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
Визначення напружено-деформованого стану порожнистого циліндра з композиційного матеріалу з транстропним волокном
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Богуславська, А.М.; Клименко, М.І.; Гребенюк, С.М.; Богуславская, А. М.; Клименко, М.И.; Гребенюк, С.Н.; Boguslavska, A.; Klymenko, M.; Grebeniuk, S.
UK: Мета роботи. Отримати аналітичні співвідношення для визначення напружено-деформованого стану порожнистого циліндру із композиційного матеріалу з транстропним волокном при лінійному розподілу температури у радіальному напрямку.
Методи дослідження. Для розв’язання крайової задачі термопружності використовуються аналітичні методи розв’язання крайових задач. Враховуючи низку гіпотез, задачу зведено до вісесиметричної задачі плоскої деформації для ортотропного матеріалу, до розв’язання якої застосовано аналітичні методи розв’язання крайових задач для звичайних диференційних рівнянь. При врахуванні неоднорідної структури композиційного матеріалу використано метод представницького об’ємного елементу для гомогенізації термопружних властивостей композиту. При цьому неоднорідний волокнистий композиційний матеріал представляється однорідним транстропним матеріалом, механічні властивості якого є функцією механічних характеристик ізотропної матриці та транстропного волокна і об’ємного вмісту кожного з них у композиті.
Отримані результати. Розв’язано крайову задачу термопружності й визначено напружено-деформований стан порожнистого циліндру при сумісній дії внутрішнього тиску та температури, що лінійно розподілена по радіусу циліндра. Матеріал циліндру – композит з транстропним волокном та ізотропною матрицею. Армування волокном відбувалося у трьох напрямках: радіальному, тангенціальному та осьовому.
Наукова новизна. Вперше отримані аналітичні співвідношення для напружень та переміщень порожнистого циліндру із композиційного матеріалу з транстропним волокном та ізотропною матрицею при сумісній дії внутрішнього тиску і лінійно розподіленої по радіусу циліндра температури. Представлено методику врахування у цих аналітичних співвідношеннях схеми розташування волокон у конструкції порожнистого циліндру.
Практична цінність. За допомогою отриманих аналітичних співвідношень проаналізовано напружено-деформований стан порожнистого циліндру із композиційного матеріалу з вуглецевими волокнами залежно від схеми армування волокнами та об’ємного вмісту волокна в композиті. Наведені аналітичні співвідношення можуть бути використані для визначення напружено-деформованого стану конструкцій у вигляді порожнистих циліндрів, а саме при проектуванні різних трубопроводів, які при експлуатації знаходяться в умовах температурного впливу та внутрішнього тиску. Описаний підхід дозволяє раціонально вибрати такі параметри, як розміри конструкції, схеми армування волокнами, матеріали матриці та волокна, об’ємний вміст матриці та волокна у композиційному матеріалі.
RU: Цель работы. Получить аналитические соотношения для определения напряженно-деформированного состояния полого цилиндра из композиционного материала с транстропным волокном при линейном распределении температуры в радиальном направлении.
Методы исследования. Для решения краевой задачи термоупругости используются аналитические методы решения краевых задач. С учетом ряда гипотез задача сведена к осесимметричной задаче плоской деформации для ортотропного материала, для решения которой использовались аналитические методы решения краевых задач для обыкновенных дифференциальных уравнений. При учете неоднородной структуры композиционного материала применялся метод представительного объемного элемента для гомогенизации термоупругих свойств композита. При этом неоднородный волокнистый композиционный материал представляется однородным транстропным материалом, механические свойства которого являются функцией механических характеристик изотропной матрицы и транстропного волокна и объемного содержания каждого из них в композите.
Полученные результаты. Получено решение краевой задачи термоупругости и определено напряженно-деформированное состояние полого цилиндра при совместном действии внутреннего давления и температуры, что линейно распределена по радиусу цилиндра. Материал цилиндра – композит с транстропным волокном и изотропной матрицей. Армирование волокном проводилось в трех направлениях: радиальном, тангенциальном и осевом.
