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, № 2 (2021)
Скачать выпуск PDF

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ 

95-100 33
Аннотация

Определено влияние добавления Мо и МоS2 на микроструктуру и свойства покрытия из порошков на базе аустенитных сталей. Покрытия исследовали с помощью рентгеновской дифракции (XRD), оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии (SEM) с использованием твердомера по Виккерсу. Абразивную износостойкость определяли по методике Pin on disk. Результаты показывают, что покрытие, не содержащее Mo и МоS2, состоит из фаз g(Fe), M7(C, B)3 и (Fe, Cr)2B. Добавление Mo и МоS2 приводит к образованию фаз M23(C, B)6, Mo2(B, C) и Fe3Mo3(C, B), где M = Fe, Cr, Mo. Цель исследований заключалась в изучении характеристик распределения Мо и МоS2 и влияния их добавления на микроструктуру, твердость, абразивную износостойкость покрытия из сплава на основе аустенитных сталей. Для напыления использовали композиционные материалы на основе аустенитных сталей, полученных методом диффузионного легирования (Aus0Mo), которые имеют близкую к сферической форму частиц диаметром 50–100 мкм. В порошок композиционного материала на основе аустенитных сталей (Aus3Mo, Aus5Mo и Aus7Mo) добавляли 3–7 мас. % порошка Мо и 1,0–1,5 мас. % порошка МоS2 с частицами диаметром менее 50 мкм. Методы наплавки, включая газовую дуговую сварку вольфрамовым электродом, дуговую сварку в защитном газе, плазменную наплавку (РТА) и лазерную наплавку, широко применяются в промышленности для повышения износостойкости поверхностей. Наиболее важные различия между этими методами заключаются в скорости осаждения, применимости материалов, разбавлении субстрата, микроструктуре и стабильности твердости после воздействия высоких температур, а также в стоимости изготовления. Среди методов, описанных выше, плазменное напыление с последующим оплавлением представляет собой хорошую альтернативу другим процессам наплавки поверхности. Перегревать покрытие до полного расплавления не следует, поскольку в этом случае первичные кристаллы карбидов и боридов хрома переходят в жидкий раствор и при последующей кристаллизации образуют более грубую структуру, ухудшая качество покрытия. Именно это не происходит при плазменном напылении с последующим оплавлением. Кроме того, способ дешев, покрытия обладают достойным качеством, конкурентоспособной износостойкостью и стабильностью свойств при высокой температуре.

101-108 44
Аннотация

Одним из наиболее эффективных методов лечения внутрисосудистых образований в настоящее время является применение ступенчатых ультразвуковых волноводных систем трубчатого типа (концентраторов-волноводов) с полым сферическим наконечником. Его наличие обеспечивает возможность подачи жидких сред в зону дислокации внутрисосудистого образования с целью дополнительного кавитационного воздействия, а также максимально эффективное разрушение внутрисосудистых образований за счет виброударного воздействия. При существующих особенностях методов формообразования для получения полого сферического наконечника концентратора-волновода целесообразно использовать методы пластического деформирования – раздачу и обжим. В статье представлены результаты предварительного расчета, численного моделирования и экспериментальных исследований процессов формообразования наконечника концентратора-волновода раздачей и обжимом. На основе метода конечных элементов в среде программного комплекса ABAQUS выполнено моделирование операций раздачи и обжима трубной заготовки, позволившее: оценить напряженно-деформированное состояние деформируемого конического участка заготовки, изменение толщины стенки в процессе формоизменения и рассчитать длину заготовки для оформления конического участка; установить закономерности влияния геометрических параметров на силовые режимы процесса раздачи; установить параметры режимов формообразования наконечника концентратора-волновода методом раздачи и обжима, обеспечивающие формирование требуемой геометрии. Полученные результаты предварительного расчета, численного моделирования и экспериментальных исследований процессов формообразования наконечника концентратора-волновода раздачей и обжимом имеют схожие значения, что подтверждает корректность использования как метода предварительного расчета, так и численного моделирования при разработке технологии изготовления концентратора-волновода.

