Целью данной работы является разработка новой схемы отделочно-упрочняющей обработки за счет изменения кинематики деформирующего инструмента с двухрадиусной формой профиля рабочей поверхности и определение напряженно-деформированного состояния в очаге упругопластической деформации и остаточных напряжений в упрочненной зоне поверхностного слоя. Для достижения поставленной цели использовано программное обеспечение для 3D-проектирования SOLIDWORKS 2018 и метод конечных элементов на основе компьютерной программы ANSYS Workbench 19.1 для построения математической модели локального нагружения. Определены временные и остаточные напряжения, деформированное состояние в зоне нагружения, глубина пластического слоя и максимальная величина относительной пластической деформации при разных схемах нагружения рабочим инструментом. В работе установлено, что при реверсивном вращении двухрадиусного ролика значения временных напряжений более чем на 15% выше по сравнению со значением временных напряжений при статическом упрочнении, а остаточные напряжения – больше на 5,7%. При реверсивном вращении двухрадиусного ролика значение максимальной интенсивности деформации выше в 2,11 раза по сравнению со значением максимальной интенсивности деформации при статическом упрочнении. Интенсивность максимальных остаточных напряжений при реверсивном вращении двухрадиусного ролика возникает не на поверхности образца, а в некоторой глубине, которая в 3 раза превышает величину внедрения двухрадиусного ролика. Полученные результаты компьютерного моделирования и численные расчеты свидетельствуют о том, что наибольшее влияние на интенсивность напряженного состояния в очаге деформации оказывает схема реверсивного вращения двухрадиусного тороидального ролика, а наименьшее – схема статического упрочнения однорадиусным роликом. Результаты исследования дают основание полагать, что предложенный технологический процесс поверхностного пластического деформирования на основе реверсивного вращения рабочего инструмента даст возможность снизить величину радиального натяга при сохранении высокого качества поверхностного слоя деталей машин.

Цель – разработка оперативного неразрушающего метода определения предела прочности на срез деталей из конструкционных углеродистых и легированных сталей. Для определения предела прочности при срезе использован метод индентирования контролируемых деталей. При этом предложена новая характеристика материала – модуль упрочнения при срезе. Экспериментальное исследование выполнено с помощью программно-технического комплекса для испытания металлов ИР 5143-200 и приспособления для испытания образцов на двойной срез. Были исследованы стали марок: сталь 10, сталь 20, сталь 35, сталь 45, сталь 20Х, сталь 40Х, сталь 25ХГТ, сталь 30ХГСА. В качестве характеристики прочностных свойств образцов использовали число пластической твердости, которая обладает рядом преимуществ перед другими числами твердости. Проведенные авторами исследования показали значительное расхождение между справочными значениями временного сопротивления при срезе и экспериментальными, полученными авторами, которое может достигать 20%. Получены зависимости для определения предела прочности на срез для образцов из конструкционных углеродистых и легированных сталей; показана их достаточная точность для инженерных расчетов как по экспериментальным данным авторов, так и при сравнении с литературными источниками. Погрешность определения предела прочности при срезе не превышает, как правило, ±5%. В работе приведены некоторые виды предохранительных деталей, разрушающихся при воздействии срезающих нагрузок. Показано, что заниженные значения временного сопротивления, приводимые в справочниках, могут приводить к повышенным нереализуемым запасам прочности и, как следствие, увеличению металлоемкости соединений. Предложенный метод неразрушающего определения предела прочности материала на срез обладает достаточной для инженерной практики точностью и может быть использован в условиях изготовления, эксплуатации и ремонта различных деталей и узлов машин.