Научная новизна. Впервые получены аналитические соотношения для напряжений и перемещений полого цилиндра из композиционного материала с транстропным волокном и изотропной матрицей при совместном действии внутреннего давления и линейно распределенной по радиусу цилиндра температуры. Представлено методика учета в этих аналитических соотношениях схемы расположения волокон в конструкции полого цилиндра.
Практическая ценность. С помощью полученных аналитических соотношений проанализировано напряженно-деформированное состояние полого цилиндра из композиционного материала с углеродными волокнами в зависимости от схемы армирования волокнами и объемного содержания волокна в композите. Приведенные аналитические соотношения могут быть использованы для определения напряженно-деформированного состояния конструкций в виде полых цилиндров, а именно при проектировании разных трубопроводов, находящихся при эксплуатации в условиях температурного влияния и внутреннего давления.
Описанный подход позволяет рационально подбирать такие параметры, как размеры конструкции, схемы армирования волокнами, материалы матрицы и волокна, объемное содержание матрицы и волокна в композиционном материале.
EN: Purpose. To obtain analytical correlations for determination of the stress-strained state of the hollow cylinder made of the composite material with the transtropic fiber when linear temperature distributing in radial direction.
Methods of investigation. Analytical methods of the boundary-value problems are used for the solution of the boundary-value problem of thermoelasticity. Taking into account a number of hypotheses the problem is brought to the axisymmetric problem of the flat deformation for orthotropic material. For solution of this problem analytical methods of the boundary-value problems for usual differential equations are used. While considering heterogeneous structure of the composite material a method of representative volume element for homogenization of thermoelastic composite’s characteristics is used. In so doing heterogeneous fibrous composite material is represented by homoge¬neous transtropic material having mechanical characteristics that are the function of the mechanical feature of isotropic matrix and transtropic fiber and of the volume content of each of them in the composite.
Results. The boundary-value problem of thermoelasticity is solved, and the stress-strained state of the hollow cylinder under combined influence of the internal pressure and temperature linearly dispersed through the cylinder radius, is determined. The material of the cylinder is the composite of the transtropic fiber and isotropic matrix. Fiber arming was made in three directions: radial, tangential, and axial.
Scientific novelty. For the first time, analytical correlations for tensions and shifts of the hollow cylinder of the composite material with transtropic fiber and isotropic matrix under combined influence of the internal pressure and temperature linearly dispersed through the cylinder radius. The methodic of consideration of the fiber placing scheme in the construction of the hollow cylinder is represented.
Practical value. Using obtained analytical correlations the stress-strained state of the hollow cylinder made of the composite material with the carbonic fibers is analyzed in dependency on the scheme of the arming with fibers and volume content of the fiber in the composite. The given analytical correlations can be used on determination of the stress-strained state of the constructions in the form of hollow cylinders, notably while projecting pipelines which during their exploitation are under conditions of temperature influence and internal pressure. The described ap¬proach allows efficiently choose such operation factors as sizes of a construction, schemes of the arming with fibers, materials of a matrix and fiber, volume content of a matrix and fiber in a composite material.
Способи подрібнення зерен і підвищення міцнісних властивостей конструкційних сталей
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Калінін, О.В.; Калинин, А.В.; Kalinin, A.
UK: Мета роботи. Вивчення способів подрібнення зерна і підвищення міцності конструкційних сталей 09Г2, 09Г2С в результаті модифікування нанодисперсними композиціями, термообробки та інтенсивної пластичної деформації. Збільшення основних механічних властивостей Si-Mn сталей: міцності, а саме межі текучості (σ0,2).
Методи дослідження. Були проводені металографічні дослідження зерен сталей до і після модифікування, а також механічні випробування стандартних зразків. Застосовані методи досліджень: металографічний і спектральний аналіз, вимірювання мікротвердості, механічні випробування, статистична обробка отриманих результатів.
