Preview

Опубликовано: 29.03.2019

№ 1 (2019)
Скачать выпуск PDF
6-12 18
Аннотация

Статья посвящена описанию нового метода расчетов процессов тепловыделения на высоких и сверхвысоких частотах, связанных с потерями в композиционных материалах (КМ), что может привести к разрушению радиодеталей. Исследование теплового пробоя необходимо для выяснения механизма и природы изменения диэлектрических свойств. Тепловой пробой вредно влияет на детали из КМ или даже приводит к их разрушению. Явления нагрева весьма сложны, и расчет механизма его возникновения, а также этапов на пути возникновения и развития теплового эффекта и старения КМ представляет научный и практический интерес.

Цель исследования – разработка метода расчета теплоотвода и напряжения теплового пробоя в высокочастотных структурах как для структуры, охлаждаемой с одной стороны, так и для структуры, охлаждаемой с двух сторон.

Получены формулы для расчета напряжения теплового пробоя малогабаритных изоляторов как в случае, если электрическое поле однородно, так и в случае, если оно неоднородно.

Экспериментально подтверждено, что при повышении температуры среды величина перегрева уменьшается для композиционных диэлектрических материалов. При увеличении частоты возрастает перепад температуры; на высоких частотах в конструкциях из композиционных диэлектрических материалов возникают большие перепады температур, приводящие к разрушению.

Предложенный автором метод расчета обеспечивает достаточно высокую для практических целей точность расчета. Исследование пробоя дискообразных деталей из композита, содержащего двуокись титана, показало, что в интервале частот f от 0,5 до 1,5 МГц температурная и частотная зависимости напряжения теплового пробоя согласуются с расчетами по предлагаемому методу.

13-20 20
Аннотация

Проведен обзор аварийности нефтепромыслового и транспортирующего оборудования и отмечено значительное (в разы, а иногда в десятки раз) превышение допустимых показателей надежности трубопроводных систем по значениям удельной частоты отказов (шт/км/год). Показано, что основной причиной деградации и разрушения труб является внутренняя коррозия, которая в зависимости от состава добываемых сред выражается одним преобладающим или сочетанием нескольких видов коррозионно-механического разрушения: водородное растрескивание, сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением, углекислотная, сульфидная и бактериальная коррозии. На основе обобщения и систематизации результатов многочисленных исследовательских и прикладных работ по разработке и освоению новых трубных сталей повышенной прочности и коррозионной стойкости представлены основные научные положения формирования коррозионной стойкости сталей в высокоагрессивных нефтепромысловых средах. Разработана методология и предложена последовательность мероприятий (алгоритм) решения поставленных задач по разработке сталей для производства труб нефтяного сортамента с более высокими механическими свойствами и стойкостью к коррозионно-механическому разрушению. Определен перечень необходимых исследований, испытаний и требований к качеству продукции. Дано обоснование рациональности используемых подходов, методов и решений по легированию, микролегированию, модифицированию и выбору структурного состояния разрабатываемых сталей, а также по технологии изготовления труб. Приведены примеры разработки новых сталей повышенной прочности и коррозионной стойкости и, соответственно, успешного решения поставленных вопросов повышения эксплуатационных свойств нефтегазопроводных и насосно-компрессорных труб.

21-29 35
Аннотация

Рассмотрены проблемы технологической подготовки обработки заготовок нежестких деталей (НД) машин. Предложена методика назначения режимов фрезерования с учетом условий жесткости, реализуемая через определение возможных сочетаний элементов режима резания. Определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на упругие отжатия элементов заготовки в процессе обработки. Разработана и апробирована экспериментальная установка с тонкой стенкой высотой, равной 15 и более ее толщинам, позволяющая осуществлять обработку типовых заготовок с введением в зону резания энергии ультразвукового поля. Проведены экспериментальные исследования по обработке титанового сплава ВТ6 с последующей оценкой уровня технологических остаточных напряжений (ТОН) поверхностного слоя (ПС) обработанной поверхности и изменений фазового состава (ФС). Осуществлена оценка влияния элементов режима резания на ТОН и ФС при введении энергии ультразвукового поля в зону формирования ПС поверхностей нежестких деталей. Приведены регрессионные зависимости для расчета составляющих силы резания, уровня ТОН в зависимости от элементов режима резания. Установлено, что при разработке управляющих программ современных станков с ЧПУ имеется возможность осуществления автоматизированного назначения режима фрезерования элементов заготовок нежестких деталей машин с учетом условий их жесткости. Адекватность методики доказана при сравнении с результатами CAE-анализа. Увеличение минутной подачи при фрезеровании заготовок из титанового сплава ВТ6 приводит к улучшению его эксплуатационных свойств (жаропрочности) за счет увеличения содержания β-титана, еще большему росту способствует введение в зону резания УЗК.

