Цель – разработать комплексную модель, учитывающую взаимосвязь между конструкцией зубчатого колеса, свойствами материала и технологическими параметрами обработки. Данная модель должна предсказывать эксплуатационные характеристики колеса, учитывая воздействие как внутренних, так и внешних факторов. Для определения механических характеристик металла были проведены механические испытания с помощью электромеханического разрывного оборудования фирмы Tinius Olsen марки H100KU. Контроль механических показателей материала (предел прочности, предел текучести и др.) с нагрузкой более 100 Н/мм² выполнялись на свидетелях по ГОСТ 1497-84. Контроль механических характеристик металла производился после каждой операции. Были исследованы изменения механических характеристик сталей 16Х3НВФМБ-Ш, 20Х3МВФ-Ш, 18Х2Н4МА и 12Х2Н4А-Ш для различных заготовок и видов обработки (формование металла давлением, механическая и абразивная обработки, химико-термическая и термическая обработки). Анализ механических характеристик металла показал существенные различия в твердости, прочности и пластичности образцов, полученных разными способами. Показано, что эти различия обусловлены микроструктурой материала (размер зерна, наличие включений, степень деформации), формирующейся в процессе обработки. Анализ был выполнен по следующим параметрам: коэффициенту технологической наследственности и структурной наследственности. Установлено, что наследование механических свойств материала (способом получения заготовки) обработкой давлением с последующей термической обработкой относительно сортового проката с аналогичной термообработкой характеризуется положительной тенденцией и составляет по пределу прочности прирост до 6,2%, по пределу текучести – до 5,3%. Показано, что прирост количественного показателя по коэффициенту структурной наследственности после химико-термической обработки относительно операции шлифования по упрочненному слою составляет по пределу прочности не менее 49%, по пределу текучести – не менее 68%. Разработанная многомерная модель взаимодействия зубчатых колес учитывает множество факторов, влияющих на их работу: свойства материала, температурные поля в зоне контакта зубьев, динамические нагрузки, воздействие смазочного материала.

Целью данной работы является установление влияния параметров реверсивного выглаживания на показатель жесткости схемы напряженного состояния и определение рациональных параметров упрочняющего процесса. В исследованиях использовано программное обеспечение SOLIDWORKS 2019 (для 3D-проектирования) и метод конечных элементов на основе компьютерной программы ANSYS Workbench 19.1 (для построения математической модели). Для решения задачи по получению наилучшего значения показателя жесткости схемы напряженного состояния упрочненных деталей реверсивным выглаживанием использована компьютерная программа Microsoft Visual Studio 2012 путем программирования на языке Python с выявлением рациональных параметров реверсивного выглаживания. Определено влияние основных технологических параметров реверсивного выглаживания на формирование максимальной интенсивности временных напряжений и показателя жесткости схемы временных напряжений упрочненных деталей. По результатам статистической обработки полученных данных установлены рациональные режимы упрочнения, обеспечивающие формирование максимально возможного показателя жесткости схемы напряженного состояния в очаге деформации: величина продольной подачи в диапазоне 0,07–0,08 мм/об; частота вращения заготовки в диапазоне 280–300 об/мин; величина радиального натяга в диапазоне 0,25–0,28 мм; начальной угол установки рабочего инструмента 90^º; амплитуда угла реверсивного вращения рабочего инструмента в диапазоне ±55–60^º и реверсивная частота вращения рабочего инструмента в диапазоне 270–300 дв.ход/мин. Полученные рациональные режимы упрочнения реверсивным выглаживанием позволяют достичь максимально возможной высокой жесткости схемы напряжений, что приводит к улучшению механических характеристик обрабатываемых деталей. Дальнейшие исследования могут быть направлены на уточнение математических моделей, описывающих процесс реверсивного выглаживания, а также на проведение экспериментальных работ для выявления оптимальных режимов обработки различных материалов.

