Наукова періодика України
Not a member yet
11185 research outputs found
Sort by
Спосіб застосування методу симетрії для розв’язання задачі про крутильні коливання дисків змінної товщини
No full textThe object of this study is a disk of variable thickness. A solution to the problem of natural torsional vibrations of disks of variable thickness was sought. An algorithm to solve the problem for an arbitrary number of different disk profiles has been constructed. The law of change in disk thickness H(ρ), which contains three arbitrary constants α, С, С1, has been considered. The choice of the disk profile configuration is controlled by changing the values of these three constants.
Exact solutions to the problem in elementary functions are known only in two cases, when H(ρ)=1/ρ3 or H(ρ)=ρ-3eαρ, where ρ is the relative radial coordinate and α is an arbitrary constant. These cases are not sufficient for generalizing conclusions about the behavior of disks during their oscillations.
For the case of a disk that is rigidly fixed along its inner diameter and with a free outer edge, the corresponding relations were derived. They made it possible to calculate natural numbers and study the distribution of angular displacements of the disk. These numerical parameters, along with the frequency indices, are a convenient technique for evaluating the resonant properties of the disk for practice.
A comparison of torsional and radial vibrations of the disk with the chosen law of thickness change was performed. To study torsional vibrations, approximation approaches of thickness change functions were used. It was found that the relative discrepancy between the values of these functions at a certain interval did not exceed 2.2 %. It was found that the differences in the eigenfrequencies of torsional vibrations for the disk of the chosen configuration were significantly smaller than in the case of radial vibrations.
A practical algorithm for applying the method used is presented, which could prove useful for further research based on similar analytical approaches.
The method makes it possible to choose the desired disk configuration for various practical purposes. Owing to this feature, it is possible to provide the required distribution of cyclic stresses, resonant frequencies, and amplitudes for the diskОб’єктом дослідження є диск змінної товщини. Розшукувався розв’язок задачі про власні крутильні коливання дисків змінної товщини. Побудовано алгоритм розв’язку задачі для довільної кількості різноманітних профілів диску. Розглянуто закон зміни товщини диска H(ρ), який містить у своєму складі три довільні сталі α,С,С1. Вибір конфігурації профілю диску контролюється шляхом зміни значень цих трьох сталих.
Відомі точні розв’язки задачі в елементарних функціях лише у двох випадках, коли H(ρ)=1/ ρ3 або H(ρ)= ρ-3eαρ, де ρ – відносна радіальна координата, α – довільна стала. Цих випадків не достатньо для узагальнюючих висновків про поведінку дисків при їх коливаннях.
Для випадку жорсткого закріплення диска по внутрішньому діаметру та з вільним зовнішнім краєм, отримано відповідні співвідношення. Вони дозволили обчислити власні числа, вивчити розподіл кутових переміщень диску. Наведені числові параметри, поряд з частотними показниками, є зручним засобом для оцінки резонансних властивостей диска для практики.
Проведено порівняння крутильних та радіальних коливань диску з обраним законом зміни товщини. Для вивчення крутильних коливань, використано підходи апроксимації функцій зміни товщини. Виявилось, що відносна розбіжність значень цих функцій на визначеному інтервалі не перевищує величини у 2,2 %. Отримано, що розходження власних частот крутильних коливань для диска обраної конфігурації суттєво менші, ніж у випадку радіальних коливань.
Наведено практичний алгоритм застосування використаного методу, який може бути корисний для подальших досліджень на основі подібних аналітичних підходів.
Метод дозволяє вибрати потрібну конфігурацією диска для різних практичних цілей. Завдяки такій можливості, можна забезпечити для диску необхідний розподіл циклічних напружень, резонансних частот та ампліту
Виявлення впливу модифікованих добавок на вогнегасні властивості компресійної піни
No full textThe object of this study is the fire extinguishing efficiency of compressed air foam with the use of modified additives.
The main hypothesis assumes that the use of modified additives in the composition of the compressed air foam will affect its fire extinguishing efficiency when extinguishing solid combustible materials.
