Science & Technique (E-Journal) / НАУКА и ТЕХНИКА
Not a member yet
2025 research outputs found
Sort by
Инновационная автономная система городского транспорта с низким уровнем локального загрязнения окружающей среды
Get PDFIn recent years, intensive research on urban transport has been observed. The search is about finding such solutions that will enable, among others: increasing the importance of public transport, matching transport for the needs of people with reduced mobility, increasing capacity, reducing emissions, energy efficiency (technical and organizational dimension through the organization of transport on demand), increasing the vulnerability to recycling and remanufacturing. The paper presents the main concept and technical solutions of the innovative transport system – HMASSUT Prometheus (Hybrid Modular Autonomous System for Sustainable Urban Transport), which combines the concepts of personal rapid transport and an electric vehicle at the L4 autonomy level (according to the Society of Automotive Engineers classification). An assessment of the effectiveness of an innovative transport system using indicators used in road engineering is given in the paper. The concept of simulation and optimization of the transport network is presented together with the theory of cellular automata.В настоящее время появилось множество исследований в области совершенствования городского общественного транспорта. Осуществляется поиск таких решений, которые позволят сделать данный транспорт более значимым и доступным для людей с ограниченными физическими возможностями, увеличить его пропускную способность, сократить выбросы загрязняющих веществ, повысить энергоэффективность путем внедрения перевозок по требованию, усовершенствовать рециклинг материалов и вторичное производство. В статье представлены основная концепция и технические решения новаторской транспортной системы HMASSUT Prometheus (гибридная модульная автономная система устойчивого городского транспорта «Прометей»), сочетающей концепции персонального скоростного транспорта и электромобиля на уровне автономии L4 (в соответствии с классификацией SAE (Общества автомобильных инженеров)). Дана оценка эффективности инновационной транспортной системы с использованием применяемых в дорожной инженерии показателей. Приведена концепция моделирования и оптимизации транспортной сети совместно с теорией клеточных автоматов
Автоматизированная система регулирования давления воздуха в шинах многоцелевых колесных машин
Get PDFThe cross-country capability of multi-purpose wheeled vehicles is one of the most important operational properties of these technical objects. In many ways, it is determined by their traction characteristics. There are a number of ways to improve traction and coupling properties of multipurpose wheeled vehicles, the main ones are the use of various kinds of traction control systems, blocking of interaxle and interwheel differentials, the use of ballast and several others. Recently, one of the ways to improve the traction properties and cross-country ability of vehicles on soils with weak load-bearing capacity is a regulation of air pressure in the tires of the driving wheels of multi-purpose wheeled vehicles. The paper describes the process of interaction of the wheel mover with the ground surface when the air pressure in the tire changes. The influence of air pressure on the traction properties of wheeled vehicles is established. The system of automatic control of air pressure in tires of mobile cars depending on road conditions is offered. The use of the proposed regulation principle will significantly increase the cross-country ability of multi-purpose wheeled vehicles in heavy traffic conditions, eliminating the subjective factor in the person of the vehicle operator.Проходимость многоцелевых колесных машин – одно из важнейших эксплуатационных свойств данных технических объектов. Во многом она определяется их тяговыми характеристиками. Известен ряд способов повышения тягово-сцепных свойств многоцелевых колесных машин, среди которых – применение различного рода противобуксовочных систем, блокировка межосевых и межколесных дифференциалов, использование балласта и ряд других. Один из способов повышения тягово-сцепных свойств и проходимости машин по грунтам со слабой несущей способностью, который получил развитие в последнее время, – это регулирование давления воздуха в шинах ведущих колес многоцелевых колесных машин. В статье приводится исследование процесса взаимодействия колесного движителя с грунтовой поверхностью при изменении давления воздуха в шине. Установлено влияние давления воздуха на тягово-сцепные свойства многоцелевых колесных машин. Предложена система автоматического регулирования давления воздуха в шинах мобильных машин в зависимости от дорожных условий. Использование предложенного принципа регулирования позволит существенно повысить проходимость многоцелевых колесных машин в тяжелых условиях движения, исключив субъективный фактор в лице оператора транспортного средства