Цель – повышение точности чистового растачивания деталей типа «полый цилиндр» на основе использования превентивных компенсаций износа режущего инструмента. В качестве объекта исследования рассматриваются детали типа «полый цилиндр» на примере втулок цилиндров буровых насосов. Рассматривается операция окончательной обработки центрального отверстия. Обработка производится на токарном станке с числовым программным управлением. В работе предлагается подход, заключающийся в том, что при изготовлении пробной партии изделий осуществляется мониторинг состояния режущей кромки инструмента в динамике. При этом режущее лезвие описывается в виде набора точек, которые в дальнейшем аппроксимируют контур режущей кромки. Учитывая, что характер изнашивания каждой отдельно взятой пластины является случайным, в работе используется подход искусственного интеллекта для решения задачи прогнозирования. Разработана нейро-нечеткая модель, которая описывает режущее лезвие в динамике изнашивания. В модели имеется база знаний, которая пополняется на основе результатов мониторинга формы режущего лезвия. Также модель имеет логический блок, содержащий набор условий, которые позволяют выдавать результаты моделирования с требуемой точностью. Тестирование разработанной модели показывает, что погрешность описания контуров режущего лезвия не превышает 8%. На основе вычисления описаний контура лезвия производится вычисление коррекций траекторий движения режущего инструмента, которые позволяют компенсировать возникающий износ пластины. В результате исследований эффективности полученных решений было установлено, что возможно увеличить эффективность использования инструмента (по критерию стойкости) на 35–45%. Кроме того, созданная нейро-нечеткая модель может быть интегрирована в экспертную систему, которая позволяет снизить риски внезапного отказа режущего инструмента, что особенно важно в случае изготовления деталей гидравлических машин.

Цель – развитие математических моделей и численно-аналитических методов анализа статических напряжений, свободных и вынужденных колебаний, а также долговечности энергетических и транспортных турбомашин радиального типа с учетом преднамеренной расстройки геометрических, массовых и механических параметров. В качестве базового метода исследования выбран метод конечных элементов. В настоящей работе использованы теории упругости и колебаний, механика деформируемого твердого тела и газовая динамика. Применены матричные вычисления и методы решения алгебраических систем уравнений. Развиты математические модели и численные методы для прогнозирования ресурсных характеристик рабочих колес турбомашин. Созданы оригинальные программы, имеющие интерфейс стыковки с коммерческой программной системой ANSYS. Проведенные комплексные расчетные исследования влияния преднамеренной расстройки на уровень динамических нагрузок и долговечность рабочих колес радиальных турбомашин показали высокий уровень воздействия расстройки параметров на ресурсные характеристики роторных конструкций как модельных, так и промышленных компрессоров и турбин. Так, для реальной радиальной установки фирмы Schiele AG (Германия) для перекачки и вентиляции воздуха варьирование долговечности рабочего колеса турбомашины составило от -10,76 до +14,84%. Результаты численного анализа и программное обеспечение внедрены в 2024 г. в проектную деятельность АО «Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения» (г. Иркутск). Проведенные вычислительные эксперименты демонстрируют эффективность предложенного подхода для прогнозирования долговечности и прочностной оптимизации конструкций роторов радиальных турбомашин при проектировании и доводке новых изделий или продлении остаточного эксплуатационного ресурса. Предложенный подход является рабочим инструментом для дальнейшего исследования и анализа влияния расстройки параметров рабочих лопаток на ресурсные характеристики рабочих колес осевых и радиальных турбомашин.

Цель – установление причин разрушения конструкций с помощью компьютерного моделирования на основе исследования их напряженно-деформированного состояния. Исходными данными для компьютерного моделирования являлись фотоматериалы с места происшествия, конструкторская документация, технические характеристики автомобиля (нагруженного пиломатериалами) и гидроножниц. Использовались программные комплексы APM WinMachine, NX и Autodesk Inventor. В качестве основного метода для исследований был выбран метод конечных элементов в перемещениях. Рассматривались различные версии появления трещины, были разработаны компьютерные модели и проведен инженерный анализ конструкции рамы автомобиля. С помощью компьютерного моделирования также была установлена наиболее вероятная причина разрушения верхней части гидроножниц – превышение критического (345 МПа – предел текучести стали 09Г2С) для данного материала уровня напряжений. Исследуемые конструкции отличались сложностью геометрии и разнообразием действующих на них нагрузок. При их моделировании были учтены сварные швы. В программных комплексах на основе метода конечных элементов были построены геометрические модели конструкций, включая сварные швы, на основе которых были сформированы и исследованы конечноэлементные модели конструкций. В результате проведенных расчетов напряженного состояния гидроножниц было определено максимальное значение напряжения (391 МПа), значительно превышающее предел текучести, а также локализация напряжений для разных случаев нагружения конструкции. Анализ результатов расчетов прочности и жесткости конструкций в используемых программных комплексах для всех моделей, разработанных для проверки рассматриваемых гипотез, позволил указать наиболее вероятные причины их разрушения. Разработанная методика, компьютерные модели и результаты проведенных исследований могут быть использованы при инженерно-технической экспертизе различных технических объектов.