The task addressed is to determine the effect of modified additives in compressed air foam with a concentration range of 1–5 % on its fire extinguishing properties. The results show that for all additives, when the concentration changes from 1 % to 5 %, characteristic is a slight decrease in the consumption of an aqueous solution of the foaming agent. On the contrary, an increase in the expansion ratio results in a significant decrease in the mass of the aqueous solution of the foaming agent consumed for extinguishing. An increase in the concentration of the additive in the range of 1 % to 3 % is characterized by a decrease in the extinguishing time, while a further increase from 3 % to 5 % is characterized by an increase in the extinguishing time. Also, the increase in the foam expansion ratio has a significant effect; with an increase from 5 to 20, a decrease in the extinguishing time is observed, and with a further increase to 25, an increase in time occurs.
For the compressed air foam with NH4H2PO4, the highest efficiency index is Ie.e≈20.15 m2/l∙s, at a modified additive concentration of C≈3 % and a foam expansion ratio of K≈18; for the compressed air foam with (NH4)2HPO4, the highest efficiency index is Ie.e=18.04 m2/l∙s, at a modified additive concentration of C≈3 % and a foam expansion ratio of K≈18; for a compression foam with (NH4)2CO3, the highest efficiency index is Ie.e=14.99 m2/l∙s, at a modified additive concentration C≈3 % and a foam expansion ratio of K≈18.
Thus, based on the results of experimental studies, the most effective is the compressed air foam with NH4H2PO4. The resulting extinguishing efficiency is 11 % higher than that of the compressed air foam with (NH4)2HPO4, and 26 % higher than that of the compressed air foam with (NH4)2CO3Об’єктом дослідження є вогнегасна ефективність компресійної піни із застосуванням модифікованих добавок.
Основна гіпотеза полягає в тому, що використання модифікованих добавок у складі компресійної піни буде впливати на її вогнегасну ефективність при гасінні твердих горючих матеріалів.
Проблема, що вирішувалась, – визначити вплив модифікованих добавок у складі компресійної піни із діапазоном концентрацій 1–5 % на її вогнегасні властивості. Результати показали, що для всіх добавок при зміні концентрації від 1 % до 5 %. характерно несуттєве зменшення витрати водного розчину піноутворювача. Наслідком підвищення кратності, навпаки, є суттєве зниження маси водного розчину піноутворювача, що витрачається на гасіння. При збільшенні концентрації добавки в межах від 1% до 3 % притаманне зниження часу гасіння, при подальшому підвищенні від 3 % до 5 % характерне збільшення часу гасіння. Також збільшення кратності піни має суттєвий вплив, при підвищенні від 5 до 20 спостерігається зниження часу гасіння, а при подальшому збільшенні до 25 відбувається збільшення часу.
Для компресійної піни із NH4H2PO4 найвищий показник ефективності складав Ie.e ≈ 20,15 м2/л∙с, при концентрації МД С ≈ 3 % та кратності піни К ≈ 18; для компресійної піни із (NH4)2HPO4 найвищий показник ефективності складав Ie.e = 18,04 м2/л∙с, при концентрації МД С ≈ 3 % та кратності піни К ≈ 18; для компресійної піни із (NH4)2СO3 найвищий показник ефективності складав Ie.e = 14,99 м2/л∙с, при концентрації МД С ≈ 3 % та кратності піни К ≈ 18. Таким чином, на підставі результатів експериментальних досліджень найбільш ефективною є компресійна піна із NH4H2PO4. Отриманий показник ефективності гасіння на 11 % більше відносно до КП із (NH4)2HPO4 та на 26 % більший за показник КП із (NH4)2СO
Чисельна оптимізація стратегій керування зв’язаними коливальними системами
No full textThe study examines the numerical solution of vibration control problems in a coupled system consisting of two interacting objects. The problem is solved under the assumption that the left boundary of the distributed system is fixed, while an object with lumped parameters is attached to the right boundary, where a boundary control action is also applied to the distributed system. Special attention is given to obtaining a numerical solution to the problem. The solution is approached using two methods: the gradient projection method and, due to the linearity of the boundary problem concerning phase coordinates and control inputs, the method of successive approximations. By introducing an additional variable, the one-dimensional wave equation is approximated using the method of lines, transforming it into a system of ordinary differential equations of the 2n-th order. The resulting variational problem for the system with lumped parameters is then numerically solved based on Pontryagin’s maximum principle. The approximately optimal controls, obtained using the gradient projection method with a specially chosen step size, form a minimizing sequence of controls. Based on the numerical results, functional convergence is established. The method of successive approximations provides an optimal control solution as early as the second iteration, regardless of the initial control. This demonstrates the method’s efficiency and reliability for solving linear optimal control problems. The developed numerical techniques can be applied to optimize the dynamic