Отримані результати. Обґрунтовано вибір складу модифікатора на основі відповідності кристалічних решіток низьковуглецевих сталей з гранецентрованою решіткою TiCN. Фракція модифікатора відповідала розміру вихідного зерна аустеніту. Запропоновано зміцнююча термічна обробка заготовок: гарт з варіюванням швидкості охолодження. Пі сля охолодження структура сталей 09Г2 і 09Г2С с кладалася з фериту і троостита із середнім розміром зерна 8...10 мкм. У початковому стані розмір зерна становив 30 мкм. Проведено відпуск зразків при 500 і 600 °С. В результаті досягнуто підвищення мікротвердості з 3000 МПа до 4000 МПа сталей.
Наукова новизна. Дано обґрунтування вибору типу і фракції нанодисперсного модифікатора. Способом плазмохімічного синтезу отримані нанопорошки карбонитрида титану Ti(CN) фракції 50...100 нм.
Практическая ценность. Розроблено технологію введення модифікатора в сталевий розплав. Отримано якісні модифіковані виливки з однорідною структурою. Проведена інтенсивна пластична деформація і термозміцнююча обробка сталей. Ефект модифікування підтверджений подрібненням зерна Si-Mn-сталей в 3 рази з підвищенням міцності властивостей.
RU: Цель работы. Изучение способов измельчения зерна и повышения прочности конструкционных сталей 09Г2, 09Г2С в результате модифицирования нанодисперсными композициями, термообработк и и интенсивной пластической деформации. Увеличение основных механических свойств Si-Mn сталей: прочностных характеристик, а именно предела текучести (σ0,2).
Методы исследования. Проводили металлографические исследования зерен сталей до и после модифицирования, а также механические испытания стандартных образцов. Применены методы исследований: металлографический и спектральный анализ, измерение микротвердости, механические испытания, статистическая обработка полученных результатов.
Полученные результаты. Обоснован выбор состава модификатора на основе соответствия кристаллических решеток низкоуглеродистых сталей с гранецентрированной решеткой TiCN. Фракция модификатора соответствовала размеру исходного зерна аустенита. Предложена упрочняющая термическая обработка заготовок: закалка с варьированием скорости охлаждения. После охлаждения структура сталей 09Г2 и 09 Г2С состояла из феррита и троостита со средним размером зе рна 8…10 мкм. В исходном состоянии размер зерна составлял 30 мкм. Проведен отпуск образцов при 500 и 600°С. В результате достигнуто повышение микротвердости с 3000 МПа до 4000 МПа сталей.
Научная новизна. Проведено обоснование выбора типа и фракции нанодисперсного модификатора. Способом плазмохимического синтеза получены нанопорошки карбонитрида титана Ti (CN) фракции 50...100 нм.
Практическая ценность. Разработана технология введения модификатора в стальной расплав. Получены качественные модифицированные отливки с однородной структурой. Проведена интенсивная пластическая деформация и термоупрочняющая обработка сталей. Эффект модифицирования подтвержден измельчением зерна Si-Mn-сталей в 3 раза с повышением прочностных свойств.
EN: Purpose. The study of methods for grinding grain and increasing the strength of structural steels 09Г2, 09Г2С as a result of modifying with nano-dispersed compositions, heat treatment and severe plastic deformation. The increase of the basic mechanical properties of Si-Mn steels: strength characteristics, namely the yield strength (σ0,2).
Metodology. Metallographic studies of steel grains before and after modification, as well as mecha-nical tests of standard samples were conducted. Research methods were applied: metallographic and spectral analysis, micro-hardness measurement, mechanical tests, statistical processing of the obtained results.
Results. The choice of the composition of the modifier is substantiated on the basis of the correspondence of the crystal lattices of low-carbon steels with a face-centered TiCN lattice. The modifier fraction corresponded to the size of the original austenite grain. Hardening heat treatment of blanks was proposed : quenching with varying cooling rates. After cooling, the structure of 09Г2 and 09Г2С steels consisted of ferrite and troostite with an average grain size of 8...10 microns. In the initial state, the grain size was 30 мm. Samples were dispensed at 500 and 600 ° C. As a result, an increase in microhardness was achieved from 3000 MPa to 4000 MPa.
Scientific novelty. The substantiation of the choice of the type and fraction of the nano-dispersed modifier is carried out. Nanopowders of titanium carbonitride Ti(CN) of fraction 50...100 nm were obtained by the method of plasma-chemical synthesis.