Цель – разработка методики оценивания неопределенности измерения при испытаниях на растяжение металлов и сплавов. Для разработки данной методики проводились исследования источников неопределенности. Объектом исследований явились высокопрочные болты из стали марки 40Х «Селект», которые подвергали испытаниям на растяжение по методике согласно ГОСТ 1497-85 на универсальной разрывной машине УММ-100. Выявлены основные источники неопределенности измерения относительного удлинения и относительного сужения: повторные измерения относительного удлинения; погрешности измерения штангенциркулем конечной длины, нанесения начальной длины расчетного участка и силоизмерительного устройства машины. Также к ним относятся ошибка отсчета оператора, повторные измерения относительного сужения, погрешность измерения микрометром диаметра образца до начала и после испытаний. Показано, что при проведении измерений при температуре окружающей среды, отличной от значения нормальной температуры ((20±5)С), появляется дополнительный источник неопределенности – отклонение температуры. Приписаны предполагаемые законы распределения входных величин. Показано, что при испытаниях на растяжение имеются две составляющие неопределенности, оцениваемые по типам А и В. Составлена математическая модель измерения относительного удлинения и относительного сужения при испытаниях на растяжение. Оценены стандартные неопределенности входных величин исходя из предполагаемых законов их распределения. Выявлено наличие корреляционной связи между конечной длиной расчетного участка, диаметром образца после испытания и прилагаемым усилием. Получены выражения для расчета коэффициентов чувствительности, характеризующие изменение выходной величины (относительного удлинения) от изменения входных величин. Оценены суммарная и расширенная неопределенности измерения. На основании проделанной работы прописана процедура оценивания неопределенности измерения при испытаниях высокопрочных болтов на растяжение. Показано, что оценивание неопределенности измерений при испытании продукции является достаточно трудоемкой работой, предлагается разработка методик оценивания неопределенности измерения при испытаниях и внесение их в нормативные документы на методы контроля.

Цель работы – разработка подхода для учета и регулирования доли распределенной генерации в интегрированной энергетической системе. Для моделирования интегрированной энергетической системы используется мультиагентный подход, позволяющий представить такую технологически сложную систему в виде совокупности агентов, которые обладают своим индивидуальным поведением. Суть применения мультиагентного подхода для решения задач исследования состоит в следующем: интегрированная энергетическая система представляется в виде совокупности компонентов, которые моделируются своими агентами с индивидуальным алгоритмом поведения; каждый элемент интегрированной энергетической системы участвует в формировании решения и отстаивает свои интересы, исходя из условий эффективного энергоснабжения. Реализация этого подхода осуществлялась в специализированной программной среде AnyLogic, которая включает в себя базовые компоненты агентного и имитационного моделирования и позволяет создавать любые мультиагентные системы в зависимости от решаемых задач. Разработана оригинальная структура мультиагентной системы для интегрированных энергетических систем, учитывающая особенности ее функционирования и взаимодействия объектов, определены основной состав и типы агентов мультиагентной системы. Выделены следующие типы агентов: агент-потребитель, агент активного потребителя, сетевой агент, агент-менеджер активного потребителя, агент централизованного источника энергии, агент сети, совещательный агент. Разработана мультиагентная модель реальной системы энергоснабжения жилого района г. Иркутск с централизованными и распределенными источниками энергии. Предложены принципы по регулированию доли распределенной генерации в системе, учитывающие эффективный режим работы централизованных источников энергии и позволяющие снизить суммарные затраты на энергоснабжение потребителей путем перераспределения мощности между источниками централизованной и распределенной генерации. Проведенные с использованием разработанной мультиагентной модели исследования интегрированной энергетической системы позволили сформулировать принципы по взаимодействию источников централизованной и распределенной генерации энергии. Благодаря указанным принципам удалось снизить суммарные затраты на 4,22% для теплоснабжения и на 9,94% для электроснабжения потребителей путем перераспределения мощности между этими источниками энергии.

Цель работы – анализ математической модели теплового взрыва в среде с гауссовым распределением реакционной способности; определение критических значений параметров модели и их зависимости от дисперсии распределения. В работе использовалось численное решение краевых задач для стационарного распределения температуры в реакционной среде (метод прогонки с итерационным уточнением функции-источника, метод половинного деления для нахождения критического значения параметра Франк-Каменецкого). Для использованной разностной схемы исследована сеточная сходимость, показан первый порядок точности при численной оценке критического значения параметра Франк-Каменецкого. Расчеты проводились с точностью до третьей значащей цифры. Численные методы реализованы в виде программ в среде MATLAB. Получены численные приближения для решений уравнения теплового взрыва с распределенной энергией активации в квазистационарном приближении. Показано, что критическое значение параметра Франк-Каменецкого связано с дисперсией распределения и параметром Аррениуса простой приближенной аналитической формулой, которая подтверждается путем сравнения с численными оценками. Зависимость критического значения параметра Франк-Каменецкого от дисперсии оказывается гауссовой, поэтому уже при малых значениях дисперсии распределения реакционная среда становится термически неустойчивой. Расчеты показали, что значительная дисперсия реакционной способности (порядка десятых долей от среднего) может наблюдаться только для химических реакций с низкой чувствительностью к температуре (т.е. с малым тепловым эффектом или с низкой энергией активации). Для несимметричных функций распределения также получены приближенные формулы для критических условий. Проведенный анализ позволяет применять предложенную математическую модель для реагирующих сред с распределенной реакционной способностью (например, природных материалов, полимеров, гетерогенных каталитических систем и т.д.) для оценки их тепловой устойчивости.