behavior of complex mechanical structures, enhance system stability, and improve operational efficiency in various engineering applicationsДосліджено чисельне розв’язування задач контролю вібрації у зв’язаній системі, що складається з двох взаємодіючих об’єктів. Задача розв’язується в припущенні, що ліва межа розподіленої системи є фіксованою, а об’єкт із зосередженими параметрами приєднаний до правої межі, де до розподіленої системи також застосовується дія керування межею. Особливу увагу приділено отриманню чисельного розв’язку задачі. До розв’язання підходять два методи: метод градієнтної проекції та, внаслідок лінійності крайової задачі щодо фазових координат і керуючих входів, метод послідовних наближень. Введенням додаткової змінної одновимірне хвильове рівняння апроксимується методом ліній, перетворюючи його на систему звичайних диференціальних рівнянь 2n-го порядку. Отримана варіаційна задача для системи із зосередженими параметрами потім чисельно розв’язується на основі принципу максимуму Понтрягіна. Наближені оптимальні керування, отримані методом градієнтної проекції зі спеціально підібраним розміром кроку, утворюють мінімізуючу послідовність керування. На основі чисельних результатів встановлено функціональну збіжність. Метод послідовних наближень забезпечує оптимальне рішення керування вже на другій ітерації, незалежно від початкового керування. Це свідчить про ефективність і надійність методу для вирішення лінійних задач оптимального керування. Розроблені чисельні методи можуть бути застосовані для оптимізації динамічної поведінки складних механічних конструкцій, підвищення стабільності системи та підвищення ефективності роботи в різних інженерних додатка
Розробка генеративної моделі безмасштабної мережі з гомофільною структурою
No full textThe object of this study is the models of complex networks. The task addressed is to construct a generative model of a growing network, which has two key features characteristic of real-world networks: scale-free property and homophily. Homophily of a network is understood as the tendency of nodes to group into communities. To combine the requirements for homophily and scale-free property, a two-level rule of preferential attachment has been devised. First, the color of a new node is chosen with a probability proportional to the volume of the corresponding community, and then, according to the usual rule of preferential attachment, neighboring nodes are chosen within the community. It has been shown that the computational complexity of generating a network model with n nodes is O(n). It has been proven that under such conditions, the distribution of degrees of nodes across the entire network is the same as in the classical non-homophilic Barabási-Albert network and does not depend on the number and structure of communities. Under the conditions of homophily, it is quite natural to generalize the requirement for scale-free property to the distribution of community sizes. It has been found that this distribution is determined by the intensity of the formation of new communities. The dependence of the expected time interval between the formations of successive communities on their index has been established. The measure of homophily of the generated networks – modularity – has been estimated; its dependence on the scaling of the community volumes was found. The model built allows step-by-step generation of growing scale-free networks that have a built-in mechanism for the formation of communities, which is of practical significance. Moreover, the proposed model could also be used in the opposite direction: given the structural parameters of the network, it is possible to restore the hidden rules by which this network evolvesОб’єктом досліджень є моделі складних мереж. Розглядається проблема створення генеративної моделі зростаючої мережі, яка має дві ключові властивості, характерні для мереж реального світу: безмасштабність та гомофільність. Під гомофільністю мережі мається на увазі тяжіння вузлів до групування у спільноти. Для суміщення вимог щодо гомофільності та безмасштабності було розроблено дворівневе правило переважного приєднання вузла до мережі. Згідно з ним спочатку обирається колір нового вузла з ймовірністю, пропорційною до обсягу відповідної спільноти, а потім за звичайним правилом переважного приєднання серед спільноти обираються вузли-сусіди. Показано що обчислювальна складність генерації моделі мережі з n вузлів становить O(n). Доведено, що розподіл степенів вузлів всієї мережі є таким же, як у класичній негомофільній мережі Barabási-Albert та не залежить від кількості та структури спільнот. За умов гомофільності, цілком природнім є узагальнення вимоги щодо безмасштабності на розподіл розмірів та обсягів спільнот. Визначено, що зазначений розподіл визначається інтенсивністю утворення нових спільнот. Знайдено залежність очікуваного часового інтервалу між утворенням послідовних спільнот від поточної їх кількості, яка забезпечує безмасштабність розмірів спільнот з заданим показником скейлінгу. Оцінено міру гомофільності генерованих мереж – модулярність та визначено характер її залежності від скейлінгу обсягу спільнот. Створена модель дозволяє покроково генерувати зростаючі безмасштабні мережі, які мають вбудований механізм утворення спільнот, що має практичну значущість. Більше того, розроблена модель може бути використана й у зворотному напрямку: за заданими структурними параметрами мережі можна відновити приховані правила, за якими відбувається еволюція мереж
