EIRNUZP – Електронний інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка»
Інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка» – це електронний архів, що накопичує, систематизує, зберігає та забезпечує довготривалий відкритий доступ до електронних публікацій та електронних версій документів наукового та навчально-методичного призначення, авторами яких є співробітники, аспіранти, докторанти та студенти Національного університету «Запорізька політехніка».
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Оцінка фтораммонійної технології розкриття ільменіту з отриманням затребуваних матеріалів для промисловості та медицини
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Шевченко, Володимир Григорович; Баженов, Євген В.; Омельченко, Ольга Станіславівна; Шалева, Наталія Валеріївна; Shevchenko, V.; Bazhenov, Е.; Оmelchenkо, О.; Shaleva, N.
UK: Мета роботи. Оцінювання переваг інноваційного напрямку одержання затребуваних оксидів титану та кремнію за технологією гідрофторування ільменітових концентратів.
Методи дослідження. Оцінка якості лабораторних зразків – продуктів розкриття гідрофторуванням ільменіту щодо можливості інтеграції отриманих матеріалів як у існуючі виробничі схеми виробництва актуальної титанової та кремнієвої продукції, так і у забезпеченні сировинних потреб перспективних технологічних процесів. Хімічний аналіз виконувався методом атомарного спектрального аналізу. У лабораторних дослідженнях використовувався сировинний компонент – концентрат ільменіту Малишевського родовища (Вільногірський ГМК, Україна). В якості реагенту використовувався фторовмісний комплексоутворювач – фторид амонію (NH4F). Виконані лабораторні дослідження розкладання ільменіту у водному розчині фториду амонію при температурах, не перевищуючих 200 °С.
Отримані результати. Визначення температурного діапазону та умов ведення процесу розкладання ільменіту забезпечує його високу продуктивність та отримання продуктів, які є проміжними і склад яких задає зміст наступних процесів одержання цільових продуктів. Реалізація розкладання ільменіту з використанням реакцій в твердій фазі забезпечує високий потенціал екологічної безпеки технології.
Наукова новизна. Отримані дані можуть бути використані для обгрунтування працездатної версії енергозаощаджуючого технологічного процесу розкладання ільменітового концентрату. На підставі отриманих хімічних аналізів продуктів розкладання гідрофторуванням ільменіту встановлена відповідність отриманих продуктів вимогам до вихідних матеріалів ряду напрямків їх використання в металургії та медицині. Показана можливості інтеграції отриманих матеріалів як у існуючі виробничі схеми титанової та кремнієвої продукції, так і у забезпеченні сировинних потреб перспективних технологічних процесів.
Практична цінність. Показники чистоти одержаних продуктів підтверджують перспективи дослідженої інтеграції розглянутої технології в існуючі виробничі схеми одержання продуктів, що містять титан і кремній.
EN: Purpose. Evaluation of the advantages of the innovative direction of obtaining the sought-after titanium and silicon oxides using the technology of hydrofluorination of ilmenite concentrates
Research methods. Evaluation of the quality of laboratory samples – products of hydrofluorination of ilmenite with regard to the possibility of integrating the obtained materials into existing production schemes for the production of current titanium and silicon products, as well as in providing raw materials for promising technological processes. Chemical analysis was carried out by the method of atomic spectral analysis. In the laboratory studies, the raw material component was used – ilmenite concentrate from the Malyshev deposit (Vilnohirsky MMC, Ukraine). A fluorine-containing complexing agent – ammonium fluoride (NH4F) was used as a reagent. Laboratory studies of the decomposition of ilmenite in an aqueous solution of ammonium fluoride at temperatures not exceeding 200 °C were performed.
Obtained results. Determination of the temperature range and conditions for conducting the ilmenite decomposition process ensures its high productivity and obtaining products that are intermediate and the composition of which determines the content of the subsequent processes of obtaining the target products. Implementation of decomposition of ilmenite using reactions in the solid phase provides a high potential for environmental safety of the technology.
Scientific novelty. The obtained data can be used to justify a workable version of the energy-saving technological process of decomposition of ilmenite concentrate. Based on the obtained chemical analyzes of the decomposition products by hydrofluorination of ilmenite, the compliance of the obtained products with the requirements for the starting materials of a number of areas of their use in metallurgy and medicine was established. The possibilities of integration of the obtained materials into the existing production schemes of titanium and silicon products, as well as in providing the raw material needs of promising technological processes are shown.