Цель – представить способы решения проблемных вопросов интеграции объектов распределенной генерации в сети внутреннего электроснабжения потребителей. Отмечено, что суммарная мощность объектов распределенной генерации в России составляет 22–23 ГВт или 9,5–10% от установленной мощности всех генерирующих объектов, из них в составе изолированных энергорайонов – 8,5–9 ГВт, а региональных энергосистем – 13,5– 14 ГВт. Представлены подходы, позволяющие обеспечить надежное электроснабжение потребителей от объектов распределенной генерации, в том числе за счет корректного выбора алгоритмов работы и параметров настройки систем автоматического регулирования генерирующих установок. Показано, что в сетях внутреннего электроснабжения потребителей фиксируются значительные отклонения показателей качества электроэнергии, что может приводить к отключению генерирующих установок и электроприемников. Обоснована необходимость использования при выполнении комплексных расчетов режимов верифицированных математических моделей генерирующих установок, а также основных синхронных и асинхронных двигателей, с корректным учетом типов приводимых во вращение механизмов и реальных коэффициентов загрузки. Рассмотрены принципы выбора систем возбуждения генерирующих установок, а также согласования параметров настройки устройств релейной защиты генерирующих установок и других элементов в сети внутреннего электроснабжения потребителей. Даны рекомендации по определению допустимости коммутаций и обеспечению соответствия показателей качества электроэнергии нормативным требованиям в островном (автономном) режиме работы. Обоснована необходимость привлечения к выполнению проектов интеграции объектов распределенной генерации организаций, имеющих соответствующие требованиям программные комплексы, а также специалистов, обладающих опытом проведения комплексных расчетов режимов, учитывая, что объем расчетов больше и сложность их выше, чем при проектировании традиционных электростанций и систем электроснабжения.

Цель – оценка роли угля в топливно-энергетическом балансе Республики Саха (Якутия) с учетом наличия значительных запасов угля, в том числе низкокачественных и местных углей в труднодоступных районах. Исследования проведены с применением методов системного анализа. Для оценки роли угля в топливно-энергетическом балансе рассматривались динамика добычи и потребления топливно-энергетических ресурсов в ретроспективе и прогнозные показатели. Прогнозные показатели получены в результате анализа программных документов, доступных ресурсов добычи угля и расчетов авторов. Выполнен анализ структуры производства и потребления топливно-энергетических ресурсов Республики Саха (Якутия). Показано, что для выработки электроэнергии и тепла уголь является одним из основных ресурсов наряду с газом и гидроресурсами. Его доля в потреблении первичных топливно-энергетических ресурсов в 2020 г. составила 34,6%. По результатам расчетов добыча угля республики в перспективе может составить до 43 млн т, что позволит в будущем стабилизировать экспортные поставки угля и потребность в топливе на электростанциях и котельных в республике и в ближайших регионах. Проекты развития угольной энергетики в республике рассчитаны на потребление каменных углей Южно-Якутского угольного бассейна. В оптимальных прогнозных балансах доля угля не претерпит существенных изменений и может составить от 37,8 до 38,7% к 2035 г. Установлено, что потенциальные возможности потребления угля могут возрасти с 3,5 млн т у.т. в 2020 г. до 4,1–4,8 млн т у.т. в год. Возможности добычи значительно превышают их востребованность как в настоящее время, так и в будущем. Системный анализ полученных результатов позволил определить основные факторы, влияющие на потребление угля в долгосрочной перспективе. Уголь разрабатываемых месторождений Южно-Якутского бассейна является надежным ресурсом топливоснабжения в дальнейшем районов в зоне централизованного энергоснабжения. В районах Республики Саха (Якутия) со слаборазвитой инфраструктурой и малой плотностью населения уголь местных месторождений является альтернативой завозному топливу, если разработка этих месторождений экономически и социально оправдана.

Цель – стабилизация процесса обжига цинковых сульфидных концентратов в печах кипящего слоя при использовании обогащенного кислородом дутья. Баланс между заданным (в среднем 20%) избытком воздушного дутья и количеством загрузки шихты устанавливается за счет подбора количества элементов испарительного охлаждения печи кипящего слоя – кессонов. Данные о влиянии избытка кислорода в дутье на качество обжига сульфидных концентратов и влияние количества дутья на физическое состояние кипящего слоя были получены путем изучения научно-технической информации и обзора литературных источников по теме исследования. Статистические данные для исследования получены в результате анализа производственного опыта работы печей кипящего слоя ОАО «Электроцинк». Произведен расчет теплового баланса обжига. При данном расчете были учтены основные технические характеристики печей кипящего слоя, применяемых для обжига цинковых сульфидных концентратов: уровень кипящего слоя, число сопел, диаметр печи, диаметр в зоне слоя, толщина подины и общая масса печи. На основании полученных в результате изучения производственных данных работы печей кипящего слоя предложен способ регулирования подачи кислорода в зависимости от количества загружаемой шихты. Регулирование подачи кислорода производится с целью обеспечения стабильного избытка кислорода в дутье без заметного изменения количества дутья, и, как следствие, максимального удаления серы из шихты. Установлено, что снижение избытка дутья ниже 15% влечет за собой значительное ухудшение качества получаемого огарка и пыли, а увеличение свыше 20% приводит к снижению содержания SO2 в отходящих газах без заметного улучшения качества огарка. Таким образом, предлагаемый способ регулирования подачи кислорода в печь будет способствовать улучшению технико-экономических показателей процесса обжига цинковых сульфидных концентратов в печах кипящего слоя.

Цель – проведение литературного обзора способов переработки высокомышьяковистого медного сырья, позволяющих перевести мышьяк в малорастворимые и устойчивые соединения. Анализ существующих технологий переработки высокомышьяковистого медного сырья, которые базируются преимущественно на применении гидрометаллургических методов, проводился на основе обзора отечественной и зарубежной научной литературы. Показано, что применение гидрометаллургических способов переработки позволяет перевести опасные для окружающей среды компоненты продуктов переработки в инертные твердые отходы, избегая образования газообразных выбросов. Проведенный литературный анализ позволил подробно рассмотреть способы утилизации мышьяка из технологического процесса переработки сырья. Установлено, что это – методы окисления и осаждения мышьяка в виде малорастворимых и устойчивых соединений. Рассмотрены методы окисления мышьяка, подразумевающие использование таких веществ, как кислород, пероксид водорода, озон, смесь кислорода и диоксида серы, гипохлорит натрия. Проанализированы способы, в которых окисление осуществляется посредством ионов железа и перманганата, бактерий (биоокисление), а также за счет введения катализатора процесса – активированного угля. Показано, что основными методами осаждения являются нейтрализация известью, осаждение сульфидов, соосаждение мышьяка с помощью ионов железа, осаждение скородита, технология инкапсуляции. В результате анализа рассмотренных способов намечены перспективные пути решения проблемы переработки высокомышьяковистых медных концентратов, которая связана с экологическими требованиями к выбросам мышьяка в окружающую среду: комплексная переработка данного типа сырья при помощи автоклавного окисления. Данный способ позволит не только эффективно осаждать мышьяк в виде малотоксичного соединения – скородита, но и выделить ценные компоненты (медь, золото, серебро) с их последующим извлечением в самостоятельные готовые продукты. Полученные результаты позволили задать направление для дальнейшего углубленного изучения проблемы.

Цель работы – формирование научных основ экологически чистой технологии извлечения золота из минерального сырья. В качестве альтернативы традиционному цианиду предложены хлорсодержащие производные изоциануровой кислоты, относящейся к разряду органических кислот (C₃H₃N₃O₃). Данный реагент в изучаемом процессе сочетает роль окислителя пролонгированного действия и комплексообразователя, в роли которого служит образующийся ион Cl^–. В исследованиях использована методика вращающегося диска. Результаты экспериментов оценивали измерением содержания золота в растворах с использованием атомно-адсорбционного метода. Изучены теоретические особенности растворения золота с использованием предлагаемого реагента. С целью оценки применимости выявленных закономерностей для практического использования оценены сравнительные показатели выщелачивания золота из руды месторождения «Быньговское» (Свердловская область) предложенным реагентом, цианидом и китайским заменителем цианида «Цикада». Изучена зависимость скорости растворения золотого диска от температуры, концентраций выщелачивающего реагента и соляной кислоты. В опытах с дисковым образцом установлена экспоненциальная зависимость скорости от концентрации изучаемого реагента, при этом максимальная интенсивность процесса достигается при достижении концентрации выше 50 г/дм³. Оптимальный уровень кислотности – 0,3–0,4 г-ион/дм³ соляной кислоты. Установлено, что повышение температуры позволяет ускорить растворение, но технологически это не оправдано. Скорость растворения золотого диска в оптимальных условиях достигает 0,5 • 10^-3 г-ион/(см²•мин), что примерно в 100 раз выше, чем при растворении цианистыми растворами в традиционных режимах. При выщелачивании золота из руды в сопоставимых условиях достигнута близкая степень извлечения золота растворами цианидов и хлорсодержащих производных изоциануровой кислоты, при использовании растворов «Цикады» данный показатель в 2 раза ниже. В целом по результатам исследований установлены высокая скорость растворения золота при использовании предложенного реагента и технологическая возможность выщелачивания золота из руды при использовании данного экологически чистого реагента.