109-120 27
Аннотация

Наноструктурированные пленки NiFe были синтезированы методом импульсного электролитического осаждения на кремнии с золотым подслоем, после чего подвергались температурной обработке при 373–673 К с целью изучения влияния термообработки на микроструктуру и механические свойства объектов исследования. Атомно-силовая микроскопия высокого разрешения позволила проследить этапы эволюции микроструктуры под действием термической обработки, включающие процесс нелинейного увеличения роста зерен и двухстадийную агломерацию. Показано, что с ростом температуры термообработки до 673 К размер зерна увеличивается с 68 до 580 нм по сравнению с исходным образцом, претерпевая процессы агломерации при температурах 100 и 300 °C. Механические свойства наноструктурированных пленок NiFe изучены методом наноиндентирования. Получены и проанализированы зависимости твердости модуля Юнга и значений сопротивления упругопластической деформации от глубины. Данный подход позволил выявить различия в поведении механических свойств поверхностного слоя и внутреннего объема пленки под действием различных температур термообработки, а также продемонстрировать противоположную реакцию разных слоев материала на повышение температуры. В результате анализа деформационных кривых наноиндентирования установлено, что гомогенизация поверхности в сочетании с активацией процессов окисления приводят к упрочнению приповерхностного слоя пленок NiFe. В то же время внутренний объем материала характеризуется нелинейным уменьшением твердости и модуля Юнга при росте температуры термообработки. Объяснение этого явления найдено в комплексном влиянии уменьшения количества межзеренных границ (вследствие увеличения среднего размера зерен с повышением температуры) и увеличения концентрации атомов золота, диффундирующих из подслоя более активно при росте температуры обработки пленок NiFe.

121-126 27
Аннотация

Приведен сравнительный анализ влияния формы кольцевых концентраторов ультразвуковых систем на их амплитудно-частотные характеристики. Известны устройства, в которых упругие элементы используются либо в качестве резонаторов, либо как рабочие инструменты ультразвуковых технологических систем. Однако использование упругих элементов в качестве концентраторов ультразвуковых колебаний недостаточно изучено и требует проведения комплексных исследований и разработки рекомендаций для их практического применения. С этой целью в статье с помощью компьютерной программы ANSYS проведен теоретический анализ, позволивший выполнить модальный и гармонический анализ моделей кольца с различной формой. Кольцо круглой формы имеет номинальный наружный диаметр 50 мм и переменное сечение. Анализировались три модели колец: одно круглое и два овальной формы. Для осуществления сравнения и выявления частот, при которых возникает резонанс, характеристики колебаний колец рассматривались в диапазоне частот от 1 до 26 кГц. Результаты анализа показывают, что в зависимости от частоты вынужденных колебаний в кольцах образуются изгибные колебания, которые действуют в различных координатных плоскостях. При этом изменение формы колец сопровождается изменением амплитуды изгибных колебаний. Наиболее интенсивные колебания вдоль вертикальной оси были достигнуты в кольцах круглой формы. Установлено, что с повышением частоты вынужденных колебаний наблюдается увеличение числа периодов колебаний. Если в области низких частот колебаний в кольце образуется только однопериодная мода колебаний, то в области ультразвуковых колебаний число периодов колебаний увеличивается до двух и трех. Все рассматриваемые модели колец имеют несколько собственных частот колебаний с определенной периодичностью в разных координатных плоскостях в зависимости от формы колец. Интенсивность колебаний различна в разных направлениях и зависит от формы и частоты вынужденных колебаний. Демонстрируются примеры разновидностей моды колебаний для всяких форм колец.

