Preview

НАУКА и ТЕХНИКА

Расширенный поиск

«Наука и техника» - это международный научно-технический журнал, в котором публикуются статьи и обзоры по сериям:

1. Машиностроение
2. Строительство
3. Электронные системы
4. Энергетические комплексы
5. Естественные науки
6. Экономика промышленности

Журнал публикует оригинальные научные статьи на русском и английском языках авторов как из Беларуси, так и из других стран.

ISSN: 2227-1031 (Print)
ISSN: 2414-0392 (Online)

 

 

 

 

 

 

Текущий выпуск

Том 20, № 6 (2021)
Скачать выпуск PDF

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ 

459-464 39
Аннотация

Известно, что в настоящее время для восстановления и упрочнения различных изношенных деталей машин широко применяются методы газотермического напыления. Как правило, металлические покрытия, нанесенные газотермическим напылением, обладают худшими прочностными характеристиками, чем сплошные материалы. Считается, что прочность покрытий пропорциональна их адгезионной и когезионной прочности. Величины последних зависят от различных факторов, связанных в том числе с природой материалов и технологией нанесения покрытий. Важным показателем, характеризующим возможность применения металлических покрытий в различных отраслях промышленности, является прочность сцепления (адгезия) покрытий с основным металлом. В статье представлено определение адгезионной и когезионной прочности покрытий из разных материалов, нанесенных методом гиперзвуковой металлизации. Приведены результаты испытаний прочности металлических покрытий из проволоки марки ER316LSi, нихрома (Х20Н80) и молибденовой проволоки. По результатам металлографических исследований определена доля участия когезионной и адгезионной составляющих в прочности покрытий, а также описаны некоторые особенности разрушения покрытий. Установлено, что участие когезионной и адгезионной составляющих в прочности покрытий отличается в зависимости от применяемого материала. В прочности покрытий из высоколегированной проволоки марки ER316LSi преобладает когезионная составляющая, при которой разрушение в основном происходит по границе покрытие – основа. Для покрытий из нихрома и особенно из молибдена преобладающей является когезионная составляющая прочности, при которой разрушение происходит не по границе покрытие – основа, а между слоями покрытия.

465-475 47
Аннотация

Разработаны методические основы применения технологий виртуальной реальности (VR-технологий) на различных этапах проектирования автомобилей и продвижения их на рынке, в частности при выполнении дизайн-проектирования, прототипирования, разработке обучающих и рекламных продуктов. Проанализированы основные направления использования технологий виртуальной реальности в промышленном дизайне в машиностроении. Выполнен обзор возможностей специализированного программного обеспечения Unreal Engine 4 и комплекта аппаратных средств HTC Vive, применяемых для создания и демонстрации виртуальных проектов. Сформированы системные требования к компьютерному программно-аппаратному обеспечению для разработки виртуальных проектов. Обобщен собственный опыт использования технологий виртуальной реальности при проектировании электромобиля с кузовом каркасно-панельной конструкции. Описана методика применения средств виртуальной реальности в целях создания виртуальных проектов для демонстрации дизайнерских решений и функционала изделий машиностроения. Рассмотрены вопросы выбора программно-аппаратных средств, их характеристик, а также дано описание этапов создания виртуального проекта. Процесс разработки виртуального проекта разделен на этапы подготовки и преобразования трехмерной компьютерной модели демонстрируемого изделия в его виртуальный цифровой прототип, создания для него виртуальной среды с присвоением среде и объекту материалов и текстур с необходимыми свойствами, задания освещения, параметров навигации и анимированных действий, оптимизации отображения теней и финализации проекта. Представлены основные результаты апробации разработанной методики на примере создания виртуальных проектов для демонстрации электромобиля в городской виртуальной среде и виртуальном павильоне.

МЕХАНИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА 

476-481 33
Аннотация

В статье описана методика моделирования и оптимизации составных кольцевых ультразвуковых волноводов, состоящих из двух последовательно соединенных сегментов из различных материалов, с помощью метода конечных элементов. Обоснована возможность применения таких волноводов для усиления колебаний по амплитуде. Преимущество разработанной методики – возможность ее реализации с помощью стандартного программного обеспечения, в частности COMSOL Multiphysics. Корректность и эффективность методики подтверждена путем сравнения численных данных с результатами моделирования с помощью метода передаточных матриц с применением уравнений колебаний типа Эйлера – Бернулли и Тимошенко. Показано, что в составных кольцевых волноводах могут возникать собственные формы колебаний двух типов – знакопеременные и знакопостоянные, причем практический интерес для усиления колебаний по амплитуде представляют только знакопостоянные моды. Даны рекомендации по выбору оптимальных геометрических параметров волноводов, в частности показано, что для обеспечения максимального коэффициента усиления колебаний по амплитуде центральные углы сегментов волновода должны выбираться с учетом расчетной зависимости коэффициента усиления от угла, характеризующейся наличием нескольких локальных максимумов коэффициента усиления. Отмечено, что высокая точность существующих полуаналитических методов расчета и проектирования кольцевых волноводов достигается при использовании методов, основанных на применении уравнений колебаний типа Тимошенко.

