Текущий выпуск
Том 25, № 3 (2023)
Статьи
К определению напряженно-деформированного состояния при инкрементальном формообразовании
Аннотация
В данной статье на основании проведенных экспериментальных исследований определена схема напряженно-деформированного состояния заготовок при инкрементальном формообразовании. Определено, что для инкрементального формообразования конуса с прямолинейной образующей характерно двухосное растяжение с преобладанием растягивающих осевых деформаций.
Исследование процесса формообразования поперечного гофра сильфона с минимальной разнотолщинностью
Аннотация
В статье выполнены исследования по определению возможности подтверждения выдвинутой гипотезы о получении более равномерной стенки сильфона в области вершины гофра путем формообразования сильфона эластичной средой двухэтапным способом в разъемной секционной матрице с применением технологии стесненного изгиба. Дано описание областей применения сильфонов, их конструкций, определены наиболее прогрессивные методы изготовления сильфонов и их основной недостаток. Определена цель исследования и поставлены соответствующие задачи, которые необходимо решить. В исследовании применялись аналитические методы исследования и конечно-элементное моделирование. Предложен способ формообразования сильфона и геометрия формообразующей матрицы. Приведена методика расчета параметров технологического процесса для двух этапов формообразования сильфона. Представлены картины относительного изменения толщины гофра сильфона при формообразовании традиционным способом и при формообразовании предложенным способом. Представлены поля распределения эквивалентных напряжений по Мизесу на первом и на втором переходах при формообразовании предлагаемым способом. Проведено сравнение и дана оценка полученных результатов.
Разработка модели совершенствования системы контроля качества частиц порошка красящего пигмента
Аннотация
Оценка рисков и потенциальных отказов при проектировании процесса изготовления гибких колес волновых зубчатых передач на основе методики PFMEA
Аннотация
В статье представлена модель оценки рисков потенциальных отказов процесса механической обработки гибких колес волновых зубчатых передач (ВЗП). Построенная модель основана на методике анализа видов и последствий потенциальных несоответствий процесса (PFMEA). Проведен структурный, функциональный анализ и анализ отказов, возникающих в процессе токарной обработки, шлифования и нарезания зубьев гибкого колеса. В результате анализа проведена оценка рисков и установлен перечень мероприятий, направленных на повышение качества процесса механической обработки гибких колес ВЗП.
Разработка и применение имитационной модели цеха компаундирования автомобильных бензинов
Аннотация
Компаундирование товарных топлив является важной завершающей стадией всей технологической цепочки производства нефтеперерабатывающего завода, определяющей итоговую экономическую эффективность всего производства. В данной работе рассматривается имитационная модель процесса компаундирования товарных бензинов, основанная на дискретном линейном программировании. Для оптимизационной модели в качестве целевой функции рассматривается отношение разности стоимости товарной продукции и понесенных затрат на компоненты и электроэнергию, нормированное на итоговый объем товарной продукции и время её приготовления. На основании оптимизационной модели делается вывод о целесообразности применения поточной схемы смешения, а также о необходимости выбора насосного оборудования, применяемого в схеме, в соответствии с рецептурой смешения. Оптимизационная модель может применяться для первичных расчетов экономической эффективности вариантов организации процесса компаундирования товарных бензинов.
Визуализация статико-динамического процесса уплотнения порошковой композиции в металлической оболочке
Аннотация
В работе рассмотрена гибридная технология уплотнения порошковой композиции (ПК) в металлической оболочке: волочение и магнитно-импульсный обжим. Разработана методика компьютерного моделирования такого статико-динамического процесса. На основе результатов моделирования разработана визуализационная картина процесса деформирования трубы и находящейся в ней ПК. Полученная визуализационная картина процесса позволила описать пос-тадийно механизм уплотнения и его зависимость от степени деформации трубы при волочении и от величины энергии магнитно-импульсного обжима. Определена достигаемая при этом плотность упаковки, характеризующая качество уплотнения. Результаты работы используются при проектировании новой технологии.
Оптимизация системы обеспечения запасными частями производственных подразделений аэропортовой сети
Аннотация
Решается задача оптимального проектирования системы обеспечения запасными частями для систем обработки багажа группы аэропортов. Предполагается, что аэропорты, входящие в группу, будут оснащены багажными системами одного производителя, снабжающего их запасными частями на стадии эксплуатации. Один из аэропортов группы будет выполнять функции пассажирского пересадочного узла (хаба) для хабообразующей авиакомпании, предполагающей организовать массовые трансферные перевозки между аэропортами группы. Предлагается создание эшелонированной системы обеспечения запасными частями, предусматривающей наличие складов на уровнях производителя, узлового аэропорта и остальных (периферийных) аэропортов, и использование комбинированной стратегии поставок запасных частей, предполагающей периодические поставки со склада производителя на склады аэропортов, оперативные поставки со склада узлового на склады периферийных аэропортов и, при возникновении дефицита, экстренные поставки на склад узлового аэропорта. Целью решения задачи является определение объема производства запчастей оптимального по критерию минимума затрат на производство, хранение и пополнение запаса. Приведены результаты модельных примеров, свидетельствующие о правомерности рассмотренной постановки задачи и эффективности предложенной системы обеспечения запчастями.
Разработка методики по оценке напряжённо-деформированного состояния изделий с учётом технологической наследственности
Аннотация
В статье представлена методика, позволяющая оценивать напряжённо-деформированное состояние изделий как на этапах технологических операций, так и по завершению технологического процесса изготовления. Методика базируется на конечно-элементной модели, позволяющей получать поля напряжений и деформаций в зависимости от загруженных эпюр остаточных напряжений, которые формируются в процессе исследуемой технологической операции. Таким образом, разработанная методика может служить эффективным инструментом к оптимизации технологических операций, а значит и технологического процесса в целом. В качестве примера в работе рассматривается оптимизация технологического процесса траверсы передней опоры отечественного перспективного самолёта. В результате использования представленной методики получается определить наивыгоднейшие режимы обработки проблемного участка траверсы, что позволило увеличить рабочий ресурс детали до требуемого значения.
Воздушное канальное охлаждение одновиткового индуктора для магнитно-импульсной обработки металлов
Аннотация
В работе представлены результаты исследования эффективности охлаждения токопровода одновиткового индуктора для магнитно-импульсной обработки материалов, имеющего внутренний канал, воздухом низкой температуры от вихревой трубы, в том числе при использовании эжектора. Экспериментально полученные зависимости показывают, что наибольшая эффективность охлаждения и наибольшая интенсивность охлаждения токопровода одновиткового индуктора достигается при значениях β>1 (отношение площадей проходных сечений диафрагмы и сопла эжектора) при всех исследованных отношениях относительного диаметра диафрагмы вихревой трубы, при неизменной величине давления на ее входе. В результате исследований установлено, что канальное охлаждение токопровода одновиткового индуктора охлажденным воздухом от вихревой трубы обладает достаточно высокой эффективностью при высокой степени безопасности.
Расчётное прогнозирование технологических остаточных деформаций при изготовлении деталей, подвергаемых упрочнению поверхностным пластическим деформированием
Аннотация
Обеспечение геометрической точности особо ответственных деталей является актуальной задачей предприятий авиационной отрасли. Лопатки газотурбинных двигателей являются особо ответственными и технологически сложными деталями. Как правило, поверхностному дробеструйному упрочнению подвергаются замковые соединения лопаток, а также перо. Остаточные напряжения являются следствием появления технологических остаточных деформаций. Именно остаточные деформации, вызванные действием остаточных напряжений, в большинстве случаев являются причиной брака. Таким образом, разработка научно обоснованных подходов к моделированию остаточных напряжений и расчёту технологических остаточных деформаций является актуальной задачей. В работе изложен подход, позволяющий на стадии механической обработки учитывать деформации, которые могут быть получены на заключительных этапах изготовления деталей после упрочнения поверхностным пластическим деформированием. Подход основан на предварительном расчётном прогнозировании технологических остаточных деформаций от действия остаточных напряжений на основе аналитических и конечно-элементных методов. Реализация подхода показана на примере лопатки компрессора газотурбинного двигателя, подвергаемой упрочнению дробеструйной обработкой по всей поверхности детали.
К вопросу о переходе предприятий промышленности к замкнутому производственному циклу
Аннотация
В новых условиях ведения производственно-хозяйственной деятельности повышается значимость и актуальность повышения ресурсоэффективности и экологичности производственных процессов, что в рамках концепции устойчивого развития и ESG-повестки имеет критически важное значение для нефтехимических предприятий. На современных промышленных предприятиях стоит острая необходимость проектирования и внедрения в процессы управления замкнутых производственных циклов, повышающих ресурсоэффективность производства и промышленности в целом. Цель статьи заключается в разработке концептуальной модели управления процессом перехода предприятий нефтехимии на замкнутый цикл. Объектом исследования выступают нефтехимические предприятия, предметом - производственные циклы. Задачи статьи сводятся к следующим: описать методику разработки модели управления процессом перехода предприятий нефтехимии на замкнутый цикл; представить характеристику безотходного замкнутого производственного процесса; выстроить схему проектирования абсолютно замкнутого или безотходного технологического цикла. Результаты проведенного исследования позволили систематизировать следующие выводы: 1) под замкнутым производственным циклом предложено понимать форму организации производства нефтехимической продукции при котором ресурсы производства (сырье, энергия) используются в производственном процессе многократно, предварительно пройдя очистку, оснастку, охлаждение и т.п., возвращающему ресурсу производства требуемое качество в рамках данной технологии производства с последующим поступлением его на первую, либо предыдущие стадии производственно-сбытовой цепочки; 2) специфика организации замкнутого цикла на предприятиях нефтехимической промышленности связана с образованием значительного количества побочных продуктов в ходе основного химического процесса, что позволяет получать побочные виды продуктов, которые также могут использоваться в производственно-сбытовых цепочках (например, минеральные удобрения, серная кислота и т.п.); 3) преимущество химического рециклинга состоит в возможности переработки смешанных, многокомпонентных и загрязненных отходов, а также получения вторичного сырье, практически не отличимое по свойствам от исходного первичного сырья, следствием чего является не ограниченное количество циклов переработки; 4) основу концептуальной модель управления процессом перехода предприятий нефтехимии на замкнутый цикл составляют такие элементы управления, как цель, критерии, субъект и объект управления, методы и инструменты системной инженерии; проблемы реорганизации производственных процессов, а также задачи и технологии перехода к замкнутым производственным процессам. Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации концептуальных основ управления процессом перехода предприятий нефтехимии на замкнутый цикл, что позволит в дальнейших научных изысканиях разработать практические аспекты управления замыканием производственных циклов, переходом к безотходным производствам на микроуровне.
Вероятностный расчетно-статистический инструментарий оценки влияния технологического процесса производства на стабильность основных характеристик автомобильного генератора
Аннотация
В статье представлены результаты разработки вероятностного расчетно-статистического инструментария для оценки влияния стабильности технологического процесса изготовления автомобильного генератора на вариабельность его электротехнических характеристик.
Термодинамическая модель ледового воротника в гидротехническом строительстве
Аннотация
Одной из приоритетных задач развития страны является освоение Арктики. Для этого необходимо как разрабатывать новую нормативную документацию по стандартизации, так и проводить совершенствование имеющихся норм и стандартов. Арктический регион является сложным с точки зрения внешних условий. Для Гидротехнических конструкций внешние воздействия в Арктике, в первую очередь, включают воздействия со стороны льда. Ледовые воздействия могут носить самый разный характер и поэтому недостаточно полно отражены в нормативных документах. Образование ледового воротника - это один из типов вмерзания, когда вокруг частично находящегося в воде гидротехнического сооружения, при отрицательных температурах воздуха, образуется утолщение льда, превышающее по своей толщине окружающий ровный лед. Данное утолщение образуется по причине теплового потока через тело сооружения и может быть рассчитано. Аналитический расчет ледового воротника сложно выполним, поэтому предполагается использовать термодинамическую модель для численного моделирования.
Метод последовательных приближений, основанный на локальной аппроксимации множества достижимости, для дискретных задач оптимального управления
Аннотация
Рассматривается алгоритм улучшения, основанный на локальных аппроксимациях множества достижимости дискретной по времени задачи оптимального управления. Получены условия, обеспечивающее релаксационность алгоритма и связь с необходимыми условиями оптимальности.
Моделирование и сравнение результатов точного аналитического решения краевой задачи течения в тонком слое с экспериментальными данными
Аннотация
Многие технологические процессы обработки металлов давлением включают деформирование удлиненной заготовки сближающимися инструментами, контактные поверхности которых имеют неглубокие ручьевые полости. Распространенным частным случаем являются штампы или часть их контактных поверхностей, представляющих собой плоскости: площадки под осадку и некоторые виды заготовительных ручьев. Статья посвящена математическому моделированию течения тонкого слоя металла по шероховатым поверхностям. В статье приводятся результаты аналитического исследования краевой задачи о вязкопластическом течение тонкого слоя металла, расположенного между движущимися навстречу друг другу тонкими шероховатыми плитами. Приводится точные решения, основанные на классической постановке в рамках «идеальной жидкости» и «вязкопластической жидкости». Описан реальный эксперимент, проведенный для оценки влияния осредненных по толщине слоя касательных напряжений на кинематику течения пластического слоя. С целью оценки влияния касательных напряжений, осредненных по толщине слоя, на кинематику течения, и, в особенности, вблизи неподвижных границ поставлены эксперименты и анализируются результаты по осадке между сближающимися жесткими плитами тонкого пластического образца, ограниченного неподвижными стенками и, первоначально имеющего форму прямоугольника в плане. Неподвижные стенки инструмента расположены вдоль длинных сторон прямоугольника. Установлены экспериментальные закономерности. Растекание образцов происходит ожидаемо - по прямым линиям тока, параллельным длинной стороне прямоугольника, или по лучам кругового сектора. При этом установлено, что продольные перемещения вблизи неподвижных стенок заметно отстают от перемещений вдали от границы, а максимальные перемещения наблюдаются на линии симметрии образца относительно неподвижных стенок. Этот факт говорит о наличии ненулевых сдвиговых напряжений и (скоростей) деформаций в рассматриваемых течениях тонкого пластического слоя. Сравнение полученных экспериментальных и аналитических результатов моделирования позволяет оценить корректность выбранной математической модели, которая может быть использована для описания течений.
К выбору математической модели для корректного решения краевой задачи течения тонкого слоя пластического материала при сжатии образца в виде кругового сектора
Аннотация
К классу задач течения относительно тонкого слоя из пластического металла относится большинство практических задач прокатного и кузнечно-штамповочного производства. С той разницей, что при прокатке, вальцовке, ротационной вытяжке и других подобных процессах очаг деформации локализуется, а в процессах штамповки весь объем металла перераспределяется в полости ручья, затекая в различные его элементы, образуя необходимую форму поковки, часто форма является удлиненной и небольшой толщины. Естественно полагать, что для анализа близких по кинематике течения процессов, могут быть использованы одни и те же математические модели, но в разных постановках. В статье обосновывается выбор математической модели для теоретического решения краевой задачи о стесненном сжатии образца в виде кругового сектора по результатам эксперимента. В статье приводятся результаты аналитического исследования краевой задачи о вязкопластическом течении тонкого слоя металла, расположенного между движущимися навстречу друг другу тонкими шероховатыми плитами. Приводятся точные решения, основанные на классической постановке в рамках «идеальной жидкости» и «вязкой жидкости». Описан физический эксперимент, проведенный для оценки влияния осредненных по толщине слоя касательных напряжений на кинематику течения пластического слоя. Сравнение полученных экспериментальных и аналитических результатов моделирования позволяет оценить корректность выбранной математической модели, которая может быть использована для описания течения. При проектировании и внедрении в производство большинства высокопроизводительных технологических процессов обработки материалов давлением требуются не только численные значения технологических параметров, но прогнозирование поведения материала во время нагружения. В настоящее время доступны проблемно-ориентированные программные комплексы на основе численных методов решения, например методом конечных элементов (МКЭ), различных задач механики сплошной среды (МСС). Однако без развития фундаментальных подходов к формулированию, схематизации и аналитическому решению краевых задач, вряд ли было бы возможным создание достоверных математических моделей для современных компьютерных систем. Поэтому дальнейшее развитие теоретических подходов решения краевых задач МСС является актуальным.