Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 618
Статья научная
Изложены результаты исследования проточной части вихревого расходомера. Произведена верификация результатов численного моделирования течения в проточной части вихревого расходомера с физическим экспериментом. При моделировании течения в пакете COSMOS FlowWorks использовалась «k-e»-модель турбулентности. Расчет выполнялся на прямоугольной расчетной сетке, содержащей до 3,5 млн расчетных ячеек на заданной проточной части. Относительная погрешность численного моделирования составляет не более ±10,0 % для крайних точек скоростей потока и не более ±5 % для середины диапазона скоростей потока. При моделировании гидрогазодинамических процессов в проточной части вихревого расходомера для получения результата с относительной погрешностью не более ±5 % достаточно ограничиться числом расчетных ячеек не более 3,0 млн. Представлены результаты численного эксперимента с деформированной проточной частью в форме овала, а также с литейными уклонами и радиусами и показана степень влияния деформации проточной части вихревого расходомера для сжимаемой (воздух) и несжимаемой среды (вода) на амплитудно-частотные характеристики. Выявлено, что проточная часть, деформированная в направлении тела обтекания в эллипс, обладает наибольшей стабильностью и постоянством критериального числа Струхаля по сравнению с расчетной геометрией. Данные выводы послужили основанием для создания нового типа проточной части для вихревого расходомера (Патент на полезную модель № 140006 «Проточная часть для формирования потока в системах измерения расхода жидких и газообразных сред»). В качестве направлений будущих исследований целесообразно сосредоточится на исследовании влияния деформированной геометрии на стабилизацию генерацию вихрей при малых числах Рейнольдса, а также поиска оптимальной геометрии, способной расширить диапазон генерации стабильных вихрей в области малых чисел Re.
Бесплатно
Исследование обрабатываемости материала БРАЖ 10, полученного DMD-методом
Статья научная
В работе рассмотрены результаты экспериментального исследования обрабатываемости материала БрАЖ 10, полученного с использованием DMD-метода (Direct Metal Deposition). DMD - это одна из новых наукоемких технологий, относящаяся к группе аддитивных, суть которой заключается в прямом осаждении материала из газопорошковой струи металлических частиц. Применение данной технологии позволяет изготавливать детали достаточно сложной формы, при этом появляется возможность отказа от трудоемких заготовительных процессов. Кроме того, данная технология позволяет наносить многокомпонентные покрытия, обладающие специальными свойствами, такими как жаростойкость, коррозионностойкость, повышенная прочность, износостойкость и т. д. Объектом экспериментального исследования является процесс фрезерования. Предмет исследования - выходные параметры процесса. Цель работы заключается в оценке обрабатываемости фрезерованием наплавленного материала, используя показатели силы резания и качества обработанной поверхности. Основными методами, применяющимися для достижения поставленной цели, являются эксперимент, измерение и анализ. В результате проведения эксперимента были получены данные, необходимые для дальнейшей обработки. Основная задача опытов заключалась в регистрации силы резания и измерении шероховатости обработанной поверхности при различных подачах, что является важнейшим этапом для установления их взаимосвязи. В результате проведения исследования была установлена взаимосвязь силы резания при фрезеровании и шероховатости обработанной поверхности от подачи, что позволило определить коэффициент относительной обрабатываемости материала БрАЖ 10, полученного DMD-методом. Полученные значения коэффициента относительной обрабатываемости могут быть применены при проектировании операции механической обработки такого материала для назначения режимов резания.
Бесплатно
Исследование параметрических резонансных колебаний в ходовой части гусеничной машины
Статья научная
К современным быстроходным гусеничным машинам предъявляются повышенные требования по различным эксплуатационным и функциональным характеристикам. В частности особые требования предъявляются к уровню вибронагруженности, определяющему работоспособность различных элементов конструкции гусеничного движителя, системы подрессоривания, других узлов и агрегатов машин, в том числе дополнительного оборудования, монтируемого на базовых шасси. В предлагаемой работе рассматривается взаимодействие гусеницы с опорным катком, как одного из основных источников формирования высокочастотного вибрационного нагружения элементов конструкции ходовой части и гусеничного движителя. Устанавливается связь между двухпараметрическим регулированием процесса взаимодействия опорного катка с гусеницей с уровнем динамических нагрузок и температуры шин опорных катков. Разрабатывается комплекс математических моделей для численного определения вибрационной и тепловой нагруженности опорных катков, оценивается устойчивость полученных периодических решений на основе анализа параметрических колебаний с использованием диаграммы Айнса-Стретта. На основе результатов исследования обосновывается необходимое значение модуляции жесткости системы «каток - гусеница», обеспечивающей исключение параметрических резонансов. Показано, что конструкция модернизированного трака со смещенными полутраками, а также вариант с полутраками, выполненными по схеме «зигзаг» позволяет существенно сократить параметр глубины модуляции μ (соответственно и параметр h диаграммы Айнса-Стретта) на 40 %, что обеспечивает снижение вероятности возбуждения резонансных параметрических колебаний при качении опорного катка по звенчатой гусеницей, лежащей на твердом грунте. Полученные теоретические заключения подтверждаются результатами многочисленных экспериментальных исследований как динамической, так и тепловой нагруженности шин опорных катков. На основе анализа существующей методики расчета температуры шин опорных катков гусеничных машин, результатов расчетно-экспериментального исследования делается заключение о существовании динамических явлений, не учитываемых в данной методике, но оказывающих существенное влияние на изменение температуры внутренних слоев массивных шин гусеничных машин.