30-36 17
Аннотация

Известно, что большинство аварийных разрушений конструкций или деталей машин связаны либо с усталостным разрушением, либо с хрупким разрушением, вызванным наличием усталостной трещины. Поэтому для снижения вероятности зарождения и развития усталостной трещины часто используют дорогостоящие средне- и высоколегированные стали. В настоящей работе представлен сравнительный анализ параметров усталостного разрушения образцов из низколегированной стали 40Х и среднелегированной стали 38Х2Н2МА. Усталостные испытания призматических образцов размером 10×15×80 мм из стали 40Х с U- и V-образными концентраторами напряжения и образцов из стали 38Х2Н2МА с U-образным концентратором напряжения проводили при температуре 20 °C по схеме трехточечного изгиба на установке Instron 8802 при ⱱ=10 Гц, R=0,1 и раз- личных значениях ΔР. Стали испытывали после закалки в масле и последующего нагрева до 300 °C. Микрорельеф изломов исследовали в растровом электронном микроскопе SIGMA фирмы “ZEISS”. Установлено, что форма концентратора напряжения в образцах оказывает существенное влияние на время до зарождения усталостной трещины. Прямолинейные участки кинетических диаграмм усталостного разрушения сталей 40Х и 38Х2Н2МА практически полностью совпадают между собой, хотя коэффициент n в уравнении Пэриса для стали 38Х2Н2МА несколько выше, чем для стали 40Х. Микрофрактографические исследования показали, что распространение усталостной трещины в стали 38Х2Н2МА связано с более вязким механизмом разрушения, чем в стали 40Х. Таким образом, установлено, что низколегированная сталь 40Х по своим усталостным характеристикам не уступает среднелегированной стали 38Х2Н2МА.

37-42 21
Аннотация

Разработка и освоение новых конструкционных материалов на основе титана, сочетающих в себе высокие показатели жаростойкости, низкой плотности, является весьма актуальной задачей современного материаловедения. Существующие материалы на основе интерметаллидных сплавов системы Ti-Al имеют низкую пластичность при комнатных температурах, что затрудняет их практическое применение. Одним из путей повышения пластичности алюминидов титана является легирование интерметаллидного сплава. Применение компонентов, растворимых в алюминидах титана, которые находятся в непосредственной близости с алюминием и титаном в периодической таблице Д.И. Менделеева, позволит повысить пластичность интерметаллидного сплава на основе Ti-Al.

В статье представлены результаты исследования процессов аргонодуговой наплавки сплавов системы Ti-Al, легированных никелем с применением алюминиевой и никелевой присадочных проволок. Установлена зависимость между режимами наплавки и химическим составом наплавленного металла, а также определено влияние никеля на твердость, износостойкость, жаростойкость и трещиноустойчивость наплавленных сплавов системы Ti-Al.

Проведенные исследования показали, что легирование никелем в количестве 4,5–11,7 % (по массе) при содержании алюминия 10,4–34 % (по массе) повышает твердость и износостойкость наплавленного металла. Легирование никелем в указанных пределах при содержании алюминия до 33 % не повышает жаростойкость наплавленных сплавов в сравнении с нелегированным интерметаллидным сплавом на основе Ti-Al. При легировании никелем наплавленных сплавов с содержанием алюминия более 33 % жаростойкость наплавленного металла повышается.

Легирование никелем увеличивает вероятность образования трещин в наплавленных сплавах системы Ti-Al, что связано с образованием в структуре металла включений хрупкой фазы Ti2Ni.

43-49 18
Аннотация

Разработана методика исследования влияния осевых ультразвуковых колебаний стержневого алмазного правящего инструмента (ПИ) в процессе правки шлифовального круга: на нормальную составляющую Py силы правки; на износ алмазов ПИ; на формирование рельефа рабочей поверхности круга (РПК). Параметры рельефа РПК изучали методами: ощупывания на специальном профилографе при помощи алмазной иглы (параметры – относительная опорная длина tр на фиксированном уровне р и средний шаг между зернами); оптической микроскопии с помощью микроскопа модели МБС-2 (параметр – относительная опорная поверхность η шлифовального круга). Параллельно проводили фрактографическое исследование рельефа РПК на сканирующем электронном микроскопе LEO 1455VP.

Показано, что в условиях ультразвуковой правки (УЗП) круга износ ПИ практически не оказывает влияния на изменение относительной опорной поверхности η рельефа РПК. Из этого следует, что УЗП способна обеспечить более высокую стабильность режущей способности круга, а ПИ способен работать вплоть до полного износа.

Приведены рекомендации по выбору параметров ультразвуковой правки:

1. Частоту колебаний рекомендуется выбирать из определенных по ГОСТ 16165-80 частот: (18±1,26) кГц; (22±1,54) кГц; (44±3,08) кГц; (66±4,62) кГц.

2. Амплитуду А вынужденных колебаний ПИ нецелесообразно назначать свыше 15…20 мкм.

