Search

У цій роботі представлені та проаналізовані результати експериментального дослідження по вивченню впливу технологічних параметрів (режимів різання) на геометричну точність отворів та температурне розширення свердла в процесі свердління. Планування експерименту здійснювалось за методикою Тагучі за варіювання швидкості різання, подачі та часу відтермінування на трьох рівнях. Контрольованими параметрами була точність отворів, що вимірювалась за координатним методом на координатно-вимірювальній машині. Крім того у процесі свердління контролювався температура свердління за допомогою бездротового пристрою WICUTEM, що поєднав метод штучної термопари та технологію Bluetooth. Перевірка гіпотези про вплив температурного розширення свердла та точність отворів в залежності від технологічних параметрів здійснювалась за допомогою методу скінчених елементів. В данной работе представлены и проанализированы результаты экспериментального исследования по изучению влияния технологических параметров (режимов резания) на геометрическую точность отверстий и температурное расширение сверла в процессе сверления. Планирование эксперимента осуществлялось по методике Тагучи с варьированием скорости резания, подачи и времени отсрочки на трех уровнях. Контролируемыми параметрами была точность отверстий, измеряемая по координатному методу на координатно-измерительной машине. Кроме того, в процессе сверления контролировалась температура сверления с помощью беспроводного устройства WICUTEM, сочетающего метод искусственной термопары и технологию Bluetooth. Проверка гипотезы о влиянии температурного расширения сверла и точность отверстий в зависимости от технологических параметров осуществлялась при помощи метода конечных элементов. This paper presents the results of an experimental study which investigates the influence of technological parameters (cutting parameters) on the accuracy of holes and thermal expansion of the drill during drilling. The experiment was planned at three levels by varying the cutting speed, feed, and time delay according to the Taguchi method. During the experiment the controlled parameters were the holes' accuracy, which was measured by the coordinate method on a CNC coordinate measuring machine. In addition, during machining the drilling temperature was controlled via WICUTEM wireless device that combined an artificial thermocouple method with Bluetooth technology. The finite element method tested the hypothesis about the influence of thermal expansion of the drill and the accuracy of the holes depending on the technological parameters. According to the results of the study, it was determined that the value of thermal expansion of the drill does not significantly affect the accuracy of holes when drilling CFRP layer, which was mostly affected by sliding titanium chips on the hole walls. However, thermal expansion is an essential factor in determining the accuracy of the holes in the titanium alloy layer. Дослідження виконано в рамках НДР «Інтенсифікація виробничих процесів та розробка інтелектуальних систем контролю якості продукції в інтелектуальному виробництві» (ДР № 0122U200875, Міністерство освіти і науки України).

Object. To find out the nature of stress-strain state of strip foundations reinforced by drilling mixing technology by means of experimental studies in a tray and in field conditions, for the reliability of the obtained results, comparing field studies with finite element method (FEM) modeling. Method. Tray tests were carried out in a metal tray with a steel stamp. Unreinforced clay soil bases and bases reinforced by soil-cement were tested with varying values of the reinforcement coefficient from 2,1% to 7,1% with a reinforcement depth of 100 mm and a diameter of 5mm. Observations of settlements of the natural object were carried out by the method of geometric leveling using deformation marks arranged evenly around the perimeter of the building. The site on which a ten-story residential building was built was chosen due to difficult engineering and geological conditions. The zero cycle of observations was carried out, cycles after the construction of each floor of the building, its acceptance for operation, occupancy of the building and every subsequent 2-3 years. Results. The load-bearing capacity of the foundations with the increase in the percentage of soil reinforcement increases with the given parameters in an approximately linear dependence. The given results demonstrate a high correspondence between the experimental and simulated dependences of settlements on pressure. In the stage of plastic deformation, the use of the Hardening Soil model (HSM) more adequately describes the behavior of the soil, while the Mohr-Coulomb model (MCM) slightly overestimates the settlement. The distribution of settlements of the investigated object on strip foundations corresponds to the actual one recorded during long-term geodetic observations. The measured settlement of the foundations of the sections and those obtained by modeling have a satisfactory convergence. Scientific novelty. The correspondence of laboratory and field data and the results of modeling of soil-cement bases of strip foundations was checked. The practical significance. The models of soil behavior and the methods of specifying of soil-cement elements (SCE) for FEM modeling of reinforced soil bases of strip foundations have been tested., Мета. Шляхом експериментальних досліджень армованих за бурозмішувальною технологією основ стрічкових фундаментів у лотку та в польових умовах виявити закономірності їх напружено-деформованого стану (НДС), для достовірності отриманих результатів порівнюючи дані натурних досліджень і моделювання методом скінчених елементів (МСЕ). Методика. Лоткові випробування проведено в лотку металевим штампом. Випробувано неармовані глинисті основи й покращенні ґрунтоцементним армуванням при варіюванні значення коефіцієнта армування від 2,1% до 7,1% з глибиною армування 100 мм і діаметром 5 мм. Спостереження за осіданнями натурного об’єкту проводились методом геометричного нівелювання за деформаційними марками, влаштованими рівномірно за периметром будівлі. Ділянка, на якій було зведено десятиповерховий житловий будинок обрана через складні інженерно-геологічні умови. Проведено нульовий цикл спостережень, а також цикли після зведення кожного поверху будинку, прийняття його до експлуатації, заселення будинку та кожні наступні 2-3 роки. Результати. Несуча здатність основ зі зростанням відсотка армування ґрунту збільшується при заданих параметрах приблизно за лінійною залежністю. Наведені результати демонструють високу відповідність експериментальних та змодельованих залежностей осідань від тиску. У пластичній стадії роботи ґрунту використання моделі ізотропного ущільнення (HSM) більш адекватно описує поведінку ґрунту, в той час, як модель із критерієм міцності Мора-Кулона (MC) дещо завищує осідання. Розподіл осідань дослідного об’єкту по стрічковим фундаментам відповідає фактичному, що зафіксовано при тривалих геодезичних спостереженнях. Виміряні осідання основ секцій й отримані моделюванням мають задовільну збіжність. Наукова новизна. Перевірено відповідність лабораторних, натурних даних і результатів моделювання ґрунтоцементних основ стрічкових фундаментів. Практична значимість. Апробовано моделі поведінки ґрунту та методи задання ґрунтоцементних елементів (ҐЦЕ) для моделювання МСЕ армованих основ стрічкових фундаментів.

Hollow parts such as cylindrical and conical cups and sleeves are very common in the modern fields of instrument building and mechanical engineering. Extrusion processes make it possible to obtain high-quality parts with increased operational properties that practically do not require finishing by mechanical processing methods. The factor limiting the technological possibilities of extrusion processes is the high level of forces and pressure of metal deformation. Combining traditional reverse and direct extrusion methods in the manufacture of hollow parts increases the efficiency of stamping processes due to fewer technological transitions, lower energy consumption and increased productivity. The purpose of the work is to determine the parameters of the process of combined reverse-direct extrusion of a hollow conical part using the finite element method (FEM). During the MSE simulation of the combined reverse-direct extrusion process, it was established that the change in the extrusion force is uneven and three stages of the extrusion process can be distinguished: the non-stationary stage, the quasi-stationary stage and the reverse extrusion stage. With relatively small values of the friction coefficients on the matrix and punch, the movement of the metal occurs mainly in a straight direction, and at the same time it is possible to increase the thickness of the bottom compared to the thickness of the original conical workpiece. Increasing the length of the inclined forming matrix also affects the deformation process, and the smaller the length of the contact line of the workpiece with the forming matrix, the more the extrusion process becomes similar to the stamping process, which is characterized by drawing the workpiece into the cavity of the matrix without reducing the thickness of the bottom of the workpiece. The analysis of the shape change of the workpiece also showed that the deformation of the metal according to this option, when the combined extrusion of the metal is kept until the completion of the shaping of the hollow part, is quite possible. The effect on the shape change of the workpiece of the conditions of contact friction is also related to such a parameter as the ratio of the radius of the face of the punch to the radius of the bottom of the matrix cavity. With values of this parameter in the range from 0.4 to 0.8, an increase in the value of the coefficient of friction on the punch has a greater effect on the level of strength characteristics of the extrusion process, and with values not included in this range, on the peculiarities of the forms of the workpiece change. When the values of the coefficients of friction on the matrix and the punch are minimal, during the process of extrusion, the line of separation of the flow of the metal is shifted higher by the height of the semi-finished product. This leads to the appearance of such a defect as a gap between the bottom of the part and the working end of the punch. The influence of the angle of inclination of the face of the punch on the distribution of the intensity of deformations during combined reverse-forward extrusion was studied. A decrease in the value of this angle leads to an increase in the zone of maximum deformations with an improvement in the working of the bottom of the part. A comparison of the results obtained by MSE modeling with the data of experimental studies on the extrusion of conical glasses from aluminum alloy with tools with inclination angles of 10° showed a satisfactory correspondence of the nature of the shape change of the workpiece at successive stages of the extrusion process. Prospective directions for MSE modeling of the processes of combined reverse-direct extrusion of hollow conical parts are the study of the influence on the process of the rate of deformation, the temperature factor, heat release in the process of deformation, as well as the expansion of grades of materials for blanks., У роботі представлено результати моделювання процесу отримання деталей типу конічний стакан комбінованим методом холодного об’ємного штампування. З використанням сучасного програмного продукту на основі метода скінчених елементів досліджено силовий режим процесу зворотно-прямого видавлювання та особливості формозміни заготовки за стадіями. За розподілом інтенсивності деформації оцінено пропрацювання структури металу холодною пластичною деформацією по перерізу стінки та донної частини деталі. Проаналізовано вплив фактору тертя на контактних поверхнях з інструментом у комбінації з таким параметром як відношення радіуса торця пуансона до радіусу дна порожнини матриці на характер течії металу і формоутворення заготовки. Оцінено можливість виникнення дефектів. Проведено дослідження впливу кута нахилу торця пуансону на розподіл інтенсивності деформації у заготовці та на пропрацювання металу. Наведено дані експериментального дослідження, щодо видавлювання конічних стаканів з алюмінієвого сплаву. Окреслено перспективні напрямки моделювання процесів об’ємного штампування вісесиметричних порожнистих деталей методом зворотно-прямого видавлювання.