Розробка методу визначення координат безпілотного літального апарату мережею трьох Software-Defined Radio приймачів при їх попарному використанні
No full textThe object of this study is the process of determining the coordinates of an unmanned aerial vehicle. The main hypothesis of the study assumed that the use of a network of three Software-Defined Radio (SDR) receivers could improve the accuracy of determining the coordinates of an unmanned aerial vehicle. The use of SDR receivers in pairs would reduce the number of false bearings.
A method for determining the coordinates of an unmanned aerial vehicle by a network of three SDR receivers when used in pairs has been improved, which, unlike the known ones, involves:
– measuring bearings by each SDR receiver;
– determining the pairwise angles of intersection of bearings;
– determining the maximum of the pairwise angles of intersection;
– determining a pair of SDR receivers for further calculations;
– using the triangulation method for determining the coordinates of an unmanned aerial vehicle.
The accuracy of determining the coordinates of an aerial object by a network of two SDR receivers has been assessed. It was found that:
– the shape, orientation, and size of the error ellipses depend on the relative location in space of the SDR receivers and the unmanned aerial vehicle;
– the size of the scattering ellipses is reduced by (20–40) % due to the use of information from the optimal pair;
– in some cases, false switching of SDR receiver pairs is noticeable;
– the pair (first SDR receiver – third SDR receiver) has the largest base from the considered options, that is, starting from a certain range, the angle of intersection of the bearings for this case is closest to 90°, the area of the scattering ellipses of coordinate measurement errors is minimal, which determines its choice;
– when moving the unmanned aerial vehicle beyond the network coverage area of the SDR receiver pair, it is advisable to use another pair, this involves the use of a “chain” of SDR receiversОб’єктом дослідження є процес визначення координат безпілотного літального апарату. Основна гіпотеза дослідження полягала в тому, що використання мережі трьох Software-Defined Radio (SDR) приймачів дозволить підвищити точність визначення координат безпілотного літального апарату. Попарне використання SDR приймачів дозволить зменшити кількість хибних пеленгів.
Удосконалено метод визначення координат безпілотного літального апарату мережею трьох SDR приймачів при їх попарному використанні, який, на відміну від відомих, передбачає:
– вимірювання пеленгів кожним SDR приймачем;
– визначення попарних кутів перетину пеленгів;
– визначення максимального з попарних кутів перетину;
– визначення пари SDR приймачів для подальших розрахунків;
– використання тріангуляційного методу визначення координат безпілотного літального апарату.
Проведено оцінювання точності визначення координат повітряного об’єкту мережею двох SDR приймачів. Встановлено, що:
– форма, орієнтація та розмір еліпсів похибок залежить від взаємного розташування у просторі SDR приймачів та безпілотного літального апарату;
– розміри еліпсів розсіювання зменшуються на (20–40) % за рахунок використання інформації оптимальної пари;
– у деяких випадках помітні хибні перемикання пар SDR приймачів;
– пара (перший SDR приймач – третій SDR приймач) має найбільшу базу з розглянутих варіантів, тобто, починаючи з певної дальності кут перетину пеленгів для цього випадку є найближчим до 90º, площа еліпсів розсіювання похибок виміру координат мінімальна, що і обумовлює її вибір;
– при переміщенні безпілотного літального апарату за межі зони дії мережі пари SDR приймачів доцільно використовувати іншу пару, це передбачає використання «ланцюжку» SDR приймачі
Визначення впливу параметрів барабанного змішувача на зміну концентрації компонентів тіста під час початкової стадії змішування
No full textThe object of this study is the process of mixing flour components and the liquid phase in a mixer. The research task is to analyze features of the technological process of dough mixing and establish regularities of uniform distribution of components based on theoretical and experimental studies of physical-mechanical, colloidal, and biochemical processes. Mathematical models and conceptual approaches have been proposed for modeling the transfer of flour components and liquid during dough mixing. A conceptual representation of an improved model of the first stage of dough mixing has been considered, taking into account the influence of design parameters of the drum working body and the multifaceted working chamber of the mixer and technological modes. Additionally, a modified equation was built for numerical modeling of the initial stage of mixing. This makes it possible to effectively calculate spatial variables and make preliminary predictions of the process dynamics.
