. Vol. 9. No. 7. P. 900–906.

15. Dwivedi N., Kumar V. Burst pressure prediction of pressure vessel using FEA // Inter. J. Engineering Research and Technology (IJERT). 2012. Vol. 1. Iss. 7. P. 1–5.

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

17. 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.

18. Jones D.P., Holliday J.E., Larson L.D. Elastic-plastic failure analysis of pressure burst tests of thin toroidal shells // J. Pres. Vessel Technol. 1999. Vol. 121. Iss. 2. P. 149–153.

19. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М.: Мир, 1987. – 542 с.

20. Когаев В.П., Махутов Н.А, Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник. М.: Машиностроение, 1985. − 224 с.

21. Определение предельного пластического изгибающего момента для сосуда с патрубком / В.Н. Скопинский, Н.А. Берков, А.А. Захаров, А.Д. Емельянова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2011. № 11. С. 45–50.

22. Ansys Inc., «ANSYS Academic Research Mechanical and CFD», License Number 339001, Version 18.1, 2016.

Полный текст (PDF)

Зайцев Сергей Алексеевич¹, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Стандартизация, метрология и сертификация», е-mail: saz@mami.ru

Сепесева Юлия Анатольевна¹, аспирант кафедры «Стандартизация, метрология и сертификация», е-mail: sepeseva15@mail.ru

¹Московский политехнический университет

Разработан порядок расчета качества деталей на стадии разработки рабочей документации по принципу «определяющей детали». Определены инженерно-технические решения, зависящие от разницы в показателях качества оцениваемого и базового изделий, которые могут способствовать повышению качества оцениваемого изделия.

Ключевые слова: качество технических изделий, коэффициенты весомости, надежность, определяющая деталь

Список литературы

1. Мартишкин В.В. Алгоритм управления качеством технических изделий на стадии рабочего проектирования // Технология Машиностроения. 2014. № 5 (143). С. 58–63.

2. Мартишкин В.В, Зайцев С.А., Сепесева Ю.А. Определение качества технических изделий. Часть 1. Использование свойство нормального распределенич при расчетах качества технических изделий // Машиностроение и инженерное образование. 2017. № 4. С. 2–11.

3. Кане М.М. и др. Управление качеством продукции машиностроения. М. «Машиностроение», 2010. – 415 с.

4. Конструктивные особенности двигателей ВАЗ 21124 и ВАЗ 21126 // Интернет-сайт АвтоВАЗ. URL: priora-vaz.ru›2170/sravnenie-21124-21126.html (дата обращения: 25 мая 2018 г.).

5. Общие методические рекомендации по оценке технического уровня промышленной продукции // Стандарты и качество. 1990. № 9, 10.

Полный текст (PDF)

Cкворцов Олег Борисович, кандидат технических наук, начальник отдела разработки электронных систем¹, старший научный сотрудник² , e-mail: skv@balansmash.ru

Олег Александрович Троицкий¹, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, E-mail:  oatroitsky@rambler.ru

Владимир Иванович Сташенко¹, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, E-mail: vis20-11@rambler.ru

¹Завод балансировочных машин

²Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Впервые экспериментально измерены и изучены механические вибрации, созданные импульсами электрического тока. Разработана методика измерения многомерных вибраций. Величина механического действия тока с высокой достоверностью может быть определена с помощью многокомпонентных пьезоэлектрических преобразователей – акселерометров. Механическое действие импульсного тока длительностью порядка 200 мкс может быть использовано для неразрушающего контроля деформаций в электротехнических конструкциях. Установлено, что вибрационный отклик от силового электродинамического действия магнитного поля импульса тока существенно зависит от фронтов импульсов тока. Экспериментальные результаты должны быть учтены в теоретических расчетах пинч-эффекта в электропроводящих материалах и при эксплуатации электропроводящих элементов оборудования, например, таких как мощные моторы, электрогенераторы, трансформаторы и элементы оборудования для электросварки.

Ключевые слова: импульсы тока, магнитное поле, упругие колебания, векторные акселерометры, скин-эффект, пинч-эффект, датчики Холла

Список литературы

1. Батаронов И.Л., Рощупкин А.М. К электронной теории динамического пинч-эффекта в металлах // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1993. № 8. С. 61–64.

2. Батаронов И.Л. Механизмы электропластичности // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 10. С. 93.

3. Власов А.А. Макроскопическая электродинамика // 2-е изд. М.: Наука. 2005. – 204 с.

4. Инкин А.И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин: учеб. пособие. – Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2002. – 464 с.

5. Кузнецов М.И. Основы электротехники: 9-е издание, исправ. – М.: Высшая школа, 1964. – 560 с.

6. Скин-эффект / В.М. Буханов, Т.М. Глушкова, В.И. Козлов, А.В. Матюнин, А.М. Салецкий, Д.Э. Харабадзе. – М. : Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2011. – 12 с.

7. Кускова Н.И. Обратный скин-эффект // Письма в ЖЭТ. 2004. Вып. 21. С. 59–65.

8. Каганов М.И., Фикс В.Б. Трансформация электромагнитной энергии в звуковую электронами металла (теория) // Успехи физических наук. 1986. Т.150. № 9. С. 159–161.

9. Троицкий О.А. Пластическая деформация металла, вызванная пинч-эффектом // Изв. АН СССР. Серия Физическая. 1977. № 6. С.118–122.

