Цель – установить механику формообразования и напряженное состояние микропрофиля на поверхностях деталей машин при воздействии, сопоставимом с начальной шероховатостью, в зависимости от условий нагружения. В расчетной модели микронеровностей применяли физико-механические характеристики мягкого материала, имитирующего медь. Разработана численная модель осадки микропрофиля на поверхностях деталей машин для различных условий нагружения. Установлено, что увеличение степени стеснения модели микронеровностей при переходе от свободной к стесненной схеме нагружения способствовало повышению: угла у основания деформированного микропрофиля с 35 до 58°, относительной длины сглаженного участка с 0,46 до 0,8, а также вертикального подъема точки впадин микропрофиля с 0,012 до 0,21. При высвобождении фиксации одной из пар боковых поверхностей микропрофиля ортогональная к ней деформировалась в большей степени относительно соответствующей поверхности при свободном закреплении. Максимальная вытяжка образца в направлении оси oX составила 7%, в направлении оси oZ – 13%. Напряженное состояние под пиками микронеровностей при полной осадке, в зависимости от типа нагружения и расположения микровыступов, составляло от 1050 до 1370 МПа и превысило предел прочности образцов в 5–7 раз. Во впадинах напряженное состояние достигло максимального значения в 1190 МПа для жесткой схемы закрепления и превзошло остальные схемы закрепления в 4–12 раз, с превышением предела прочности образцов в 0,5–6 раз. Наименьшая однородность напряженного состояния по сечению микропрофиля была у образцов со свободным закреплением, наибольшая – у образцов с жестким закреплением. При схеме нагружения с жестким закреплением происходило наиболее качественное выглаживание микропрофиля с формированием более однородного напряженного состояния по сечению микропрофиля. Исследования полезны при назначении условий обработки заготовок локальными способами деформирования, при варьировании степени стесненного нагружения в пределах границ обрабатываемых поверхностей.

Цель – оптимизация условий резания путем управления кинематическими углами режущего инструмента при обработке фасонных поверхностей и технологически обусловленном изменении режимных параметров процесса резания. Объектом исследований явились условия резания при обработке фасонных поверхностей, их влияние на режимные параметры процесса резания, кинематические углы режущего инструмента (передний и главный в плане) и наклона режущей кромки. При построении математических моделей использовались методы теории резания, теоретической механики и термодинамики. Проведенный анализ геометрии лезвия режущего инструмента как в статике, так и в кинематике показал, что изменение угловых координат передней поверхности лезвия при различных условиях резания в процессе выполнения технологических операций требует внедрения управляемых осей поворота. Эти оси должны регулировать основные углы лезвия: главный, передний и угол наклона режущей кромки. При заглублении инструмента более 85% кинематические углы интенсивно изменяются даже при относительно небольших погрешностях его установки. Предложено ввести управляемые оси поворота передней поверхности лезвия режущего инструмента по ее основным углам: главному, переднему и углу наклона режущей кромки. Показано, что кинематические углы интенсивно изменяются даже при относительно небольших погрешностях его установки. Выявлено, что данные углы конструктивно ограничивают диапазон регулирования переднего угла режущего инструмента в связи с недопустимым уменьшением заднего угла, необходим их учет при расчете силовых характеристик процесса резания. Таким образом, для решения проблемы стабилизации кинематических углов режущего инструмента нужно разрабатывать новые методы и технологии, которые позволят более точно контролировать кинематические параметры в процессе резания. Важно учитывать влияние различных факторов, таких как материал обрабатываемой детали, тип режущего инструмента и режимы резания.

Цель – анализ влияния скин-эффекта на активное сопротивление алюминиевых проводов с использованием математической модели, основанной на теории электромагнитного поля. В исследованиях применялась программа моделирования ELCUT, использующая метод конечных элементов. В качестве объекта моделирования были приняты провода: круглый алюминиевый и цилиндрический сталеалюминиевый сечением по 339 мм², а также провод марки АС 300/39. В работе было учтено, что реальная модель линии электропередачи является неоднородной, т.е. представляет собой проволочную конструкцию сталеалюминиевого провода. Верификация расчетов в используемой компьютерной программе осуществлялась через разбиение алюминиевого провода на две составляющие: круг сечением 39 мм² и внешнее кольцо сечением 300 мм². При оценке результатов моделирования алюминиевого провода на разных гармониках установлено совпадение полученных коэффициентов скин-эффекта с математической моделью (данный коэффициент отражает увеличение активного сопротивления провода на высшей гармонике по отношению к сопротивлению постоянному току). Для алюминиевого провода сечением 339 мм² активное сопротивление на 5-й гармонике увеличилось на 24%, на 7-й – на 40%, на 11-й – на 71% и на 13-й – на 84%. Это обстоятельство подтвердило необходимость учета скин-эффекта при оценке потерь электроэнергии в линиях электропередачи на высших гармониках. Авторами предложено рассматривать конструкцию провода марки АС в виде цилиндрического неоднородного провода, состоящего из стального круга внутри и полого алюминиевого круга снаружи. На примере провода АС 300/39 при определении коэффициента скин-эффекта данным способом погрешность не превышала 5% на исследуемом интервале гармоник. Таким образом, предложенный метод исследования, заключающийся в рассмотрении проводов марки АС как круглых цилиндрических, показывает возможность уточнения математической модели данных проводов.