3. При выборе глубины правки tп следует учитывать условие обязательного периодического прерывания контакта ПИ с РПК в соответствии с неравенством: 0≤tП≤2A.

50-57 14
Аннотация

В статье приведена методика исследования нагрузок на установки гироскопов системы управления движением космического аппарата на участке полета в составе ракеты космического назначения. Задача относится к типу вибропрочностных и решается в основном для навесного оборудования, которое крепится к корпусу изделия. У космических аппаратов это могут быть механизмы, антенны, замки, пирозаряды, электроприводы, передатчики телеметрии, приборы и агрегаты. Помимо вышеперечисленного, объектом рассмотрения также могут выступать элементы крепления оборудования: фитинги, посадочные плоскости, кронштейны, фланцы.

Цель работы – описание расчета нагрузок (динамический анализ) для бортовой аппаратуры космического аппарата на участке полета в составе ракеты космического назначения. Значения нагрузок необходимы для прочностных расчетов, результаты которых учитываются при проектировании креплений приборов и агрегатов, а также при составлении конструкции и компоновки изделий ракетно-космической техники.

В качестве примера расчета выбраны гироскопы системы управления движением малого космического аппарата «АИСТ-2Д», случай нагружения – «максимальный скоростной напор». Для определения значений нагрузок на основе исходных данных построена конечно-элементная модель установок. Построение модели проводится в программе интерактивного создания и сопровождения Femap. Решателем является NX Nastran, с помощью которого выполняется динамический анализ конструкции – анализ переходного процесса.

В результате решения на основе полученных данных показано изменение по времени характерных параметров нагружения – ускорений. Эксплуатационные перегрузки, действующие на установки гироскопов в каждом из направлений прямоугольной системы координат, получены из графиков ускорений путем деления на ускорение свободного падения. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных. Для удобства оценки характеристик, значения показаны для одного из четырех гироскопов, установленных в модуле служебных систем космического аппарата.

58-63 15
Аннотация

Рассматривается актуальная научная проблема повышения эффективности технологической подготовки многономенклатурных механообрабатывающих производств. В постоянно меняющихся производственных условиях необходимо создание автоматизированных систем проектирования технологических процессов, способных в кратчайшие сроки адаптировать технологию к изменениям. Методология системы автоматизированного планирования технологических процессов отвечает этой потребности за счет наличия многовариантных решений и полной автоматизации проектных процедур. Однако решения в проектных процедурах принимаются без учета их взаимного влияния. В настоящей работе обоснован обобщенный критерий оценки эффективности технологической подготовки производства, который представляет собой суммарное время работы оборудования для обработки заданной номенклатуры деталей и позволяет оценить влияние решений, принятых в различных проектных процедурах. В рамках системы автоматизированного планирования технологических процессов каждая проектная процедура состоит из трех этапов: генерация возможных вариантов, отсев нерациональных вариантов, выбор рациональных вариантов для складывающейся производственной ситуации. На этапах отсева нерациональных вариантов имеются критерии, но решения принимаются по средним значениям, что приводит к отсеву эффективных вариантов. В связи с этим в работе предложена методика ранжирования проектных процедур по степени влияния на изменения значения обобщенного критерия эффективности. Для более значимых проектных процедур необходимо проведение более тщательного анализа проектных решений путем менее жесткого отсева для увеличения количества анализируемых вариантов. В результате на этапе выбора рациональных вариантов система выбирает наиболее эффективные из них с точки зрения функционирования всей производственной системы.

64-71 14
Аннотация

Статья посвящена изучению особенностей применения ионизационных датчиков для исследования характеристик распространения пламени (скорости распространения и ширины зоны химических реакций пламени) в камере сгорания переменного объема. Обзор современных методов исследования процесса сгорания углеводородного топлива в поршневых двигателях показал перспективность применения ионизационных датчиков. На одноцилиндровом двигателе экспериментально получены и исследованы основные параметры сгорания топлива с помощью специально разработанных ионизационных датчиков, предназначенных для определения характеристик распространения пламени при изменении в широком диапазоне за несколько миллисекунд температуры, давления, турбулентности и объема камеры сгорания. Определены изменения ионного тока, турбулентной скорости распространения пламени и ширины зоны химических реакций горения в зависимости от состава топливно- воздушной смеси при изменении ее физико-химических свойств за счет добавок водорода. Показано, что изменение турбулентной скорости распространения пламени при добавке водорода происходит в основном за счет увеличения ее нормальной составляющей, а ширина зоны турбулентного горения линейно связана с величиной ионного тока, и ее изменение отражает интенсивность протекания химических реакций горения. Обнаружено, что, несмотря на изменение коэффициента избытка воздуха, концентрации водорода в топливе, скоростного режима двигателя, сохраняется линейная зависимость ширины пламени от турбулентной скорости распространения пламени во второй фазе сгорания: увеличение скорости соответствует уменьшению ширины пламени.



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


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)