Дана магістерська дисертація складається з 93 сторінок, в тексті зазначено 62 рисунки. В роботі було використано 48 найменувань бібліографічних посилань. Метою роботи є розробка технології та конструкції кумулятивної воронки для гранатометного пострілу калібром 40 мм з використанням процесів листового штампування. Предметом дослідження є технологічні, конструктивні та фізико механічні параметри процесів отримання конічних деталей за допомогою технологій з профільованими заготовками. Було розроблено технологічний процес отримання деталі «Конус мідний» (проведений аналіз технологічності деталі та можливість її виготовлення операціями листового штампування, підібрано операції листового штампування для отримання деталі, проведено розрахунок вихідної заготовки, встановлено кількість та остаточну послідовність операцій, розраховано технологічні зусилля обраних операцій). Було виконано чисельне моделювання, на основі методу скінчених елементів операцій роздача, обтиск та витягування деталі конічної форми (визначено НДС та встановлена залежність зусилля деформації від переміщення пуансона). Розроблено експериментальні схеми для відпрацювання операцій проведеного моделювання. This master's thesis consists of 93 pages, the text contains 62 figures. The work was used 48 names of bibliographic references. The purpose of the work is to develop the technology and design of a cumulative funnel for a 40 mm grenade launcher shot using sheet stamping processes. The subject of the study is the technological, structural and physico mechanical parameters of the processes of obtaining conical parts using technologies with profiled blanks. The technological process of obtaining the "Copper Cone" part was developed (an analysis of the manufacturability of the part and the possibility of its production by sheet stamping operations was carried out, sheet stamping operations were selected for obtaining the part, the calculation of the initial workpiece was carried out, the number and final sequence of operations was determined, the technological efforts of the selected operations were calculated). Numerical modeling was performed based on the method of finite elements of operations of distribution, crimping and extraction of a part of a conical shape (VAT was determined and the dependence of the deformation force on the movement of the punch was established). Experimental schemes have been developed to work out the simulation operations.

Problem. The paper proposes a method for solving the problem of the temperature regimes of the upper support shafts using the finite element method. Thus, using the experimentally obtained values of the cooling air flow of the shafts, the possibility of using the State Thermal module of the Ansys software for a multi-iteration study of the temperature distribution and determining the ranges of thermal expansion was considered. It is an important task during engineering tasks solution. Goal. The goal of the paper is to develop a methodology to solve thermal exchange tasks using FEA methods based on the experiment research of the thermal processes. Methodology. Solution of the tasks involved application of the theoretical approach in order to build up multi-purpose solid models with the range of initial data to provide a simulation research. Results. The proposed method allows to determine the efficiency of the cooling system in a wide range of changes in air flow parameters and the compliance of the established thermal clearances of the bearing assemblies. Originality. Engineering tasks of the denoted area are rarely solved with FEA, especially thermal package. Thus, implementation of the software with experimental research kit allows in timely manner check the thermal state of the shafts and indicate possible cooling air leaks at the very first stage to avoid time consuming technical service. Practical value. The use of the denoted methodology allows to adjust cooling system in terms of sufficient shaft thermal state of bearing clearances and keep updated cooling parameters to maneuver the main ventilation system., У статті запропоновано методику вирішення задачі із знаходження температурного режиму роботи валів верхньої підтримки піч-решітки за допомогою методу скінчених елементів. Так, використовуючи експериментально отриманні значення витрати охолоджуючого повітря у системі охолодження валів, розглянуто можливість використання модуля State Thermal ПЗ Ansys для багатоітераційного дослідження розподілу температури та визначення діапазонів теплового розширення. Запропонований метод дозволяє визначити ефективність роботи системи охолодження у широкому діапазоні змін параметрів витрати повітря та відповідність встановлених теплових зазорів підшипникових вузлів технічно необхідним.

Аbstract. A characteristic feature of the details considered in the article is the increased diameter of the flange. At the Department of Aircraft Production Technology of the Scientific and Educational Mechanical and Mechanical Engineering Institute of the Kyiv Polytechnic Institute named after Igor Sikorskyi developed an original technological process for manufacturing products with a developed flange part using the positive effects of the progressive rolling stamping method. The method has energy-strength advantages over traditional methods of manufacturing parts with relatively thin structural elements. The center of application of such technologies is expanding more and more, but the basic technological calculations of process parameters have not yet been introduced widely enough into production practice. The proposed sequence of technological calculations and basic parameters of specialized installations for rolling stamping., Анотація. Характерною особливістю деталей, що розглядаються в статті, є збільшений діаметр фланця. На кафедрі технології виробництва літальних апаратів науково-навчального механіко-машинобудівного інститут Київського політехнічного інституту ім. Ігоря Сікорського розроблений оригінальний технологічний процес виготовлення виробів з розвинутою фланцевою частиною з використанням позитивних ефектів прогресивного методу штампування обкочуванням. Метод має енерго-силові переваги перед традиційними методами виготовлення деталей з відносно тонкими елементами конструкції. Осередок застосування таких технологій все більше розширюється але основні технологічні розрахунки параметрів процесу запроваджені ще недостатньо широко у виробничу практику. Запропонована послідовність технологічних розрахунків та основних параметрів спеціалізованих установок для штампування обкочуванням.