Целью исследований является разработка и численная проверка методики определения температуры жилы изолированного провода на основе измерений электрического тока и температуры поверхности изоляции при использовании технологии Smart Grid. В исследованиях использовалась математическая модель теплового режима провода в форме алгебраического уравнения четвертой степени, для решения которого был применен метод Феррари. Моделирование температурных полей, необходимое для получения результатов сравнения, производилось методом конечных элементов COMSOL Multiphysics. Идентификация температуры жилы с учетом погрешностей измерения осуществлялась на основе метода наименьших квадратов совместно с методом золотого сечения. На основе метода конечных элементов изучено распределение температуры в сечении защищенного провода СИП–3, а также на поверхности его изоляции. В результате моделирования получены зависимости изменения максимальной и минимальной температуры поверхности изоляции провода в зависимости от скорости ветра при предельно допустимой температуре жилы. Показано, что разность максимальной и минимальной температуры поверхности может достигать примерно 25°C при скорости ветра 3–4 м/с. По результатам исследований получена функция, минимизация которой позволяет найти температуру токопроводящей жилы защищенного провода по значениям температуры на поверхности изоляции. Сравнительный анализ разработанного метода определения температуры жилы и метода конечных элементов дает погрешность расчетов в 0,44°C при условии точного задания значения электрического тока. Результаты исследования указывают на необходимость учета неравномерности распределения температуры на поверхности изоляции защищенных проводников при мониторинге линий электропередачи. Разработанная методика расчета температуры жилы по измерительным данным дает высокую точность при любой практически возможной неравномерности температуры поверхности, если погрешность измерения тока не превышает 5%.

Цель исследования – детальное изучение потенциала сети Колмогорова-Арнольда и его использование для повышения эффективности управления энергией, в частности в литий-ионных батареях.

В работе применяется новый метод, использующий одномерные адаптивные функции активации, параметризованные сплайнами, в отличие от традиционных нейронных сетей, в которых функции активации фиксированы, их выбор эмпирический и не гарантирует точной аппроксимации, что может привести к неоптимальным результатам. Такой подход позволяет сети Колмогорова-Арнольда гибко адаптироваться к сложным структурам данных, обеспечивая точную оценку уровня заряда. Чтобы объективно оценить эффективность алгоритма, были проведены эксперименты на реальных наборах данных, направленные на анализ точности оценки уровня заряда аккумулятора при доверительных интервалах 95%, 90% и 85%. Результаты испытаний при различных циклах заряда-разряда показали, что предложенный метод достигает высокой точности и сохраняет стабильность в процессе работы. Предлагаемый метод снижает максимальную ошибку как минимум на 4,26% и значительно улучшает такие показатели, как средняя абсолютная ошибка и среднеквадратичная ошибка. Таким образом, полученные результаты подтверждают эффективность и инновационность сети Колмогорова-Арнольда в управлении энергией. Данный метод обладает высоким потенциалом в управлении энергетическими системами и может быть эффективно внедрен в области, требующие точного прогнозирования временных рядов, включая системы умного дома, электромобили и промышленные устройства. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на оптимизации архитектуры сети и расширении ее практического использования. Примечательно, что этот метод может быть гибко адаптирован к различным типам аккумуляторов и энергетических систем, что значительно расширяет его применение в реальных условиях.