Practical value. The indicators of the purity of the obtained products confirm the prospects of the researched integration of the considered technology into the existing production schemes for obtaining products containing titanium and silicon.
Оцінка корозійно-механічних властивостей матеріалів та прогнозування безпеки деталей газових турбін
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Бєліков, Сергій Борисович; Вініченко, Валерій Степанович; Засовенко, Андрій Володимирович; Михайлов, Юрій Сергійович; Михайлов, Олексій С.; Макаров, Ігор С.; Шмирко, Віра Іванівна; Byelikov, S.; Vinichenko, V.; Zasovenko, A.; Mykhaylov, Y.; Mykhaylov, O.; Makarov, I.; Shmyrco, V.
UK: Мета роботи. Визначення можливості застосування температурно-часових параметричних залежностей Міллера-Ларсона, Менсона-Хаферда, Шербі-Дорна для тривалого прогнозування характеристик міцності деталей, що зазнають окислювального і високотемпературного сульфідно-окислювального впливу.
Методи дослідження. Дослідження тривалої міцності проводили на зразках із сплаву ВЖЛ-12У та ЗМІ-3У в синтетичній золі (66,2 % Na2SO4, 20,4 % Fe2O3, 8,3 % NiO, 3,3% CaO, 1,8 % V2O5) та окисному середовищі при температурі 800 ºС, 850 ºС. Для прогнозу межі міцності матеріалів в окисному та корозійному середовищі було застосовано температурно-часові параметричні залежності Міллера-Ларсона, Менсона-Хаферда, Шербі-Дорна. Мікроструктуру зразків досліджували з використанням оптичного мікроскопу МІМ-8М
Отримані результати. Отримані результати свідчать про високий рівень корозійної стійкості зразків марки ЗМІ-3У при температурі 800 ºС, 850 ºС та можливість розрахунковим методом визначити границю міцності матеріалу на термін 1000, 5000 та 10000годин.
Проведені випробування зразків сплаву ВЖЛ-12У в синтетичній золі показали розбіжність експериментального часу до руйнування зразків і розрахункового значення незалежно від параметричного методу, що вказує на безпосередню залежність тривалої міцності від ступеня корозійної пошкоджуваності поверхні зразків.
Наукова новизна. Підтверджена можливість застосування температурно-часових параметричних залежностей Міллера-Ларсона, Менсона-Хаферда, Шербі-Дорна для тривалого прогнозування характеристик міцності деталей в окислювальному середовищі. В умовах сульфідно-окисного середовища застосування параметричних методів для визначення характеристик міцності на термін до 10000 годин можливе лише для корозійностійких сплавів. Інтенсивне корозійне пошкодження сплаву ВЖЛ12-У призводить до прискореної деформації, обмежує застосування температурно-часових залежностей для ефективного прогнозування часу руйнування деталей із даного матеріалу.
Практична цінність. Визначення достовірного методу прогнозування характеристик міцності жароміцних сплавів в окисному та корозійному середовищі дозволяє знизити часові і фінансові витрати на проведення тривалих натурних досліджень.
EN: Purpose. Determination of the possibility of using the temperature-time parametric dependences of Miller-Larson, Manson-Haferd, and Sherby-Dorn for long-term prediction of the strength characteristics of parts subjected to oxidation and high-temperature sulfide-oxidation effects.
Research methods. Long-term strength studies were performed on samples of ВЖЛ-12У and ЗМІ-3У alloys in synthetic ash (66.2 % Na2SO4, 20.4 % Fe2O3, 8.3 % NiO, 3.3 % CaO, 1.8 % V2O5) and an oxidizing environment at temperatures of 800 °C and 850 °C. The Miller-Larson, Manson-Haferd, and Sherby-Dorn temperature-time parametric dependences were used to predict the tensile strength of materials in an oxidizing and corrosive environment. The microstructure of the samples was studied using an optical microscope MIM-8M.
Results. The results obtained indicate a high level of corrosion resistance of ЗМІ-3У samples at 800 °C and 850 °C and the possibility of determining the tensile strength of the material for a period of 1000, 5000, and 10000 hours by the calculation method.
Tests of ВЖЛ-12У alloy samples in synthetic ash showed a discrepancy between the experimental time to fracture and the calculated value, regardless of the parametric method, which indicates a direct dependence of long-term strength on the degree of corrosion damage to the surface of the samples.