It has been established that the duration of interaction among components before the formation of a liquid-viscous structure is 60–65 seconds. At this step of the stage, it is important to enable high mixing intensity to achieve rapid and uniform distribution of components to ensure the required quality of the mixture.
A feature of the results is the determination of the time and spatial parameters of the process, as well as the establishment of fundamental regularities of the pre-mixing stage. The proposed approaches could be used at the stages of design calculations to assess the efficiency of mixers and select their rational parameters, which would contribute to increasing the productivity and quality of the finished productОб’єктом дослідження є процес змішування компонентів борошна та рідкої фази у змішувачі. Проблематика дослідження полягає в аналізі особливостей технологічного процесу змішування тіста та встановленні закономірностей рівномірного розподілу компонентів на основі теоретичних і експериментальних досліджень фізико-механічних, колоїдних та біохімічних процесів. Запропоновано математичні моделі та концептуальні підходи для моделювання переносу компонентів борошна та рідини під час змішування тіста. Розглянуто концептуальне представлення удосконаленої моделі першої стадії замішування тіста з урахуванням впливу конструктивних параметрів барабанного робочого органу та багатогранної робочої камери змішувача і технологічних режимів. При цьому розроблено модифіковане рівняння для чисельного моделювання процесу початкового етапу змішування. Це дозволяє ефективно обчислювати просторові змінні та здійснювати попереднє прогнозування динаміки процесу.
Встановлено, що тривалість взаємодії компонентів до утворення рідинно-в’язкої структури становить 60–65 секунд. На цьому етапі стадії важливо забезпечити високу інтенсивність змішування для досягнення швидкого та рівномірного розподілу компонентів, щоб забезпечити необхідну якість суміші.
Особливістю отриманих результатів є визначення часових та просторових параметрів процесу, а також встановлення принципових закономірностей перебігу стадії попереднього змішування. Запропоновані підходи можуть бути використані на етапах конструкторських розрахунків для оцінювання ефективності змішувачів та вибору їх раціональних параметрів, що сприятиме підвищенню продуктивності і якості готової продукці
Оцінка прогинів балок із перфорованою стінкою із використанням SolidWorks Simulation
No full textThe object of this study is a castellated beam, in which the large openings in the web have the shape of a regular hexagon. The beam is investigated for the purpose of assessing deflections. Based on a set of experimental studies, the features of the stress-strain state of castellated beams have been defined. The need to take into account the increased deflections of castellated beams due to the openings in the beam web when calculating the deflections of castellated beams at the serviceability limit state verifications has been determined. A comparative analysis of the deflections obtained as a result of the numerical experiment with the deflections of beams determined using the design code technique has been performed. It was established that for verifications of castellated beams at the serviceability limit state, the error in assessing the deflections of a single-span hinged beam loaded with a uniformly distributed transverse load in some cases reaches 20 %. Recommendations have been devised for estimating deflections of castellated beams. According to the proposed recommendations, the error in estimating castellated beam deflections does not exceed 3 % for the range of the beam span to the total height of its cross-section 8.5<L/h<25.