Practical value. A technology has been developed to introduce a modifier into a steel melt. High-quality modi¬fied castings with a uniform structure were obtained. Intensive plastic deformation and heat treatment of steels was processed. The effect of modification is confirmed by grinding the grain of Si-Mn-steels 3 times with increasing strength properties.
Numerical analysis of slow steady and unsteady viscous flow by means of R-functions method
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Artiukh, A. V.; Lamtyugova, S. N.; Sidorov, M. V.; Артюх, А. В.; Ламтюгова, С. М.; Сидоров, М. В.
EN: This article is devoted to the linear problem of the steady and unsteady flows of a viscous incompressible fluid.
Objective. The purpose of this paper is to compare the previously developed methods of numerical analysis of the steady and unsteady flows of a viscous incompressible fluid.
Method. The flow of a viscous incompressible fluid can be described by the system of nonlinear Navier-Stokes equations. The variables of this system are velocity, pressure, density, volume forces, and fluid viscosity. Using the stream function, the Navier-Stokes equations can be transformed to the initial-boundary problem with the differential equation of the fourth order. To solve the problem the structural variational method of R-functions and Ritz method (steady problem) or Galerkin method (unsteady problem) are used. The R-functions method allows satisfying the boundary conditions accurately and transforming them to the homogeneous, which are the prerequisite for application of Ritz or Galerkin method. The problem transforms to the solving the system of linear algebraic equations or the system of ordinary differential equations for steady and unsteady flows respectively. The matrices elements are the scalar products in the norms of the corresponding differential operators. Numerical integration was made by means of Gaussian quadratures with 16 points. Solutions of the system of linear algebraic equations and the system of ordinary differential equations were found with the help of the Gauss method and the Runge-Kutta method with an automatic step-size control respectively. The existence of a unique solution of the problems is proved.
Results. The computational experiments for the problem of flows of a viscous incompressible fluid for the different rectangular domains carried out.
Conclusions. The conducted experiments have confirmed that the stream function, the flow velocity, and other flow characteristics are converging to the steady state when the time is increasing. This allows us to say that the obtained methods work as expected. The further research may be devoted to the comparison of the solution methods for the non-linear problems.
UK: Актуальність. У статті розглядається лінійна стаціонарна і нестаціонарна задача течії в’язкої нестисливої рідини.
Мета роботи. Порівняння розроблених методів чисельного аналізу стаціонарних та нестаціонарних задач течії в’язкої нестисливої рідини.
Метод. Течія в’язкої нестисливої рідини описується нелінійною системою Нав’є-Стокса відносно вектора швидкості, тиску, густини, об’ємних сил та в’язкості рідини. За допомогою введення функції течії система зводиться до початково-крайової задачі з нелінійним диференціальним рівнянням четвертого порядку. Для розв’язання задачі використовуються структурно-варіаційний метод R-функцій і методи Рітца та Гальоркіна для стаціонарної та нестаціонарної течії відповідно. Метод R-функцій дозволяє точно врахувати крайові умови та звести їх до однорідних, що є необхідною умовою можливості застосування методів Рітца та Гальоркіна. У стаціонарному випадку задача зводиться до розв’язання системи лінійних алгебраїчних рівнянь, у нестаціонарному – системи звичайних диференціальних рівнянь. Елементами матриць є скалярні добутки у нормах відповідних диференціальних операторів. Чисельне інтегрування виконувалось за допомогою квадратурних формул Гаусса з 16 вузлами, розв’язання системи лінійних алгебраїчних рівнянь – методом Гаусса, системи звичайних диференціальних рівнянь – методом Рунге-Кутти з автоматичним вибором кроку інтегрування. Доведено існування єдиного розв’язку поставлених задач.
Результати. Обчислювальний експеримент проведено для задачі течії в’язкої нестисливої рідини у різних прямокутних областях. Наведені графіки ліній рівня тиску та виконано аналіз отриманих результатів, які добре погоджуються з результатами, отриманими іншими авторами.