Scientific novelty. The possibility of using the Miller-Larson, Manson-Haferd, and Sherby-Dorn temperature-time parametric dependences for long-term prediction of the strength characteristics of parts in an oxidizing environment has been confirmed. In a sulfide-oxide environment, the use of parametric methods to determine strength characteristics for up to 10,000 hours is possible only for corrosion-resistant alloys. Intensive corrosion damage to ВЖЛ-12У alloy leads to accelerated deformation, which limits the use of temperature and time dependencies for effective prediction of the time of failure of parts made of this material.
Practical value. Determining a reliable method for predicting the strength characteristics of heat-resistant alloys in an oxidizing and corrosive environment allows reducing the time and financial costs of conducting lengthy field studies.
Use of shewhart control charts to ensure product quality and optimize the maintenance schedule for CNC metal-cutting machines. Case studies
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Frolov, Mykhaylo; Surkov, Sergiy; Tanchenko, Serhiy; Solokha, Vasyl; Shtankevych, Viktoriia; Фролов, Михайло Володимирович; Сурков, Сергій; Танченко, Сергій Віталійович; Солоха, Василь Васильович; Штанкевич, Вікторія Сергіївна
EN: Purpose. On the example of a CNC machine DAEWOO PUMA 600M, using statistical methods of quality management, in particular, Shewhart charts, a scheme for maintenance and repair of machine tools in order to reduce operating costs was work out.
Research methods. For the case under study, from each batch of 30 Wheel units, the quality control department monitored the deviation from the nominal value of the most critical accuracy parameter, the mounting diameter for the rolling bearing outer ring, for five random products. A total of 60 such samples were taken. The mounting surface diameter was monitored using three-point precision intalometer. Thus, for a total sample of 300 units, Shewhart control charts for the center and range positions were built and statistical analysis was performed the purpose of which is to identify special trends. In addition, the errors correction log entries were analysed in a similar way to determine whether a positioning error was present.
Results. It has been shown that the use of Shewhart’s control charts allows assessing the actual state of the machine tool equipment. Based on this fact, a model of maintenance and repair of CNC machines using statistical data analysis is proposed. The application of the proposed model to the entire maintenance and repair cycle can significantly extend the inter-repair period for CNC machines. The number of repair activities was reduced by 35-50%. At the same time, the cyclicity of operations provided by the manufacturer's technological routine for this type of machine tool remains unchanged, the equipment utilisation rate increases, and it is possible to reduce the required number of repair service personnel.
Scientific novelty. The relationship between the results of the cutting process, which are determined by Shewhart's control chart, and the state of equipment is established to formulate maintenance and repair measures.
Practical value. The proposed scheme for organizing the maintenance and repair of CNC machines based on statistical analysis using Shewhart charts provides a significant reduction in the cost for their operation.
UK: Мета роботи. На прикладі верстата з ЧПУ DAEWOO PUMA 600M, з використанням статистичних методів управління якістю зокрема карт Шухарта, відпрацювати схему технічного обслуговування і ремонту верстатного обладнання з метою скорочення експлуатаційних витрат.
Методи дослідження. Для досліджуваного випадку з кожної партії виробів «Колесо» в 30 од. для п’яти випадкових виробів відділом контролю якості проводився контроль відхилення від номіналу найбільш критичного параметру точності – посадкового діаметру зовнішнього кільця підшипника кочення. Всього було взято 60 таких вибірок. Діаметр посадкового отвору контролювався за допомогою прецизійного триточкового нутроміра. Таким чином для загальної вибірки в 300 одиниць будувалися контрольні карти Шухарта для положення центру і розкиду та здійснювався статистичний аналіз, метою якого є ідентифікація спеціальних трендів. Крім цього, аналогічним чином аналізувалися записи журналу коригувань за якими визначається наявність помилки позиціонування.
Отримані результати. Встановлено, що використання контрольних карт Шухарта дозволяє оцінювати фактичний стан верстатного обладнання. Базуючись на цьому факті, запропоновано модель технічного обслуговування і ремонту верстатів з ЧПУ, що спирається на статистичний аналіз даних. Застосування запропонованої моделі до всього циклу обслуговування та ремонтів дозволяє значно подовжити міжремонтні терміни для верстатів з ЧПУ. Кількість ремонтних заходів була зменшена на 35 – 50%. При цьому циклічність операцій, передбачених технологічним регламентом виробника для даного виду верстатів, залишається без змін, підвищується коефіцієнт використання обладнання та є можливість скоротити необхідну чисельність персоналу ремонтної служби.
