Номер 162, 2021 г.


DOI: 10.18411/vntr2021-162-1

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ (ОБЗОР)

© Данила Денисович Власов1, Вадим Витальевич Жавыркин2, Кирилл Владимирович Клементьев3, Кирилл Владимирович Колесников2, Степан Владимирович Огоньков4, Юлия Вадимовна Ронжина3, Николай Алексеевич Татусь1

1Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, Москва, Россия
danila_vlasov_98@mail.ru
2Общество с ограниченной ответственностью «Центр инновационного развития СТМ», Екатеринбург, Россия
zhavyrkinv@mail.ru
3Акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта», Москва, Россия
4Общество с ограниченной ответственностью «Специальные технологии контроля», Москва, Россия

 

Аннотация. В статье приводится анализ современных композитных технологий, а также показана возможность их применения в железнодорожной области. Показаны достоинства и недостатки технологий, приведены принципиальные типы и виды изделий, по этим технологиям изготавливаемые. Проведено примерное сравнение стоимости изделий, изготовленных по различным технологиям.
Ключевые слова: технологии изготовления композитных материалов, эффективность применения, элементы железнодорожных конструкций, ценообразования композитных технологий.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, НТУ «Сириус», ОАО «РЖД» и Образовательного Фонда «Талант и успех» в рамках научного проекта № 20-38-51023.

PRODUCTION TECHNOLOGIES FOR COMPOSITE PARTS AND THEIR APPLICATION IN RAILWAY INDUSTRY (OVERVIEW)

© Danila D. Vlasov1, Vadim V. Zhavyrkin2, Kirill V. Klementiev3, Kirill V. Kolesnikov2, Stepan V. Ogonkov4, Yulia V. Ronzhina3, Nikolay A. Tatus`1

1Blagonravov Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
danila_vlasov_98@mail.ru
2STM Center of Innovation Development, Ekaterinburg, Russia
zhavyrkinv@mail.ru
3Railway Research Institute of JSC Russian Railways, Moscow, Russia
4«Special Technology Control», Moscow, Russia

 

Abstract. The article provides an analysis of modern composite technologies, as well as the possibility of their application in the railway industry. Advantages and disadvantages of technologies are shown, main types of products manufactured with these technologies are given. An approximate cost comparison of products manufactured using various technologies is made.
Кеуwords: composite materials manufacturing technologies, application efficiency, elements of railway structures, pricing of composite technologies.

Acknowledgements.  The reported study was funded by RFBR, Sirius University of Science and Technology, JSC Russian Railways and Educational Fund “Talent and success”, project number 20-38-51023.



 
DOI: 10.18411/vntr2021-162-2

ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЕТ ЖЕСТКОСТИ УПРУГОГО БЛОКА ОБЕЧАЙКИ ГИДРООПОР МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

© Борис Александрович Гордеев1, Сергей Николаевич Охулков1, Александр Николаевич Осмехин2, Александр Сергеевич Плехов3

1Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПМ РАН), Нижний Новгород, Россия
gord349@mail.ru, oxulkovs@mail.ru
2Акционерное общество «Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И.И. Африкантова», Нижний Новгород, Россия
osmehinalex@gmail.com
3Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия
aplehov@mail.ru

Аннотация. В статье приведён расчет жёсткости упругой обечайки гидроопор методом конечных элементов. Данный расчёт необходим для знания запаса прочности резиновой обечайки, так как при росте возникающей вибрации снижается ресурс работы МР-гидроопоры, ведущий к её разрушению [1,2]. Целью данного исследования является расчёт и оценка максимальных деформаций сдвига резиновой обечайки гидроопоры необходимых для последующего определения жесткости и демпфирования гидроопоры на резонансных частотах. При оценке максимальных деформаций сдвига резиновой обечайки гидроопоры, вызванных переменными нагрузками используется метод конечных элементов.Система уравнений динамики сводится к одному кубично-нелинейному уравнению четвертого порядка относительно поперечных смещений струны. В зависимости от соотношения масс струны и упруго-инерционного основания, эволюционное уравнение имеет три предельных случая: модифицированное уравнение Островского, уравнение Римана с кубической нелинейностью, уравнение ангармонического осциллятора с кубической нелинейностью. В каждом случае изучаются особенности распространения нелинейных периодических волн.
Ключевые слова: гидроопора, упругая обечайка, прямоугольный стержень, эквивалентная жёсткость, деформации и напряжения стержня.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИПФ РАН на проведение фундаментальных научных исследований на 2021-2023 гг. по теме № 0030-2021-0025.

