Математичне моделювання

ПОПЕРЕДНЯ ОБРОБКА АУДІО СИГНАЛУ В ЗАДАЧІ РОЗПІЗНАВАННЯ МОВЛЕННЯ

К.М. Ялова — 2024-12-24

Мова є найбільш природною формою людського спілкування, тому реалізація інтерфейсу, який базується на аналізі мовленнєвої інформації є перспективним напрямком розвитку інтелектуальних систем управління. Система автоматичного розпізнавання мовлення – це інформаційна система, що перетворює вхідний мовленнєвий сигнал на розпізнане повідомлення. Процес розпізнавання мовлення є складним і ресурсоємним завданням через високу варіативність промови, яка залежить від віку, статі та фізіологічних характеристик мовця. У статті представлено узагальнений опис задачі розпізнавання мовлення, що складається з етапів: передискретизація, кадрування та застосування вікон, виділення ознак, нормалізація довжини голосового тракту та шумопригнічення. Попередня обробка мовленнєвого сигналу є першим і ключовим етапом у процесі автоматичного розпізнавання мови, оскільки якість вхідного сигналу суттєво впливає на якість розпізнавання і кінцевий результат цього процесу. Попередня обробка мови складається з очищення вхідного сигналу від зовнішніх і небажаних шумів, виявлення мовленнєвої активності та нормалізації довжини голосового тракту. Метою попередньої обробки мовленнєвого сигналу є підвищення обчислювальної ефективності систем розпізнавання мови та систем керування із природньомовним інтерфейсом.

У статті запропоновано використання швидкого перетворення Фур’є для описування вхідного аудіо сигналу; вікна Hamming для створення сегментів аудіосигналу з подальшим визначенням ознак засобами Mel-Frequency Cepstral Coefficients. Описано використання алгоритму динамічного трансформування часової шкали для нормалізації довжини голосового тракту та рекурентної нейронної мережі для шумопригнічення. Наведено результати експерименту щодо попередньої обробки аудіо сигналу голосових команд для керування застосунками мобільного телефону з оперативною системою Android.

РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ МЕТОДУ АНАЛІЗУ ІЄРАРХІЙ ДЛЯ ПРИЙНЯТТЯ УПРАВЛІНСЬКИХ РІШЕНЬ

Н.М. Волосова — 2024-12-24

У роботі досліджено підходи щодо реалізації методу аналізу ієрархій і розроблено математичну модель розв’язання задач прийняття управлінських рішень, а саме вибору оптимального проєкту розвитку з декількох альтернативних проєктів.

При виконанні дослідження було проаналізовано методику застосування методу аналізу ієрархій (МАІ), його основні характеристики та структуру, підходи до виконання попарних порівнянь в МАІ, процедуру визначення вектора пріоритетів та оцінювання міри погодженості отриманих оцінок. В роботі була апробована методика шести фільтрів, що поєднала послідовне використання всіх стандартних критеріїв прийняття рішень в умовах невизначеності, а саме, критерії Уальда, Севіджа, Гурвіца, середнього ризику, Бейеса-Лапласа, Ходжа-Лемана.

За даною методикою було розроблено модель для оптимального вибору прогнозного проєкту розвитку підприємства готельного бізнесу, перевірено його узгодженість з результатами методики використання шести фільтрів-критеріїв прийняття рішень в умовах невизначеності. Завдяки застосованій методиці МАІ можливо не лише виконати прогнозування і визначити оптимальний проєкт чи напрям розвитку, а й визначити технологію коригування — впливу на систему для реалізації бажаного проєкту чи асиміляції декількох проєктів з високою ймовірністю успішної реалізації. При виконанні попарних порівнянь на кожному рівні були визначені найважливіші чинники впливу на досліджуваний показник, що також є корисною інформацією для адміністрації підприємства для наступних аналітичних досліджень і коригування проєкту розвитку у випадку змін на певних рівнях ієрархії. Чисельні розрахунки було виконано в системі комп’ютерної математики MathCAD і в ЕТ Excel.

Запропонована модель може бути застосована для розв’язання задач прийняття управлінських рішень при прогнозуванні діяльності, вибору оптимального проєкту подальшого розвитку підприємств готельного, видавничого, ресторанного бізнесу та інших; для виявлення найважливіших чинників впливу на складові прогнозного проєкту, що є корисним при виникненні необхідності коригування обраного проєкту в процесі його реалізації.

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ МЕХАНІЧНИХ КОЛИВАНЬ ТА РОЗПОВСЮДЖЕННЯ АКУСТИЧНИХ ХВИЛЬ

А.М. Пасічник — 2024-12-24

Актуальність статті обумовлена необхідністю дослідження механічних вібрацій з метою більш досконального розуміння механізмів розповсюдження звукових хвиль від джерел їх генерації, що дасть змогу розробити більш ефективні методи їх ізоляції та ослаблення при вирішенні питань оптимізації розміщення звукових джерел екстреного оповіщення населення. Також вивчення різних аспектів вібраційних явищ та їх впливу на конструкційні елементи дозволить оптимізувати конструкцію відповідних пристроїв для підвищення їхньої надійності та довговічності.

Метою дослідження є аналіз механічних вібрацій у системах з одним та двома степенями свободи, розгляд впливу амортизації та резонансу на амплітуду коливань, а також визначення взаємозв’язку між вібраціями та рівнем звукового тиску спеціалізованих пристроїв.