Наукова новизна. Встановлено зв’язок результатів процесу різання, що встановлюються за контрольними картами Шухарта, та стану обладнання для формування заходів технічного обслуговування і ремонту.
Практична цінність. Запропонована схема організації технічного обслуговування та ремонту верстатів з ЧПУ на основі статистичного аналізу з використанням карт Шухарта забезпечує суттєве скорочення витрат на їх експлуатацію.
Strength calculation methodology for the technological containers for chemical heat treatment of workpieces
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Shevchenko, V.; Ryagin, S.; Onyshchenko, R.; Шевченко, Володимир Ггигорович; Рягін, Сергій Львович; Онищенко, Р. В.
EN: Purpose. Development of a strength calculation methodology for the special technological containers for chemical heat treatment of workpieces, which considers the consequences of complex influence of the load and the main technological factors. Creation of possibility of full-value mathematical modelling of the special technological containers with complex three-dimensional geometric shape for chemical heat treatment of workpieces using the finite element method.
Research methods. Mathematical modeling taking into account the hypothesis of linear failure accumulation from low-cycle fatigue and creep of material.
Results. A strength calculation methodology for the special technological containers for chemical heat treatment of workpieces has been developed, which considers the consequences of complex influence of the load and the main technological factors: high-temperature corrosion, interaction with the chemical environment, creep, low-cycle fatigue. This methodology makes it possible to determine safe operation life of the containers. Load combinations have been considered. The main features of the design of the technological containers for chemical heat treatment of workpieces have been considered.
Scientific novelty. It has been considered at calculations of the special technological containers the consequences just of the complex influence of the load and the main technological factors which occur during the chemical heat treatment of workpieces: high-temperature corrosion, interaction with the chemical environment, creep, low-cycle fatigue.
Practical value. The developed methodology provides the possibility of full-value mathematical modelling of the special technological containers for chemical heat treatment of workpieces using the finite element method. It opens a way for multi-criteria optimization of the design of the containers with complex three-dimensional geometric shape with prospect of reduction of their weight with a certain resource of safe operation. This is one of the main factors of the practical value of this work because the containers for chemical heat treatment of workpieces are made of expensive heat-resistant steels. One factor more is the possibility to determine safe operation life and thus satisfy the requirements of safety engineering.
UK: Мета. Розробка методики розрахунку міцності спеціальної технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей, яка враховує наслідки комплексного впливу навантаження та головних технологічних факторів. Створення можливості повноцінного математичного моделювання спеціальної технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей, яка має складну просторову геометричну форму, із застосуванням методу скінчених елементів.
Методи дослідження. Математичне моделювання з урахуванням гіпотези лінійного підсумовування ушкоджень матеріалу від малоциклової втоми та повзучості.
Отримані результати. Розроблена методика розрахунку міцності спеціальної технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей, яка враховує наслідки комплексного впливу навантаження та головних технологічних факторів: високотемпературної корозії, взаємодії з хімічним середовищем, повзучості, малоциклової втоми. Ця методика дає можливість визначення ресурсу безпечної експлуатації тари. Враховано комбінації навантажень. Розглянуто основні особливості конструкції технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей.
Наукова новизна. Врахування при розрахунку спеціальної технологічної тари наслідків саме комплексного впливу навантаження та головних технологічних факторів, що виникають при хіміко-термічній обробці деталей: високотемпературної корозії, взаємодії з хімічним середовищем, повзучості, малоциклової втоми.
Практична цінність. Розроблена методика надає можливість повноцінного математичного моделювання спеціальної технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей із застосуванням методу скінчених елементів. Це відчиняє шлях до багатокритеріальної оптимізації конструкції тари, яка має складну просторову геометричну форму, з перспективою зменшення її маси при певному ресурсі безпечної експлуатації. Оскільки тару для хіміко-термічної обробки деталей виготовляють з коштовних жаростійких сталей, це є одним з головних факторів практичної цінності розробки. Іншим фактором є можливість визначити ресурс безпечної експлуатації та таким чином задовільнити вимоги техніки безпеки.
Research of natural frequencies of the cutter-oscillator during turning
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Tryshyn, Pavlo; Kozlova, Olena; Kazurova, Alina; Тришин, Павло Романович; Козлова, Олена Борисівна; Казурова, Аліна Євгенівна
EN: Purpose. To investigate the main methods for determining the natural frequency of the cutter-oscillator X and to analyze the influence of its geometric and inertial parameters on the dynamic characteristics during the study of the physical foundations of cutting process dynamics in turning conditions.