In papers [11, 15 18] the solution relations and the algorithm of the method of block iterations of solving linear and nonlinear equations by the semivanalytic finite element method for curvilinear inhomogeneous prismatic bodies are realized. In paper [1], a numerical study of the convergence of solutions was performed, and a wide range of test problems for bodies with smoothly and abruptly changing physical and geometric characteristics in elastic and resilient-plastic formulation was considered. In paper [21], to confirm the reliability of the results obtained on the basis of the semi-analytical finite element method, the effectiveness of this approach for the calculation of curvilinear inhomogeneous prismatic objects is shown. Solving control problems of the theory of elasticity, thermoelasticity and thermoplasticity, as well as problems of shape change makes it possible to draw conclusions about the reliability of the results of the study of a selected class of objects based on the developed methodology and implements its application package. In this work, using the method described in the above works, a numerical analysis of the stress-strain state of a spatial object was performed, namely the study of the influence of flange thickness on the nature of the development of plasticity zones in the casing detail. It should be noted that the use of a thickened flange allowed to localize the zone of plasticity and its length in this case does not exceed half the length of the bell. In this case, the additional cost of material for the manufacture of thickened flange is fully justified. This reduces the level of plastic deformations and stresses in the hazardous area and prolongs the life of the casing detail., В роботах [11,15,18] реалізовано розв’язувальні співвідношення та алгоритм методу блочних ітерацій розв’язання лінійних і нелінійних рівнянь напіваналітичним методом скінчених елементів для криволінійних неоднорідних призматичних тіл. У роботі [1] виконано чисельне дослідження збіжності розв’язання, розглянуто широке коло тестових задач для тіл з плавно і стрибкоподібно мінливим фізичними та геометричними характеристиками в пружній та пружно-пластичній постановці. В [21] для підтвердження достовірності одержуваних результатів на основі напіваналітичного методу скінчених елементів, показано ефективність застосування даного підходу для розрахунку криволінійних неоднорідних призматичних об’єктів. Розв’язання контрольних задач теорії пружності, термопружності та термопластичності, а також задач формозміни дає можливість зробити висновок про достовірність результатів дослідження виділеного класу об’єктів на базі розробленої методики та реалізує її пакет прикладних програм. В даній роботі використовуючи методику викладену в наведених вище роботах було виконано чисельний аналіз напружено-деформованого стану просторового об’єкту, а саме дослідження впливу товщини фланця на характер розвитку зон пластичності в корпусній деталі. Слід відзначити, що застосування потовщеного фланця дозволило локалізувати зону пластичності і її довжина в цьому випадку не перевищує половини довжини розтруба. У цьому випадку додаткова витрата матеріалу на виготовлення потовщеного фланця цілком виправдана. Це призводить до зниження рівня пластичних деформацій та напружень у небезпечній області та забезпечує продовження терміну служби корпусної деталі.

This paper considers partitioning parameters and the mutual arrangement of magnets in the rotor of the traction synchronous-jet engine with permanent partitioned magnets. The synthesis of geometrical parameters for the rotor of a synchronous reluctance motor with partitioned permanent magnets was proposed on the basis of solving the problem of conditional optimization. To solve the synthesis problem, a mathematical model has been built to determine the electromagnetic momentum of a synchronous reluctance motor with partitioned permanent magnets. It is based on the calculation of the electromagnetic momentum of the engine employing the results of a finite-element analysis of the magnetic field in the flat-parallel statement of the problem. The model is implemented in the finite-element analysis FEMM environment and makes it possible to determine the electromagnetic momentum of the engine with a variety of partitioning of permanent magnets. As an analysis problem, it is proposed to use a mathematical model of the magnetic field of the engine. The problem of conditional optimization of the rotor of a synchronous reluctance motor was stated according to the geometric criteria of the rotor. Restrictions are set on geometric, strength indicators, as well as on the level of electromagnetic momentum. The chosen optimization method is the Nelder-Mead method. Based on the results of solving the problem of synthesizing parameters for the partitioned rotor of the traction motor of trolleybus wheels, it was established that the volume of permanent magnets was reduced by 2.27 times compared to the base structure; their optimal geometric dimensions were determined (5 mm, 5.2 mm, and 5 mm), as well as the distance between them, 17.8 mm and 15.3 mm, and the engine load angle, which is 121.12 electrical degrees. Based on the results of solving the problem of synthesizing parameters for the partitioned rotor of a trolleybus traction synchronous reluctance motor, its optimal geometric parameters have been determined, В роботі розглянуто параметри секціонування та взаємне розташування магнітів у роторі тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними секціонованими магнітами. Запропоновано синтез геометричних параметрів ротору синхронно-реактивного двигуна з секціонованими постійними магнітами на підставі вирішення задачі умовної оптимізації. Для вирішення задачі синтезу розроблено математичну модель по визначенню електромагнітного моменту синхронно-реактивного двигуна з секціонованими постійними магнітами. Вона базується на розрахунку електромагнітного моменту двигуна за результатами скінчено-елементного аналізу магнітного поля у плоско-паралельній постановці задачі. Модель реалізована в середовищі скінчено-елементного аналізу FEMM та дає можливість визначати електромагнітний момент двигуна при різноманітному секціонуванні постійних магнітів. В якості задачі аналізу запропоновано використати математичну модель магнітного поля двигуна. Проведено постановку задачі умовної оптимізації ротору синхронно-реактивного двигуна за геометричними критеріями ротору. Встановлено обмеження за геометричними, міцносними показниками, а також за рівнем електромагнітного моменту. У якості метода оптимізації обрано метод Нелдера-Міда. За результатами вирішення задачі синтезу параметрів секціонованого ротору тягового двигуна приводу коліс тролейбусу визначено, що об’єм постійних магнітів вдалось знизити 2.27 рази, порівняно з базовою конструкцією та здобуто їх оптимальні геометричні розміри (5мм, 5.2мм та 5мм), відстані між ними 17,8мм та 15,3мм, а також кут навантаження двигуна, який становить 121,12°ел. За результатами вирішення задачі синтезу параметрів секціонованого ротору тягового синхронно-реактивного двигуна тролейбусу визначено оптимальні його геометричні параметри

Solved the problem of gas-turbine engine combustion chamber flame igniter efficiency increasing by increasing the flame temperature via optimizing the body design. To determine the influence of the igniter body various geometric parameters, affecting the formation and combustion of the fuel-air mixture, a parametric model was developed. This model together with the developed project in the ANSYS Workbench software package made it possible to automate the modeling process. The influence of the geometric parameters of the igniter body and external factors on the average flame temperature has been studied via a numerical model of the stationary combustion process of the air-fuel mixture formed inside the igniter of the combustion chamber of a gas turbine engine by evaporation and spraying particles of aviation kerosene in the air stream. The adequacy of the numerical simulation results was confirmed by the implementation of a series of full-scale experiments using the Fisher criterion. The uniformity of temperature and adequacy of the average temperature estimation algorithm was established using the correlation analysis of the results of measured temperature at various points of the flame. To determine the degree and nature of their influence, sequentially screening (fractional), as well as full-factor experiments with varying factors at two and three levels were implemented. Based on the results of the analysis of variance, the most statistically significant factors were selected. A regression dependence was established that relates the diameter of the air inlet orifice and the air pressure drop to the flame temperature. A qualitative and quantitative assessment of the influence of the considered factors on the process of formation of a hot air mixture and its combustion has been performed. The optimal values of the geometric parameters of the igniter body and its operating conditions are determined under which the maximum flame temperature at the stationary combustion stage is ensured. Relationships between design features, igniter operation mode, and the temperature of the flame are established. This allows expanding the range of stable ignition of gas turbine engine combustion chambers in accordance with the design of the igniter, the starting fuel supply mode, and the air pressure drop.