The results are valid only for the range of I-section profiles and only for the case of a uniformly distributed load acting on the beam when the compressed beam flange is out of bending plane restrained and the beam web is perforated with large openings in the form of regular hexagons. It is under such conditions that the results could be implemented in practice both at the stage of selecting cross-sections of the studied class of structures and when designing effective ranges of castellated beamsОб’єктом дослідження є балка із перфорованою стінкою, в якій отвори у стінці мають форму правильного шестикутника. Балка досліджується на предмет оцінки прогинів. На основі комплексу експериментальних досліджень виявлено особливості напружено-деформованого стану балок із перфорованою стінкою. Визначено необхідність врахування збільшених прогинів балок із перфорованою стінкою за рахунок наявних у стінці балки отворів при обчисленні прогинів балок із перфорованою стінкою у перевірках за другою групою граничних станів. Виконано порівняльний аналіз прогинів, отриманих в результаті виконання числового експерименту, із прогинами балок, визначеними за методикою норм. Встановлено, що при перевірних розрахунках балок із перфорованою стінкою за другою групою граничних станів похибка в оцінці прогинів однопрольотної шарнірно-обпертої балки, навантаженої рівномірно розподіленим поперечним навантаженням, в деяких випадках досягає 20 %. Розроблені рекомендації щодо оцінки прогинів балок із перфорованою стінкою. Відповідно до пропонованих рекомендацій похибка при оцінці прогинів балок не перевищує 3 % для діапазону відношення прольоту балки до загальної висоти її поперечного перерізу 8,5<L/h<25. Отримані результати справедливі лише для сортаменту двотаврових профілів і лише для випадку дії на балку рівномірно-розподіленого навантаження при розкріпленні стиснутого пояса балки із площини згину та перфорації стінки балки отворами у вигляді правильних шестикутників. Саме за таких умов отримані результати можуть бути впроваджені на практиці як на етапі підбору поперечних перерізів досліджуваного класу конструкцій, так і при розробці ефективних сортаментів балок із перфорованою стінко
Розпізнавання говорячого за надкороткими висловлюваннями
No full textThe object of this study is the accuracy of announcer identification based on short utterances.
To solve the task of speaker identification based on ultra-short speech utterances, a phoneme-by-phoneme approach to constructing voice models has been proposed within the framework of the study. The validity of this approach is based on the fact that short utterances usually contain a limited number of phonemes. In this regard, a hypothesis was put forward assuming that in order to increase the accuracy of announcer identification based on short utterances, it is necessary to analyze the sound of specific phonemes by different announcers.
The experiments involved speech recordings of monosyllabic words with corresponding phonemes, on the basis of which, using the ECAPA-TDNN neural network architecture, announcer voice models were constructed. The experimental studies showed that voice models constructed based on the sounds of only one model provide higher announcer identification accuracy compared to generalized models constructed based on all speech sounds.
It was also found that different phonemes provide different announcer identification accuracy. For example, with a speech signal duration of 2–3 seconds, the accuracy of announcer identification by the generalized model was 75 %. And the accuracy of announcer identification using a model built on the basis of only one phoneme "E", with the same input data, was 85 %, which is 10 percentage points higher than that of the generalized modelОб'єктом дослідження є точність ідентифікації дикторів за короткими висловлюваннями.
Для розв'язання проблеми ідентифікації мовця за надкороткими мовленнєвими висловлюваннями в межах дослідження був запропонований пофонемний підхід до побудови голосових моделей. Обґрунтованість цього підходу базується на тому, що в коротких висловлюваннях зазвичай присутня обмежена кількість фонем. У зв'язку з цим у роботі була висунута гіпотеза про те, що для підвищення точності ідентифікації дикторів за короткими висловлюваннями потрібно аналізувати звучання конкретних фонем різними дикторами.
У експериментах використовувалися мовленнєві записи односкладових слів із відповідними фонемами, на основі яких за допомогою нейромережевої архітектури ECAPA-TDNN були побудовані голосові моделі дикторів. Проведені експериментальні дослідження показали, що голосові моделі, побудовані на основі звуків лише однієї фонеми, забезпечують вищу точність ідентифікації дикторів порівняно з узагальненими моделями, побудованими за всіма мовленнєвими звуками.