Цель – провести экспериментальное исследование по локализации возможных дефектов фотоэлектрического модуля, оперируя данными полученных вольт-амперных характеристик. Исследование реакции фотоэлектрического модуля на изменение внешних и внутренних факторов в условиях городской среды г. Челябинск. Для проведения измерений и контроля состояния модуля использовался программный комплекс IV Swinger 2, считывающий данные с модуля для построения вольт-амперных характеристик и определения точки максимальной мощности в режиме реального времени. Имитация изменения внутренних параметров модуля производилась при помощи подключения добавочных сопротивлений разного номинала к внешним выводам модуля, установленным для проведения экспериментов. В результате проведенных исследований была показана связь между изменением формы вольт-амперной характеристики фотоэлектрического модуля и добавочным сопротивлением, включаемым как последовательно, так и параллельно в различные участки электрической цепи модуля. Сопротивление имитирует основные неисправности согласно приведенной классификации. Установлено, что при наличии добавочного сопротивления в цепи ячеек момент перехода шунтирующего диода в проводящее состояние соответствовал интервалу значений от 0,71 до 1,06 Ом, в то время как при добавочном сопротивлении в цепи между модулями сопротивление может расти в широком диапазоне значений и диод не перейдет в проводящее состояние. Установлено, что наличие добавочного сопротивления способно снизить генерацию фотоэлектрического модуля. Оценено влияние различного уровня затенения ячеек на выработку энергии модулем. Установлено, что при наличии результирующего шунтирующего сопротивления для всех ячеек одного модуля угол наклона характеристики растет по мере уменьшения сопротивления, так как растут токи утечки. Таким образом, оперируя данными вольт-амперных характеристик и угла наклона вблизи точек максимальной мощности, можно проанализировать и выявить возникающие неисправности фотоэлектрического модуля и провести оценку значения его сопротивления.

Цель исследований – разработка моделей для определения электромагнитных полей в искусственных сооружениях железных дорог с учетом генерации высших гармоник электровозами. В качестве объекта исследований рассматривались поля в следующих сооружениях: туннель, галерея, а также мосты с ездой понизу и поверху. Для сравнения выполнены расчеты полей участка с плоским рельефом земной поверхности. При разработке цифровых моделей использован подход, базирующийся на представлении электроэнергетических систем в фазных координатах, реализованный в программном комплексе Fazonord, версия 5.3.7.0-2024. Для сооружений применялись наборы проводников, заземленных с двух сторон. Электромагнитные поля определялись на основе моделирования движения пяти поездов массой 3192 т в нечетном направлении с интервалом 22 мин. Установлено, что максимальные действующие значения напряженности электрического поля на рассматриваемом участке для некоторых сооружений превышали допустимую величину 5 кВ/м: на мосту с ездой поверху этот параметр достигал 9,8 кВ/м, а для тоннеля – 5,9 кВ/м. Показано, что ввиду больших межпоездных интервалов напряженность магнитного поля не выходила за нормативный предел (80 А/м). В результате проведенных исследований выявлено, что высшие гармоники, создаваемые электровозами, приводили к заметным искажениям годографов магнитного поля. А наличие искусственных сооружений вызывало существенные вариации характера распределения полей в сечении тяговой сети. Таким образом, разработаны цифровые модели систем тягового электроснабжения. Они позволяют адекватно определять динамику изменения напряженностей электромагнитного поля в пространстве, окружающем тяговую сеть 25 кВ, смонтированную внутри искусственных сооружений, которые содержат значительное число металлических деталей. Разработанная авторами компьютерная технология может эффективно использоваться на практике при разработке мероприятий по обеспечению электромагнитной безопасности в искусственных сооружениях электрифицированного железнодорожного транспорта.

Целью научной разработки является создание реверсивной электрической машины переменного тока вращательного движения на основе четырехконтурного силового модуля электромагнитного возбудителя низкочастотных механических колебаний, являющегося электрической машиной возвратно-поступательного (колебательного) движения. Объектом исследований служит трехфазный электромагнитный возбудитель низкочастотных механических колебаний, силовой модуль которого состоит из спаренных четырех идентичных резонансных контуров. Контуры включают индуктивность и последовательно включенный конденсатор в цепь питания. Конструирование данной электрической машины проводили в программной среде COMSOL MULTIPHYSICS. Для преобразования частоты напряжения питания (50 Гц) во входной цепи в низкочастотный диапазон механических колебаний на выходе каждого силового модуля осуществлялась настройка параметров (последовательно включенных) индуктивности катушки и конденсатора на резонанс напряжений. Для создания усиленного вращающего момента спаренные контуры силовых модулей поочередно воздействуют на якорь, расположенный в центре по аналогии с электрическими машинами вращательного движения. Полученные в результате компьютерного моделирования анимации процессов биений входных высокочастотных сигналов внутри медленно изменяющейся синусоиды тягового усилия демонстрируют возможность их плавной модуляции в низкочастотной области на выходе. Также полученные данные демонстрируют возможность создания реверсивного вращательного движения якоря электромагнита при изменении полярности (направления движения электрических токов) соответствующих пар в резонансных контурах, выполненных с учетом допущения обусловленной линейности пассивных элементов в резонансных контурах электрической цепи переменного тока и линеаризации зависимости активных параметров от пассивных. Таким образом, можно рекомендовать следующие области применения электромагнитных возбудителей низкочастотных механических колебаний: в двигательном режиме функционирования – в качестве исполнительного органа в технологических процессах перемешивания и подготовки жидких продуктов до однородной консистенции, в генераторном – в качестве преобразователя энергии возобновляемых источников в электрическую.