Closed bearing units for railway rolling stock shall operate over 800,000 km or during 8 years of operating life (and, in the near future, 1 million km and 10 years) without any maintenance. In order to achieve such high operational indicators, it is necessary, already at the design stage of closed bearing units, to ensure almost absence of wear during the entire specified operating life.This paper reports the results of the optimal design of the elements in the internal geometry of closed bearings based on refined mathematical models using an example of the cylindrical axlebox bearing unit "DUPLEX" for 1520 gauge rolling stock. The chosen principal mathematical model was a geometrically nonlinear contact problem from the theory of elasticity, which was solved using a finite element method.An original non-linear finite-element model of the multi-contact problem has been developed, taking into consideration the contact deformations "rail‒wheel", the deformation of a wheel-set axis, the deformation of the axlebox and bearing rings during contact with all rollers. The model makes it possible to clarify the distribution of loads in the circumferential direction and, accordingly, the maximum load on a roller. The same model could be used, among other things, to analyze the wear of a wheel flange and the effect of gap difference on the bearing wear.A mathematical model and an objective function have been constructed to optimize the profile of a roller ("crown", the generatrix of the lateral surface of rotation) considering the accumulation of damage as a result of the "irregular" loading the roller surface points due to contacts with both the outer and inner rings.The shapes of the roller's face and the ring's operating flange have been optimized that are in contact in the axial direction, which has helped establish that the "anthropologically shaped" convex face of the roller and the concave flange of the ring are optimal. To simplify the structure technologically, a variant with a conical surface of the flange with the optimal "camber" value has been accepted instead of the concave flange of the ring, Закриті підшипникові вузли для залізничного рухомого складу повинні забезпечувати 800.000 км або 8 років пробігу (а найближчим часом – 1 млн км та 10 років) без будь якого обслуговування. Для досягнення настільки високих експлуатаційних показників необхідно вже під час проектування закритих підшипникових вузлів забезпечити практичну відсутність зносу протягом майже всього вказаного пробігу.Наведені результати оптимального проектування елементів внутрішньої геометрії закритих підшипників на уточнених математичних моделях на прикладі циліндричного буксового підшипникового вузла «DUPLEX» для рухомого складу простору колії 1520. Основною математичною моделлю було обрано геометричну нелінійну контактну задачу теорії пружності, для вирішення якої авторами використовувався метод скінчених елементів.Розроблено оригінальну нелінійну скінчено-елементну модель мультиконтактної задачі, яка враховує: контактні деформації «рейка-колесо», деформування осі колісної пари, деформування букси та кілець підшипника при контактній взаємодії зі всіма роликами. Модель дозволяє уточнити розподіл навантажень в окружному напрямку та, відповідно, – максимальне навантаження на ролик. Ця ж модель може бути використана в том числі для аналізу зносу гребня колеса та впливу різнозазорності на знос підшипника.Розроблено математичну модель та цільову функцію для оптимізації профіля ролика («бомбіни», твірної бокової поверхні обертання) з урахування накопичення пошкоджень від «нерегулярного» навантаження точок поверхні ролика від контактів як з зовнішнім, так і внутрішнім кільцем.Проведена оптимізація форми контактуючих в осьовому напрямку торця ролика та робочого борта кільця, в результаті якої встановлено, що оптимальними є «антропологічні форми» опуклого торця ролика та увігнутого борта кільця. Для технологічного спрощення конструкції замість увігнутого борта кільця прийнято варіант з конічною поверхнею борту з оптимальним значенням «розвалу», Закрытые подшипниковые узлы для железнодорожного подвижного состава должны обеспечивать 800.000 км или 8 лет пробега (а в ближайшем будущем – 1 млн.км. и 10 лет) без какого бы то ни было обслуживания. Для достижения столь высоких эксплуатационных показателей необходимо уже при проектировании закрытых подшипниковых узлов обеспечить практически отсутствие износа на протяжении почти всего указанного пробега.Изложены результаты оптимального проектирования элементов внутренней геометрии закрытых подшипников на уточненных математических моделях на примере цилиндрического буксового подшипникового узла «DUPLEX» для подвижного состава пространства колеи 1520. Основной математической моделью была выбрана геометрически нелинейная контактная задача теории упругости, для решения которой авторами применялся метод конечных элементов.Разработана оригинальная нелинейная конечно-элементная модель мультиконтактной задачи, учитывающая: контактные деформации «рельс-колесо», деформирование оси колесной пары, деформирование буксы и колец подшипника при контактном взаимодействии со всеми роликами. Модель позволяет уточнить распределение нагрузок в окружном направлении и, соответственно, – максимальную нагрузку на ролик. Эта же модель может быть использована, в том числе, для анализа износа гребня колеса и влияния разнозазорности на износ подшипника.Разработана математическая модель и целевая функция для оптимизации профиля ролика («бомбины», образующей боковой поверхности вращения) с учетом накопления повреждений от «нерегулярного» нагружения точек поверхности ролика от контактов как с наружным, так и внутренним кольцом.Проведена оптимизация формы контактирующих в осевом направлении торца ролика и рабочего борта кольца, в результате которой установлено, что оптимальными являются «антропологические формы» выпуклого торца ролика и вогнутого борта кольца. Для технологического упрощения конструкции вместо вогнутого борта кольца принят вариант с конической поверхностью борта с оптимальным значением «развала»

Характерною особливістю деталей, що розглядаються в статті, є збільшений діаметр фланця. На кафедрі технології виробництва літальних апаратів науково-навчального механіко-машинобудівного інститут Київського політехнічного інституту ім. Ігоря Сікорського розроблений оригінальний технологічний процес виготовлення виробів з розвинутою фланцевою частиною з використанням позитивних ефектів прогресивного методу штампування обкочуванням. Метод має енергосилові переваги перед традиційними методами виготовлення деталей з відносно тонкими елементами конструкції. Осередок застосування таких технологій все більше розширюється але основні технологічні розрахунки параметрів процесу запроваджені ще недостатньо широко у виробничу практику. Запропонована послідовність технологічних розрахунків та основних параметрів спеціалізованих установок для штампування обкочуванням. A characteristic feature of the details considered in the article is the increased diameter of the flange. At the Department of Aircraft Production Technology of the Scientific and Educational Mechanical and Mechanical Engineering Institute of the Kyiv Polytechnic Institute named after Igor Sikorskyi developed an original technological process for manufacturing products with a developed flange part using the positive effects of the progressive rolling stamping method. The method has energy-strength advantages over traditional methods of manufacturing parts with relatively thin structural elements. The center of application of such technologies is expanding more and more, but the basic technological calculations of process parameters have not yet been introduced widely enough into production practice. The proposed sequence of technological calculations and basic parameters of specialized installations for rolling stamping.

The article analyses software tools for simulation of electric field of insulators. The necessity of solving this problem is dictated by the fact that inaccuracy of simulation software allows stating that the simulation model cannot be improved correctly due to calculation errors in the program itself. Design features of different types of insulators, first of all, the most widespread and used - porcelain and glass insulators, are considered. The change of electric field in a glass and porcelain insulator operating in an AC network without contamination is described. Numerous calculation methods such as boundary element method, finite element method, integral equation method and others have been analysed. It is revealed, that from the point of view of functionality and expediency of application for solution of field problems relevant to electric power industry the finite difference method and finite element method are the most universal ones. The results of insulator electric field modelling using Ansoft Maxwell, CST EM Studio and Elcut software are given. Among Ansys, FEMLAB, Ansoft Maxwell, CST EM Studio, IES Coulomb and Elcut that were analyzed, the software Ansoft Maxwell and CST EM, where the finite element method is implemented, were chosen to solve the given problem. It was found out, which one of the software complies better with the given requirements as to accuracy (by calculation of error of deviation of mathematical modelling and experimental data) and in terms of the method incorporated in the algorithms of the software. Experimental data are compared with simulation results. The possibility of diagnosing insulators by electric field tension parameters has been revealed., В статье проанализированы программные средства моделирования электрического поля изоляторов. Необходимость решения данного вопроса диктуется тем, что неточность программ моделирования позволяет утверждать, что улучшение имитационной модели не может быть выполнено правильно из-за ошибок расчета в самой программе. Рассмотрены конструктивные особенности различных типов изоляторов, прежде всего, наиболее распространенных и используемых – фарфоровых и стеклянных. Описано изменение электрического поля в стеклянном и фарфоровом изоляторе, работающих в сети переменного тока без загрязнений. Проанализированы многочисленные методы расчета такие как метод граничных элементов, метод конечных элементов, метод интегральных уравнений и другие. Выявлено, что с точки зрения функциональных возможностей и целесообразности применения для решения полевых задач, актуальных для электроэнергетики, наиболее универсальны метод конечных разниц и метод конечных элементов. Приведены результаты моделирования электрического поля изоляторов в программах Ansoft Maxwell, CST EM Studio и Elcut. Среди проанализированных программ – Ansys, FEMLAB, Ansoft Maxwell, CST EM Studio, IES Coulomb и Elcut, отталкиваясь от утверждения о том, что необходимо для решения поставленной задачи решить дифференциальное уравнение, были выбраны программы Ansoft Maxwell и CST EM, в которых реализован многочисленный метод конечных элементов. Выявлен, какой из пакетов больше удовлетворяет поставленным требованиям по точности (путем расчета ошибки отклонения математического моделирования и экспериментальных данных) и с точки зрения метода, заложенного в алгоритмах программы. Произведено сравнение экспериментальных данных с результатами имитационного моделирования. Выявлена возможность диагностики изоляторов по параметрам напряженности электрического поля., У статті проаналізовано програмні засоби моделювання електричного поля ізоляторів. Необхідність вирішення даного питання диктується тим, що неточність програм моделювання дозволяє стверджувати, що покращення імітаційної моделі не може бути виконане правильно через наявність похибок розрахунку в самій програмі. Розглянуто конструктивні особливості різних типів ізоляторів, в першу чергу найбільш розповсюджених та використовуваних – фарфорових та скляних. Описано зміну електричного поля в скляному та фарфоровому ізоляторі, що працюють в мережі змінного струму без забруднень. Проаналізовано чисельні методи розрахунку як-от метод граничних елементів, метод скінчених елементів, метод інтегральних рівнянь та інші. Виявлено, що з погляду функціональних можливостей та доцільності застосування для вирішення польових задач, актуальних для електроенергетики, найбільш універсальними є метод скінчених різниць та метод скінчених елементів. Наведено результати моделювання електричного поля ізоляторів в програмах Ansoft Maxwell, CST EM Studio та Elcut. Серед проаналізованих програм – Ansys, FEMLAB, Ansoft Maxwell, CST EM Studio, IES Coulomb та Elcut, відштовхуючись від твердження про те, що необхідно для вирішення поставленої задачі вирішити диференційне рівняння, було обрано програми Ansoft Maxwell та CST EM, в яких реалізовано чисельний метод скінчених елементів. Виявлено, який з пакетів більше задовольняє поставленим вимогам по точності (шляхом розрахунку похибки відхилення математичного моделювання та експериментальних даних) та з точки зору методу, що закладено в алгоритмах програми. Проведено порівняння експериментальних даних з результатами імітаційного моделювання. Виявлена можливість діагностування ізоляторів по параметрам напруженості електричного поля.