10. Троицкий О.А. Электромеханический эффект в металлах // Письма в ЖЭТ. 1969. Т. 10. С. 18–22.

11. Martin H.T., Martin M.L. LabVIEW for Telecom, Semiconductor, Automotive, Sound and Vibration and General Test and Measurement // National Instruments virtual instrumentation series. Prentice Hall. 2000. – 272 p.

12. Skal Asya S. The full Lorentz force formula responsible for turbulence in solids and fluids and explained Faraday’s paradox // International Journal of Scientific & Engineering Research. 2013. February. V. 4. I. 2. – 10 p.

13. Surkaev L. Magnetohydrodynamic perturbations arising in metallic conductors under the action of the discharge current // Technical Physics. 2015. V. 60. No 7. P. 981.

14. Управление параметрами механических колебаний, генерируемых пропусканием импульсного тока через металл / В.И. Сташенко, О.А. Троицкий, Е.А. Правоторова, О.Б. Скворцов // Состояние и проблемы измерений. Сб. матер. XIV Всероссийской научно-технич. конф. Москва, НУК ИУ МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2017. С. 98–101.

15. Скворцов О.Б. Контроль вибрации с применением аппаратуры National Instruments // Сб. трудов XII международной научно-практич. конф. «Инженерные и научные приложения на базе технологий National Instruments 2013. NIDaysXII ежегодная конференция компании National Instruments», Москва, ДМК. 2013. С. 78–80.

16. Физические основы и технологии обработки современных материалов (теория, технологии, структура и свойства) / О.А. Троицкий и др. Т. 1. Т. 11. Москва, Ижевск: Изд-во АНО ИКИ, 2004. – 563 с., 467 с.

Полный текст (PDF)

Дмитрий Александрович Маслов¹,  аспирант кафедры высшей математики

¹Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт»

Рассматривается волновой твердотельный гироскоп с цилиндрическим резонатором и электростатическими датчиками управления. Используется математическая модель вынужденных колебаний цилиндрического резонатора, учитывающая разночастотность и разнодобротность, а также кубическую нелинейность колебаний резонатора и квадратичную нелинейность сил управления. Для разомкнутого режима функционирования гироскопа предложена алгоритмическая компенсация дрейфа гироскопа, вызванного нелинейностью колебаний и погрешностями характеристик резонатора. Показана возможность учета не только кубической нелинейности колебаний резонатора, но и квадратичной нелинейности сил управления, вызванных электростатическими датчиками. Предложены способы устранения нелинейности датчиков управления и погрешностей гироскопа в компенсационном режиме функционирования гироскопа. В предложенных методах компенсации погрешностей используются значения коэффициентов математической модели динамики гироскопа, которые определяются по специальной методике идентификации параметров.

Ключевые слова: волновой твердотельный гироскоп, нелинейные колебания, идентификация параметров, компенсация погрешностей

Список литературы

1. Миниатюрные волновые твердотельные гироскопы для малых космических аппаратов / М.А. Басараб, Б.С. Лунин, В.А. Матвеев, А.В. Фомичев, Е.А. Чуманкин, А.В. Юрин // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2014. № 4. С. 80−96.

2. Мейер Д., Розелле Д. Инерциальная навигационная система на основе миниатюрного волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2012. № 3. С. 45–54.

3. Жанруа А., Буве А., Ремиллье Ж. Волновой твердотельный гироскоп и его применение в морском приборостроении // Гироскопия и навигация. 2013. № 4. С. 24–34.

4. Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. − 125 с.

5. Журавлев В.Ф. Управляемый маятник Фуко как модель одного класса свободных гироскопов // Изв. РАН. МТТ. № 6. 1997. С. 27−35.

6. Меркурьев И.В., Подалков В.В. Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. − 228 с.

7. Журавлев В.Ф. Дрейф несовершенного ВТГ. // Изв. РАН. МТТ. №4. 2004. С. 19−23.

8. Матвеев В.А., Липатников В.И., Алехин А.В. Проектирование волнового твердотельного гироскопа. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. − 167c.

9. Журавлев В.Ф. Задача идентификации погрешностей обобщенного маятника Фуко // Изв. АН. МТТ. 2000. № 5. С. 186−192.

10. Маслов А.А., Маслов Д.А., Меркурьев И.В. Идентификация параметров волнового твердотельного гироскопа с учетом нелинейности колебаний резонатора // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2014. № 5. C. 18−23.

11. Маслов Д.А. Идентификация параметров гироскопа с цилиндрическим резонатором при учете влияния нелинейности на амплитуду вынуждающего воздействия //Машиностроение и инженерное образование. 2017. № 1 (50). С. 24−31.

12. Развитие теории создания волновых твердотельных гироскопов с металлическим резонатором. В.А. Матвеев, М.А. Басараб, Б.С. Лунин, Е.А. Чуманкин, А.В. Юрин // Вестник РФФИ. 2015. № 3 (87). С. 84−96.

13. Маслов Д.А., Меркурьев И.В. Компенсация погрешностей и учет нелинейности колебаний вибрационного кольцевого микрогироскопа в режиме датчика угловой скорости // Нелинейная динамика. 2017. Т. 13. № 2. 
С. 227−241.

14. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Наука, 1974. – 503 с.

15. Маслов Д.А., Меркурьев И.В. Линеаризация колебаний резонатора волнового твердотельного гироскопа и сил электростатических датчиков управления // Нелинейная динамика. 2017. Т. 13. № 3. С 413−421.

Полный текст (PDF)