Бесплатно
Исследование подвижности быстроходной гусеничной машины при движении по заданной трассе
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования движения машины при управлении штурвалом в функции пути, описанном последовательным набором участков различной кривизны. Проиллюстрировано преимущество автоматизированной системы управления поворотом при прохождении заданной на местности трассы.
Бесплатно
Исследование предельных режимов двухфазного эжектора
Статья научная
Уточнена математическая модель жидкостногазового эжектора с точки зрения анализа потенциальных возможностей аппарата. Рассмотрены предельные режимы по структуре двухфазного потока в камере смешения жидкостногазового эжектора, их влияние на теоретическую напорную характеристику струйного аппарата, результаты сравниваются с данными экспериментальных исследований.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты исследования новой концепции системы изменения массово-инерционных характеристик номинально осесимметричных роторных конструкций, в частности летательных аппаратов осесимметричной формы. Данная система может применяться для статической и динамической балансировки изделия непосредственно в процессе эксплуатации и представляет собой балансировочный груз, устанавливаемый на подвижную платформу механизма с параллельной кинематикой типа «гексапод». Она может быть применима в том числе и для номинально осесимметричных летательных аппаратов для парирования возмущений от асимметрий различного рода путем целенаправленного создания массово-инерционной асимметрии конструкции. В работе проведен анализ вариантов приведения системы в требуемое состояние (путем линейного изменения длин стержней привода, а также путем перемещения и поворотов балансировочного груза по линейным законам). Произведена оценка соотношений массово-инерционных характеристик (продольного и поперечного момента инерции балансировочного груза) системы «корпус - балансировочный груз» и их влияния на кинематические параметры механизма, в частности на величины потребных смещений и углов поворота балансировочного груза, величины изменения длин штанг привода. На основе исходной модели как системы из двух тел «корпус - балансировочный груз» создана расширенная модель с учетом массово-инерционных характеристик стержней привода. Произведен анализ применимости модели из двух тел в зависимость от массово-инерционных характеристик стержней привода, в частности от массы стержней. Проанализировано влияние точности изменения длин стержней привода на итоговые массово-инерционные характеристики системы, такие как осевые моменты инерции системы и остаточный нескомпенсированный центробежный момент инерции.
Бесплатно
Исследование пространственных гидрогазодинамических эффектов в проточной части вихревого расходомера
Статья научная
Исследованы трехмерные гидрогазодинамические эффекты, создаваемые изменениями геометрической формы тела обтекания, в частности различной формой поперечного сечения по длине тела обтекания. Актуальность обусловлена недостатком информации по этому направлению на данный момент. Проведен анализ современных источников информации по исследованию трехмерных гидрогазодинамических эффектов в проточной части вихревого расходомера и других подобных устройств. Приведено краткое описание процесса вихреобразования за телом обтекания, расположенном в трубопроводе круглого сечения. Проведено исследование влияния тела обтекания с переменным поперечным сечением, расположенным в проточной части вихревого расходомера, на трехмерную структуру турбулентного потока вблизи тела обтекания и на расположенный ниже по потоку чувствительный элемент. Проточная часть была смоделирована в программном комплексе ANSYS в модуле CFX для жидкости и газа. Кроме численных расчетов проводились физические эксперименты на проливочных установках и на газовом стенде на базе ЗАО «ПГ «МЕТРАН». Исследовано изменение рабочей безразмерной характеристики числа Струхаля от числа Рейнольдса Sh(Re), вызванное различиями геометрических параметров тела обтекания, в частности изменяемой формой поперечного сечения по длине тела обтекания. Для этого были изготовлены и протестированы образцы тел обтекания с переменным поперечным сечением и соответствующие им численные модели. По результатам исследований было установлено, что тело обтекания с переменным поперечным сечением создает разрыв единого вихря в определенной точке в зависимости от скорости потока, в результате чего происходит изменение пространственной структуры вихревого потока и его амплитудно-частотной характеристики, что, в свою очередь, влияет на рабочую характеристику вихревого расходомера.