Цель – определение оптимального количества добавки в шихту кека выщелачивания (продукта гидрометаллургической обработки огнеупорной отработанной части футеровки алюминиевых электролизеров) и подбор параметров получения цементного клинкера из полученной сырьевой шихты. Анализ кека выщелачивания осуществляли с помощью рентгенофлюоресцентного и рентгеноструктурного методов анализа. Содержание компонентов в шихте рассчитывалось по традиционной методике путем задания значений коэффициента насыщения и силикатного модуля. Показано, что в результате водной обработки огнеупорной части демонтированной футеровки в раствор переходят фторсодержащие соединения, что позволяет в дальнейшем получать криолит для использования в процессе электролиза. Твердый остаток от выщелачивания (кек) с минимальным содержанием щелочей и фтора рекомендовано использовать в качестве добавки в шихту для производства цемента. Проведены эксперименты по составлению собственной композиции сырьевой шихты (с добавкой кека выщелачивания) и ее обжигу в камерной печи типа СНОЛ 12/16 (Россия) для получения цементного клинкера. По результатам проведенных экспериментов по получению портландцемента по традиционной обжиговой технологии определено предельное содержание оксидов щелочных металлов (не выше 4,5% масс. в пересчете на Na₂O) в кеке выщелачивания; установлено оптимальное содержание данной добавки в шихте – от 5 до 12% в зависимости от химического состава применяемой для получения цемента извести. Для повышения силикатной составляющей в качестве корректирующей добавки использовался микрокремнезем (с содержанием SiO₂ в среднем 92% масс.) – пыль системы газоочистки производства кристаллического кремния АО «Кремний» ОК «РУСАЛ» (г. Шелехов, Иркутская обл.). Полученное соотношение кека выщелачивания и микрокремнезема в шихте составило 3:4. В лабораторных условиях получен цемент, соответствующий марке ПЦ-300. Таким образом, предложено использовать кек от выщелачивания огнеупорной части отработанной футеровки алюминиевых электролизеров в производстве цементного клинкера.

Цель работы – оценка результатов исследования кинетики коррозионного процесса на образцах стали Ст3, защищенных латексным покрытием 69Б-2к, выпускаемым ООО «Капитель» (г. Иркутск). Для достижения цели проанализированы результаты гравиметрических испытаний с экспериментальными образцами стали. В качестве электролита использовали 3% масс. раствор хлорида натрия. Достоверность полученных результатов подтверждена проведением как минимум двух параллельных опытов. Перед нанесением покрытий поверхности металлических образцов были тщательно подготовлены согласно ГОСТ Р 9. 907-2007. Пленочные покрытия нанесены на поверхность металла трехкратным окунанием образцов в жидкий латекс и высушиванием в течение суток. Качество покрытия до и после опытов оценивали визуально и с помощью микрофотографирования. Гравиметрические исследования были проведены при термостатировании (25 ± 0,2 °С) рабочего пространства. При этом фиксировали изменения массы образцов за контролируемый промежуток времени (от 1 до 24 ч). Полученные в ходе опытов результаты взвешивания образцов до и после опытов проанализированы с помощью кинетической блок-схемы, в которой поиск типа реакции проводится поэтапно в логической последовательности. Кинетический анализ результатов гравиметрических исследований подтвердил отсутствие характерных признаков протекания химических взаимодействий на поверхности стали Ст3 с покрытием из латекса 69Б-2к. Из известных математических моделей феноменологической кинетики для описания механизма процесса приемлемым оказывается использование уравнения первого порядка, моделирующее протекание простой реакции – вариант, наиболее обоснованный для гетерогенного взаимодействия, в котором лимитирующей стадией оказывается проникновение реагентов через латексную пленку. В результате проведенного кинетического анализа выявилась необходимость изучить свойства латексных пленок, определен рациональный путь дальнейших коррозионных исследований.