Проведено дослідження основних аспектів механічних вібрацій, зокрема, їх виникнення, розглянуто особливості вимушених та вільних коливань, а також методи розрахунку параметрів таких систем. Було розглянуто математичні моделі на основі диференціальних рівнянь руху для систем з одним та двома степенями свободи, що дозволяє проводити розрахунки рівня вібрацій для пружних систем, зокрема для електричних машини та трансформаторів. Також встановлено функціональний зв’язок частот і амплітуд коливань, сформульовані умови резонансу та його впливу на ефективність і безпеку роботи обладнання.

Проведено аналіз питань передачі вібрацій на несучі конструкції спеціалізованих електронних пристроїв, наведено формули для визначення коефіцієнта амортизації та передачі, що дозволить ефективніше оцінити вплив їх вібрації на відповідні споруди, що надасть можливості оптимізувати місця їх розміщення.

ЗАСТОСУВАННЯ ОПЕРАТОРНОГО ГЕНЕТИЧНОГО АЛГОРИТМУ ДО РОЗВ’ЯЗАННЯ ДІОФАНТОВИХ РІВНЯНЬ

Л.О. Олійник — 2024-12-24

У роботі приведено результати дослідження дієвості операторного генетичного алгоритму при застосуванні до розв’язання діофантових рівнянь.

Як відомо розв’язання діофантових рівнянь виконується у кільці цілих чисел. У роботі операторний генетичний алгоритм, який діє в полі дійсних чисел, певним чином пристосовано для пошуку цілих розв’язків. Тема досліджень даної роботи представляє інтерес з огляду на те, що діофантові рівняння відіграють велику роль у математичних методах криптології. З іншого боку, історія цих рівнянь настільки багата і велична, що отримання, хоч незначного, результату в цій галузі є важливим для кожного математика. Дослідженнями діофантових рівнянь, займались великі математики різних епох і сьогодні ці дослідження не втратили своєї значущості.

ПРО МЕТОДИ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ РАФІНУВАННЯ МЕТАЛУ

Т.Ж. Надригайло — 2024-12-24

Рафінування металу є вирішальним кроком у виробництві високоякісних металів, де домішки видаляються відповідно до певних галузевих стандартів. Процес рафінування включає складні хімічні, фізичні та термодинамічні взаємодії, які відбуваються на різних стадіях, таких як плавлення, окислення та відновлення. Ефективні технології переробки є важливими не лише для покращення якості кінцевого продукту, але й для оптимізації споживання енергії, зменшення відходів та мінімізації впливу на навколишнє середовище.

Через складність цих процесів одних традиційних емпіричних методів часто недостатньо для оптимізації операцій. Тому потреба в точних і прогностичних моделях стала очевидною як в академічних дослідженнях, так і в промислових застосуваннях. Було розроблено різні методи моделювання для імітації процесу переробки, кожна з яких має свої переваги та обмеження. Ці моделі мають на меті надати розуміння поведінки металів і домішок за різних умов, дозволяючи краще контролювати параметри рафінування та підвищувати ефективність процесу.

Стаття містить огляд основних методів, які використовуються для моделювання процесу рафінування металу, зосереджуючись на термодинамічних, кінетичних, обчислювальних гідродинаміках (CFD) і математичних моделях. Кожен метод обговорюється з точки зору його підходу, сильних і слабких сторін. Розглянуто математична модель колективного введення добавок у металеву ванну у ковші. Модель враховує імпульсний вплив добавок на гідродинаміку розплаву, а також перенесення декількох дисперсних фаз. Також у статті окреслено майбутні напрямки вдосконалення цих методів моделювання для подальшого підвищення ефективності та стійкості процесів рафінування металу.

ГІПЕРКУБИ OLAP ЯК ЗАСІБ АНАЛІЗУ БАГАТОВИМІРНИХ СИЛЬНО СТРУКТУРОВАНИХ ДАНИХ

К.М. Ялова — 2024-12-24

Статтю присвячено аналізу технології OLAP з точки зору багатовимірного аналізу даних, збережених у реляційних сховищах даних. Технологія OLAP забезпечує збереження і представлення інформації для її комплексного аналізу за рахунок узагальнення даних великих масивів, структурованих за принципом багатовимірності. Для застосування OLAP технології для проведення багатовимірного аналізу даних та їх візуалізації необхідно перетворити вхідні дані до специфічної архітектури сховища даних OLAP, визначивши категорії-виміри, які використовуються для реалізації багатовимірних запитів. В статті описано основні об’єкти технології OLAP: гіперкуб, вимір, показник, таблиця вимірів і фактів; наведено опис моделей перетворення реляційної структури даних до багатовимірної моделі. Багатовимірний куб або гіперкуб
даних — це абстрактне представлення підмножин даних у декількох вимірах одночасно, операції з яким можуть бути застосовано для різностороннього аналізу багатовимірних даних. Вимірами гіперкубу є числові значення, числові значення, координати яких представляються індивідуальними значеннями атрибутів, що містяться в таблиці фактів. Показниками гіперкубу є чисельні значення, які зіставляються з числовими значеннями стовпців таблиці фактів.

Авторами запропоновано узагальнений алгоритм застосування технології OLAP для здійснення багатовимірного аналізу даних, який полягає у виконанні таких кроків, як: отримання вхідних даних, визначення показників і вимірів, формування багатовимірної моделі даних, формування структури запитів, обробка отриманих даних. Наведено результати проєктування гіперкубу на основі статистичних даних результатів національного мультипредметного тесту, збережених у таблицях створеного реляційного сховища даних. З метою демонстрації принципів використання гіперкубу для аналізу багатовимірних даних в статті наведено результати застосування операцій: slicе, diсе, rotation, drill-down, roll-up.

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В АСИНХРОННОМУ ДВИГУНІ З КОРОТКОЗАМКНУТОЮ КЛІТКОЮ В ПОЛЬОВІЙ ПОСТАНОВЦІ

М.С. Загребаєв — 2024-12-24

Дослідження, представлене у статті, присвячене розробці математичної моделі асинхронного двигуна (АД) з короткозамкнутою кліткою. Метою роботи є вдосконалення процесу розрахунку електромагнітних і електромеханічних характеристик двигуна в різних режимах його роботи, зокрема в квазістатичних та перехідних процесах. У моделі враховуються кілька спрощень, таких як плоскопаралельність магнітного поля в активній зоні двигуна та нескінченний магнітний опір, що дозволяє ігнорувати вихрові струми в металі статора та ротора.

Робота використовує метод скінченних елементів (МСЕ) для вирішення диференційних рівнянь, що описують електромагнітне поле та інші фізичні явища в електричній машині. Завдяки цьому методу стає можливим врахування нелінійності магнітопроводу, впливу скосу пазів ротора та індуктивності лобових частин обмотки. Застосований підхід дозволяє отримати точніші результати для розрахунку механічних характеристик АД, що є критичним для забезпечення ефективної роботи двигуна в умовах зміни навантаження та частоти обертання.

Особливу увагу приділено перехідним процесам, які є найбільш складними для аналізу. У статті детально розглядається математична модель, заснована на рівняннях Максвелла, що дозволяє моделювати розподіл магнітного поля у поперечному перерізі двигуна. Запропонована модель демонструє високу точність результатів, що корелює з експериментальними даними, зокрема при моделюванні процесів короткого замикання та холостого ходу.

Отримані результати дозволяють більш детально аналізувати робочі режими АД та оптимізувати їх конструкції. На основі запропонованої моделі проведено симуляції різних режимів роботи двигуна, результати яких продемонстрували, що перехідні процеси, такі як пуск двигуна та робота при номінальному навантаженні, можуть бути точно змодельовані та досліджені.

Зроблені висновки, на основі проведених досліджень, підтверджують ефективність застосування польових моделей для аналізу роботи асинхронних двигунів, що значно підвищує точність прогнозування електромагнітних та електромеханічних характеристик у різних режимах роботи.

РОЗРОБКА РАЦІОНАЛЬНИХ ШИХТ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ХРОМОВАНИХ ПОКРИТТІВ ЛЕГОВАНИХ КРЕМНІЄМ В УМОВАХ SHS

Б.П. Середа — 2024-12-24

У роботі розглянуто розробку та оптимізацію технологічного процесу формування багатокомпонентних покриттів на основі хрому, отриманих методом саморозповсюджуваного високотемпературного синтезу (SHS) для підвищення експлуатаційних характеристик деталей пресового оснащення під впливом високих температур. Покриття, сформовані в умовах SHS, мають унікальну багаторівневу структуру, яка забезпечує чудові експлуатаційні властивості, що значно перевершують аналоги, отримані іншими методами. Дослідження включали використання порошкових сумішей з різним гранулометричним складом для формування захисних шарів на зразках зі сталі. Термодинамічне моделювання та дослідження кінетики реакцій підтвердили можливість отримання покриттів з необхідними властивостями за різних температурних режимів. Металографічний аналіз виявив високу адгезію, рівномірність покриттів та їхню стійкість до тріщиноутворення. У структурі легованих кремнієм покриттів було виявлено фази (FeAlCr)₂₃С₆, (FeCr)₇C₃, (FeAlCr)₅Si₃, впорядкований твердий розчин Fe₃Al з додаванням Cr, а також б-твердий розчин Al, Cr і Si у структурі Fe. Розроблена технологія показала ефективність у захисті елементів пресового оснащення, які працюють в умовах термічного впливу та агресивних середовищ, що сприяє підвищенню довговічності та надійності пресового оснащення при виробництві гумотехнічних виробів.

ВПЛИВ ШУНТУВАННЯ СТРУМУ ТА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ТОЧКОВОГО ЗВАРЮВАННЯ НА МІЦНІСТЬ З'ЄДНАНЬ ГАБАРИТНИХ ВИРОБІВ