NUMERICAL CALCULATION OF THE STIFFNESS OF THE ELASTIC BLOCK OF THE HYDRAULIC SUPPORT SHELL BY THE FINITE ELEMENT METHOD

© B.A. Gordeev1, S.N. Ohulkov1, A.N. Osmekhin2, A.S. Plekhov3

1Mechanical Engineering Research Institute of RAS, Nizhny Novgorod, Russia
gord349@mail.ru, oxulkovs@mail.ru
2Afrikantov OKBM, Nizhny Novgorod, Russia
osmehinalex@gmail.com
3Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russia
aplehov@mail.ru

Abstract. The article presents the calculation of the stiffness of the elastic shell of hydraulic supports by the finite element method. This calculation is necessary to know the safety margin of the rubber shell, since with an increase in the resulting vibration, the service life of the MR-hydraulic support decreases, leading to its destruction [1, 2]. The purpose of this study is to calculate and evaluate the maximum shear deformations of the rubber shell of the hydraulic support necessary for the subsequent determination of the stiffness and damping of the hydraulic support at resonant frequencies. The finite element method is used to estimate the maximum shear deformations of the rubber shell of the hydraulic support caused by variable loads.
Кеуwords: hydraulic support, elastic shell, rectangular rod, equivalent stiffness, deformations and stresses of the rod.

Acknowledgements.  The work was carried out within the framework of the state assignment for fundamental scientific research for 2021-2023 on the topic No. 0030-2021-0025.



 
DOI: 10.18411/vntr2021-162-3

ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПОСТАНОВКА РЕШЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ЗАДАЧИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ СРЕДЫ

© С.М. Каплунов, Н.Г. Вальес, Д.В. Топоров

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, Москва, Россия
saveliykaplunov@gmail.com

Аннотация. При проектировании конструкций современных гидроупругих систем в энергетическом машиностроении, а именно теплообменных аппаратов различного назначения, для предотвращения интенсивной вибрации отдельных элементов должна целенаправленно проводиться эффективная частотная отстройка. Для этого необходимо в соответствии с заданными требованиями по ресурсу обеспечить обоснованно определенные соотношения различных значений собственных частот колебаний элементов конструкции и характерных ближайших частот возбуждения в потоке. Оптимальный выбор значений коэффициентов частотной отстройки реализуется с учетом характерных известных факторов гидроупругих систем, таких как эффекты присоединенных масс и существенного влияния демпфирования на интенсивность колебаний конструкции в потоке жидкости. В статье приводится описание и общий план решения поставленной комплексной задачи на основании известных в данном направлении результатов численных и экспериментальных исследований.
Ключевые слова: отрывное течение, трубный пучок, вихревой отрыв, резонанс, вибрации, коэффициент частотной отстройки, численные методы, метод дискретных вихрей.


DYNAMIC ANALYSIS AND FORMULATION OF THE SOLUTION FOR COMPLEX PROBLEM OF DURABILITY INCREASE FOR STRUCTURAL ELEMENTS IN A TURBULENT FLOW OF THE MEDIUM

© Saveliy Kaplunov, Natalia Valles, Denis Toporov

Mechanical Engineering Research Institute the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
saveliykaplunov@gmail.com

Abstract. When designing the structures of modern hydroelastic systems in power engineering, namely heat exchangers for various purposes, effective frequency tuning should be purposefully carried out to prevent intense vibration of individual elements. To do this, it is necessary, in accordance with the specified resource requirements, to provide reasonably defined ratios of various values of the natural oscillation frequencies of the structural elements and the characteristic nearest excitation frequencies in the flow. The optimal choice of the values of the frequency tuning coefficients is realized taking into account the characteristic known factors of hydroelastic systems, such as the effects of attached masses and the significant influence of damping on the intensity of vibrations of the structure in the fluid flow. The article provides a description and a general plan for solving the set complex problem based on the results of numerical and experimental studies known in this direction.
Кеуwords: separation flow, tube bundle, vortex separation, resonance, vibrations, frequency tuning coefficient, numerical methods, discrete vortex method.




 
DOI: 10.18411/vntr2021-162-4

МОНИТОРИНГ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ СИЛОВОГО ЭЛЕМЕНТА КОНСТРУКЦИИ ВИХРЕТОКОВЫМ И АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДАМИ

© Василий Васильевич Мишакин1, Александр Викторович Гончар1, Константин Владимирович Курашкин1, Вячеслав Александрович Клюшников1, Максим Сергеевич Аносов2

1Институт проблем машиностроения РАН - филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
imndt31@mts-nn.ru
2ФГБОУ ВО “Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева”, Нижний Новгород, Россия
anosov-maksim@list.ru

Аннотация. В работе приведены результаты исследования методами акустического и вихретокового контроля процесса усталостного разрушения силового элемента, выполненного из аустенитной нержавеющей стали. В качестве элемента конструкции было выбрано заклепочное соединение пластины из аустенитной метастабильной стали с ребром жесткости, которые широко используются в промышленности, например, при изготовлении сосудов. В процессе усталостного нагружения в зонах, близких к заклепочному отверстию, исследовалось изменение упругих характеристик и объемной доли деформационного мартенсита. С помощью раннее разработанного алгоритма, по данным ультразвуковых и вихретоковых измерений, рассчитано относительное число циклов нагружения. Проведено сравнение циклической долговечности пластины без концентратора и ребра жесткости и испытанного силового элемента.
Ключевые слова: нержавеющая сталь, усталость, аустенит, деформационный мартенсит, ультразвуковой эхо-импульсный метод.


Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-19-00637).

DAMAGE FATIGUE MONITORING OF THE PRIMARY ELEMENT OF STRUCTURE BY EDDY CURRENT AND ACOUSTIC METHODS

© Vasily Mishakin1, Alexander Gonchar1, Konstantin Kurashkin1, Vyacheslav Klyushnikov1, Maxim Anosov2

1Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Science – Branch of Federal Research Center “Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Science, Nizhny Novgorod, Russian Federation
imndt31@mts-nn.ru
2Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russian Federation
anosov-maksim@list.ru

Abstract. The paper presents the results of a study by acoustic and eddy current methods of the fatigue loading process of a power structural element made of austenitic stainless steel. A riveted joint of a plate made of austenitic metastable steel with a stiffener, which is widely used in industry, for example, in the manufacture of vessels, was chosen. During fatigue loading the change in elastic characteristics and the volume fraction of strain-induced martensite was studied in zones close to the rivet hole. The relative number of loading cycles by using an earlier developed technique, based on the ultrasonic and eddy current measurements was calculated. A comparison of the cyclic lifes of the tested power structural element and the plate without a concentrator was caried out.
Кеуwords: stainless steel, fatigue, austenite, strain-induced martensite, ultrasonic echo-pulse method.

Acknowledgements.  This work was supported by the Russian Science Foundation, grant number 19-19-00637.



 
DOI: 10.18411/vntr2021-162-5

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ КРОВИ ПО СЕЧЕНИЮ СОСУДА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭРИТРОЦИТОВ

© Виктор Борисович Федосеев

ФГБУН Институт металлорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук, Нижний Новгород, Россия
vbfedoseev@yandex.ru

Аннотация. Методом численного моделирования описана зависимость стационарного распределения компонентов крови по сечению цилиндрического потока Пуазейля от содержания эритроцитов. Использован термодинамический подход, в котором дисперсные фазы представлены совокупностью клеточных компонентов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов), а, плазма крови рассматривается как низкомолекулярная дисперсионная среда. Моделирование основано на поиске минимума полной энергии системы, включающей химические потенциалы и кинетическую энергию всех компонентов. Этому состоянию соответствует единственное решение, описывающее согласованные распределения всех компонентов многофазного потока по сечению. Смоделированы распределения компонентов, при котором содержание лейкоцитов, и тромбоцитов соответствует нормальному, нормальном, патологически низком (эритропения) или высоком (эритроцитоз) содержании эритроцитов. В качестве примера рассмотрено течение Пуазейля в сосуде диаметром 1 мм со скоростью сдвига 10 с-1. Согласно результатам моделирования отклонение количества эритроцитов от нормы приволит к перераспределению по сечению потока других компонентов (лейкоцитов и тромбоцитов). При низком количестве эритроцитов концентрация тромбоцитов и лейкоцитов максимальна в окрестности стенок сосуда. С ростом количества эритроцитов максимумы концентрации тромбоцитов и лейкоцитов смещаются к центру сосуда и доля эритроцитов у стенок сосуда возрастает.
Ключевые слова: многофазные течения, стратификация потока, кровеносный сосуд, эритропения, эритроцитоз.


Работа выполнена в рамках государственного задания Института металлоорганической химии РАН.

DISTRIBUTION OF BLOOD COMPONENTS ALONG THE CROSS-SECTION OF THE VASCULAR DEPENDING ON THE CONCENTRATION OF ERYTHROCYTES

© Victor B. Fedoseev

Razuvaev Institute of Organometallic Chemistry of Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod, Russia
vbfedoseev@yandex.ru

Abstract. The dependence of the stationary distribution of blood components over the cross section of the cylindrical Poiseuille flow on the content of erythrocytes is described by the method of numerical simulation. A thermodynamic approach was used, in which dispersed phases are represented by a set of cellular components (erythrocytes, leukocytes, platelets), and blood plasma is considered as a low molecular weight dispersion medium. The simulation is based on the search for the minimum of the total energy of the system, including the chemical potentials and kinetic energy of all components. This state corresponds to the only solution describing the consistent distributions of all components of the multiphase flow over the section. Distributions of components were simulated, in which the content of leukocytes and platelets corresponds to the normal, for cases of normal, pathologically low (erythropenia) and high (erythrocytosis) content of erythrocytes. As an example, the Poiseuille flow in a vessel 1 mm in diameter with a shear rate of 10 s-1 is considered. According to the simulation results, the deviation of the number of erythrocytes from the norm leads to redistribution over the cross section of the flow of other components (leukocytes and platelets). The concentration of platelets and leukocytes has maximum values in the vicinity of the vessel walls with a low number of erythrocytes. When the number of red blood cells increases, maxima concentration of platelets and white blood cells are shifted to the center of the vessel and the proportion of red blood cells near the vessel walls increases.
Key words: multiphase flows, stream stratification, blood vessel, erythropenia, erythrocytosis.

Acknowledgements.  This work was carried out within the framework of the state assignment of the Razuvaev Institute of Organometallic Chemistry of RAS.




Научно-технический журнал, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS