Грачева Н.А., Леканов М.В., Майер А.Е., Фомин Е.В. «Применение нейронных сетей для моделирования ударно-волновых процессов в алюминии» Известия российской академии наук. Механика твердого тела, № 3, с. 42-61 (2021)

Разработана методика применения искусственных нейронных сетей для описания нелинейной связи компонент напряжений и деформаций (тензорное уравнение состояния) и начала пластического течения (гомогенная нуклеация дислокаций) в монокристаллах металлов на примере алюминия. Наборы данных для обучения нейронных сетей генерируются при помощи молекулярно-динамического (МД) моделирования однородной деформации репрезентативных объемов монокристалла. Рассматриваются осесимметричные деформированные состояния, когда ось симметрии совпадает с направлением [100] монокристалла. Обученные нейронные сети используются в качестве аппроксимирующих функций в рамках модели дислокационной пластичности, обобщенной на случай конечных деформаций. С ее помощью проводится моделирование распространения ударных волн, возникающих при соударении пластин. В случае наноразмерных пластин проводится сравнение с прямым МД-моделированием процесса. В идеальном монокристалле упругий предвестник сохраняет постоянную амплитуду, соответствующую порогу гомогенной нуклеации дислокаций, в то время как в деформированном монокристалле он имеет существенно меньшую амплитуду и быстро затухает с расстоянием.

Асташев В.К., Пичугин К.А., Семенова Е.Б. «Нелинейная динамика вибрационной машины с электродинамическим возбудителем колебаний» Проблемы машиностроения и надежности машин, № 1, с. 15-24 (2021)

Приводятся результаты анализа динамических свойств вибрационной технологической машины с электродинамическим возбудителем колебаний при ее работе на нелинейную технологическую нагрузку. Построены амплитудно-частотные характеристики машины, как на холостом ходу, так и в рабочем режиме при питании возбудителя колебаний от источников тока и напряжения. Показана возможность и найдены условия появления областей неоднозначности амплитудно-частотных характеристик и их ветвей, отвечающих неустойчивым режимам. Выявлен ряд особенностей динамического поведения машины и ее предельные возможности.

Альтшуль Г.М., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. «Моделирование взаимодействия обрабатываемой породы с вибрационной щековой дробилкой» Проблемы машиностроения и надежности машин, № 1, с. 33-42 (2021)

Рассматриваются вопросы моделирования взаимодействия щеки вибрационной щековой дробилки с обрабатываемой породой, представляющей собой кусковой материал. Для описания движения породы и ее последовательного разрушения на более мелкие фрагменты камера дробления разделена на равные по высоте зоны. В каждой текущей зоне после определенного числа циклов нагружения обрабатываемый материал разрушается на более мелкие фракции и перемещается в следующую зону, где происходит их последующее дробление. Дробимый материал, находящийся в текущей зоне, описывается феноменологической моделью, учитывающей упруговязкие свойства и отражающей процесс последовательного разрушения обрабатываемого материала при многократном сдавливании. Получены дифференциальные уравнения движения щеки, учитывающие послойное взаимодействие с обрабатываемой породой. Проанализированы амплитуды колебаний щеки во времени, а также распределение усилий по длине щеки.

Гуськов А.М., Замурагин Ю.М. «О динамических свойствах гасителя крутильных колебаний с магнитными ударными парами» Проблемы машиностроения и надежности машин, № 2, с. 17-24 (2021)

Исследуется эффективность гашения крутильных колебаний тела с помощью динамического гасителя колебаний, содержащего систему последовательных ударных пар, в которых соударяющиеся элементы представляют собой магниты. Получены существенно нелинейные дифференциальные уравнения движения защищаемого тела и магнитных элементов, приведенные к безразмерной форме. Рассмотрено влияние выбора проектируемых параметров виброгасителя на колебания несущего тела. Описаны особенности настройки гасителя в режим широкой полосы виброгашения. Установлен оптимальный вариант настройки гасителя, при котором колебания тела гасятся наиболее эффективно.