Д.Г. Носов — 2024-12-24

Досліджено вплив шунтування струму та технологічних параметрів точкового зварювання на міцність з'єднань габаритних виробів. Досліди проводили з використанням машини точкового контактного зварювання типу МТ-1614. В якості основного матеріалу, що з’єднувався, обрали конструкційну вуглецеву сталь марки 08Ю у вигляді пластин різної товщини. Після виконання зварювання виготовляли зразки для випробувань за стандартними методиками на зріз, відрив або скручування. Експериментальна частина роботи включала визначення залежності величини зусилля руйнування та діаметра зварної точки від зварювального струму, відстані між звареними точками та тривалості імпульсу зварювального струму. Визначено, що оптимальний зварювальний струм для забезпечення високої міцності зварних точок становить значення в діапазоні від 7400 і до 8000 А. Перевищення цього значення призводить до зниження міцності, особливо при збільшенні відстані між зварними точками. Тривалість імпульсу зварювального струму також відіграє важливу роль: оптимальний приріст міцності спостерігається при імпульсах тривалістю 0,18…0,22 с. для струмів 7900…8200 А. Також встановлено залежність діаметра зварної точки від відстані між зварними точками та тривалості імпульсу. Суттєве збільшення відстані між зварними точками призводить до зменшення їх діаметра. З іншої сторони, тривалість імпульсу струму в межах 0,22…0,24 с підвищує діаметр точок у середньому до 22 %. За результатами експериментів були розроблені математичні моделі, що кількісно оцінюють вплив досліджуваних параметрів на міцність та діаметр зварної точки. Практичні рекомендації включають оптимізацію параметрів зварювання та впровадження математичних моделей у виробничий процес для прогнозування якості зварних з'єднань. Отримані результати сприятимуть підвищенню якості зварних з'єднань та ефективності виробничих процесів при виготовленні габаритних виробів.

ЧАСТОТНИЙ АСПЕКТ ВИБОРУ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕМЕНТІВ ПОРТАЛЬНИХ СИСТЕМ ПІДЙОМНО-ТРАНСПОРТНИХ МАШИН

Д.З. Шматко — 2024-12-24

Конструкції портального типу характерна наявність великих будівельних висот, розга-лужена просторова стрижньова конструкція, довгомірних несучих елементів, рознесених мас, які при русі по нерівностях доріг можуть чинити складні коливання. Природним для такої системи є існування резонансних зон, де амплітуди вимушених коливань різко зростають, створюючи передумови до руйнування несучих елементів. Також необхідно враховувати, що в несучій системі підйомно-транспортних машин портального типу до загальної картини навантаження і деформації додається специфічна особливість, пов'язана з наявністю великої зосередженої маси у вигляді піддону з вантажем на довгих вантажопідйомних штангах, контейнера і т.п.

У статті наведені теоретичні дослідження навантажень несучих елементів портальної підйомно-транспортної машини на пневмоколісному ході при її русі по нерівностям шляхів. Отримані аналітичні залежності власних кругових частот несучої системи портальної машини за умови поперечних коливаннях при моментному кріпленні вантажопідйомних штанг. Наведена методика визначення діапазону припустимих швидкостей руху портальної машини при її збуреному русі дає можливість впливати на власні частоти системи шляхом внесення змін у жорсткісні характеристики основних силових елементів конструкції.

Розроблена у статті методика по визначенню жорсткісних характеристик силових елементів конструкції дозволяє ще на стадії проєктування портальних підйомно-транспортних машин отримувати оптимальні геометричні параметри елементів несучої
системи, а також недопущення при експлуатації портальних машин входу власних кругових частот у резонансну зону, що може привести до руйнування.

РОЗРАХУНКОВЕ МОДЕЛЮВАННЯ РЕЖИМІВ ОБТИСНЕНЬ ПРИ ПРОКАТЦІ КАТАНКИ

О.П. Максименко — 2024-12-24

Стабільність процесу довгомірної прокатки, а також якість готового виробу багато в чому залежать від прийнятого калібрування валків і точності визначення параметрів деформації. При зміні умов або уточненні результатів часто доводиться вносити корективи «в метал», тобто використовувати нове калібрування валків або модифікацію обладнання. Для зниження витрат можна порекомендувати вдосконалити методи розрахунку. Метою роботи є розробка нової методики розрахунку параметрів деформації при прокатці з урахуванням закону сталості секундних об'ємів, умов рівноваги металу в валках кожної кліті, переднього і заднього натягу зразка, поздовжньої стійкості металу, а також рівності кутів нейтрального поперечного перерізу. Метод моделювання представлений на прикладі дослідження при прокатці катанки діаметром 8 мм в умовах безперервного дротового блоку стану 400/200 ПАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ». При прокатці катанки в безперервному дротяному блоці використовується система «кругло-овальних» калібрів і чергуються з поворотом на 90ᵒ валків зазори в послідовності клітей. При прокатці катанки діаметром 8 мм в блок дроту входить кругла заготовка діаметром 19,8 мм. Дотримуючись послідовністі розрахунків, що виконуються при моделюванні режимів прокатування в 10—8 клітях, можна визначити геометричні, кінематичні та силові параметри по всій лінії дротяного блоку при прокатці відповідної смуги.

Аналізуючи результати розрахунків режимів деформацій за новими і раніше використовуваними методами, видно, що в розглянутому випадку дані істотно не відрізняються. Результати моделювання підтверджують адекватність запропонованого методу розрахунку режиму деформацій при прокатці катанки. Обрана модель розрахунків процесу довгомірної прокатки включає більшу кількість факторів, що визначаються теорією прокатки, і більш повно характеризує напружено-деформований стан металу в зонах деформації дротового блоку, це може мати вирішальне значення для ефективності освоєння або вдосконалення технології виробництва.

ТРИВИМІРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗСУВІВ ҐРУНТУ З УРАХУВАННЯМ ПРОСТОРОВОГО ПОЛОЖЕННЯ ДЖЕРЕЛА СЕЙСМІЧНОЇ АКТИВНОСТІ

Д.Ю. Кабаков — 2024-12-24

Стаття представляє розробку та валідацію тривимірної математичної моделі для аналізу зсувів ґрунту, викликаних сейсмічними подіями. Модель інтегрує класичні рівняння руху для ґрунту з використанням методу скінченних різниць і враховує комплексні геологічні та механічні властивості ґрунту. Особливістю цієї роботи є урахування азимутального та зенітного кутів джерела землетрусу, що дозволяє значно збільшити точність прогнозування впливу сейсмічних зсувів на інженерні споруди, а також використання методу PML(PerfectlyMatchedLayer), який демонструє ефективність у запобіганні відображення хвиль на межах обчислювальної зони.

Модель пропонує інноваційний підхід до оцінки можливих сейсмічних впливів та має потенціал для подальшого вдосконалення та інтеграції з іншими системами динамічного аналізу.

У статті було проведено короткий аналіз актуальних публікацій на тему дослідження, сформульовано ціль роботи та обґрунтування обраних методів та припущень. У основній частиніроботи описані основні теоретичні засади моделювання зсувів, зокрема застосування рівнянь Нав'є-Ламе для опису внутрішніх напружень і деформацій у лінійно-еластичному ґрунті під впливом зовнішніх сил. Далі подано методику налаштування граничних умов з використанням PML, що забезпечує ефективне "поглинання" хвиль. Розглянуто структуру моделі, що дозволяє аналізувати вплив різних сейсмічних сценаріїв, зокрема за різними напрямками дії джерела.

У чисельних експериментах виконано моделювання зсувів для різних конфігурацій джерела сейсмічної активності, що дало змогу оцінити якісну адекватність моделі. Отримані результати показують відповідність обчислень реальним умовам і ефективність використаних методів. У заключній частині статті наведено аналіз результатів та обґрунтовано можливості подальшого вдосконалення моделі для інженерних застосувань, включаючи інтеграцію з іншими системами динамічного аналізу

ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ У ЗАХИСНИХ ПОКРИТТЯХ ОТРИМАНИХ З ВИКОРИСТАННЯМ ФУНКЦІОНАЛЬНО-АКТИВНИХ ШИХТ

Д.Б. Середа — 2024-12-24

Дослідження спрямоване на створення захисних покриттів для вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів (ВВКМ) з використанням функціонально активних шихт (ФАШ), синтезованих у нестаціонарних температурних умовах. Основним завданням є оптимізація складу порошкових сумішей, легованих титаном, з метою підвищення жаростійкості робочої поверхні матеріалів. У процесі роботи проведено аналіз різних методів нанесення захисних покриттів, зокрема хіміко-термічних обробок та насичення з рідкої фази, для визначення їх особливостей взаємодії з матрицею ВВКМ та впливу на механічні властивості матеріалу. Окрім класичних підходів, особлива увага приділена дослідженню методу насичення поверхні твердою фазою в активному газовому середовищі із застосуванням ФАШ, сформованих у нестаціонарних температурних умовах. Ця технологія демонструє високу ефективність завдяки можливості отримання якісних захисних шарів, скорочення тривалості обробки та забезпечення роботи при підвищених температурах. Дослідження зосереджені на вивченні хімічних процесів взаємодії між покриттям і основою, зокрема на утворенні карбідних фаз, які відіграють ключову роль у забезпеченні термостійкості покриттів.

Експериментальна частина роботи включає розрахуємо склад насичуємої ФАШ для проведення процесу хромоалюмотитанування для системи Cr-Al-Ti. Для розрахунків рівноважного складу продуктів системи було проведено термодинамічний аналіз можливих реакцій для діапазону температур 400—1600 К, який показав, що продукти розкладання активаторів реагують із окісною плівкою на алюмінії, до початку реакції відновлення, з утворенням газоподібних з'єднань. У процесі легування титаном формуються захисні покриття, що складаються з карбідної фази TiC, а також міжметалідів Al₂Cr₃, CrAl₂ і TiAl. Покриття має чітко виражену двозонну структуру: внутрішня зона насичена карбідом титану, тоді як зовнішня зона утворюється за рахунок легуючих елементів, присутніх у складі ФАШ.

РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ БЕЗКАМЕРНОГО ФІЛЬТРУВАННЯ ВОДНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ СЕРЕДОВИЩ

В.С. Авер’янов — 2024-12-24

Експлуатація, технічне обслуговування та ремонт автотранспорту призводять до утворення різних виробничих відходів, які за певних умов шкідливо впливають на навколишнє середовище. Вони можуть забруднювати ґрунт, водні басейни та атмосферу. Найбільш поширеними та масовими виробничими відходами є відпрацьовані водні технологічні середовища (технологічна вода, спеціальні мийні розчини) від мийних установок для зовнішнього миття автомобілів та їх складових частин.