Бесплатно
Статья научная
На основе анализа развития транспортных технических систем установлена устойчивая тенденция к применению в их конструкциях композиционных материалов. Также отмечена перспективность использования аддитивных технологий трехмерной печати для изготовления объектов сложной формы. При этом проанализирован метод избирательного локального упрочнения путем формирования топологических структур, конфигурация которых соответствует полям возникающих в процессе эксплуатации напряжений. Предметом исследований явилась прочность образцов из композиционного материала. Цель исследований - экспериментальное обоснование возможности повышения прочности объектов аддитивного производства из термопластичных материалов путем их армирования топологическими композиционными структурами и СВЧ модифицирования. Выполнены исследования на стойкость к растягивающим нагрузкам трехмерных объектов с ослабленными сечениями, сформированных при помощи аддитивной технологии FDM. Согласно принятой методике выполняли определение конфигурации полей напряжений в композиционном материале на компьютерной твердотельной модели, изготавливали образцы с полостью, полученной путем моделирования конфигурации методом трехмерной печати, заполняли полость композитом с углеродными волокнами. Часть полученных образцов подвергали воздействию СВЧ электромагнитного поля. Проводили испытания на растяжение. Выявлено, что армирование образца из термопластичного материала ABS композиционным материалом, содержащим углеродные волокна, существенно повышает величину разрывного усилия, при этом наибольший эффект (повышение разрывного усилия в 1,5 раза) достигается при распределении армирующего материала в соответствии с прогнозируемыми полями эксплуатационных напряжений. Дополнительная обработка армированного образца в СВЧ электромагнитном поле частотой 2450 МГц в течение 10 с приводит к увеличению разрывного усилия по сравнению с контрольным в 1,74 раза, а модуля упругости - в 3,5 раза. Результаты могут быть использованы при изготовлении деталей различных технологических и транспортных технических систем, в частности летательных аппаратов, к прочности и весовым характеристикам которых предъявляются повышенные требования.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования движения машины с двухпоточной центральной трансмиссией, включающей гидродинамический трансформатор крутящего момента, гидрообъемную передачу и механизм свободного хода.
Бесплатно
Исследование рабочих процессов в рекуператоре энергетической микрогазотурбинной установки
Краткое сообщение
Исследованы рабочие процессы в рекуператоре энергетической микрогазотурбинной установки. Предложена математическая модель и метод расчёта рабочих процессов в рекуператоре. Приведены результаты математического моделирования рабочих процессов рекуператора рассматриваемой установки.
Бесплатно
Исследование режимов работы энергетической микрогазотурбинной установки
Краткое сообщение
Рассмотрены режимы работы энергетической микрогазотурбинной установки. Предложен подход к определению максимальной частоты вращения ротора турбокомпрессора установки, существенно влияющей на его конструктивное исполнение. По результатам математического моделирования получены зависимости характеристик энергетической микрогазотурбинной установки от частоты вращения ротора турбокомпрессора.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования переходных и установившихся режимов криволинейного движения быстроходной гусеничной машины с дифференциальным гидрообъемным механизмом поворота и двумя вариантами автоматических систем, работающих на снижение ошибки управления и перегрузки гидрообъемной передачи
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты теоретических расчетов и экспериментального определения теплопроводности, теплоемкости наполненных реактопластов, использующихся в качестве теплозащиты. Предложен наиболее эффективный состав композита.
Бесплатно
Статья научная
Нагруженность гидрообъёмной передачи в механизме поворота существенно влияет на управляемость быстроходной гусеничной машины в целом. С помощью математического моделирования гидравлических процессов появляется возможность исследовать последствия установки гидроаккумулятора в состав гидрообъёмного механизма поворота, оценить правильность выбора параметров на ранней стадии проектирования.
Бесплатно
К анализу червячного зацепления в обобщающих координатах
Статья научная
Описаны задачи анализа червячного зацепления путем управления его обобщенной и локальной областями существования в обобщающих координатах. Представлены результаты анализа червячного зацепления самобло-кирующего дифференциала автомобиля «Урал», позволяющие определить рациональные параметры производящего реечного контура формообразующего инструмента.