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ 

482-486 29
Аннотация

Сплавы теллурида свинца и олова (PbxSn1–xTe) являются материалами с хорошими термоэлектрическими свойствами, а также полупроводниками, которые можно применять в качестве длинноволновых инфракрасных детекторов. Методом прямого плавления синтезирован поликристаллический теллурид сплавов PbxSn1–xTe (0,05 £ x £ 0,80). Тонкие пленки этих материалов были получены методом «горячей стенки» осаждением на стеклянные подложки Corning 7059 при Tsub = (200–350) oC и вакууме около 10–5 Торр. Микроструктура пленок исследовалась методами XRD, SEM и EDX. Рентгеновские спектры тонких пленок удовлетворительно соответствовали спектрам порошковой мишени и указывали на отсутствие бинарных фаз. Пленки демонстрировали естественную кубическую кристаллическую структуру. С возрастанием содержания свинца увеличивается параметр элементарной ячейки кристаллов. Установленная линейная зависимость между параметром элементарной ячейки и элементным составом соответствует закону Вегарда. SEM-анализ показал, что пленки являются поликристаллическими, имеют столбчатую структуру, плотно упакованы и обладают хорошей механической адгезией. Размеры зерен зависят от химического состава и температуры подложки. Электрические измерения показали, что выращенные пленки – это невырожденные полупроводники р-типа проводимости. Проводимость пленок находилась в диапазоне σ = (3 × 101)–(1 × 104) Ом–1×см–1. Увеличение концентрации свинца приводит к снижению электропроводности. Холловская подвижность в выращенных тонких пленках в диапазоне изменения содержания свинца от ~10 до ~23 ат. % возрастает, а при дальнейшем увеличении до ~33 ат. % – падает. При этом наиболее сильная зависимость падения подвижности от роста температуры наблюдается для пленок с большим содержанием свинца и объясняется преобладающим рассеянием носителей заряда на колебаниях кристаллической решетки. Для образца со средней концентрацией свинца в температурной зависимости подвижности наблюдается альтернативное влияние двух механизмов рассеяния: на ионах примеси и на фононах. 

На рис. 2 приведены температурные зависимости электропроводности для исследуемых пленок. В соответствии с табл. 1 и рис. 2 увеличение концентрации атомов свинца приводит к уменьшению электропроводности.

487-492 32
Аннотация

Рассмотрена задача определения спектральной характеристики контролируемого образца в условиях ограниченной априорной информации с использованием методов регуляризации. Изменение состояния поверхности оптических элементов существенно увеличивает рассеяние света, поэтому нужен регулярный учет величины рассеянного света в световом потоке, отраженном от поверхности как измеряемого, так и сравнительного образцов. Преобразование светового потока в электрический сигнал фотоприемника также может происходить нелинейно. Это требует разработки такого метода измерения, который бы учитывал как рассеянный свет, так и различные нелинейности измерительной схемы. Известно, что математическая модель измерения описывается интегральным уравнением Фредгольма 1-го рода, его решение в условиях принятых предположений рекомендуется искать в виде матричного уравнения с использованием рекуррентной процедуры. Принимая во внимание, что оценивание погрешностей исходных данных в уравнении связано с определенными трудностями, в рассматриваемом случае параметр регуляризации целесообразно определять на основе способа квазиоптимальности. Характерным недостатком известных аналитических и экспериментальных методов определения аппаратной функции спектрального прибора является то, что они не учитывают ее изменение во время эксплуатации. Поскольку реальная аппаратная функция прибора обычно отличается от кривой Гаусса, использование аппаратных функций в виде аналитических зависимостей не всегда дает желаемый результат, а для экспериментальных методов требуется специальная аппаратура с квазимонохроматическим источником излучения. В статье предложен алгоритм восстановления аппаратной функции спектрального прибора, основанный на регулярных методах решения некорректных задач. Оценку матричного оператора аппаратной функции можно получить на основе явных алгоритмов оценивания метода наименьших квадратов. Указана целесообразность выбора такого значения параметра регуляризации, которое минимизирует принятую характеристику точности решения.