У процесі миття автомобілів водні середовища насичуються не тільки твердими речовинами (гравієм, піском, глиною, мулом, колоїдними частинками, залишками сипучих вантажів, що перевозяться в кузовах автомобілів), а й мастилами, залишками палив. Для миття знятих з автомобілів при ремонті деталей, вузлів та агрегатів застосовуються спеціальні мийні машини, в яких використовуються в розчиненому вигляді миючі засоби — каустична сода, тринатрійфосфат, рідке скло, синтетичні поверхнево-активні речовини та інші луги. Після певного часу експлуатації миючий розчин вимагає заміни на новий, а миючий розчин, що відпрацював, повинен утилізуватися, так як до його складу входять шкідливі речовини.

Очищення рідини від твердих забруднень та нафтопродуктів має здійснюватися постійно. Наявність забруднень знижує якість мийних операцій, погіршує експлуатаційні та функціональні властивості самих водних технологічних середовищ. Для очищення водних технологічних середовищ застосовують баки-відстійники, магнітні сепаратори, центрифуги, флотатори, фільтрувальні установки, магнітні фільтри, гідроциклони. Однак через певні вимоги до якості та тонкості очищення великих витрат рідини не всі з цих пристроїв можуть бути рекомендовані. Пристрої для очищення водних технологічних середовищ мають бути безперервно діючими. В іншому випадку потрібно виділення додаткових площ для встановлення накопичувальних ємностей. Найбільш преспективними для очищення миючих розчинів є фільтрувальні установки.

У роботі наведена розробка технологічної схеми безкамерного очищення водних середовищ від механічних домішок та мастильних матеріалів. Дана технологія дозволяє використовувати для очищення рідини синтетичні та бавовняно-паперові фільтрувальні матеріали. Наведена методика визначення продуктивності безкамерного очищення та отримані аналітичні залежності продуктивності фільтрування в залежності від режимів роботи фільтрувальної установки та типу фільтрувального матеріалу.

ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ДОКРИТИЧНОГО І ЗАКРИТИЧНОГО ОБТІКАННЯ ПРОФІЛЮ ТУРБУЛЕНТНИМ ПОТОКОМ

Д.O. Редчиць — 2024-12-24

Для чисельного моделювання турбулентного докритичного і закритичного обтікання профілю NACA 4412 нестисливим потоком застосовуються нестаціонарні осереднені за Рейнольдсом рівняння Нав'є-Стокса. Для замикання вихідних рівнянь використано три однопараметричні моделі турбулентної в'язкості SA, SARC, SALSA. Розв'язок системи вихідних рівнянь отримано за допомогою неявного скінченно-об'ємного чисельного алгоритму, що базується на методі штучного стискування, модифікованому для розв'язання нестаціонарних задач. Блочно-матричну систему лінійних алгебраїчних рівнянь неявної схеми було розв'язано методом мінімізації узагальненої неузгодженості (GMRES) з неповним LU-розкладанням ILU(k) загальної матриці системи в якості передобумовлення. Проведено порівняння однопараметричних моделей турбулентності SA, SARC, SALSA при обтіканні профілю NACA 4412 турбулентним нестисливим потоком. Виконано аналіз отриманих миттєвих ліній течії, контурів інтенсивностей турбулентної в'язкості та завихреності, коефіцієнтів підйомної сили та лобового опору для характерних режимів обтікання. На докритичних кутах усі три моделі дають близькі результати за всіма характеристиками. Встановлено, що на закритичному режимі обтікання профілю NACA 4412 модель турбулентності SARC не призводить до істотного поліпшення одержуваних результатів (за розподілом коефіцієнта тиску в зоні відриву) порівняно зі стандартною моделлю SA. Однак необхідні обчислювальні ресурси збільшуються на 30 %. Модель турбулентності SALSA призводить до значного поліпшення одержуваних результатів порівняно з моделями SA, SARC на закритичних кутах атаки. Модель SALSA більш чутлива до зміни структури течії. Порівняння результатів розрахунків з відомими експериментальними та розрахунковими даними показало перевагу моделі турбулентності SALSA порівняно з іншими тестованими моделями в течіях з розвиненим і масивним двовимірним нестаціонарним відривом потоку, що характеризуються нестаціонарними ефектами.

ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНІ ЗНОСУ ДОСЛІДНИХ ЗРАЗКІВ ПОРШНЕВИХ КІЛЕЦЬ ДВЗ

О.Г. Чернета — 2024-12-24

У двигунах внутрішнього згоряння зношування деталей циліндро-поршневої групи пов'язане із взаємодією трибосистеми «поршневе кільце - гільза циліндра». Функціонування такої системи суттєво залежить від властивостей поверхонь тертя, та віддзеркалює їх взаємодії та залежать від багатьох факторів: фізичних, механічних, геометричних, кінематичних властивостей.

Особливості процесів тертя та протікання процесів зношування в значному ступені визначаються властивостями поверхневих шарів, їх структурними та зв'язками міцності з основним металом. В процесі експлуатації поверхні деталей зазнають значних змін мікрогеометрії та макроструктури.

В результаті припрацювання шорсткість поверхонь деталей зменшується. Нерівності, що утворилися при обробці, замінюються нерівностями, спричиненими процесами зношування, внаслідок інтенсивних теплових та механічних впливів. Деталі циліндро-поршневої групи (ЦПГ) одночасно піддаються молекулярно-механічному та абразивному зношування [1]. Інтенсивність молекулярно-механічного зношування залежить від швидкостей переміщення пар тертя, контактного тиску та температури спалаху горючої суміші. При їх несприятливому поєднанні інтенсивність схоплювання різко збільшується та може виникнути вирив з поверхні мікрочасток.