Цель – разработать устройство составного тормозного диска дисково-колодочного тормоза транспортных средств, обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками. Объектом исследований явились конструкции дисково-колодочных тормозных устройств транспортного средства марки Ford, модели Explorer 5-го поколения, 2017 года выпуска. Для устранения недостатков данных дисков (повышенные градиенты температур и внутренних напряжений на поверхностях и в теле тормозных дисков; отсутствие свойства ремонтопригодности дисков; недостаточный отвод тепла от рабочих поверхностей пары трения диск-колодка) использовались методы теории решения изобретательских задач, с учетом положений которой был предложен метод расчленения основных конструктивных элементов тормозного диска на составляющие. Для разработки конструкции составного тормозного диска использовались методы трехмерного проектирования в учебной версии российского программного продукта КОМПАС-3D, v21. На основе поставленных задач разработано устройство составного тормозного диска, конструктивные элементы которого представлены на иллюстрациях 3D-моделей и изготовленных прототипов с пояснениями их осуществления. В результате построения конечно-элементных сеток с последующим выполнением статических расчетов на прочность по критериям Мизеса были выявлены области напряжено-деформируемого состояния разработанных деталей устройства составного тормозного диска. Сделаны выводы о необходимости оптимизации элементов конструкции и выбора материалов, обладающих оптимальными физическим свойствами (плотность, предел текучести, модуль упругости, теплопроводность и т.д.), что позволит снизить инерционные массы изделий и неподрессоренные массы транспортного средства, повысить гарантированный запас прочности и улучшить отведение тепла от пар трения дисково-колодочных тормозных устройств. Рассмотрены и применены методы и технологии 3D-печати воскоподобными филаментами, необходимые для сталелитейного производства по выплавляемым моделям. Таким образом, по результатам проведенных исследований показано, что выбор оптимальных материалов позволит повысить эффективность торможения при использовании разрабатываемой конструкции, снизить тормозной путь и время остановки транспортного средства. Представлены рекомендации по настройкам и режимам печати.

Цель – провести обзор литературных источников, посвященных оценке энергетической безопасности и надежности топливо- и энергоснабжения. В работе анализируются источники, в которых применяются различные методы моделирования оцениваемых энергетических систем. Изучено около 50 научных статей и обзоров, подобранных в различных научных источниках (в том числе IEEE, Web of Science и Scopus) по следующим ключевым словам: «энергетическая безопасность», «надежность энергоснабжения», «крупномасштабные системы», «анализ узких мест». Применен метод систематизированного обзора специализированных источников, который дает возможность обеспечить четко определенную структуру для данной области исследований путем категоризации статей. Проведен комплексный обзор литературных источников и проанализированы представленные в работах методы моделирования энергетических систем. Акцент поставлен на источники, в которых в качестве целевой функции модели выбран анализ энергетической безопасности и надежности топливо- и энергоснабжения. Были также рассмотрены работы и с иными целевыми функциями (минимизация затрат, максимизация прибыли и др.) для сравнения применяемых методов моделирования при различных целевых функциях. Анализ показал, что большинство исследований сосредоточено на моделировании энергетических систем различного масштаба, от отдельных зданий до национальных или региональных сетей, и направлено в основном на минимизацию затрат на энергоносители или максимизацию прибыли. И, наоборот, меньше исследований посвящено минимизации дефицита энергоресурсов и оценке надежности, что свидетельствует о значительном пробеле в исследованиях, подчеркивающем необходимость дальнейших исследований в этой важнейшей области. В статье выполнен обзор литературных источников, результаты исследований в которых направлены на применение различных методов моделирования энергетических систем при анализе энергетической безопасности и надежности топливо- и энергоснабжения, а также при иных целевых функциях. Сделан вывод о том, что при различных целевых функциях используются аналогичные методы моделирования. Наиболее часто встречаются статические нелинейные модели, именно такой тип моделей будет использован для дальнейших исследований.

Цель – поддержание напряжения в системах электроснабжения на номинальном уровне с высокой эффективностью при нестабильности напряжения в питающей сети или тока на нагрузке. Объектом исследований явилась трансформаторная подстанция с применением предлагаемого управляемого реакторно-тиристорного устройства. Для разработки имитационной модели анализируемой трансформаторной подстанции, проведения исследования и оценки непрерывного регулирования напряжения был использован программный комплекс Matlab. Для достижения поставленной цели в работе разработаны новые принципы построения трансформаторной подстанции, алгоритмы и способы ее управления на основе предлагаемого управляемого реакторно-тиристорного устройства. Показано, что предлагаемое устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции необходимо подключать последовательно между сетевым высоковольтным выключателем и первичной обмоткой силового трансформатора. Полученные результаты численных экспериментов подтверждают целесообразность применения предлагаемого устройства и его алгоритмов работы и способы управления в составе трансформаторной подстанции, где существуют проблемы в системах электроснабжения, связанные с поддержанием напряжения на заданном уровне с высокой эффективностью. Приводятся внешние, регулировочные и стабилизационные характеристики, которые иллюстрируют работу существующих систем электроснабжения до и после модернизации при возникновении положительного отклонения напряжения и перенапряжения из-за внешних и внутренних изменений электрических параметров. Показано, что областью применения предлагаемого устройства являются трансформаторные подстанции систем электроснабжения напряжениями 35/(10-6) кВ и (10-6)/0,4 кВ, где в системах электроснабжения в основном возникает положительное отклонение и колебание напряжения, а также перенапряжения. Таким образом, наиболее целесообразной областью применения устройства являются системы электроснабжения, где возникает необходимость обеспечения многоступенчатого узкоподдиапазонного регулирования напряжения с высокой эффективностью.