СТРОИТЕЛЬСТВО 

493-498 30
Аннотация

В настоящее время в Республике Беларусь решается проблема переработки побочного продукта – фосфогипса, образующегося в процессе производства фосфорной кислоты. Вопрос утилизации фосфогипса становится все более актуальным, и причин здесь несколько: транспортирование фосфогипса в отвалы и его хранение требуют больших капитальных вложений и эксплуатационных затрат; при создании отвалов фосфогипса приходится отчуждать большие площади, иногда даже обрабатываемых земель; хранение этого материала в отвалах, даже при нейтрализации растворимых примесей и соблюдении правил эксплуатации отвала, наносит непоправимый вред окружающей среде. Известны исследования ученых по применению фосфогипса в дорожном строительстве в качестве вяжущего для укрепления грунтов, устройства оснований и при проведении ремонтных работ. В статье представлены результаты экспериментов по получению дорожно-строительных материалов из данного отхода без перевода его в вяжущее вещество. Разработана технология приготовления асфальтобетонной смеси с применением минерального порошка в виде фосфогипса-дигидрата.

499-505 29
Аннотация

Разработана технология восстановления с применением клинкерного кирпича поврежденных участков канализационных коллекторов. Значительная часть таких коллекторов в Украине полностью исчерпала свой амортизационный ресурс. Для их строительства использовались бетон и железобетон, которые подвержены разрушению при воздействии многих факторов и прежде всего микробиологической коррозии. Поэтому выбор оптимальной технологии ремонта с применением коррозионно-стойкого клинкерного кирпича является актуальным. Рассмотрены проблемы ремонта и реконструкции изношенных коллекторов. Приведены технические и технологические решения открытого способа их восстановления с использованием пневматической опалубки и коррозионно-стойкого клинкерного кирпича. Расчет конструкции обделки коллектора выполнен с помощью метода конечных элементов. Показаны преимущества и недостатки предложенных решений, приведены примеры их практического применения. Для обоснования целесообразности использования данной технологии рассмотрены два варианта восстановления изношенного коллектора: методом «труба в трубе» и разработанным авторами методом с применением клинкерного кирпича. Второй вариант по стоимости материалов практически в четыре раза экономичнее и целесообразнее первого (где используются полимерные материалы). Преимущество восстановления канализационных коллекторов круглого сечения путем устройства кладки из клинкерного кирпича заключается в долговечности и устойчивости этого материала (с учетом антикоррозионного состава бетона) к агрессивному воздействию канализационной среды. Следует отметить, что применение разработанной технологии восстановления наиболее целесообразно в условиях неплотной застройки или за пределами города ввиду значительного объема земляных работ.

ТРАНСПОРТ 

506-513 36
Аннотация

Рассмотрены проблемы оценки влияния центров массового тяготения на прилегающую улично-дорожную сеть в процессе их функционирования, расширения или перепрофилирования. Обоснован выбор критериев оценки организации дорожного движения, приведенных в отечественной и зарубежной литературе, в частности предлагается использовать коэффициент загрузки запитывающих пересечений и соответствующий ему уровень обслуживания движения (LOS). Представлены основные модели оценки пропускной способности регулируемых пересечений. Показан механизм формирования математической модели оценки коэффициента загрузки регулируемых пересечений. Разъяснены понятия пропускной способности группы полос, продолжительности потерянного времени в цикле, фазовых коэффициентов, потока насыщения и коэффициентов, учитывающих снижение идеального потока насыщения. Приведена математическая модель оценки транспортного спроса, позволяющая рассчитывать интенсивность транспортного потока как к рассматриваемому центру массового тяготения, так и от него на основе общего объема корреспонденций, доли посетителей на индивидуальном транспорте, среднего наполнения индивидуального транспорта, а также коэффициента суточной неравномерности по прибытию и отправлению посетителей на индивидуальном транспорте. Предложена интегрированная математическая модель коэффициента загрузки, включающая параметры оценки транспортного спроса к центрам массового тяготения и параметры, определяющие пропускную способность регулируемых пересечений. Уникальность интегрированной модели состоит в том, что в ней одновременно задействованы параметры, отражающие транспортный спрос и пропускную способность запитывающего пересечения. Приведены рекомендации по оценке уровня транспортного обслуживания потоков и коэффициента загрузки на основе данных значений транспортного спроса и пропускной способности прилегающей к центру массового тяготения улично-дорожной сети. Представленная методика оценки уровня обслуживания движения на основе пропускной способности регулируемых пересечений позволяет оценить степень влияния центров массового тяготения на прилегающую улично-дорожную сеть.