Висновки. Проведені обчислювальні експерименти показали, що при збільшенні часу функція течії, вектор швидкості та інші характеристики течії виходять у стаціонар, що підтверджує працездатність методів. В подальшому планується порівняння нелінійних методів розв’язання нелінійних задач.
Корозійна стійкість і термін служби устаткування, що експлуатується в лужних розчинах (огляд)
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Савонов, Ю.М.; Александров, О.Г.; Осипов, М.Ю.; Андрущенко, М.І.; Савонов, Ю.Н.; Александров, А.Г.; Осипов, М.Ю.; Андрущенко, М.И.; Savonov, Yu.; Aleksandrov, A.; Osipov, M.; Andruschenko, M.
UK: Мета роботи. Розробка технологічного процесу зварювання і контролю якості трубопроводів для підвищення надійності роботи і терміну їх служби в агресивних середовищах.
Методи дослідження. Результати отримані із застосуванням електрохімічних досліджень наплавленого металу і зварних швів нержавних сталей, металографічного аналізу мікроструктур зруйнованих ділянок реальних трубопроводів.
Отримані результати. Висвітлено питання корозійної поведінки зварних швів обладнання з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т в лужних розчинах. Розглянуто основні види корозійного пошкодження зварного обладнання в агресивних середовищах. Наведено зварювальні матеріали, що забезпечують високу корозійну стійкість наплавленого металу зварних швів.
Наукова новизна. Устаткування зі сталі 12Х18Н10Т, яке експлуатується в лужних середовищах може піддаватися корозійному руйнуванню по зварним з’єднанням: виборчій корозії металу шва і корозійному розтріскуванню. Електрохімічні дос лі дже нн я показали, що корозія зварн их з’єднань сталі 12Х18Н10Т в лу жних розчинах проходить в пасивній ділянці, тому основним видом руйнувань є корозійне розтріскування, обумовлене наявністю залишкових напружень.
Практична цінність. На основі проведеного аналізу характеру руйнувань обрані зварювальні матеріали, рекомендовані режими виконання зварних з’єднань, а також методика подальшої термічної обробки зварних швів з метою зняття залишкових напруг і збільшення терміну служби технологічного обладнання
RU: Цель работы. Разработка технологического процесса сварки и контроля качества трубопроводов для повышения надежности работы и срока их службы в агрессивных средах.
Методы исследования. Результаты получены с применением электрохимических исследований наплавленного металла и сварных швов нержавеющих сталей, металлографического анализа микроструктур разрушенных участков реальных трубопроводов.
Полученные результаты. Исследовано коррозионное поведение сварных швов оборудования из нержавеющей стали 12Х18Н10Т в щелочных растворах. Рассмотрены основные виды коррозионного повреждения сварного оборудования в агрессивных средах. Приведены сварочные материалы, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость наплавленного металла сварных швов.
Научная новизна. Оборудование из стали 12Х18Н10Т, которое эксплуатируется в щелочных средах, может подвергаться коррозионному разрушению по сварным соединениям: избирательной коррозии металла шва и коррозионному растрескиванию. Электрохимические исследования показали, что коррозия сварных соединений стали 12Х18Н10Т в щелочных растворах проходит в пассивной области, поэтому основным видом разрушений является коррозионное растрескивание, обусловленное наличием остаточных напряжений.
Практическая ценность. На основе проведенного анализа характера разрушений выбраны сварочные материалы, рекомендованы режимы выполнения сварных соединений, а также методика последующей термической обработки сварных швов с целью снятия остаточных напряжений и увеличения срока службы технологического оборудования.
EN: Purpose. Development of the welding process and quality control of pipelines to increase the reliability of work and their service life in corrosive environments.
Research methods. The results were obtained using electrochemical studies of the weld metal and welds of stainless steels, metallographic analysis of the microstructures of the destroyed sections of real pipelines.
Results. Сorrosion behavior of welds of equipment made of stainless steel 12X18H10T in alkaline solutions are studied. The main types of corrosion damage to welded equipment in corrosive environments are considered. The welding materials that provide high corrosion resistance of hard faced weld metal are given.