Цель – провести обзор современных технологий обессеривания высокосернистых нефтяных коксов с оценкой их эффективности, экономической целесообразности и влияния на свойства углеродных материалов, используемых при производстве холоднонабивных масс, анодов алюминиевых электролизеров и графитированных электродов. На основе анализа литературных источников рассмотрены методы как обработки сырья коксования, так и готового кокса: гидрообессеривание, окислительная и щелочная обработка, термическое прокаливание, биологическое выщелачивание, а также гибридные технологии. Изучены характеристики сырья и параметры процессов (температура, давление, размер частиц, катализаторы), а также их влияние на степень удаления серы и связанные с этим структурные изменения углеродной матрицы. Установлено, что гидрообессеривание сырья коксования снижает содержание серы до 0,2–1,5%, но требует высоких затрат, обладает низким выходом по коксу и теряет эффективность при наличии металлов в золе. Щелочная обработка удаляет до 90% серы, однако повышает зольность и пористость. Термическое прокаливание до 1500°C обеспечивает удаление 85% серы, но приводит к деградации углеродной структуры. Биологические методы демонстрируют эффективность до 92%, но требуют длительного времени. Наибольшую перспективу по обессериванию демонстрируют гибридные технологии, например, вакуумная термообработка со щелочной активацией, обеспечивающие максимальную эффективность удаления серы (до 98,5%) с сохранением механической прочности. Таким образом, показано, что выбор метода снижения содержания серы зависит от исходного состава кокса и требований к конечному продукту. Так, обессеривание сырья коксования экономически оправдано для малосернистых нефтей, тогда как обработка готового кокса подходит для высокосернистых материалов, но ухудшает их плотность и прочность. Перспективны гибридные методы, сочетающие эффективность очистки с минимальным воздействием на структуру кокса. В результате литературного обзора выявлено, что для масштабирования эффективных технологий необходимы разработка дешевых катализаторов, снижение энергозатрат и утилизация сернистых газов.

Цель – разработка технологических решений, позволяющих полностью исключить цикл экстракции в технологической схеме переработки руд Удоканского месторождения с полным выводом ценного элемента в катодную медь. Оценку эффективности внедрения в цикл флотации двух перечисток проводили на пробе окисленной медной руды с исходным содержанием меди 1,1%. Флотацию осуществляли на флотомашинах ФМП-Л1, ФМП-Л3. Для проработки предлагаемого металлургического цикла сульфидный концентрат с содержанием меди 12,2% получали из сульфидной руды с исходным содержанием меди 2,5%. Обжиг сульфидного концентрата осуществляли в трубчатой вращающейся печи. Сернокислотное выщелачивание огарка с барботажем воздуха вели с концентрацией 3 г/дм³ при Ж:Т=5:1, содержании кислоты 3 г/дм³ и температуре 60–70°C. Фазовые и элементные составы твердых продуктов определяли комплексным методом рентгенофазового и рентгеноспектрального анализов. Предложенные технологические решения включают в себя: получение коллективного концентрата с более высоким содержанием меди (до 15% и выше) путем введения в цикл коллективной флотации двух перечистных операций; проведение сульфатизирующего обжига полученного концентрата; сернокислотное выщелачивание огарка при интенсивном барботаже пульпы воздухом (или воздухом, обогащенным кислородом) с последующим осаждением железа, фильтрацией пульпы и электролизом раствора с получением катодной меди. Выявлено, что внедрение предварительного сульфатизирующего обжига перед гидрометаллургическим циклом позволяет получить извлечение меди (от операции) в раствор при атмосферном выщелачивании в районе 95–97%, снизить расход серной кислоты на побочные реакции, исключить переделы сульфидной флотации и экстракции/реэкстракции, получить на выходе катодную медь и анодный шлам, направляемый на аффинажное производство. Модернизация схемы переработки руд Удоканского месторождения с исключением цикла экстракции приведет к упрощению технологической схемы, повышению показателей обогащения в цикле флотации, снижению расхода реагента и значительному снижению себестоимости получения флотоконцентрата и катодной меди.