This paper reports the construction of a mathematical model for determining the electromagnetic momentum of a synchronous reluctance motor with non-partitioned permanent magnets. Underlying it is the calculation of the engine magnetic field using the finite-element method in the flat-parallel problem statement. The model has been implemented in the FEMM finite-element analysis environment. The model makes it possible to determine the engine's electromagnetic momentum for various rotor geometries. The problem of conditional optimization of the synchronous reluctance motor rotor was stated on the basis of the rotor geometric criteria. As an analysis problem, it is proposed to use a mathematical model of the engine's magnetic field. Constraints for geometric and strength indicators have been defined. The Nelder-Mead method was chosen as the optimization technique. The synthesis of geometrical parameters of the synchronous reluctance motor rotor with non-partitioned permanent magnets has been proposed on the basis of solving the problem of conditional optimization. The restrictions that are imposed on optimization parameters have been defined. Based on the study results, the dependence of limiting the angle of rotation of the magnet was established on the basis of strength calculations. According to the calculation results based on the proposed procedure, it is determined that the optimal distance from the interpole axis and the angle of rotation of magnets is at a limit established by the strength of the rotor structure. Based on the calculations, the value of the objective function decreased by 24.4 % (from −847 Nm to −1054 Nm), which makes it possible to significantly increase the electromagnetic momentum only with the help of the optimal arrangement of magnets on the engine rotor. The results of solving the problem of synthesizing the rotor parameters for a trolleybus traction motor helped determine the optimal geometrical parameters for arranging permanent magnets., Разработана математическая модель по определению электромагнитного момента синхронно-реактивного двигателя с несекционированными постоянными магнитами. Она базируется на расчете магнитного поля двигателя методом конечных элементов в плоско-параллельной постановке задачи. Модель реализована в среде конечно-элементного анализа FEMM. Она позволяет определять электромагнитный момент двигателя при разнообразной геометрии ротора. Проведена постановка задачи условной оптимизации ротора синхронно-реактивного двигателя по геометрическим критериям ротора. В качестве задачи анализа предложено использовать математическую модель магнитного поля двигателя. Установлены ограничения по геометрическим и прочностным показателям. В качестве метода оптимизации выбран метод Нелдера-Мида. Предложен синтез геометрических параметров ротора синхронно-реактивного двигателя с несекционированными постоянными магнитами на основании решения задачи условной оптимизации. Определены ограничения, которые накладываются на параметры оптимизации. По результатам исследований идентифицирована зависимость ограничения угла поворота магнита на основании прочности расчетов. По результатам расчетов и предложенной методике определено, что оптимальное расстояние от межполюсной оси и угол поворота магнитов находится на ограничении, установленном по прочности конструкции ротора. По результатам расчетов значение целевой функции уменьшилось на 24,4% (с –847Нм до –1054Нм), что дает возможность значительного повышения электромагнитного момента только с помощью оптимального расположения магнитов на роторе двигателя. По результатам решения задачи синтеза параметров ротора тягового двигателя троллейбуса определены оптимальные геометрические параметры расположения постоянных магнитов, Розроблена математична модель по визначенню електромагнітного моменту синхронно-реактивного двигуна з несекціанованими постійними магнітами. Вона базується на розрахунку магнітного поля двигуна методом скінчених елементів у плоско-паралельній постановці задачі. Модель реалізована в середовищі скінчено-елементного аналізу FEMM. Модель дає можливість визначати електромагнітний момент двигуна при різноманітній геометрії ротору. Проведено постановку задачі умовної оптимізації ротору синхронно-реактивного двигуна за геометричними критеріями ротору. В якості задачі аналізу запропоновано використати математичну модель магнітного поля двигуна. Встановлено обмеження за геометричними та міцностними показниками. У якості метода оптимізації обрано метод Нелдера-Міда. Запропоновано синтез геометричних параметрів ротору синхронно-реактивного двигуна з несекціанованими постійними магнітами на підставі вирішення задачі умовної оптимізації. Визначені обмеження, які накладаються на параметри оптимізації. За результатами досліджень ідентифіковано залежність обмеження куту повороту магніту на підставі розрахунків на міцність. За результатами розрахунків на підставі запропонованої методики визначено, що оптимальна відстань від міжполюсної осі та кут повороту магнітів знаходиться на обмеженні, що встановлено за міцністю конструкції ротора. За результатами розрахунків значення цільової функції зменшилося на 24,4% (з –847Нм до –1054Нм), що дає можливість значно підвищити електромагнітний момент лише за допомогою оптимального розташування магнітів на роторі двигуна. За результатами вирішення задачі синтезу параметрів ротору тягового двигуна тролейбусу визначено оптимальні геометричні параметри розташування постійних магнітів

Актуальність роботи обумовлюється збільшенням числа пасажирських літаків в експлуатації. Це веде до підвищення потреб замовника, в тому числі і до лакофарбового покриття. Виходом з подібної ситуації, є дослідження ЛФП та пошук більш раціональних методів перевірки нових покриттів. Використання в розрахунках та проектуванні, методу скінчених елементів дозволило, значно зменшити витрати на випробування, на конструювання та експлуатацію. Застосування цього методу, відчутно покращило продуктивність, якість та комфорт проектування в різних сферах. Основним завданням дипломної роботи, що проводиться, є перевірка міцності захисного покриття елементів обшивки пасажирського літаків під навантаженням. Розрахунки проводимо, за допомогою метода скінчених елементів. Найчастіше для розрахунків різних типів навантаження використовують саме метод скінчених елементів. В результаті роботи було визначено, що покриття на фюзеляжі пасажирського літака приймається за тонкостінну оболонку, та при експлуатаційних навантаженнях не руйнується. Результати розрахункових досліджень співпали з експериментальними даними, що свідчить про можливість використання комп’ютерного моделювання у задачах такого типу. The use of the finite element method in calculations and design made it possible to significantly reduce costs for testing, construction and operation. Application of this method significantly improved productivity, quality and comfort of design in various areas. The main task of the diploma thesis being carried out is to check the strength of the protective coating of the elements of passenger aircraft skins under load. Calculations are carried out using the finite element method. Most often, the finite element method is used to calculate various types of loads. As a result of the work, it was determined that the coating on the fuselage of a passenger plane is considered a thin-walled shell, and does not break under operational loads. The results of computational studies coincided with experimental data, which indicates the possibility of using computer modeling in problems of this type.

The article considers the issue of estimation and technology of beamsmanufacturing with single- and double-rows perforation of the web with round holes.In particular, the national and foreign experience of constructing facilities withcastellated beams is analyzed. The issue of potential reserves for weight decrease ofthe beams is considered. It is shown that the types of castellated beams are quitediverse and are associated with different configurations and numbers of cutting lines,and as a result with different shapes and sizes of holes. In order to determine theinfluence of various parameters of structural design, in particular single-row anddouble-rows perforation of the web on the stress state, bearing capacity and stabilityof beams modeling of perforated beams with single-row and double-rows webperforation is carried out. For the beams with the insignificant section sizes betweenround openings, the mesh of finite elements with their essential concentration inzones of holes is carried out. The castellated beams were estimated using the finiteelement method. It is shown that the influence of circular holes is essential forensuring the strength, rigidity and efficient operation of cellular beams. Acomparative analysis of beams with single-row and double-rows perforation of theweb with holes having equal diameters is conducted. It is determined that a moreuniform distribution of material in the web of the beam with double-rows perforationincreases their rigidity and stability in comparison with single-row perforation withthe same weight of structural elements. Based on the research, rational designsolutions for castellated beams with single-row and double-rows perforation areproposed based on the criteria of ultimate strength, rigidity and stability., Розроблено методику та досліджено методом скінчених елементівнапружено-деформівний стан та граничні навантаження балок з круглою,різновидами еліпсоподібної та овальної перфорації при їх однорядному тадворядному розташуванні в стінці. Здійснено порівняння результатів дляобґрунтованого компонування раціональних конструктивних формперфорованих балок з однорядною та дворядною перфорацією стінок.

Building constructions made of cross-laminated timber become more and more widespread. Experience in the timber structures design and operation for various purposes confirms the feasibility of their use. Recently, the construction of prefabricated cross-laminated timber houses has become especially widespread. The problem solution of cross-laminated timber panels calculation by means of a finite element method with the material`s reduced mechanical characteristics application is offered in this article. The specified formulas for definition of the reduced geometrical and mechanical characteristics of cross-laminated timber panels` various types, including those made of combined cross-laminated timber, are resulted. The algorithm of cross-laminated timber panels calculation by means of a finite element method is resulted. The possibility of using flat finite elements taking into account orthotropic properties for the calculation of cross-laminated timber panels using the elasticity above modulus according to the above method, adjusting the Poisson's ratios so as to preserve the condition of elastic potential in timber, is reasoned., Актуальність. Будівельні конструкції з поперечно-клеєної деревини набувають все більшого розповсюдження. Досвід проектування та експлуатації дерев’яних конструкцій різноманітного призначення підтверджує доцільність їх використання. Особливого поширення, останнім часом, набуло зведення панельних будинків, в тому числі і багатоповерхових, з поперечно-клеєної деревини. Панелі з поперечно-клеєної деревини використовують в якості несучих стін та плит перекриття і покриття в мало- та багатоповерхових будинках різноманітного призначення. Мета роботи. В цій статті запропоноване вирішення задачі розрахунку панелей з поперечно-клеєної деревини за допомогою методу скінчених елементів із застосуванням приведених механічних характеристик матеріалу. Удосконалити інженерну нормативну методику розрахунку панелей з поперечно-клеєної деревини. Наведено уточнені формули по визначенню приведених геометричних та механічних характеристик різних типів панелей з поперечно-клеєної деревини, в тому числі, з комбінованої поперечно-клеєної деревини. Наведено алгоритм розрахунку панелей з поперечно-клеєної деревини за допомогою методу скінчених елементів. Наведені результати чисельних досліджень підтверджують достовірність результатів розрахунку панелей з ПКД з застосуванням існуючої аналітичної методики, МСЕ з застосуванням об’ємних СЕ №36 та плоских СЕ №41 з використанням приведених модулів пружності за запропонованою вище методикою. Результати. Обґрунтовано можливість застосування плоских скінчених елементів з врахуванням ортотропних властивостей для розрахунку панелей з поперечно-клеєної деревини за умови використання приведених модулів пружності за запропонованою вище методикою, коригуванням коефіцієнтів Пуассона таким чином щоб зберігалась умова існування в деревини пружного потенціалу.

This paper reports the model of a magnetic field of the synchronous reluctance motor with permanent magnets that was developed on the basis of a finite-element method. The model was implemented in the FEMM finite-element analysis programming environment involving the application of the Lua-based script. The model makes it possible to determine the dependence of the engine's electromagnetic moment on the rotor rotation angle. Determining the level of a saw-shaped moment is important for assessing its harmful effect on the structural elements of the traction motor and the drive in general. The results of digital modeling have established the dependences of the electromagnetic moment on the rotor rotation angle. The moment has a variable component – the saw-shaped moment, whose amplitude for open grooves under a rated load mode is 182 Nm, and for semi-open grooves ‒ 90 Nm. The use of semi-open grooves exerts a positive effect on eliminating the saw-shaped moment in a synchronous reluctance motor with permanent magnets and may be recommended for further application on engines of this type. Semi-open grooves reduce the opening of the stator groove by 2 times and lead to a smoother flux distribution under the gear division. That reduces the oscillations of the main magnetic flux. The proposed application of semi-open stator grooves makes it possible to reduce by more than 2 times the level of a saw-shaped moment of the synchronous reluctance motor with permanent magnets under a rated mode. It has been determined that a rather positive factor is an increase of 4.8 % in the average motor moment value under a rated mode when using semi-open grooves. This is due to a decrease in the average value of magnetic resistance to the main magnetic flux. Therefore, with a simultaneous decrease in the moment's fluctuations, the transition to semi-open grooves makes it possible to improve the mass-dimensional indicators of the motor in general., На основе метода конечных элементов разработана модель магнитного поля синхронно-реактивного двигателя с постоянными магнитами. Модель реализована в среде конечно-элементного анализа FEMM с одновременным использованием скрипта на языке Lua. Модель дает возможность определять зависимость электромагнитного момента двигателя от угла поворота ротора. Определение уровня зубчатого момента важно для оценки его вредного воздействия на элементы конструкции тягового двигателя и привода в целом. По результатам цифрового моделирования получены зависимости электромагнитного момента от угла поворота ротора. Момент имеет переменную составляющую – зубчатый момент – амплитуда которой, для открытых пазов в режиме номинальной нагрузки составляет 182Нм, а для полуоткрытых пазов 90Нм. Применение полуоткрытых пазов положительно влияет на борьбу с зубчатым моментом синхронно-реактивного двигателя с постоянными магнитами и может быть рекомендовано к дальнейшему использованию на двигателях подобного типа. Полуоткрытые пазы уменьшает в 2 раза открытия паза статора и приводит к более плавному распределению потока под зубчатым делением. Это приводит уменьшения колебаний основного магнитного потока. Предложенное применение полуоткрытых пазов статора позволяет более чем в 2 раза снизить уровень зубчатого момента синхронно-реактивного двигателя с постоянными магнитами в номинальном режиме. Определено, что довольно положительным фактором является увеличение на 4,8% среднего значения момента двигателя в номинальном режиме при применении полуоткрытых пазов. Это объясняется снижением среднего значения магнитного сопротивления основному магнитному потоку. Поэтому с одновременным уменьшением колебания момента переход к полуоткрытых пазов дает возможность поднять массогабаритные показатели двигателя в целом, На основі методу скінчених елементів розроблено модель магнітного поля синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами. Модель реалізована в середовищі скінчено-елементного аналізу FEMM з одночасним використанням скрипту на мові Lua. Модель дає можливість визначати залежність електромагнітного моменту двигуна від куту обертання ротору. Визначення рівня зубчастого моменту важливо для оцінки його шкідливого впливу на елементи конструкції тягового двигуна та приводу в цілому. За результатами цифрового моделювання отримані залежності електромагнітного моменту від кута повороту ротору. Момент має змінну складову – зубчастий момент, – амплітуда якої для відкритих пазів у режимі номінального навантаження складає 182Нм, а для напіввідкритих пазів 90Нм. Застосування напіввідкритих пазів позитивно впливає на боротьбу з зубчастим моментом синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами та може бути рекомендовано до подальшого вживання на двигунах подобного типу. Напіввідкриті пази зменшує у 2 рази відкриття пазу статора та призводить до більш плавного розподілу потоку під зубчастим поділом. Це призводить зменшення коливань основного магнітного потоку. Запропоноване застосування напіввідкритих пазів статору дозволяє більше ніж у 2 рази знизити рівень зубчастого моменту синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами у номінальному режимі. Визначено, що доволі позитивним фактором є збільшення на 4,8% середнього значення моменту двигуна в номінальному режимі при застосуванні напіввідкритих пазів. Це обумовлюється зниженням середнього значення магнітного опору основному магнітному потоку. Тому з одночасним зменшенням коливання моменту перехід до напіввідкритих пазів дає можливість підняти масогабаритні показники двигуна в цілому