127-131 26
Аннотация

В статье представлены результаты исследований динамики концевого фрезерования тонкостенных деталей сложной геометрической формы. Поскольку процесс фрезерования с малыми глубинами резания характеризуется высокой прерывистостью резания, доля регенеративных колебаний уменьшается, а влияние вынужденных колебаний на динамику процесса, напротив, увеличивается. Изучено влияние осевой глубины резания на колебания, возникающие при обработке, и шероховатость обработанной поверхности. Опыты проводили на специально сконструированном стенде, позволяющем раздельно исследовать влияние режимов резания и динамических характеристик тонкостенной детали на динамику фрезерования. Эксперименты выполнены в широком диапазоне изменений скорости вращения шпинделя при различных осевых глубинах резания. Колебания тонкостенной детали регистрировали индуктивным датчиком и записывали в цифровом виде. Затем по осциллограмме оценивали амплитуду и частоту колебаний. Проанализированы профилограммы обработанной поверхности. Шероховатость оценивали по параметру Ra. Результаты показали схожие зависимости для каждой из исследованных осевых глубин резания. Наихудшие условия резания наблюдались в случаях, когда собственная частота колебаний совпадала с зубцовой частотой или ее гармониками. Показано, что основной причиной вибраций при высокоскоростном фрезеровании являются вынужденные, а не регенеративные колебания. Увеличение осевой глубины резания при одинаковых частотах вращения шпинделя повышает амплитуду колебаний. Однако это несущественно влияет на шероховатость обработанной поверхности в случаях, когда речь идет о виброустойчивой обработке.

ТРАНСПОРТ 

132-141 31
Аннотация

Широкое использование экологического общественного транспорта является приоритетной стратегией по уменьшению заторов и загрязнений от дорожного движения во многих городах. Троллейбус – вид городского общественного электрического транспорта, который рассматривается как перспективный инструмент для повышения эффективности общественного транспорта и достижения целей устойчивого развития и качества жизни в городе. Управление в троллейбусе работой тормозной системы – рабочей и вспомогательной (тормозным моментом тягового электродвигателя) – осуществляется с помощью одной педали. Таким образом, имеются режимы совместной работы этих систем в процессе торможения. Основное внимание автор сосредоточил на разработке алгоритма для совместного управления тяговым электродвигателем и антиблокировочной тормозной системой для повышения общей эффективности торможения транспортного средства. С этой целью разработана математическая модель динамики торможения троллейбуса. Для определения параметров эффективности торможения автомобиля и проверки математической модели проведены стендовые и дорожные испытания на различных дорожных покрытиях. Соответствующие экспериментальные данные использовались для анализа эффективности предложенной стратегии совмещения управления тяговым электродвигателем и антиблокировочной тормозной системой троллейбуса. В результате подтверждена дееспособность предложенного алгоритма управления, обеспечивающего требуемую эффективность торможения и высокую тормозную устойчивость автомобиля.

ЭНЕРГЕТИКА 

142-149 30
Аннотация

Образование коммунально-бытовых компонентов жизнедеятельности человека и производственных предприятий неизбежно, уровень их использования в Беларуси в среднем увеличился до 23 %. В статье дана оценка существующих систем сбора и удаления отработанных твердых бытовых элементов исходя из технологических этапов (подготовка компонентов к погрузке в мусороуборочный транспорт; организация их временного хранения в домовладениях, на предприятиях; сбор и вывоз с территорий домовладений, организаций и предприятий; обезвреживание, переработка, утилизация). Рассмотрены последствия несвоевременного сбора твердых бытовых и производственных отходов. Приведены факторы, оказывающие негативное влияние на среду обитания человека и экологию территорий населенных пунктов, предприятий. Представлен анализ эффективности своевременного удаления таких компонентов в системах коммунального хозяйства городов и предприятий как важной составляющей, обеспечивающей социальную, экономическую и экологическую значимость. На современном этапе развития техники и доступных технологий один из наиболее рациональных и экономически оправданных способов доставки отработанных элементов к участкам их сортировки и переработки – вакуумная транспортировка с помощью трубопроводного транспорта. Его применение обосновано в промышленных зонах, населенных пунктах с высокой и средней плотностью заселения, причем прокладывать такой трубопровод можно рядом с существующими трубопроводными и иными транспортными коммуникациями.