Research methods. The experimental study was carried out using the impact hammer test, in which the additional mass and the tool overhang were varied. During each test, oscillation oscillograms were recorded, allowing for the determination of the corresponding natural frequencies. The analytical approach involved deriving formulas for estimating the natural frequency based on the geometric and mass-inertial characteristics of the structure. The SolidWorks software system with the Simulation module was used for the numerical simulation of the spatial oscillations of the cutter-oscillator X, which provides frequency analysis and model creation considering real geometric parameters.
Results. Comparison of the analytical, experimental, and numerical methods for determining the natural frequency of the cutter-oscillator X showed high consistency of the results, confirming their reliability and practical applicability. The influence of geometric and inertial parameters on the dynamic characteristics of the cutter-oscillator X was determined. In particular, when increasing the overhang from 60 mm to 140 mm, the natural frequency decreased by 3.6…4.1 times, and when increasing the mass of the concentrated load from 0.2 kg to 0.52 kg – by 1.4...1.6 times. Frequency analysis in SolidWorks Simulation demonstrated sufficient accuracy (error of 2…3%), high efficiency, and cost-effectiveness, especially when designing complex structures. Numerical simulation proved to be a convenient tool for optimizing structures and reducing costs at the development stage.
Scientific novelty. For the first time, a comprehensive comparison of analytical, experimental, and numerical methods for determining the natural frequency of the cutter-oscillator X was carried out. The influence of geometric and inertial parameters on its dynamic characteristics was analyzed. The effectiveness of using frequency analysis in CAD systems for studying the dynamics of the turning process was demonstrated, which is relevant for optimizing complex structures.
Practical value. The computer simulation method demonstrated high accuracy and repeatability of results in determining the natural frequency of the cutter-oscillator X, confirming its suitability for vibration analysis of lathe cutting tools. Using frequency analysis in SolidWorks Simulation simplifies design, reduces costs, and is especially effective for complex structures.
UK: Мета роботи. Дослідити основні методи визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х та проаналізувати вплив його геометричних і інерційних параметрів на динамічні характеристики під час вивчення фізичних основ динаміки процесу різання в умовах точіння.
Методи дослідження. Експериментальне дослідження здійснювалося методом ударного збудження, при якому змінювали додаткову масу та виліт різця. Під час кожного випробування фіксувалися осцилограми коливань, що дозволяло визначити відповідні частоти власних коливань. Аналітичний підхід передбачав виведення розрахункових формул для оцінки частоти власних коливань на основі геометричних і масо-інерційних характеристик конструкції. Для чисельного моделювання просторових коливань різця-осцилятора Х використовувалась програмна система SolidWorks з модулем Simulation, що забезпечує проведення частотного аналізу та побудову моделей з урахуванням реальних геометричних параметрів.
Отримані результати. Порівняння аналітичного, експериментального та чисельного методів визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х показало високу узгодженість результатів, що підтверджує їхню надійність і практичну застосовність. Встановлено вплив геометричних та інерційних параметрів на динамічні характеристики різця-осцилятора Х. Зокрема, при збільшенні вильоту з 60 мм до 140 мм частота власних коливань зменшилась у 3,6…4,1 рази, а при збільшенні маси зосередженого вантажу з 0,2 кг до 0,52 кг — у 1,4…1,6 рази. Частотний аналіз у середовищі SolidWorks Simulation продемонстрував достатню точність (похибка 2…3%), високу ефективність та економічну доцільність, особливо при проєктуванні складних конструкцій. Чисельне моделювання виявилося зручним інструментом для оптимізації конструкцій та скорочення витрат на етапі розробки.
Наукова новизна. Вперше проведено комплексне порівняння аналітичного, експериментального та чисельного методів визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х. Проаналізовано вплив геометричних та інерційних параметрів на його динамічні характеристики. Показано ефективність використання частотного аналізу в САПР-системах для дослідження динаміки процесу точіння, що є актуальним для оптимізації складних конструкцій.
Практична цінність. Метод комп’ютерного моделювання продемонстрував високу точність і повторюваність результатів при визначенні частоти власних коливань різця-осцилятора Х, що підтверджує його придатність для вібраційного аналізу ріжучих інструментів. Застосування частотного аналізу в SolidWorks Simulation спрощує проєктування, скорочує витрати та є особливо ефективним для складних конструкцій.