Бесплатно
К вопросу определения величины буксования при развороте гусеничной машины вокруг центра тяжести
Статья научная
Статья посвящена исследованию поворота гусеничной машины относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести. Такое движение гусеничных машин стало возможным с внедрением в их трансмиссии дифференциальных механизмов поворота или c применением бортовых схем бесступенчатых трансмиссий. Возможность разворота на месте существенно повысило маневренность как быстроходных гусеничных машин, так и тихоходных промышленных тракторов. Вопросы теории движения гусеничных машин в части разворота на месте (вокруг центра тяжести) изложены в технической литературе недостаточно глубоко, что связано с конструктивными особенностями традиционных механизмов поворота, обеспечивающих минимальный радиус поворота, равный поперечной базе машины, то есть поворот вокруг остановленной гусеницы. Буксование гусеничного движителя относительно опоры (грунта) вносит существенные коррективы в кинематику поворота и особенно поворота вокруг центра тяжести. Результаты полевых испытаний гусеничных машин с дифференциальным механизмом поворота значительно отличаются от теоретических параметров кинематики разворота на месте, однако никому до сих пор не удавалось количественно оценить это различие и теоретически его обосновать. Авторы установили новые аналитические зависимости, наглядно иллюстрирующие многократный рост буксования гусениц при развороте на месте по сравнению с прямолинейным движением. Коэффициент буксования увеличивается до 10 раз, становится невозможным игнорировать его при оценке кинематических расчетов криволинейного движения гусеничных машин. Результаты исследования могут быть полезны научным работникам и конструкторам, занимающимся проектированием гусеничных машин с прогрессивными трансмиссиями и механизмами поворота.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования переходных режимов криволинейного движения быстроходной гусеничной машины с независимым гидрообъемным механизмом поворота с целью оптимизации работы фрикционных муфт, являющихся их неотъемлемой и отличительной частью.
Бесплатно
К вопросу повышения устойчивости осесимметричных корпусов в сверхзвуковом потоке
Статья научная
Рассмотрена задача повышения устойчивости осесимметричных корпусов при сверхзвуковых скоростях обтекания. Для улучшения моментных характеристик использовались отклоняемая носовая часть и стабилизирующее устройство, выполненное в виде четырех отклоняемых щитков. Исследования проведены в диапазоне чисел Маха М = 3...10 и углов атаки α = 1.30°. Показана возможность улучшения моментных характеристик корпуса. Рассмотрены особенности влияния отклонения носовой части и щитков на аэродинамические характеристики корпуса.
Бесплатно
К вопросу производства высоких абразивных кругов
Статья научная
Показаны возможные способы формования заготовок высоких абразивных кругов для бесцентрового шлифования. Определены их недостатки и преимущества. Установлена зависимость допустимой скорости вращения круга от надежности сцепления витков многослойной рулонной заготовки. Сделан вывод о целесообразности формования многослойных заготовок методом гидростатического прессования.
Бесплатно
Статья научная
Маложесткими деталями являются такие детали, у которых один из геометрических параметров намного больше, чем все остальные. В работе рассматриваются различные технологии и оборудование для осуществления правки таких маложестких деталей, как фрикционные диски. Внешний диаметр дисков в десятки и даже сотни раз больше, чем их толщина. Такие конструктивные особенности создают сложности при их изготовлении. Задача придания правильной формы детали сложнее, чем соблюдение допусков на размеры. Поэтому иметь технологии и оборудование, которые позволили бы придать необходимую форму маложестким деталям, важно для современного производства. Важно и то, что исследования, проведенные авторами работы, позволяют утверждать, что прогрессивные технологии правки могут создать условия в материале деталей, которые позволяют сохранять правильную геометрическую форму детали после изготовления в течение 1000 часов и более. Отличительной чертой современных технологий правки маложестких изделий является создание динамических воздействий на их рабочие поверхности. В процессе правки на их рабочих поверхностях создаются микропластические деформации разного вида, в том числе изгибы. Циклический характер правки деталей создаёт условия для релаксации остаточных напряжений в материале изделий, что благоприятно отражается на стабилизации их геометрических параметров во времени. При этом при динамической правке изделий в определенных режимах не происходит потерь в эксплуатационном ресурсе работы изделий. Наоборот, правильная форма изделий создаёт условия для увеличения долговечности маложестких изделий. В работе делается попытка обобщить информацию по технологии правки фрикционных дисков на основе исследований, выполненных авторами настоящей работы в разные годы. В статье раскрываются пути совершенствования технологии правки с целью придания изделиям правильной геометрической формы.
Бесплатно