The frequency characteristics of the cablestayed bridge according to several of its schemes are considered. The analysis of the influence on the frequency characteristics of the type of resistance according to different sets is carried out. Among the types of resistance were taken complete whitening, hinge and lack of resistance. Goal. The purpose of the study is to determine the causes of emergencies, including those recorded as road accidents. For this purpose it is offered to carry out the analysis of natural frequencies of the cablestayed bridge on its different types of contact (resistance) with columns. The object of this study is a cablestayed bridge, which has been in operation for 45 years. The bridge is a system of three types of elements: pylon, span and columns. The subject of the study is the spectrum of natural frequencies of the bridge according to its various models. Methodology. The research was performed using the methods of oscillations and finite elements, as well as the methods developed by the author for building models of complex machine-building systems. Results. According to the results of the performed researches, mathematical threedimensional finiteelement models of parts and the whole system of the bridge were made for different types of resistance, natural frequencies for each system were obtained. The conducted research provided grounds for conclusions on concretization of the causes of emergency situations and directions for their avoidance. Originality. Regarding the type of developed models of the cablestayed bridge, we note their uniqueness. Due to the existing personalities of the models used, it is possible to model three states of interaction of parts of the system. To conduct a study with a high degree of reliability of the real model, you need to have available data on the types of connections of its elements. This is possible with the help of unique author’s methods of model construction and use of universal possibilities of the finite element method. Research of the bridge by other methods did not allow to solve the set tasks on emergence of emergency situations. Practical value. The results of the work have a direct practical application. Based on the results of the work, a conclusion was made on measures to increase the troublefree operation of the system and measures to avoid the occurrence of an emergency situation., Розглянуто частотні характеристики вантового мосту за кількома його схемами. Здійснено аналіз впливу на частотні характеристики типу опору за різними наборами. Серед типів опору було вибрано тверду опору, шарнір та відсутність опору. Метою дослідження є визначення причин виникнення аварійно небезпечних ситуацій, зокрема тих, що фіксуються як дорожньотранспортні пригоди. Для цього запропоновано проаналізувати власні частоти вантового мосту за різноманітними типами його контактування (опору) з колонами. Об’єктом у нашому дослідженні є міст вантового типу, що експлуатується вже 45 років. Він є системою з трьох типів елементів: пілон, пролітна частина та колони. Предметом дослідження є спектр власних частот мосту за різноманітними його моделями. Дослідження здійснено за допомогою методів коливань та скінченних елементів, а також розроблених автором методик побудови моделей складних машинобудівних систем. За результатами досліджень були розроблені математичні тривимірні скінченоелементні моделі частин та всієї системи мосту за різними типами опору, отримані власні частоти для кожної системи. Проведені дослідження надали підстави для висновків щодо конкретизації причин виникнення аварійно небезпечних ситуацій та способів їх уникнення. Було визначено унікальність розроблених моделей вантового мосту. Завдяки ним можна моделювати три стани взаємодії частин системи. Для проведення дослідження з високим ступенем достовірності реальної моделі необхідно отримати дані щодо типів з’єднання її елементів. Це можливо за допомогою унікальних ав-торських методик побудови моделі та використання універсальних можливостей методу скінчених елементів. Дослідження мосту іншими методами не дозволило вирішити поставленого завдання щодо виникнення аварійно небезпечних ситуацій. Результати роботи є безпосереднє практичне застосування. За результатами дослідження можна дійти висновку щодо заходів із підвищення безаварійної роботи системи та заходів з уникнення виникнення аварійно небезпечної ситуації.

A procedure has been devised for modeling the dynamic pro-cesses in the proposed structure of an electromechanical shock absorber. Such shock absorbers can recuperate a part of the energy of oscillations into electrical energy allowing the subsequent possibility to use it by rolling stock. The procedure is based on solving the Lagrange equation for the electromechanical system. The model’s features are as follows. The model takes the form of a Cauchy problem, thereby making it possible to use it when simulating the processes of shock absorber operation. Two generalized coordinates have been selected (the charge and displacement of the armature). The components of the Lagrange equation have been identified. Based on the results from magnetic field calculation and subsequent regression analysis, we have derived polynomial dependences of flux linkage derivatives for the current and linear displacement of an armature, which make it possible to identify a generalized mathematical model of the electromechanical shock absorber. The magnetic field calculations, performed by using a finite-element method, have allowed us to derive a digital model of the magnetic field of an electromechanical shock absorber. To obtain its continuous model, a regression analysis of discrete field models has been conducted. When choosing a structure for the approximating model, a possibility to analytically differentiate partial derivatives for all coordinates has been retained. Based on the results from modeling free oscillations, it was established that the maximum module value of current is 0.234 A, voltage – 52.9 V. The process of full damping of oscillations takes about 3 seconds over 4 cycles. Compared to the basic design, the amplitude of armature oscillations and its velocity dropped from 13 to 85 % over the first three cycles, indicating a greater efficiency of electromechanical shock absorber operation in comparison with a hydraulic one. The recuperated energy amounted to 3.3 J, and the scattered energy – 11.5 J. Для запропонованої конструкції електромеханічного амортизатору розроблено методику моделювання динамічних процесів. Такі амортизатори мають можливість рекуперувати частину енергії коливань в електричну енергію з подальшою можливістю її використання на рухомому складі. Методика основана на вирішенні рівняння Лагранжу для електромеханічної системи. Особливості моделі є наступними. Модель має вигляд задачі Коши, який спритний до вживання при моделювання процесів роботи амортизатору. Обрані дві узагальнені координати (заряд та переміщення якорю). Ідентифіковані складові частини рівняння Лагранжу. За результатами розрахунку магнітного поля і подальшого регресійного аналізу отримано поліноміальні залежності похідних потокозчеплення потоку і лінійному переміщенню якоря, які дають можливість ідентифікувати узагальнену математичну модель електромеханічного амортизатору. Проведені розрахунки магнітного поля методом скінчених елементів дозволили отримати цифрову модель магнітного поля електромеханічного амортизатору. Для отримання її безперервної моделі проведено регресійний аналізу дискретні моделі поля. Про виборі структури апроксимуючої моделі дотримана можливість аналітичного диференціювання часткових похідних по всіх координатах. За результатами моделювання вільних коливань встановлено, що максимальне по модулю значення струму складає 0,234 А, а напруги – 52,9 В. За близько 3 с. проходить процес повного погашення коливань за 4 періоду. Порівняно з базовою конструкцією амплітуда коливань ходу якоря та його швидкості знизилась від 13 до 85 % за перші три періоди, що свідчить про більшу ефективність роботи електромеханічного амортизатору в порівнянні з гідравлічним. Енергія, що рекуперовано, склала 3,3 Дж, а, що розсіяно – 11,5 Дж.