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ВДОСКОНАЛЕННЯ КИСНЕВО-ВОДНЕВОГО ПАЛИВНОГО ЕЛЕМЕНТА

В.Ю. Скосар — 2024-12-24

Моделювання процесу вдосконалення киснево-водневого паливного елемента є актуальним завданням, оскільки таке моделювання в руслі теорії вирішення винахідницьких задач дозволяє краще бачити шляхи пошуку сильних винахідницьких рішень. Крім того, таке моделювання допомагає досліднику та інженеру подолати психологічну інерцію, підвищити ефективність наукових досліджень і конструкторсько-технологічних розробок. Замість інтуїтивного пошуку і перерахування багатьох варіантів таке моделювання винахідницького процесу дозволяє суттєво скоротити його тривалість.

Метою даного дослідження є моделювання процесу вдосконалення киснево-водневого паливного елемента. Другою метою дослідження є вирішення проблеми покращення технічних характеристик паливного елемента та зниження його вартості за допомогою моделювання.

У роботі проведено ретроспективний аналіз процесу модернізації киснево-водневих паливних елементів з позиції теорії вирішення винахідницьких задач, запропоновано якісні моделі технічної системи, що досліджується, а також процесу її вдосконалення. Отримані якісні математичні моделі представлені у вигляді традиційних діаграм, відповідно до теорії вирішення винахідницьких задач. Застосовано такі методи, як «вепольний» («речовина-поле») аналіз, пошук і подолання технічної суперечності.

На основі якісних моделей розроблені конкретні рішення для покращення технічних характеристик киснево-водневого паливного елемента. Зокрема,використання правила добудови «веполей» дозволило глибше осмислити заміну рідкого електроліту на протонообмінну мембрану (твердополімерний електроліт). А використання правил добудови і розвитку «веполей» дозволило розробити розсікачі потоків водню і кисню, та запропонувати заміну платинових каталізаторів на каталізатори з нанопорошку нікелю в корозійностійкій оболонці (із вуглецю).

За допомогою розсікачів газових потоків та заміни дорогих платинових каталізаторів на більш дешеві каталізатори з нанопорошку нікелю в корозійностійкій оболонці вдалося здешевити паливний елемент,а також дещо підвищивши його питому потужність. Це підтвердили попередні випробування макету паливного елементу. Надалі автори планують провести більш детальне моделювання проблеми зниження терміну служби паливних елементів через дезактивацію каталізатора.

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РОЗРОБКИ РАЦІОНАЛЬНИХ ШИХТ ПРИ ЗМІЦНЕННІ МЕХАНІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ НОЖИЦЬ З ПАРАЛЕЛЬНИМИ НОЖАМИ

І.В. Кругляк — 2024-12-24

У статті розглянуто дослідження, спрямоване на підвищення експлуатаційної довговічності механічного обладнання для різання металу на паралельних ножицях стана 1680, що застосовується в процесі холодної прокатки. Робота охоплює різні методи зміцнення компонентів машин і вузлів, що забезпечують високу надійність і довговічність обладнання, яке використовується в металургії. Особливу увагу приділено функціонально-активним покриттям, створеним методом саморозповсюджувального високотемпературного синтезу, з метою збільшення зносостійкості та зниження енергоспоживання в процесі роботи ножиць з паралельними ножами. Стаття також містить детальний опис конструкції та робочих принципів кліті прокатного стану 1680, розглядаючи особливості валків, опорних механізмів, натискних пристроїв, систем врівноваження, а також приводних механізмів і регулювання товщини прокату. На завершення представлено експериментальні результати щодо зносостійкості сталі 5ХНМ із захисними зносостійким хромоборованим покриттям, а також наведено математичне моделювання отримання оптимального складу СВС-шихти. Під час проведення дослідження на машині тертя МТ-5 за 5 годин експерименту, зразки з покриттям отриманим в ізотермічних умовах та з покриттям в умовах СВС. Величина зносу легованих хромом борованих покриттів отриманих в умовах СВС становить 35-40 · 10^-4 г/м².