Разработка моделей экспресс-анализа безопасности дорожного движения
Get PDFResults of a study of an actual scientific and technical problem of determining the road safety level on road sections are presented in the paper. The aim of the study is to develop an express method for assessing road safety based on improving the method of the final accident rate by reducing the partial accident rate with the required accuracy of determining the safety level on public roads. The formalization of the relationship between the parameters of road traffic conditions has been carried out to study the level of safety on highways. Latent factors of the parameters of traffic conditions have been obtained on the basis of reduction of their aggregate by the method of principal components, taking into account the relationship of partial accident rates. This condition has allowed to develop analytical models for determining road safety for implementation in the practice of conducting a road safety audit. A method for identifying hazardous areas on highways has been proposed in the paper. It includes 11 parameters of road conditions out of 18 partial accident rates proposed in the prototype and regulatory documents of Ukraine. The adequacy of the model is determined by deviation values of the obtained data according to the prototype model from the values of the relative accident rate, which were 3.22 and 18.61, respectively. The proposed model reduces the deviation value by six times and affects the accuracy of determining the safety level. Experimental studies have been conducted on 79 km of highways (on 385 sectors with constant values of traffic conditions parameters). The results of a comparative analysis of the safety level for the prototype model and the developed model have been identical and shown a decrease in time and labor costs by 1.6 times without loss of accuracy. Thus, the developed methodology is recommended to be applied for determining the potential danger of road sections during an express analysis of the road safety or when conducting a safety audit at various stages of the road life cycle.Приведены результаты исследования актуальной научно-технической проблемы определения уровня безопасности дорожного движения на участках автомобильных дорог. Целью исследования являлась разработка экспресс-метода оценки безопасности дорожного движения на основе усовершенствования метода итогового коэффициента аварийности путем редукции частных коэффициентов аварийности при необходимой точности определения уровня безопасности на автомобильных дорогах общего пользования. Проведена формализация взаимосвязи параметров условий дорожного движения для изучения уровня безопасности на автомобильных дорогах. Латентные факторы параметров условий движения получены на основе редукции их совокупности методом главных компонент с учетом взаимосвязи частных коэффициентов аварийности, что позволило разработать аналитические модели определения безопасности дорожного движения для внедрения в практику проведения аудита безопасности дорожного движения. Разработана методика выявления опасных участков на автомобильных дорогах, в которую вошли 11 параметров дорожных условий из 18 частных коэффициентов аварийности, предложенных в прототипе и нормативных документах Украины. Адекватность модели определена значениями отклонений полученных данных по авторской модели и модели-прототипу от значений относительного коэффициента аварийности, которые соответственно составили 3,22 и 18,61, т. е. предложенная модель в шесть раз уменьшает значение отклонений и влияет на точность определения уровня безопасности. Экспериментальные исследования проведены на 79 км автомобильных дорог (на 385 секторах с неизменными значениями параметров условий движения). Результаты сравнительного анализа уровня безопасности по модели-прототипу и разработанной модели были идентичными и показали уменьшение временных и трудовых затрат в 1,6 раза без потери точности. Таким образом, разработанную методику рекомендуется применять для определения потенциальной опасности участков автомобильных дорог во время экспресс-анализа безопасности автомобильной дороги или при проведении аудита безопасности дорожного движения на различных стадиях жизненного цикла автомобильной дороги
Моделирование и численное решение задачи с односторонними связями и трением при динамическом действии нагрузки
Get PDFProblems with unilateral constraints are not uncommon in the practice of calculating building construction and structures. Certain difficulties in solving them arise during contact friction, as well as the dynamic action of the load. It is known that such problems from a mathematical point of view s are not correct enough, their solution becomes more complicated and depends on the history of loading and deformation of the structure. At the same time, the ability to take into account the complex working conditions of the structure makes its calculation more complete and accurate. The paper considers the solution of a dynamic contact problem on the basis of the finite element method and the step-by-step loading method. Unilateral constraints with Coulomb friction are modeled using contact finite elements of a frame-rod type. The method of compensating loads is applied in order to comply with the limitations under ultimate friction-sliding conditions. Based on the considered discrete contact model and the step-by-step analysis method, a numerical algorithm has been developed, which allows in one step-by-step process to integrate simultaneously the equations of motion and implement contact conditions with Coulomb friction. With the help of the proposed approach, numerical solutions of the problem pertaining to a structure contact with the base have been obtained and analyzed at various parameters of dynamic load. Comparison of the results with the solution obtained by the well-known iteration method on the ultimate friction forces allows to conclude about the efficiency and reliability of the developed algorithm under complex contact conditions and dynamic loading.Задачи с односторонними связями нередки в практике расчетов строительных конструкций и сооружений. Определенные трудности в их решении возникают при трении на контакте, а также при динамическом действии нагрузки. Известно, что такие задачи с математической точки зрения являются недостаточно корректными, решение их усложняется и зависит от истории нагружения и деформирования конструкции. В то же время возможность учета сложных условий работы конструкции делает ее расчет более полным и точным. В статье рассмотрено решение динамической контактной задачи на основе метода конечных элементов и метода шагового нагружения. Односторонние связи с кулоновским трением моделируются с помощью контактных конечных элементов рамно-стержневого типа. Для соблюдения ограничений в условиях по предельному трению-скольжению применяется способ компенсирующих нагрузок. На основе рассмотренной дискретной модели контакта и метода пошагового анализа разработан численный алгоритм, позволяющий в одном пошаговом процессе выполнять одновременно интегрирование уравнений движения и реализацию контактных условий с трением Кулона. С помощью предложенного подхода получены и проанализированы численные решения задачи контакта сооружения с основанием при различных параметрах динамической нагрузки. Сравнение результатов с решением, выполненным известным методом итераций по предельным силам трения, позволяет сделать вывод об эффективности и надежности разработанного алгоритма при сложных условиях контакта и динамическом нагружени
Прямой метод решения задачи билинейного программирования
Get PDFThe bilinear programming problem is considered, where a column, which corresponds to one of the variables, is not fixed but can be chosen from a convex set. This problem is known as the Dantzig – Wolfe problem. Earlier, a modified support method was proposed to solve the problem, using the decomposition of the problem constraints of the Dantzig – Wolfe method. The author of the paper has developed a direct exact method for solving the formulated problem. The method is based on the idea of the solving a linear programming problem with generalized direct constraints and a general concept of an adaptive solution method. The notions of support, support plan, optimal and suboptimal (e-optimal) plan are introduced which is a given approximation of the objective function to the optimal plan of the problem. Criteria for optimality and suboptimality of the support plan have been formulated and have been proved in the paper. The search for the optimal solution is based on the idea of maximizing the increment of the objective function. This approach allows more fully to take into account the main target and structure of the problem. Improving a support plan consists of two parts: replacing the plan and replacing the support. To find a suitable direction, a special derived problem is solved while taking into account the main constraints of the problem. The replacement of the support is based on the search for the optimal plan of the dual problem. The method leads to an optimal solution to the problem in a finite number of iterations (in the case of a non-degenerate value).Рассматривается задача билинейного программирования, в которой столбец, соответствующий одной из переменных величин, не фиксированный, а может выбираться из некоторого выпуклого множества. Данная задача известна как задача Данцига – Вулфа. Раннее предлагался модифицированный опорный метод ее решения, использующий декомпозицию ограничений задачи метода Данцига – Вулфа. Автором статьи разработан прямой точный метод решения сформулированной задачи. Метод основан на идее решения задачи линейного программирования с обобщенными прямыми ограничениями и на общей концепции адаптивного метода решения задачи линейного программирования. Введены понятия опоры, опорного плана, оптимального и субоптимального (e-оптимального) плана, который является заданным приближением по целевой функции к оптимальному плану задачи. Сформулированы и доказаны критерии оптимальности и субоптимальности опорного плана. Поиск оптимального решения основан на идее максимизации приращения целевой функции. Данный подход позволяет полнее учитывать основную цель и структуру задачи. Улучшение опорного плана состоит из двух частей: замены плана и замены опоры. Для поиска подходящего направления решается специальная производная задача с учетом основных ограничений задачи. Замена опоры основана на поиске оптимального плана двойственной задачи. За конечное число итераций (в случае невырожденности) метод приводит к оптимальному решению задачи
Электролитно-плазменная обработка в управляемых импульсных режимах
Get PDFElectrolyte-plasma treatment (EPT) has become widespread in industry as an alternative to traditional chemical, electrochemical and mechanical methods of improving the surface quality of products made of metallic materials. The advantages of EPT are a high intensity of smoothing of microroughnesses, the use of low-concentration salt solutions as electrolytes, and the ability to process items of complex shape. The main disadvantage of the method is its high energy consumption; therefore, the method сan be classified as energy-intensive production. To reduce the energy intensity and increase the efficiency of the EPT process of metallic materials while maintaining high intensity, processing quality and environmental safety, we proposed a fundamentally new pulse method (pulsed EPT), which combines the advantages of both electrochemical processing and EPT. The method is realized by combining two alternating stages within one millisecond pulse: electrochemical and electrolyte-plasma. The high efficiency of the developed method is achieved due to the main intensive metal removal during the implementation of the electrochemical stage with a high current density and optimization of the duration of the electrolyte-plasma stage, which provides a high surface quality. A decrease in the repetition period of pulses with a decrease in their duration makes it possible to increase the electrochemical component of the process and to provide a more intensive metal removal, to remove significant surface irregularities. An increase in the pulse repetition period with a simultaneous increase in their duration permits to increase the electrolyte-plasma component of the process and achieve a low roughness with a general decrease in the energy intensity of the process. As a result of the work, the influence of the pulse characteristics of the developed process, the concentration and temperature of the electrolyte on the current density and the duration of the electrochemical and electrolyte-plasma stages has been investigated, a comparative analysis of the efficiency of using the pulsed EPT process instead of the traditional process at constant voltage has been carried out. It has been found that the metal removal rate in the developed pulse process is more than five times higher than the removal rate in the process based on the use of constant voltage, and is 40 μm/min, while the energy costs for the implementation of the pulse process is 19 % less.Электролитно-плазменная обработка (ЭПО) получила широкое распространение в промышленности в качестве альтернативы традиционным химическим, электрохимическим и механическим методам повышения качества поверхности изделий из металлических материалов. Преимуществами ЭПО являются высокая интенсивность сглаживания микронеровностей, применение в качестве электролитов растворов солей низкой концентрации, возможность обработки изделий сложной формы. Основной недостаток метода – высокая энергоемкость, поэтому его можно отнести к энергоемкому производству. Для снижения энергоемкости и повышения эффективности процесса ЭПО металлических материалов при сохранении его высокой интенсивности, качества обработки и экологической безопасности предлагается принципиально новый импульсный метод (импульсная ЭПО), совмещающий преимущества как электрохимической обработки, так и ЭПО. Метод реализуется за счет совмещения в пределах одного импульса миллисекундной длительности двух чередующихся стадий: электрохимической и электролитно-плазменной. Высокая эффективность разработанного метода достигается за счет основного интенсивного съема металла при реализации электрохимической стадии с большой плотностью тока и оптимизации продолжительности электролитно-плазменной стадии, при которой обеспечивается высокое качество поверхности. Уменьшение периода следования импульсов при снижении их длительности позволяет увеличить электрохимическую составляющую процесса и обеспечить более интенсивный съем металла, удалить значительные неровности поверхности. Увеличение периода следования импульсов при одновременном повышении их длительности позволяет увеличить электролитно-плазменную составляющую процесса и достигнуть низкой шероховатости при общем снижении энергоемкости процесса. В результате выполнения работы исследовано влияние импульсных характеристик разработанного процесса, концентрации и температуры электролита на плотность тока и длительность электрохимической и электролитно-плазменной стадий, произведен сравнительный анализ эффективности использования импульсного процесса ЭПО вместо традиционного процесса на постоянном напряжении. Установлено, что скорость съема металла в данном импульсном процессе более чем в пять раз превышает скорость съема в процессе, основанном на применении постоянного напряжения, и составляет 40 мкм/мин. При этом энергетические затраты на реализацию импульсного процесса на 19 % меньш
К решению контактной задачи для упругой полуполосы
Get PDFContact problems for elastic stripes have been well studied and published in domestic scientific literature. This is partly due to the fact that normative documents on the foundation structure it is recommended to use this elastic foundation model for simulation of a “structure – foundation – soil foundation” system. Two variants of boundary conditions at the contact between a half-strip and a rigid non-deformable base are usually considered. The first boundary condition nullifies the vertical displacements and tangential stresses, the second one nullifies vertical and horizontal displacements. Contact problems for an elastic half-strip are much less investigated. The paper considers this contact problem when the first boundary condition for zeroing of vertical displacements and tangential stresses at the contact of a half-strip with a rigid, nondeformable base. When performing calculations in the traditional formulation without taking into account tangential stresses in the contact zone, the Zhemochkin method has been used, which reduces the solution of the contact problem of solid mechanics to the solution of a statically indeterminate problem by the mixed method of structural mechanics. Therefore, at first, we have found the displacements of the upper edge of the half-strip from the unit load uniformly distributed over the edge section. The resulting expression is used to compose a system of equations for the Zhemochkin method. The case of translational displacement of the die has been considered, and the graph of contact stress distribution under the die's sole has been given in the paper.Контактные задачи для упругой полосы достаточно хорошо исследованы и освещены в отечественной научной литературе. Отчасти это вызвано тем, что в нормативных документах по фундаментостроению рекомендуется использовать эту модель упругого основания для моделирования системы «сооружение – фундамент – грунтовое основание». Обычно рассматриваются два варианта граничных условий на контакте полуполосы с жестким недеформируемым основанием. Первое граничное условие обращает в нуль вертикальные перемещения и касательные напряжения, второе – вертикальные и горизонтальные перемещения. Значительно менее исследованы контактные задачи для упругой полуполосы. В статье рассмотрена эта контактная задача при выполнении первого граничного условия обращения в нуль вертикальных перемещений и касательных напряжений на контакте полуполосы с жестким недеформируемым основанием. При проведении расчетов в традиционной постановке без учета касательных напряжений в контактной зоне используется способ Б. Н. Жемочкина, который сводит решение контактной задачи механики твердого деформируемого тела к решению статически неопределимой задачи смешанным методом строительной механики. Поэтому вначале найдены перемещения верхней грани полуполосы от равномерно распределенной по участку грани единичной нагрузки. Полученное выражение используется для составления системы уравнений способа Жемочкина. Рассмотрен случай поступательного перемещения штампа, приводится график распределения контактных напряжений под подошвой штампа
Применение фосфогипса в дорожном строительстве
Get PDFAbstract. Currently the Republic of Belarus is solving the problem of processing a by-product – phosphogypsum, formed in the process of phosphorric acid production. The issue of utilization of phosphogypsum is becoming more and more relevant, and there are several reasons for this: transportation of phosphogypsum to dumps and its storage require large capital investments and operating costs; when creating phosphogypsum dumps, it is necessary to alienate large areas, sometimes even cultivated land; storage of this material in dumps, even with the neutralization of soluble impurities and with the observance of dump operational rules causes irreparable harm to the environment. There are known studies of scientists on the use of phosphogypsum for road construction as a binder for strengthening soils, foundations and repair work. The paper presents the results of experiments on obtaining road-building materials from this waste without converting it into a binder. Based on the research, a technology for the preparation of asphalt concrete mixtures with the use of mineral powder in the form of phosphogypsum dihydrate has been developed.