150-160 26
Аннотация

Для повышения эффективности эксплуатации тепловых сетей, размещенных в непроходных каналах, ранее предложено схемно-структурное решение регенеративно-утилизационного теплоиспользования и одновременно показана проблематичность создания приемлемой натурной экспериментальной установки или сложность проведения пассивного эксперимента на существующих теплотрассах в непроходных каналах. В качестве альтернативного решения для выполнения исследований предлагается создать и использовать виртуальную экспериментальную установку, разработанную на базе программного комплекса ANSYS, получившего широкое признание в мире. Начальные результаты верификации модели показали перспективность изучения теплообмена и аэродинамики в продуваемых непроходных каналах теплотрасс с использованием такого решения. Выполнено исследование с помощью виртуальной экспериментальной установки на базе шестифакторного ротатабельного плана второго порядка, содержащего 46 точек на гипершаре с шестью звездными точками. Показано отсутствие необходимости рандомизации порядка проведения и повторения исследования в точках плана проведения вычислительного эксперимента. Получены уравнения регрессии второго порядка для расчета комплекса целевых функций: требуемого напора воздуха для достижения заданной скорости потока, интенсивности теплоотдачи непосредственно от труб теплотрассы, а также от стенок канала к продуваемому воздуху. В качестве влияющих факторов при вычислениях приняты: геометрия каналов типовых размеров теплотрасс, длина участков, температуры наружного воздуха и грунта, скорость потока воздуха в канале. Для полученных уравнений регрессии установлены значимые коэффициенты и осуществлен переход от безразмерных факторов к натуральным. С использованием стандартных статистических методов оценок на базе рассчитанных значений критериев Фишера, Стьюдента и других определена адекватность полученных уравнений регрессии.

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ 

161-167 26
Аннотация

В соответствии с законом сохранения энергии полная энергия замкнутой физической системы должна оставаться постоянной в любой момент времени. Энергия бегущей упругой волны состоит из кинетической энергии колеблющихся частиц среды и потенциальной энергии ее упругой деформации. В существующей теории упругих волн считается, что плотности кинетической и потенциальной энергий бегущей волны без потерь одинаковы в любой момент времени и меняются по одинаковому закону. Соответственно плотность полной энергии такой волны разная в различные моменты времени, а постоянным сохраняется только ее усредненное по времени значение. Таким образом, в существующей теории упругих волн закон сохранения энергии не выполняется. Цель настоящей работы – дать физически корректное описание этих волн. Предложено новое описание звуковой волны в идеальном газе, основанное на использовании системы волновых уравнений для возмущения скорости колебаний частиц газа, определяющего их кинетическую энергию, и для упругой деформации, определяющей их потенциальную энергию. Показано, что физически корректными решениями такой системы уравнений для бегущей звуковой волны являются гармонические решения, описывающие колебания возмущения скорости частиц газа и упругой деформации, которые сдвинуты по фазе на p/2. Получено, что положения максимумов кинетической и потенциальной энергий упругой волны, описываемых такими решениями, чередуются в пространстве через каждые четверть длины волны. Установлено, что через каждые четверть периода в волне без потерь происходит полное преобразование кинетической энергии в потенциальную и обратно, при этом в каждой пространственной точке волны ее полная плотность энергии одинакова в любой момент времени, что согласуется с законом сохранения энергии. Плотность потока энергии такой бегущей упругой волны описывается выражением для вектора Умова. Сделан вывод, что бегущую звуковую волну без потерь в идеальном газе можно рассматривать как гармонический осциллятор.

