Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР

МОДЕЛЮВАННЯ ЧАСОВОЇ ДИНАМІКИ ІНФОРМАЦІЙНОЇ КОМПОНЕНТИ ГНУЧКОСТІ МАШИНОБУДІВНИХ МСП В УМОВАХ ХВИЛЬОВИХ КОЛИВАНЬ РИНКУ

Євгенія Басова , Сергій Добротворський , Ігор Яковенко — пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

У даній статті розглядається роль цифрової трансформації, зокрема концепції Industry 4.0, у підвищенні стійкості та гнучкості малих і середніх машинобудівних підприємств (МСП). Визначено, що технології Industry 4.0, засновані на використанні 3D-інформації, є ключовими факторами інтенсифікації технологічної підготовки виробництва та підвищення адаптивності МСП до динамічних ринкових змін, геополітичних і зовнішніх стресових факторів. Увагу приділено підходу планування на основі пріоритетів (PPLAN), що оптимізує розподіл ресурсів, скорочує виробничі цикли та підвищує економічну ефективність підприємств. Запропоновано унікальний підхід до декомпозиції гнучкості, який дозволяє МСП стратегічно адаптуватися до коливань попиту і пропозиції, а також до стресових ситуацій. Доведено, що багаторівнева 3D-інформація відіграє важливу роль у забезпеченні стабільності підприємств у кризових умовах, сприяючи швидкому реагуванню на хвильові коливання ринку. Інтегрований підхід до цифровізації дозволяє МСП підтримувати продуктивність, ефективно управляти ресурсами та сприяти сталому розвитку. Отримані результати підкреслюють потенціал цифрових інструментів, структурованої гнучкості та багаторівневої 3D-інформації у забезпеченні довгострокової конкурентоспроможності МСП в умовах нестабільного глобального ринку.

Ключові слова: гнучкість підприємства; 3D-інформація; антистресові рішення; сталість підприємства; оптимізація виробничого процесу, хвильові коливання ринку

УЗАГАЛЬНЕНА ДЕКОМПОЗИЦІЯ ТРАНСМІСІЙ ВІЙСЬКОВИХ КОЛІСНИХ МАШИН ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ЙМОВІРНОСТІ БЕЗВІДМОВНОЇ РОБОТИ

пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

Для якісного формулювання завдання раціонального проєктування комплексу елементів механічної ступінчастої трансмісії колісної бронемашини, а також для безпомилкового формування атрибутів задачі, необхідно здійснити перехід від реального об’єкта до його структурної схеми. Такий перехід зручно робити через кінематичну схему об’єкта та структурну схему трансмісії до структурно-логічної схеми. Описано актуальність науково-практичної задачі розробки методу узагальненої декомпозиції трансмісій військових колісних машин для визначення ймовірності безвідмовної роботи. Це дає змогу зрозуміти необхідність висвітлення вказаної теми та проведення відповідних досліджень та наукових викладок стосовно питання. Описано основні категорії, введено поняття «логічний елемент», сформовано ланцюг ієрархічних відносин між основними категоріями. Це дає змогу максимально спростити та формалізувати підхід до побудови моделі раціонального проєктування трансмісій військових колісних машин, бо категорії «логічний елемент» та «механізм» пов'язані з цільовими функціями (критеріями) та обмеженнями, а категорія «деталь» пов'язана з параметрами проєктування та обмеженнями. Сформовано лаконізований перелік структурно-логічних елементів, який дає змогу при декомпозиції замінити як самостійно прості, так і сукупно від розділення складних, конструктивні агрегати. Надано приклад проведення декомпозиції{схем} трансмісій військових колісних машин, що дає змогу наочно продемонструвати запропонований підхід. Для типових конструктивних схем структурно-логічних елементів надано структурно-логічні схеми. Це дає змогу, спираючись на положення теорії надійності технічних систем, сформувати залежності вірогідністей безвідмовної роботи кожного структурно-логічного елемента з подальшою композицією у цільову функцію вірогідності безвідмовної роботи трансмісійної системи.

Ключові слова: ступінчаста трансмісія, декомпозиції, вірогідності безвідмовної роботи, цільова функція.

ЕФЕКТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВПЛИВУ НА КОНТАКТНУ ВЗАЄМОДІЮ ДИСКРЕТНО-КОНТИНУАЛЬНО ЗМІЦНЕНИХ ТІЛ

пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

У роботі досліджується напружено-деформований стан контактуючих дискретно-континуально зміцнених тіл. Додатково до виявлених раніше «∆-ефекту» та «σ-ефекту» пропонується також нагрівання системи контактуючих тіл. Виявилося, що зазначені ефекти при цьому зберігаються. Вони полягають у сприятливому перерозподілі контактного тиску і напружень дискретно-континуально зміцнених тіл порівняно із незміцненими тілами. Більш того, ці ефекти підсилюються при нагріванні тіл на температуру Т. Це названо «Т-ефектом». Відповідно, виявлено новий ефект. Сукупно усі три ефекти створюють більш широкі потенційні можливості для підвищення міцності у спряженні зміцнених тіл. А це створює підґрунтя для підвищення технічних характеристик машинобудівних конструкцій, у складі яких – дискретно-континуально зміцнені пари деталей. Виявлений ефект полягає у тому, що навіть без навантаження номінально плоска поверхня набуває пагорбистого профілю. Чим вища температура нагрівання дискретно зміцненого тіла, тим вищим є прояв зазначеного ефекту. Також ефект посилюється при збільшенні коефіцієнта лінійного розширення матеріалу зони дискретно зміцнення. Таким чином, при сумісній дії силового та температурного навантаження сприятливі ефекти посилюються.

Ключові слова: дискретно-континуальне зміцнення, міцність, напружено-деформований стан, контактна взаємодія, контактний тиск

ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПІДВИЩЕНИХ ТАКТИКО-ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕГКОБРОНЬОВАНИХ МАШИН НА ОСНОВІ ВИЗНАЧЕННЯ ДИНАМІЧНОЇ МІЦНОСТІ БРОНЕКОРПУСІВ ІЗ ГОМОГЕННИХ ТА КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

У роботі описано підхід до експрес-аналізу динамічного напружено-деформованого стану бронекорпусів легкоброньованих машин із композиційних матеріалів. Для цього визначається напружено-деформований стан, власні частоти коливань і власні форми коливань тестових «сендвіч-бронепанелей». Зовнішні шари цих панелей – зі сталі, а внутрішній шар – із кераміки, пластика або гуми. Після аналізу напружено-деформованого стану, власних частот і власних форм коливань цих тестових панелей визначається деяка «еквівалентна» гомогенна бронепанель. Надалі властивості цієї еквівалентної панелі закладаються у розрахункову модель динамічного напружено-деформованого стану досліджуваного бронекорпусу легкоброньованої машини. Така експрес-модель дає можливість оперативного аналізу динамічних, міцнісних та жорсткісних характеристик бронекорпусів легкоброньованих машин на початкових етапах проєктних досліджень. Такий підхід може бути застосований і для аналізу захищеності бронекорпусів від дії кінетичних, фугасних, кумулятивних та боєприпасів інших типів. На завершальних етапах проєктних досліджень розроблені моделі потребують подальшого удосконалення. Проте у ході таких попередніх досліджень визначаються певні закономірності та тенденції. Вони дають можливість установити заходи із підвищення міцності та динамічних властивостей бронекорпусів легкоброньованих машин. Крім того, можна знизити рівень збурень у системах наведення стабілізації озброєння, яке установленні у бойових модулях. Проте у ході таких попередніх досліджень визначаються певні закономірності та тенденції. Вони дають можливість установити заходи із підвищення міцності та динамічних властивостей бронекорпусів легкоброньованих машин. Крім того, можна знизити рівень збурень у системах наведення стабілізації озброєння, яке установленні у бойових модулях. Ці модулі базуються на бронекорпусах бойових машин. У цілому розроблено комплексний підхід до підвищення тактико-технічних характеристик міцності, захищеності та точності ведення вогню за рахунок застосуванняя композиційних матеріалів для виготовлення бронекорпусів легкоброньованих машин

Ключові слова: бронекорпус, легкоброньована машина, гомогенний матеріал, композиційний матеріал, «сендвіч-бронепанель», напружено-деформований стан, власні частоти коливань, власні форми коливань

ОСОБЛИВОСТІ КОНСТРУКЦІЇ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СФЕРИЧНОЇ ЛІНЗИ ЛЮНЕБЕРГА З КУБІЧНИМИ ОТВОРАМИ

пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

Російські війська у війні проти України все частіше почали вдаватися до застосовування хибних повітряних цілей. В якості імітаторів засобів повітряного нападу в радіолокаційному діапазоні хвиль використовуються безпілотні летальні апарати (БПЛА), які обладнані сферичними лінзами Люнеберга з кубічними отворами. Дані лінзи виготовляються з використанням технології тривимірного друку. У статті проведено аналіз конструкції та виявлені особливості технології виготовлення подібної сферичної лінзи. Лінза є багатошаровою конструкцією, зменшення діелектричної проникності кожного шару якої здійснюється за допомогою кубічних отворів. Додавання отворів кубічної форми різного розміру та з різним кроком дозволяє зменшити діелектричну проникність до необхідного значення. При виготовленні багатошарової сферичної лінзи прагнуть добитися найкращого наближення ступеневої апроксимації закону зміни діелектричної проникності до теоретичного. Проведені дослідження показали, що починаючи з шестишарової лінзи абсолютна похибка наближення ступеневої апроксимації діелектричної проникності до теоретичного значення змінюється незначно. З врахуванням цього на практиці найбільш технологічним є процес виготовлення шестишарових лінз Люнеберга. Конструктивно лінза є неоднорідною діелектричною сферою, половина якої у вигляді “шапочки” металізована. Така форма та розміри металізованої поверхні забезпечують індикатрису розсіювання не менше 170° в обох площинах та дозволяють імітувати не тільки ударні БПЛА типу “Shahed-136/Герань”, а й інші засоби повітряного нападу противника.

Ключові слова: лінза Люнеберга, діелектрична проникність, конструкція, технологія виготовлення, імітування, засоби повітряного нападу, ефективна площа розсіювання

ДОСВІД ПРОЄКТУВАННЯ ПРОТОЧНИХ ЧАСТИН ВІДЦЕНТРОВИХ КОМПРЕСОРІВ ТУРБОДЕТАНДЕРНИХ АГРЕГАТІВ

пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

Представлено авторську комплексну методологію проєктування проточних частин відцентрових компресорів, які є важливою складовою турбодетандерних агрегатів. Методологія включає математичні методи і моделі різних рівнів складності – від одновимірних до просторових, а також експериментальні дослідження. На першому етапі проводиться попередній розрахунок геометричних характеристик проточної частини за допомогою достатньо простих методик, заснованих на вирішенні одновимірних або квазіосесиметричних рівнянь. Розрахунок основних геометричних характеристик проточної частини за одномірною методикою здійснюється на основі розв'язання одномірних рівнянь збереження маси, збереження ротальпії (наслідок закону збереження енергії), втрат кінетичної енергії. Як функцію цілі вибираємо максимальну потужність. Пошук геометричних характеристик ступеня ведеться серед великої кількості варіантів параметрів, що варіюються, з урахуванням основних конструктивних і режимних обмежень. На базі отриманих геометричних характеристик будується повна тривимірна геометрія, для чого використовуються методи аналітичного профілювання лопаток проточних частин, які дозволяють створювати турбінні ступені як осьового, радіально-осьового та осе-радіального типів. Розрахунок тривимірної в’язкої течії виконується за допомогою методу чисельного інтегрування осереднених рівнянь Нав’є-Стокса і диференційної моделі турбулентності Ментера. Опис просторової форми компресора здійснюється з використанням методу вихідних даних, для якого є обмежена кількість параметризованих величин. Наведено приклад розробленої проточної частини компресора, який має високу газодинамічну ефективність у широкому діапазоні режимів роботи і за своїми характеристиками відповідає кращим світовим аналогам. Показано, що розрахункові газодинамічні характеристики компресорів задовільно співпадають з експериментальними даними. Створено унікальну базу даних високоефективних проточних компресорів, які використовуються як прототипи при створенні нових сучасних турбодетандерних агрегатів.

Ключові слова: турбодетандер; газопровід; природній газ; турбокомпресор; проточна частина турбомашини

ДОСЛІДЖУВАННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ФАЗОВОГО СКЛАДУ І ТВЕРДОСТІ ВІД ТОВЩИНИ МДО-ПОКРИТТІВ

пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

Досліджено залежності фазового складу і твердості від товщини МДО-покриттів на алюмінієвому сплаві АК6, які сформовані методом мікродугового оксидування (МДО) в лужно-силікатному електроліті при катодно-анодному режимі. Досліджена структура та морфологія МДО–покриттів. Встановлено, що покриття на сплаві АК6, сформоване в лужно-силікатному електроліті, має двошарову будову - технологічний шар і основний. Саме основний шар покриття має практичне призначення - він обумовлює поверхневе зміцнення алюмінієвих виробів методом МДО. Аналіз товщини покриття показав, що покриття зростає як всередину зразка (товщина основного шару) та і назовні зі збільшенням розміру зразка (технологічна товщина покриття). Загальна товщина покриття складається з його внутрішньої та зовнішньої товщини. Ці товщини змінюються практично синхронно. Встановлено, що технологічний шар (верхній пухкий шар) покриття є припуском для подальшої розмірної обробки виробів. Оброблення отриманих результатів показало, що частка основного шару становить 50 - 60% від загальної товщини покриття, а технологічного - 50 - 40 %. Вивчено фазовий склад МДО–покриттів і показано, що покриття має кристалічну будову та складається з високотемпературних модифікацій окислів алюмінію (α-Al₂O₃ і γ- Al₂O₃) та муліту (3 Al₂O₃·2SiO₂). В роботі показано можливість обробкою МДО алюмінієвого сплаву АК6 забезпечити фазовий склад зміцненого шару і, як наслідок, високі експлуатаційні характеристики (твердість) за рахунок високого вмісту в зміцненому шарі модифікації α- Al₂O₃ - корунду. Встановлено, що за рахунок формування різної товщини покриття можуть бути створені умови формування структурно-фазового стану покриттів, що забезпечують надійність і довговічність сполучених з'єднань.