В настоящее время в Республике Беларусь решается проблема переработки побочного продукта – фосфогипса, образующегося в процессе производства фосфорной кислоты. Вопрос утилизации фосфогипса становится все более актуальным, и причин здесь несколько: транспортирование фосфогипса в отвалы и его хранение требуют больших капитальных вложений и эксплуатационных затрат; при создании отвалов фосфогипса приходится отчуждать большие площади, иногда даже обрабатываемых земель; хранение этого материала в отвалах, даже при нейтрализации растворимых примесей и соблюдении правил эксплуатации отвала, наносит непоправимый вред окружающей среде. Известны исследования ученых по применению фосфогипса в дорожном строительстве в качестве вяжущего для укрепления грунтов, устройства оснований и при проведении ремонтных работ. В статье представлены результаты экспериментов по получению дорожно-строительных материалов из данного отхода без перевода его в вяжущее вещество. Разработана технология приготовления асфальтобетонной смеси с применением минерального порошка в виде фосфогипса-дигидрата
Разработка технологических решений восстановления канализационного коллектора с использованием клинкерного кирпича
Get PDFThe aim of the work is to develop a technology for the restoration of damaged sections of sewer collectors using clinker bricks. A significant part of such collectors in the Ukraine has completely exhausted their depreciation resource. For their construction, concrete and reinforced concrete were used, which are subject to destruction as a result of the influence of many factors and, above all, microbiological corrosion. Therefore, the selection of the optimal repair technology using corrosion-resistant clinker brick is relevant. The paper considers the problems of repair and reconstruction of worn-out collectors. Technical and technological solutions of an open method for their recovery using pneumatic formwork and corrosionresistant clinker brick are presented. The design of the collector lining structure has been carried out using the finite element method. To justify the feasibility of using the proposed technology, two options for restoring a worn-out collector have been considered: the “pipe-in-pipe” method and method developed by the authors using clinker bricks. The second option in terms of the cost of materials is almost four times more economical and more expedient than the first one (where polymer materials are used). The advantage of restoring circular sewer collectors by means of laying clinker bricks lies in the durability and resistance of this material (taking into account the anticorrosive composition of concrete) to the aggressive effects of the sewer environment. It should be noted that the application of the developed restoration technology is the most appropriate in conditions of sparse building or outside the city due to the significant volume of earthworks.Разработана технология восстановления с применением клинкерного кирпича поврежденных участков канализационных коллекторов. Значительная часть таких коллекторов в Украине полностью исчерпала свой амортизационный ресурс. Для их строительства использовались бетон и железобетон, которые подвержены разрушению при воздействии многих факторов и прежде всего микробиологической коррозии. Поэтому выбор оптимальной технологии ремонта с применением коррозионно-стойкого клинкерного кирпича является актуальным. Рассмотрены проблемы ремонта и реконструкции изношенных коллекторов. Приведены технические и технологические решения открытого способа их восстановления с использованием пневматической опалубки и коррозионно-стойкого клинкерного кирпича. Расчет конструкции обделки коллектора выполнен с помощью метода конечных элементов. Показаны преимущества и недостатки предложенных решений, приведены примеры их практического применения. Для обоснования целесообразности использования данной технологии рассмотрены два варианта восстановления изношенного коллектора: методом «труба в трубе» и разработанным авторами методом с применением клинкерного кирпича. Второй вариант по стоимости материалов практически в четыре раза экономичнее и целесообразнее первого (где используются полимерные материалы). Преимущество восстановления канализационных коллекторов круглого сечения путем устройства кладки из клинкерного кирпича заключается в долговечности и устойчивости этого материала (с учетом антикоррозионного состава бетона) к агрессивному воздействию канализационной среды. Следует отметить, что применение разработанной технологии восстановления наиболее целесообразно в условиях неплотной застройки или за пределами города ввиду значительного объема земляных работ