168-172 18
Аннотация

Известно, что краевые задачи для уравнений Лапласа и Пуассона эквивалентны задаче вариационного исчисления – о минимуме интеграла, для которого данное уравнение в частных производных является уравнением Эйлера – Лагранжа. Например, задача о минимуме интеграла Дирихле в единичном круге с центром в начале координат на некотором допустимом множестве функций при заданных значениях нормальной производной на окружности эквивалентна краевой задаче Неймана для уравнения Лапласа в этой области. На основе известного точного решения краевой задачи Неймана для круга с помощью специальной приближенной формулы для интеграла Дини сконструировано эффективное приближенное представление дилогарифмами решения указанной выше эквивалентной вариационной краевой задачи. Приближенная формула эффективна в том смысле, что она достаточно проста при численной реализации, устойчива, а равномерная по кругу оценка погрешности позволяет проводить вычисления с заданной точностью. Специальная квадратурная формула для интеграла Дини обладает замечательным свойством – ее коэффициенты неотрицательны. Квадратурные формулы с неотрицательными коэффициентами занимают особое место в теории приближенных вычислений определенных интегралов и ее приложениях. Естественно, что еще большую значимость это свойство приобретает, когда коэффициенты не числа, а некоторые функции. Проведенный численный анализ приближенного решения подтверждает его эффективность.

173-178 34
Аннотация

Выполнены спектральный анализ сигналов различной природы, построение скалограммы сигнала с помощью вейвлета Морле, модификация скалограммы для получения более информативного графического представления сигнала. Путем преобразования Фурье строится спектральный анализ сигнала. С помощью системы Mathematica разработана модификация графического представления результата вейвлет-преобразования. Для этого использовалась вейвлет-скалограмма как двумерное представление исходного сигнала. На ней введена шкала для значения амплитуды сигнала в зависимости от времени и периода ее составляющих компонентов. Такое графическое представление позволяет получить дополнительную информацию о динамических свойствах исходного сигнала. Разработана модификация представления скалограммы исходного сигнала для более полного спектрального анализа (определение периода составляющих компонент). Приведен пример использования модифицированной скалограммы для анализа сигнала, содержащего два импульса – звукового сигнала и белого шума. Базисным вейвлетом в этом случае является вейвлет Морле. Произведено сравнение скалограмм – полученной с помощью встроенной функции и модифицированной. Недостаток первой скалограммы – невозможность оценки периодичности сигнала, а ее достоинство – возможность оценки локализации импульса. Для модифицированной скалограммы достоинством является оценка периодичности сигнала, а недостатком – неточность определения диапазона локализации импульса. Для спектрального анализа в системе Mathematica рекомендуется использовать сочетание двух подходов (использование стандартной встроенной функции для определения локализации импульса) и модифицированной скалограммы (для определения периодов составляющих компонент).

179-184 29
Аннотация

Рассматривается задача билинейного программирования, в которой столбец, соответствующий одной из переменных величин, не фиксированный, а может выбираться из некоторого выпуклого множества. Данная задача известна как задача Данцига – Вулфа. Раннее предлагался модифицированный опорный метод ее решения, использующий декомпозицию ограничений задачи метода Данцига – Вулфа. Автором статьи разработан прямой точный метод решения сформулированной задачи. Метод основан на идее решения задачи линейного программирования с обобщенными прямыми ограничениями и на общей концепции адаптивного метода решения задачи линейного программирования. Введены понятия опоры, опорного плана, оптимального и субоптимального (e-оптимального) плана, который является заданным приближением по целевой функции к оптимальному плану задачи. Сформулированы и доказаны критерии оптимальности и субоптимальности опорного плана. Поиск оптимального решения основан на идее максимизации приращения целевой функции. Данный подход позволяет полнее учитывать основную цель и структуру задачи. Улучшение опорного плана состоит из двух частей: замены плана и замены опоры. Для поиска подходящего направления решается специальная производная задача с учетом основных ограничений задачи. Замена опоры основана на поиске оптимального плана двойственной задачи. За конечное число итераций (в случае невырожденности) метод приводит к оптимальному решению задачи.



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