Scientific novelty. Equipment made of steel 12X18H10T, which is operated in alkaline environments, can be subjected to corrosion damage along welded joints: selective corrosion of the weld metal and corrosion cracking. Electrochemical studies have shown that corrosion of welded joints of steel 12X18H10T in alkaline solutions takes place in the passive area, therefore, the main type of damage is corrosion cracking due to the presence of residual stresses.
Practical value. Based on the analysis of the nature of the damage, welding materials were selected, performance modes for welded joints were recommended, as well as methods for subsequent heat treatment of welds in order to relieve residual stresses and increase the service life of process equipment.
Methodology of justification the type and evaluation of quality group search of defects in the repair radio-electronic means
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Romanenko, V. P.; Sakovich, L. N.; Ryzhov, Y. V.; Gnatyuk, S. E.; Rozum, I. Y.; Романенко, В. П.; Сакович, Л. М.; Рижов, Є. В.; Гнатюк, С. Є.; Розум, І. Ю.
EN: Context. Radioelectronic devices are continuously complicated, which complicates the process of restoring their efficiency, when the diagnosis consumes the largest labor costs and time. Therefore, the promising direction of increasing the efficiency of the renewal of modern electronic means is to improve diagnostic support.
Objective. The purpose of the article is to increase the efficiency of diagnostic provision of radio electronic means at the expense of a reasonable choice of the type of group search of defects.
Method. In the work analytical studies of conditional algorithms of diagnosis with the use of graph theory theory, probability theory and the theory of discrete search – a scientific discipline that studies the diagnostic process when restoring the efficiency of complex technical objects with varying degrees of damage through research and optimization of procedures and algorithms for detection of a priori – in unknown number of elements with given properties on the finite structurally-bounded set according to some criterion.
Results. The method of choosing the type of algorithm of group search of defects at given restrictions and assumptions on the criterion of minimum labor costs on the basis of generalization of the graph-analytical model of group search of defects with quantitative estimation of probabilistic, time and cost indicators of the quality of the process of diagnosing radioelectronic devices with different degree of damage, which allows to pre-substantiate the most appropriate algorithm for group defects search for use in the development of diagnostic support for modern radio ectronic means.
Conclusions. For the first time, various types of group search of defects with a quantitative estimation of the efficiency of their use depending on the features of radio-electronic means and the conditions for their restoration of efficiency are considered in a complex way.
UK: Актуальність. Радіоелектронні засоби безперервно ускладнюються, що затрудняє процес відновлення їх працездатності, коли на діагностування витрачають найбільші працевитрати і час. Тому перспективним напрямком підвищення ефективності відновлення сучасних радіоелектронних засобів є удосконалення діагностичного забезпечення. Метою статті є підвищення ефективності діагностичного забезпечення радіоелектронних засобів за рахунок обґрунтованого вибору виду групового пошуку дефектів
Метод. В роботі виконано аналітичні дослідження умовних алгоритмів діагностування з використанням методів теорії графів, теорії ймовірностей і теорії дискретного пошуку – наукової дисципліни, яка вивчає процес діагностування при відновленні працездатності складних технічних об’єктів з різним ступенем пошкодження за допомогою дослідження і оптимізації процедур і алгоритмів виявлення апріорно-невідомої кількості елементів із заданими властивостями з кінцевої структурно-зв’язної множини за деяким критерієм.
Результати. Отримано методику вибору виду алгоритму групового пошуку дефектів при заданих обмеженнях та допущеннях по критерію мінімуму трудовитрат на основі узагальнення графо-аналітичної моделі групового пошуку дефектів з кількісною оцінкою ймовірнісних, часових і вартісних показників якості процесу діагностування радіоелектронних засобів з різним ступенем пошкодження, що дозволяє заздалегідь обґрунтувати найбільш доцільний алгоритм групового пошуку дефектів для використання під час розробки діагностичного забезпечення сучасних радіоелектронних засобів.
Висновки. Вперше комплексно розглянуті різні види групового пошуку дефектів з кількісною оцінкою ефективності їх використання залежно від особливостей радіоелектронних засобів і умов відновлення їх працездатності.