514-521 48
Аннотация

Исследована эффективность функционирования маршрутов городского пассажирского транспорта. Установлено, что данное функционирование происходит в неизолированной среде, которая влияет на систему с момента ее образования и может привести к расхождению между расчетной и фактической эффективностью работы системы. В результате анализа показателей функционирования маршрута перевозок пассажиров выявлено, что среда функционирования маршрутов влияет на их эффективность комплексно. Вследствие этого должно учитываться взаимное влияние одного фактора на другие. Оценку эффективности функционирования следует проводить для всей системы маршрутов, а не для отдельно рассматриваемой подсистемы. В результате анализа таких основных показателей, как доход, затраты на топливо, смазочные материалы, техническое обслуживание и ремонт, выявлены расхождения между запланированными значениями показателей и реальными данными. Определено, что функция распределения случайных величин указанных показателей описывается нормальным законом. На заключительном этапе исследования получены закономерности влияния параметров автотранспортного предприятия на вероятность окупаемости мероприятий. Предлагаемый комплексный подход к определению эффективности маршрутов городского пассажирского транспорта базируется не только на устоявшихся, но и на стохастических параметрах, используемых при функционировании этих маршрутов. Разработан алгоритм определения эффективности городских маршрутных пассажирских перевозок, который учитывает взаимосвязь доходов и расходов, современные представления о закономерностях изменения вероятности развития оптимистического, пессимистического и промежуточного вариантов развития событий эффективности маршрутов. В основу алгоритма положены формализованные зависимости изменения во времени вероятностей доходов и расходов, учитываемые в процессе функционирования маршрутов городского пассажирского транспорта при различных их параметрах.

522-527 64
Аннотация

Предлагается способ определения расхода топлива колесного транспортного средства в зависимости от скорости его движения, ровности дорожного покрытия и уклона дороги в продольном направлении. Цель исследований – вывести математические зависимости для расчета расхода топлива транспортных средств, являющегося одним из факторов транспортных издержек при строительстве/реконструкции или капитальном ремонте автомобильной дороги. Предложенные полиномиальные зависимости для расчета расхода топлива, кроме скорости движения автомобиля, ровности дорожного покрытия и продольного уклона дороги, учитывают массогабаритные параметры транспортных средств, участвующих в дорожном движении. Новые математические взаимосвязи между скоростью движения колесного транспорта, ровностью дорожного покрытия и продольным уклоном дороги позволяют моделировать изменение величины расхода топлива колесного транспортного средства при изменении скорости движения транспортного потока или уклона дорожного покрытия в прямом или обратном направлении движения автомобиля. В графическом виде представлено влияние уклона дорожного покрытия на величину расхода топлива как груженого, так и снаряженного колесного транспортного средства. При определении транспортных издержек, связанных со строительством, реконструкцией или капитальным ремонтом автомобильной дороги, предлагается использовать эмпирические математические зависимости, позволяющие получить расход топлива с точностью до 5 % и сэкономить до 15 % бюджетных (частных) инвестиций. Выполнен анализ научных публикаций существующего подхода по определению транспортных издержек, связанных со строительством, реконструкцией или капитальным ремонтом автомобильной дороги. Приведенный способ определения расхода топлива колесных транспортных средств малой и большой грузоподъемности повышает точность установления транспортных издержек и снижает уровень финансовых затрат на строительство, реконструкцию, капитальный ремонт автомобильных дорог.

528-538 32
Аннотация

Приведены результаты исследования актуальной научно-технической проблемы определения уровня безопасности дорожного движения на участках автомобильных дорог. Целью исследования являлась разработка экспресс-метода оценки безопасности дорожного движения на основе усовершенствования метода итогового коэффициента аварийности путем редукции частных коэффициентов аварийности при необходимой точности определения уровня безопасности на автомобильных дорогах общего пользования. Проведена формализация взаимосвязи параметров условий дорожного движения для изучения уровня безопасности на автомобильных дорогах. Латентные факторы параметров условий движения получены на основе редукции их совокупности методом главных компонент с учетом взаимосвязи частных коэффициентов аварийности, что позволило разработать аналитические модели определения безопасности дорожного движения для внедрения в практику проведения аудита безопасности дорожного движения. Разработана методика выявления опасных участков на автомобильных дорогах, в которую вошли 11 параметров дорожных условий из 18 частных коэффициентов аварийности, предложенных в прототипе и нормативных документах Украины. Адекватность модели определена значениями отклонений полученных данных по авторской модели и модели-прототипу от значений относительного коэффициента аварийности, которые соответственно составили 3,22 и 18,61, т. е. предложенная модель в шесть раз уменьшает значение отклонений и влияет на точность определения уровня безопасности. Экспериментальные исследования проведены на 79 км автомобильных дорог (на 385 секторах с неизменными значениями параметров условий движения). Результаты сравнительного анализа уровня безопасности по модели-прототипу и разработанной модели были идентичными и показали уменьшение временных и трудовых затрат в 1,6 раза без потери точности. Таким образом, разработанную методику рекомендуется применять для определения потенциальной опасности участков автомобильных дорог во время экспресс-анализа безопасности автомобильной дороги или при проведении аудита безопасности дорожного движения на различных стадиях жизненного цикла автомобильной дороги.



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