Щеглов Г.А. «Исследование колебаний винтового стержня в условиях вихревого обтекания» Проблемы машиностроения и надежности машин, № 2, с. 25-32 (2021)

С использованием разложения по собственным формам колебаний и метода вихревых элементов исследованы режимы малых колебаний стержня, ось которого представляет собой трехвитковую цилиндрическую спираль. Колебания возбуждаются пульсациями давления, которые возникают вследствие процессов интенсивного вихреобразования при обтекании стержня пространственным потоком несжимаемой среды. Показан полигармонический характер нестационарного нагружения и отклик колебательной системы, а также возможность возникновения внутренних резонансов в подобной системе. Результаты и методику моделирования можно использовать для оценки долговечности спиральных пучков труб теплообменных аппаратов.

Щипкова Ю.В., Щипков Е.В. «Минимизация погрешности определения дефектов трубопровода ультразвуковыми снарядами» Известия Тульского государственного университета. Технические науки, № 9, с. 378-383 (2020)

Предложена модель для анализа полученной информации о дефектах линейной части магистрального нефтепровода (МН) при диагностировании ультразвуковыми внутритрубными приборами (ВИП). Показано, что в реальных условиях при прохождении ВИП с учетом высотных отметок расположения МН он проходит как минимум в трех различных средах. Проведены расчеты по условиям выноса «газовых шапок» и воды из мест скопления для различных диаметров нефтепровода. Показано, что выноса газа и воды не происходит для диаметров нефтепроводов более 530 мм при действующих режимах перекачки. Анализ получаемых данных по результатам обследования ВИП снарядами позволяет сделать вывод, что движение прибора в 3различных средах изменяет скорость прохождения ультразвука в них и, как следствие, вносит погрешность определения дефекта в теле трубы.

Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Бедретдинов Р.Ш. «Экологическая оценка акустического загрязнения высоковольтных понизительных подстанций» Известия Тульского государственного университета. Технические науки, № 9, с. 478-487 (2020)

При строительстве высоковольтных подстанций возможно отрицательное воздействие на окружающую среду. К физическим факторам воздействий подстанций на окружающую среду относятся электрическое и магнитное поле, электростатическое поле, электромагнитные помехи, шум. Основным источником шума на подстанциях являются силовые трансформаторы. Целью исследований является экологическая оценка акустического загрязнения окружающей среды высоковольтных подстанций напряжением 110–330 кВ при мощности трансформаторов от 10 до 1000 МВА, определение размеров санитарной зоны и при необходимости выбор способов уменьшения.

Джабраилов Т.А., Щукарев И.А., Аль-Месри А.С.А., Черненькая Е.В. «Бесконтактный ультразвуковой контроль препрегов углепластика для авиационных применений при изготовлении компоновки» Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 23, № 1, с. 48-54 (2021)

Исследована возможность проверки ламинатов препрегов, ламинатов, армированных углеродными волокнами (CFRP), в процессе изготовления слоев. Сначала определяются ультразвуковые свойства неотвержденного материала, эта информация используется для разработки системы контроля, которая проверяется при изготовлении ламинатов с количеством слоев до 30, с использованием различных схем уплотнения и включением некоторых тефлоновых вставок для имитации наличия расслоений. В статье показано, что для данного выбора параметров (чувствительность преобразователей, центральная частота и конфигурация пресс-формы) возможен контроль, открывающий новую область применения ультразвуковых методов с воздушной связью. Ключевые слова: ламинаты препрегов, композитные материалы, тефлоновые вставки, схемы уплотнения, ультразвуковые методы, авиационная промышленность, термоактивные полимеры, стадия автоклава, неотвержденная стадия.