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ЛОКАЛЬНОЇ ПЛАСТИЧНОЇ ДЕФОРМАЦІЇ В ЕКСТИМАЛЬНИХ РОБОЧИХ УМОВАХ

Ю.О. Бєлоконь — 2024-12-24

Мета дослідження полягає у проведенні глибокого аналізу динаміки удару та деформаційних характеристик алюмінієвої пластини в умовах високошвидкісного зіткнення. Основними завданнями роботи є вивчення особливостей поведінки алюмінієвого матеріалу при впливі великих динамічних навантажень, визначення потенційних слабких місць конструкції, оцінка ефективності алюмінієвих сплавів як легкого захисного матеріалу, а також розробка рекомендацій щодо підвищення їх міцності. Це дослідження має особливу актуальність у контексті сучасних вимог до створення конструкцій, що поєднують високу міцність, знижену вагу та економічну ефективність. Традиційні матеріали, такі як сталь, демонструють високу стійкість до механічних впливів, однак їх значна маса обмежує можливості застосування в багатьох сферах, наприклад, у транспортній галузі чи авіації, де мінімізація ваги є критичним параметром. Натомість алюмінієві сплави, зокрема Al 7039, мають низьку щільність та достатню міцність, що робить їх перспективними для вирішення завдань із захисту об'єктів, де важливим є баланс між захистом і мобільністю. Додатково метою є аналіз здатності алюмінієвих сплавів до поглинання енергії удару та оцінка їх довговічності в екстремальних умовах. Використання методів комп'ютерного моделювання, таких як явна динаміка (Explicit Dynamics), дозволяє з високою точністю дослідити процеси руйнування та пластичної деформації матеріалу, а також зекономити час і ресурси порівняно з проведенням реальних експериментів. Застосування моделі Джонсона-Кука забезпечує врахування впливу температури, швидкості деформації та зміцнення матеріалу на його поведінку під час удару, що дозволяє створити детальну картину процесів, які відбуваються в матеріалі. Окремий інтерес становить розробка багатошарових конструкцій із алюмінієвими пластинами, підсиленими керамічними матеріалами, для зменшення глибини проникнення та мінімізації фрагментації ударного тіла. Таким чином, отримані результати можуть бути застосовані для створення нових інженерних рішень у сферах авіаційної, автомобільної та військової промисловості, де вимоги до зниження ваги конструкцій поєднуються із забезпеченням високого рівня захисту.

АЛГОРИТМІЧНА МОДЕЛЬ ІЄРАРХІЧНОГО ПОБУДУВАННЯ РУХУ МЕХАНІЧНОЇ ПІДСИСТЕМИ МАГНІТОЛЕВІТУЮЧОГО ПОЇЗДА У ПРОСТОРІ ЇЇ СТАНІВ

В.О. Поляков — 2024-12-24

Споживча цінність транспортної системи з магнітолевітуючими поїздами однозначно визначається якістю механічного руху цих поїздів. Тому, як кінцева мета вивчення згаданої системи, повинна бути обрана побудова необхідної якості рухів її поїздів.

Для надання рухам необхідних властивостей, моделюючі рівняння повинні бути сумісними з цільовими співвідношеннями, які описують ці властивості. Якщо згадана сумісність досягається, то рух підсистеми гарантовано має бажані властивості. Процес переходу від природного до керованого руху називається його побудовою.

Зазвичай, механічна система, яка може бути прийнята як адекватна розрахункова схема механічної підсистеми поїзда, є великою, істотно нелінійною і складною. Крім того, за рідкісним винятком, така система є багатозв'язковою, а її рух відбувається в непередбачуваній зовнішній та внутрішній обстановці. Використання однорівневих регуляторів для побудови рухів описаного типу систем зазвичай веде до незадовільної якості рухів. Виникаюча колізія може бути усунена при їхній ієрархічній побудові, що значно підвищує ефективність пов'язаної з нею переробки та використання великих масивів інформації, а тому — і результуючу якість керованого руху.

Факторами, які впливають на якість руху механічної підсистеми поїзда, є: властивості цієї підсистеми; поточна внутрішня та зовнішня обстановка, в якій він реалізується; особливості регулятора підсистеми. Виходячи з зазначеного, достатньою є трирівнева структура згаданого регулятора: на його низовому рівні — інтроконтролер, який реалізує необхідний набір патерн рухів механічної підсистеми поїзда, а також їх стійких синергій; на проміжному рівні — адаптер, що пристосовує рух до обстановки; на верхньому рівні — координатор, який вичерпно вирішує, у синтетичній взаємодії з блоками попередніх рівнів, рухову задачу механічної підсистеми. Отже, результуючий рух механічної підсистеми поїзда будується у процесі синтетичної взаємодії трьох описаних рівнів регулятора.

Основна перевага пропонованої алгоритмічної моделі ієрархічної побудови руху механічної підсистеми магнітолевітуючого поїзда в просторі її станів полягають у можливості точної, адекватної та евристичної декомпозиції глобальної задачі такої побудови на низку більш простих підзадач, багато з яких, у значній частині, можуть бути вирішені заздалегідь. Завдяки цьому виникає реальна можливість більш точного вирішення згаданих підзадач, що, у свою чергу, дозволяє істотно підвищувати якість конструйованого руху без використання складних алгоритмів керування ним.

МЕТОД ГРАНИЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В ЗАДАЧАХ МОДЕЛЮВАННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ РІЗНОМОДУЛЬНОГО МАСИВУ НАВКОЛО ВИСОКИХ ОЧИСНИХ КАМЕР

Н.П. Уланова — 2024-12-24

На основі метода граничних елементів розроблено чисельний алгоритм визначення напружено-деформованого стану в неоднорідному масиві, що складається з двох лінійно-пружних підобластей. Отриманий алгоритм застосовано для моделювання процесів видобутку корисних копалин на основі аналізу напружено-деформованого стану області рудного масиву та закладeного простору навколо високих камер. Досліджено різні етапи відпрацювання запасів руди очисними камерами, які знаходяться в умовах Південно-Білозерського родовища залізних руд. Оцінка стійкості камер здійснена за максимальними “еквівалентними” напруженнями, визначеними за критерієм типу Кулона-Мора. В результаті чисельного дослідження встановлені області концентрації напружень в масиві руди та в закладеннi, отримані емпіричні залежності “еквівалентних” напружень від відстані до контура камери вглиб масиву, сформульовані вимоги до міцності закладного матеріалу в залежності від глибини ведення очисних робіт.