Цель – разработка методики анализа золота в хвостах цианирования углистосодержащих руд, содержащих золото в сорбированной форме. В предлагаемой методике перевод сорбированного золота в раствор осуществлялся путем высокотемпературной отмывки твердой фазы хвостов на фильтре. При этом фильтрат анализируется отдельно, твердая фаза подвергается стандартному пробирному анализу, а расчет содержания золота в исходном образце ведется по сумме золота в растворе и твердой фазе. По испытанной методике, доля сорбированного золота, неопределяемого пробирным анализом, в среднем снизилась с 38,2 до 9,3% – в 4,1 раза. Исследования проведены методом добавок известного количества золота, что, кроме основной цели, позволило изучить изотермы сорбции золота природным углистым веществом в условиях цианирования. Показано, что при концентрации золота в жидкой фазе пульпы на уровне 0,01–0,05 мг/дм³, характерной для хвостов цианирования промышленных предприятий, доля сорбированного золота составила 0,1–1,1 г/т. Данные потери Au напрямую определяются сорбционной активностью сырья. Коэффициент К изотерм Фрейндлиха, построенных в виде зависимости содержания Au в углистом веществе (в г/т) от концентрации Au в жидкой фазе (в мг/дм³), составил 303–3037, что лишь на порядок ниже, чем для товарных образцов активных углей. Однако превосходящее количество природного углистого вещества и его развитая поверхность предопределяют высокие потери золота с хвостами цианирования. Разработанная методика анализа может быть использована для уточнения реальных потерь золота с хвостами цианирования углистосодержащего сырья.

Цель – исследование эффективности введения поверхностно-активного вещества – лигносульфоната натрия – в процесс гидротермальной обработки сульфида цинка растворами сульфата меди. Растворы анализировали оптико-эмиссионным спектральным методом, кеки – на волновом рентгенофлуоресцентном спектрометре ARL ADVANT’X. Обработка полученных данных проводилась с использованием пакетов прикладных программ: MS Excel, OriginPro и Statgraphics. Анализ размера частиц осуществлялся методом лазерной дифракции на приборе Bettersize ST. Изучена эффективность добавления лигносульфоната натрия на гидротермальное извлечение цинка из сфалерита. Установлено, что добавка данного поверхностно-активного вещества улучшает осаждение меди на поверхности сфалерита, что повышает уровень извлечения цинка в раствор. Было изучено влияние следующих параметров: количества лигносульфоната (0–1 г/дм³), температуры (180–220°С), концентраций серной кислоты (10–30 г/дм³) и меди (6–24 г/дм³); выявлены оптимальные условия для максимального извлечения цинка (55–71%) в продуктивный раствор и осаждения меди (45–83%) на кеке. Показано, что повышение температуры способствует увеличению скорости реакции и растворимости металлов. Выявлено, что изменение концентраций серной кислоты и меди влияет на равновесие реакций и эффективность извлечения цинка в раствор и осаждение меди из раствора. В ходе проведенных экспериментов установлены оптимальные параметры гидротермальной обработки: концентрация лигносульфоната – 0,25 г/дм³, температура – 220°C, концентрация серной кислоты – 10 г/дм³, начальная концентрация меди – 15 г/дм³. При данных параметрах за 120 мин в раствор извлекается 74% цинка и осаждается 83% меди на кеке. Таким образом, выявлено положительное влияние лигносульфоната натрия на процесс гидротермальной обработки сфалерита: введение данной добавки в количестве не более 0,25 г/дм³ интенсифицировало процесс, ускоряя обработку сфалерита в 1,5–2 раза.