Парманчук В.В., Ольшанский В.И. «Имитационное моделирование движения потока мелкодисперсных частиц в наклонном закрытом пространстве при аэродинамическом флокировании» Вестник Бурятского государственного университета, № 4, с. 58-67 (2019)

Объектом исследования является конструкция бункера, который входит в состав аэродинамического устройства. Целью исследования является определение основных конструктивных параметров бункера напыления, факторов влияния на стабильность процесса формирования материалов, получения математической модели аэродинамического нанесения мелкодисперсных частиц на подложку. Авторами проведено экспериментальное моделирование аэродинамического процесса напыления, установлены зависимости основных аэродинамических характеристик от конструктивного решения бункера установки, оптимальных технических параметров, обеспечивающих максимальную поверхностную плотность многослойного текстильного материала. Результаты работы позволяют оперативно определить аэродинамические свойства потока, влияющие на характеристики многослойных теплоизоляционных материалов, текстильных композиционных материалов.

Лебедев И.М., Шифрин Е.И. «Идентификация поперечных трещин в стержне по собственным частотам поперечных колебаний» Известия российской академии наук. Механика твердого тела, № 4, с. 50-70 (2020)

Рассматривается задача идентификации множественных трещин в стержне по собственным частотам поперечных колебаний. Трещины моделируются невесомыми пружинами, работающими на поворот. Доказано, что трещины могут быть однозначно идентифицированы с помощью трех спектров, соответствующих трем различным типам краевых условий. Разработан численный метод оценки повреждений, вносимых трещинами. Метод основан на минимизации целевой функции, построенной с учетом трех спектров. Теоретически, реконструкция трещин возможна с помощью нескольких, различных троек спектров. В статье, на различных примерах, с помощью разработанного численного метода, проведен сравнительный анализ эффективности использования различных, теоретически допустимых троек спектров.

Денисов С.Л., Копьев В.Ф., Медведский А.Л., Остриков Н.Н. «Исследования проблем долговечности ортотропных полигональных пластин при широкополосном акустическом воздействии с учетом эффектов излучения» Известия российской академии наук. Механика твердого тела, № 5, с. 138-150 (2020)

Рассматриваются задачи расчета долговечности ортотропных полигональных пластин, описываемых в рамках теории Кирхгофа и подвергающихся акустическому воздействию с широким спектром с учетом эффектов переизлучения звука. Предложен гибридный численно-аналитический метод решения задачи, основанный на определении собственных форм и частот колебаний пластины с помощью метода конечных элементов (МКЭ) с последующим расчетом моментов спектральной плотности среднеквадратичных напряжений с использованием квадратур Гаусса 5-го порядка. В работе выполнен расчет долговечности полигональной ортотропной стеклопластиковой пластины с помощью четырех различных методов (метод пересечений, метод Ковалевски, метод Болотина и метод Райхера) при диффузном распределении звукового поля по поверхности пластины и случайном широкополосном акустическом воздействии.

Хмелев В.Н., Барсуков Р.В., Бодриков К.А. «Устройство контроля энергии ультразвукового воздействия» Южно-Сибирский научный вестник, № 2, с. 3-7 (2020)

Показывается необходимость управления процессом ультразвукового воздействия на реализуемый технологический процесс за счет введения необходимой и достаточной энергии ультразвуковых колебаний. Показано, что для реализации управления необходимо осуществлять контроль энергии ультразвукового воздействия. Авторами предлагается устройство контроля энергии ультразвукового воздействия и анализируются его функциональные возможности на примере реализации процесса сварки термопластичных материалов. Полученные результаты свидетельствуют о возможности интеграции устройства контроля энергии ультразвукового воздействия в существующее ультразвуковое сварочное оборудование.

Русляков Д.В., Мотренко Д.В., Чукарин А.Н. «Особенности виброакустической динамики шпиндельных бабок гаммы многошпиндельных и фрезерно-пазовальных деревообрабатывающих станков» Известия Тульского государственного университета. Технические науки, № 7, с. 91-98 (2020)

Шпиндельные бабки имеют цилиндрическую форму и поэтому их виброакустические характеристики представляющих собой совокупность прямоугольных пластин у станков. В данной статье рассматриваются теоретические зависимости, которые на этапе проектирования помогают определить октавные уровни звукового давления шпиндельных станков.