Ключові слова: алюмінієвий сплав; мікродугове оброблення; вимірювання твердості; товщиномір ВТ – 10НЦ; рентгеноструктурний аналіз; фазовий склад.

ВПЛИВ УДАРНОЇ ХВИЛІ НА ВТРАТУ СТІЙКОСТІ БРОНЕКОРПУСІВ ЛЕГКОБРОНЬОВАНИХ МАШИН

пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

У роботі основна увага приділяється забезпеченню стійкості бронекорпусів легкоброньованих машин на дію зовнішнього тиску. Джерелом цього тиску є різні типи фугасних боєприпасів. На прикладі тестової конструкції бронекорпусу розроблено математичну та чисельну моделі втрати стійкості конструкції під дією зовнішнього тиску. Для розв’язання задачі аналізу втрати стійкості залучено метод скінченних елементів. Для забезпечення автоматизованого варіативного аналізу втрати стійкості розроблені параметричні моделі бронекорпусів. Варійованими узагальненими параметрами є тип і загальна компоновка бронекорпусу, карта товщин бронепанелей у різних проекціях. Також варійованими параметрами є сортамент, схема розміщення та товщини елементів внутрішньої силової структури бронекорпусу. На прикладі тестової конструкції визначено вплив товщини бронепанелей на критичний рівень надлишкового тиску, за якого відбувається втрата стійкості. Наведені форми втрати стійкості бронекорпусу. Розроблений програмно-модельний комплекс дає можливість обґрунтувати прогресивні технічні рішення бронекорпусів за критерієм збереження стійкості при дії ударної хвилі.

Ключові слова: бронекорпус; ударна хвиля; втрата стійкості; метод скінченних елементів; внутрішня силова структура; бронепанель

ПРОБЛЕМНІ ПИТАННЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ТА МІЦНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ РОТОРНИХ СИСТЕМ НАГНІТАЧІВ ПОВІТРЯ ВИСОКОФОРСОВАНИХ ТАНКОВИХ ДВИГУНІВ

пт, 27 чер 2025 00:00:00 +0300

У роботі поставлена та розв'язана задача про аналіз міцності, жорсткості та критичних швидкостей обертання роторних частин нагнітачів танкових двигунів. Для цього розроблено підходи, які використовують параметричний опис досліджуваного об'єкту. Цей параметричний опис інтегрується у геометричні, математичні та чисельні моделі досліджуваних процесів і станів. У ході розв'язання цих задач визначаються параметричні залежності характеристик жорсткості, міцності та критичних швидкостей обертання від варійованих параметрів. Варіювалися маса крильчатки нагнітача повітря та жорсткості підшипникових опор вала. Установлені залежності контрольованих величин від варійованих параметрів. Здійснені розробки, дослідження та їхні результати підтверджують можливість постановки та розв'язання задач обґрунтування прогресивних технічних рішень при удосконаленні нагнітачів повітря танкових двигунів. Важливою обставиною розробленого підходу є те, що для аналізу процесів і станів різної природи розроблені єдині параметричні моделі. Ці моделі, з іншого боку, можуть бути переналаштовані на інші об'єкти. Зокрема, здійснено варіювання параметрів роторної частини нагнітача повітря танкового двигуна. Варіювалися маса робочого колеса та жорсткість підшипникових опор. У ході досліджень установлені залежності характеристик напружено-деформованого стану від варійованих параметрів. Також установлені залежності критичних швидкостей обертання ротора від варійованих параметрів. Розроблені параметричні моделі є основою для чисельних досліджень напружено-деформованого стану та критичних швидкостей обертання елементів роторних частин нагнітачів повітря.

Ключові слова: напружено-деформований стан; критичні швидкості обертання; танковий двигун; роторна частина; нагнітач повітря