Purpose. In the case of analysis of work of the machine-building structures, the direct usage of construction-oriented software developments is impossible, since ideology and methodology for solving various tasks in construction and machine-building are different. Therefore, in the conducting of practical calculations, there is a need for a certain adjustment of the approaches put in the program complexes and their adaptation to the engineering industry. The presentation of the author's experience of the construction-oriented software SCAD usage for Windows for analyzing the work of various machine-building structures, their components and assemblies is the immediate purpose of the publication. Methodology. During a long period of time the author was engaged in analyzing the work of building, mainly thin-walled, steel structures using the Finite Element Method based on the SCAD for Windows software package. At the same time, a considerable number of machine-building structures were considered, including railroad rolling stock units. Most of these tasks grew into a scientific and research problem that needed to be thoroughly researched and analyzed before giving design recommendations. Findings. The publication presents more than a dozen different tasks, typical for the machine-building industry, which the author had to deal with. Static and quasi-static problems, the problem of motion in time, the contact problem, the problem of the cracks deve-lopment, the physical and geometric non-linearity are among them. Accordingly, for each of these problems the main challenges, features and practical techniques developed during the work are presented, as well as the constructed finite element models are presented as an illustration. Originality. The experience of construction-oriented software product usage on the basis of the Finite Element Method for analyzing of the work of machine-building structures is generalized. A number of practical methods and approaches to the solution of various problems in the machine-building sphere are set forth. Practical value. The application of the given information, methods and approaches allows not only to solve concrete practical problems of the machine-building sphere, but also to obtain correct and practically acceptable solutions., Цель. В случае анализа работы машиностроительных конструкций непосредственное использование строительно-ориентированных программных разработок является невозможным, поскольку идеология и методика решения разнообразных задач в строительстве и машиностроении различаются. Поэтому при проведении практических расчетов возникает необходимость в определенной корректировке заложенных в программные комплексы подходов и их адаптации к машиностроительной отрасли. Изложение авторского опыта использования строительно-ориентированного программного комплекса SCAD for Windows для анализа работы разнообразных машиностроительных конструкций, их узлов, агрегатов и является непосредственной целью публикации. Методика. На протяжении значительного периода времени автор занимался анализом работы строительных, преимущественно тонкостенных, стальных конструкций с помощью метода конечных элементов (МКЭ) на базе программного комплекса SCAD for Windows. Параллельно с этим было рассмотрено значительное количество машиностроительных конструкций, в том числе единиц подвижного состава железной дороги. Большинство из таких задач перерастали в научно-поисковую проблему, которую необходимо было всесторонне исследовать и проанализировать перед тем, как приводить конструкторские рекомендации. Результаты. В публикации представлены более десятка разнообразных задач, характерных для отрасли машиностроения, с которыми автору пришлось иметь дело. Среди них статическая и квазистатическая задачи, задача движения во времени, контактная задача, задача развития трещин, физическая и геометрическая нелинейности. Соответственно для каждой из этих задач приведены основные проблемы, особенности и практические приемы, наработанные во время исследования, а также в качестве иллюстрации представлены построенные конечно-элементные модели. Научная новизна. Обобщен опыт использования строительно-ориентированного программного продукта на базе метода конечных элементов для анализа работы машиностроительных конструкций. Изложен ряд практических приемов и подходов к решению разнообразных задач в машиностроительной сфере. Практическая значимость. Применение приведенной информации, методов и подходов позволяет не только решить конкретные практические задачи машиностроительной сферы, но и получить корректные и практически приемлемые решения., Мета. У випадку аналізу роботи машинобудівних конструкцій безпосереднє використання будівельно-орієнтованих програмних розробок є неможливим, оскільки ідеологія та методика рішення різноманітних задач у будівництві та машинобудуванні різняться. Тому при проведенні практичних розрахунків виникає необхідність у певному коригуванні закладених у програмні комплекси підходів та їх адаптації до машинобудівної галузі. Викладення авторського досвіду використання будівельно-орієнтованого програмного комплексу SCAD for Windows для аналізу роботи різноманітних машинобудівних конструкцій, їх вузлів та агрегатів і є безпосередньою метою публікації. Методика. На протязі значного терміну часу автор займався аналізом роботи будівельних, переважно тонкостінних, сталевих конструкцій за допомогою методу скінчених елементів (МСЕ) на базі програмного комплексу SCAD for Windows. Паралельно з цим було розглянуто значну кількість машинобудівних конструкцій, в тому числі одиниць рухомого складу залізниці. Більшість із таких задач переростали в науково-пошукову проблему, яку необхідно було всебічно дослідити та проаналізувати перед тим, як надавати конструкторські рекомендації. Результати. В публікації представлені більше десятка різноманітних задач, характерних для галузі машинобудування, з якими автору довелося мати справу. Серед них статична та квазістатична задачі, задача руху в часі, контактна задача, задача розвитку тріщин, фізична та геометрична нелінійності. Відповідно до кожної з цих задач наведені основні проблеми, особливості та практичні прийоми, напрацьовані під час дослідження, а також в якості ілюстрації представлені побудовані скінченно-елементні моделі. Наукова новизна. Узагальнено досвід використання будівельно-орієнтованого програмного продукту на базі методу скінчених елементів для аналізу роботи машинобудівних конструкцій. Викладено низку практичних прийомів та підходів до вирішення різноманітних задач у машинобудівній галузі. Практична значимість. Застосування наведеної інформації, методів та підходів дозволяє не тільки вирішити конкретні практичні задачі машинобудівної галузі, а й отримати коректні та практично прийнятні рішення.

Проблематика. Поєднання експериментальних та розрахункових методик досліджень процесів зародження та розповсюдження тріщини в зразках різних типів застосовується для визначення механічних характеристик матеріалів, а також для підвищення точності оцінки міцності та довговічності елементів конструкцій. Мета дослідження. Визначення параметрів моделі пошкоджуваності матеріалу Гарсона-Твергаарда-Нідлмана (GTN) за результатами чисельного моделювання зразків різних типів при різних видах навантаження на прикладі сталі 22К із застосуванням методу скінчених елементів Методика реалізації. Із використанням методу скінчених елементів було проведено чисельне моделювання процесів зародження та розповсюдження тріщин в циліндричних зразках при одновісному розтязі, в зразках Шарпі при динамічному навантаженні, а також в СТ зразках при квазістатичному навантаженні на прикладі сталі 22К з використанням моделі пошкоджуваності матеріалу GTN. Результати дослідження. При зіставленні експериментальних та чисельних результатів визначено повний набір параметрів моделі матеріалу GTN для сталі 22К. Проведено оцінку напруженого стану в околі вершини тріщини та кінетику її розповсюдження в матеріалі зразків різних типів при статичному та динамічному навантаженні. Висновки. Модель пошкоджуваності матеріалу GTN, з визначеними із експериментів значеннями параметрів, може бути використана для чисельного моделювання процесів зародження та розповсюдження тріщини як у зразках різних типів при різних видах навантаження, так і в елементах конструкцій. Problematic. A combination of experimental and computational methods for studying the processes of crack initiation and propagation in various specimen’s types is used to determine the mechanical properties of materials, as well as to improve the accuracy of assessing the strength and durability of structural elements.Research objective. Determination of the parameters of the Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) material damage model based on the numerical modeling results of various specimen’s types under various types of loading for steel 22K using the finite element method. Realization technique. Using the finite element method, numerical modeling of the processes of cracks nucleation and propagation in cylindrical specimens under uniaxial tension, in Charpy specimens under dynamic loading, and also in CT specimens under quasi-static loading was carried out for steel 22K using the GTN material damage model. The results of research. By comparing the experimental and numerical results, the full set of GTN material model parameters for steel 22K was determined. The stress state in the crack tip area and the kinetics of its propagation in the material of various specimen’s types under static and dynamic loading were estimated.Conclusions. The GTN material damage model with the parameter values determined from experiments, can be used for numerical simulation of the processes of crack initiation and propagation both in specimens of various types under various loading types, and in structural elements. Проблематика. Комплексное использование экспериментальных и расчетных методик исследований процессов зарождения и распространения трещины в образцах различных типов применяется для определения механических характеристик мате-риалов, а также для повышения точности оценки прочности и долговечности элементов конструкций. Цель исследования. Определение параметров модели повреждаемости материала Гарсона-Твергаарда-Нидлмана (GTN) по результатам численного моделирования образцов различных типов при различных видах нагружения на примере стали 22К с применением метода конечных элементов. Методика реализации. С использованием метода конечных элементов было проведено численное моделирование процессов зарождения и распространения трещин в цилиндрических образцах при одноосном растяжении, в образцах Шарпи при динамическом нагружении, а также в СТ образцах при квазистатическом нагружении на примере стали 22К с использованием модели повреждаемости материала GTN. Результаты исследования. При сопоставлении экспериментальных и численных результатов определен полный набор параметров модели материала GTN для стали 22К. Проведена оценка напряженного состояния в окрестности вершины трещины и кинетика ее распространения в материале образцов различных типов при статическом и динамическом нагружении. Выводы. Модель повреждаемости материала GTN, с определенными из экспериментов значениями параметров, может быть использована для численного моделирования процессов зарождения и распространения трещины как в образцах различных типов при различных видах нагружения, так и в элементах конструкций.

У статті проаналізовано програмні засоби моделювання електричного поля ізоляторів. Необхідність вирішення даного питання диктується тим, що неточність програм моделювання дозволяє стверджувати, що покращення імітаційної моделі не може бути виконане правильно через наявність похибок розрахунку в самій програмі. Розглянуто конструктивні особливості різних типів ізоляторів, в першу чергу найбільш розповсюджених та використовуваних –фарфорових та скляних. Описано зміну електричного поля в скляному та фарфоровому ізоляторі, що працюють в мережі змінного струму без забруднень. Проаналізовано чисельні методи розрахунку як-от метод граничних елементів, метод скінчених елементів, метод інтегральних рівнянь та інші. Виявлено, що з погляду функціональних можливостей та доцільності застосування для вирішення польових задач, актуальних для електроенергетики, найбільш універсальними є метод скінчених різниць та метод скінчених елементів. The article analyses software tools for simulation of electric field of insulators. The necessity of solving this problem is dictated by the fact that inaccuracy of simulation software allows stating that the simulation model cannot be improved correctly due to calculation errors in theprogram itself. Design features of different types of insulators, first of all, the most widespread and used -porcelain andglass insulators, are considered. The change of electric field in a glass and porcelain insulator operating in an AC network without contamination is described. Numerous calculation methods such as boundary element method, finite element method, integral equation method and others have been analysed. It is revealed, that from the point of view of functionality and expediency of application for solution of field problems relevant to electric power industry the finite difference methodand finite element method are the most universal ones.