Чуркин А.А., Капустин В.В., Лозовский И.Н., Жостков Р.А. «Исследование влияния параметров системы "свая–грунт" на динамические атрибуты акустического сигнала с использованием численного моделирования» Известия Томского политехнического университета, 329, № 3, с. 129-140 (2018)

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности применения неразрушающих методов контроля качества свайных фундаментов. Основные направления исследований в данной области сосредоточены на изучении возможностей и ограничений существующих методик контроля и разработке новых, позволяющих получить дополнительные сведения о техническом состоянии конструкций. Надежная оценка сплошности и несущей способности свай, выполненная до ввода фундамента в эксплуатацию, минимизирует последующие риски капитальных затрат на устранение аварийных последствий. Распространенные геофизические методики контроля качества фундаментов предназначены для изучения состояния материала конструкций. Описанная в публикации модификация сейсмоакустического метода предлагает использовать дополнительную информацию, извлекаемую из акустических сигналов, для сравнительной оценки контактных условий свай. Это позволяет выполнить требования ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями» по выбору характерных мест для проведения статических испытаний, повысить прогностическую эффективность комплекса полевых испытаний в капитальном строительстве. Цель: изучение изменений динамических атрибутов сигналов, зарегистрированных сейсмоакустическим методом, в зависимости от параметров системы «свая–грунт». Объекты: железобетонные сваи и другие фундаменты глубокого заложения. Методы: поверхностный сейсмоакустический метод; атрибутный анализ акустических сигналов; численное моделирование процессов распространения упругих волн. Результаты. Предложена методика сравнительной оценки контактных условий сваи с вмещающим грунтом, основанная на анализе сигналов сейсмоакустического метода с использованием динамических атрибутов нормированной площади спектра и средневзвешенной частоты. Составлено девять серий численных моделей, описывающих характерные системы «свая–грунт». Выполнено трехмерное численное моделирование, для полученных синтетических сигналов рассчитаны атрибуты и построены атрибутные диаграммы. Сделаны выводы о влиянии изменений параметров системы «свая–грунт» на поведение динамических атрибутов отклика.

Алексюнин Е.С. «Исследование и разработка малогабаритных ультразвуковых устройств охлаждения» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 3, с. 6-16 (2020)

Развитие современных систем подачи воздуха для охлаждения технических систем требует новых подходов, в которых приборостроение использует пьезокерамические технологии. При этом необходимо провести исследования как на уровне подбора новых перспективных пьезоматериалов, что и было сделано в работе, так и новых типов компоновки устройства с точки зрения конструкции. Традиционно используемые системы охлаждения имеют вращающиеся части, создают дополнительный акустический шум. Этих недостатков лишены устройства подачи воздуха, использующие пьезокерамические компоненты. Статья содержит материалы о разработке современных устройств охлаждения, основанных на использовании пьезокерамических пластин. Проведён анализ процессов, происходящих в воздушной среде в соответствии с современными представлениями о теории вещества. Приведены различные варианты проектирования такого рода устройств. Рассмотрен процесс проектирования от математического моделирования до воплощения в макетах. Моделированию были подвергнуты как сами пьезокерамические устройства, так и процессы распределения потоков в воздушной среде. В процессе моделирования исследованы наиболее простые в изготовлении и надёжные в эксплуатации конструкции. Все рассмотренные варианты относятся к пьезоэлектрическому биморфному типу, и являются пьезоэлектрическими актюаторами, преобразующими электрические сигналы в механические усилия. Приводятся различные схемы компоновки таких колебательных систем, демонстрируются варианты их математического моделирования, конечно-элементные модели воздушной среды, амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики моделируемых макетов. Проводится сравнительный анализ изделий, их электрофизических характеристик, исходя из перспектив дальнейшего применения. Для исследований применялись различные пьезокерамические материалы, как традиционные, так и новые перспективные материалы. Ряд изделий представлен в размерах с детальным описанием, приведены их сравнительные характеристики. В заключении сделаны выводы о перспективных вариантах дальнейшего проектирования таких устройств и направлениях исследования.

Афанасенко В.Г., Кулаков П.А., Боев Е.В., Имаева Э.Ш., Давлетов О.Б., Мазидуллин Д.Н. «Оптимизация ультразвукового эмульгирования при механическом перемешивании» Известия Томского политехнического университета, 331, № 4, с. 148-155 (2020)

Актуальность исследования. Процесс эмульгирования широко распространён в промышленности как при первичной обработке углеводородов, так на конечных стадиях получения товарных продуктов. Особый интерес вызывает организация процесса непрерывного получения стабильных эмульсий в аппаратах проточного типа перед непосредственным их применением. Такой подход существенно снижает величину отклонения концентрации смеси от заданных значений, вызванную отстаиванием. Также переход от аппаратов периодического действия к аппаратам непрерывного действия позволяет сократить габариты и металлоемкость оборудования при крупнотоннажном производстве, что в свою очередь облегчает транспортировку, снижает затраты на монтаж и ремонт. Одним из наиболее прогрессивных методов повышения эффективности эмульгирования является проведение процесса в условиях воздействия механических колебаний ультразвукового диапазона частот. Цель: установить влияние параметров неоднородной системы на интенсивность эмульгирования при комплексном воздействии механического перемешивания и ультразвуковых колебаний. Методы: аналитический обзор результатов исследований ультразвукового эмульгирования неоднородных систем, аналитическое исследование распространения колебаний ультразвукового диапазона через слой двухфазной эмульсии, экспериментальное исследование процесса эмульгирования несмешивающихся жидкостей при механическом перемешивании в поле действия ультразвуковых колебаний. Результаты. Рассмотрен процесс эмульгирования в условиях механического перемешивания и воздействия волн ультразвукового диапазона. Аналитическим путем определена зависимость интенсивности эмульгирования от физико-химических свойств жидкостей, состава смеси и высоты слоя эмульсии. Выявлено, что появление зон с резонансными механическими колебаниями для наибольшей эффективности диспергирования наблюдается при условии, что расстояние между источником ультразвука и свободной поверхностью жидкости равно целому числу длин полуволн механических колебаний в эмульсии. Полученные зависимости проверены экспериментальным путем при эмульгировании смеси «дизельное топливо–вода». Оценка качества эмульсии проводилась визуально по наличию сплошных однородных зон в объеме рассматриваемой системы, а также по размеру частиц дисперсной фазы, на фотографиях, полученных с помощью микроскопа.

Чуркин А.А., Капустин В.В., Лозовский И.Н., Жостков Р.А. «Исследование влияния параметров системы "свая–грунт" на динамические атрибуты акустического сигнала с использованием численного моделирования» Известия Томского политехнического университета, 332, № 1, с. 129-140 (2021)

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности применения неразрушающих методов контроля качества свайных фундаментов. Основные направления исследований в данной области сосредоточены на изучении возможностей и ограничений существующих методик контроля и разработке новых, позволяющих получить дополнительные сведения о техническом состоянии конструкций. Надежная оценка сплошности и несущей способности свай, выполненная до ввода фундамента в эксплуатацию, минимизирует последующие риски капитальных затрат на устранение аварийных последствий. Распространенные геофизические методики контроля качества фундаментов предназначены для изучения состояния материала конструкций. Описанная в публикации модификация сейсмоакустического метода предлагает использовать дополнительную информацию, извлекаемую из акустических сигналов, для сравнительной оценки контактных условий свай. Это позволяет выполнить требования ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями» по выбору характерных мест для проведения статических испытаний, повысить прогностическую эффективность комплекса полевых испытаний в капитальном строительстве. Цель: изучение изменений динамических атрибутов сигналов, зарегистрированных сейсмоакустическим методом, в зависимости от параметров системы «свая–грунт». Объекты: железобетонные сваи и другие фундаменты глубокого заложения. Методы: поверхностный сейсмоакустический метод; атрибутный анализ акустических сигналов; численное моделирование процессов распространения упругих волн. Результаты. Предложена методика сравнительной оценки контактных условий сваи с вмещающим грунтом, основанная на анализе сигналов сейсмоакустического метода с использованием динамических атрибутов нормированной площади спектра и средневзвешенной частоты. Составлено девять серий численных моделей, описывающих характерные системы «свая–грунт». Выполнено трехмерное численное моделирование, для полученных синтетических сигналов рассчитаны атрибуты и построены атрибутные диаграммы. Сделаны выводы о влиянии изменений параметров системы «свая–грунт» на поведение динамических атрибутов отклика.

Данилов В.Н. «О некоторых особенностях применения метода тандем в ультразвуковом контроле» Контроль. Диагностика, 23, № 8, с. 4-16 (2020)

На основе полученной ранее формулы акустического тракта для схемы ультразвукового контроля методом тандем и отражателя в виде бокового цилиндрического отверстия проведены расчеты эхосигналов для различных базовых расстояний, глубин залегания отражателя и углов ввода преобразователей. Показано влияние на амплитуду регистрируемого сигнала выбора положения точки отражения по глубине контроля. Установлено, что взаимная замена положений излучающего и приемного преобразователей с одинаковыми параметрами в методе тандем практически не сказывается на амплитуде регистрируемого сигнала. Показано влияние на амплитуду сигнала различия углов ввода излучающего и приемного преобразователей. Сравнение сигналов, получаемых при использовании схемы контроля по методу тандем с отражением поперечной волны от донной поверхности и при использовании схемы тракта для раздельных наклонных преобразователей с отражением волны лишь от поверхности дефекта, показало, что выбор базового расстояния между преобразователями для точки отражения, находящейся на небольшом удалении от донной поверхности, обеспечивает также возможность выявления объемных дефектов на значительном расстоянии от этой поверхности.

Сохайл М.У., Хамдани Х.Р., Парвез К. «Численное исследование влияния скоса и закрутки входного потока на течение в роторе трансзвукового компрессора» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 137-150 (2021)

Характеристики и устойчивость работы трансзвукового осевого компрессора с неравномерным потоком на входе представляют собой, особенно в последнее время, важную проблему при проектировании и эксплуатации турбовентиляторных двигателей с малой степенью двухконтурности. Как в военных, так и в гражданских самолетах извилистые каналы создают значительные искажения и закрутку потока на входе в компрессор. Более того, неравномерность входного потока зачастую воздействует на газотурбинные установки самолетов, приводя к возрастным деформациям двигателя. Сильная закрутка и скос входного потока ухудшают аэродинамические характеристики и запас по помпажу и увеличивают нагрузки на лопатки ротора. В настоящей работе исследуется поле течения в зазоре между лопатками и корпусом ротора трансзвукового компрессора турбовентиляторного двигателя с малой степенью двухконтурности при неравномерности потока в окружном направлении. Численное моделирование выполнено при помощи пакета Ansys CFX с использованием одномерной модели средней линии и кода динамического расчета компрессора газотурбинного двигателя Dynamic Turbine Engine Compressor Code (DYNTECC). Для расчета характеристик многоступенчатого компрессора в системе, включающей камеру сгорания турбинного двигателя, применяются различные математические модели. В настоящей работе мы ограничиваемся расчетом течения в одной ступени компрессора с закрученным потоком на входе. Результаты расчетов показывают, что закрутка потока в попутном направлении несколько расширяет диапазон устойчивой работы компрессора, а закрутка во встречном направлении уменьшает его.