Також було встановлено, що різні фонеми забезпечують різну точність ідентифікації дикторів. Наприклад, при тривалості мовного сигналу 2–3 секунди точність ідентифікації дикторів за допомогою узагальненої моделі склала 75 %, тоді як точність ідентифікації за моделлю, побудованою на основі лише фонеми «Е», за тих самих вхідних даних склала 85 %, що на 10 процентних пунктів вище, ніж у загальної модел
Оцінка комбінованого методу тепловідводу та затискання для зменшення деформації зварного шва в низьковуглецевій сталі з використанням газового дугового зварювання металом
No full textThe mechanical strength and distortion management of GMAW-welded low-carbon steel (A36) joints are investigated in this work. GMAW is a combination of heat sinking and clamping procedures. Dimensional precision and structural reliability are compromised due to the substantial distortion caused during welding. To solve this problem, this research looks at a thermal-mechanical strategy that uses heat sinks and mechanical clamps in tandem when welding. Untreated joints (As-welded) and three different treatment variants (HS5-4C, HS27-4C, and HS27-6C) were tested in different experimental configurations. Using a 27 °C water-cooled heat sink and six steel clamps, the HS27-6C treatment significantly decreased longitudinal distortion, going from 6.7 mm (As-welded) to 0.85 mm, an astonishing 87% reduction. Mechanical testing showed that in all configurations, the tensile strength was approximately 500 MPa and that weld integrity was preserved since failures were in the base metal rather than the weld metal. Microstructural examination revealed an increase in Acicular Ferrite (AF) content in the weld metal for treated samples, particularly HS27-6C, which enhanced toughness, and microhardness tests verified consistent hardness values (e.g., weld metal (WM): ~200 HV, heat-affected zone (HAZ): ~170 HV, base metal (BM): ~150 HV). Mechanical restriction, in the form of clamps, reduces unequal expansion and contraction during solidification, and thermal management, accomplished by dispersing excess heat, is responsible for the method's efficacy. This integrated approach offers a realistic and cost-effective means of reducing distortion without sacrificing mechanical performance. This is particularly noteworthy in the structural, automotive, and manufacturing sectors, where precise control over dimensions is importantУ цій роботі досліджується механічна міцність та управління деформацією з'єднань низьковуглецевої сталі (A36), зварених методом газового дугового зварювання металом (ГДЗМ). ГДЗМ – це поєднання процедур тепловідведення та затискання. Розмірна точність та структурна надійність знижуються через значну деформацію, що виникає під час зварювання. Щоб вирішити цю проблему, у цьому дослідженні розглядається термомеханічна стратегія, яка використовує радіатори та механічні затискачі одночасно під час зварювання. Необроблені з'єднання (після зварювання) та три різні варіанти обробки (HS5-4C, HS27-4C та HS27-6C) були випробувані в різних експериментальних конфігураціях. Використовуючи радіатор з водяним охолодженням при температурі 27°C та шість сталевих затискачів, обробка HS27-6C значно зменшила поздовжню деформацію з 6,7 мм (після зварювання) до 0,85 мм, що становить вражаюче зменшення на 87%. Механічні випробування показали, що у всіх конфігураціях міцність на розтяг становила приблизно 500 МПа, а цілісність зварного шва була збережена, оскільки руйнування були в основному металі, а не в металі шва. Мікроструктурне дослідження виявило збільшення вмісту голчастого фериту (ГФ) у зварному металі оброблених зразків, зокрема HS27-6C, що підвищило в'язкість, а випробування на мікротвердість підтвердили стабільні значення твердості (наприклад, метал шва (МШ): ~200 HV, зона термічного впливу (ЗТВ): ~170 HV, основний метал (ОМ): ~150 HV). Механічне обмеження у вигляді затискачів зменшує нерівномірне розширення та стиснення під час затвердіння, а термічне управління, що досягається шляхом розсіювання надлишкового тепла, відповідає за ефективність методу. Цей комплексний підхід пропонує реалістичний та економічно ефективний спосіб зменшення деформації без шкоди для механічних характеристик. Це особливо важливо в будівельній, автомобільній та виробничій галузях, де важливий точний контроль розмірі
Математичний опис згинання поверхні обертання у гвинтовий коноїд
No full textThe object of this study is the process of theoretical gradual bending of a catenoid into a helical conoid coil. A helical conoid or a straight closed helicoid is formed by the helical motion of a segment around an axis, and this segment intersects the axis at a right angle during movement. It cannot be bent into a plane, but by gradually reducing the pitch it can be transformed into a known surface of revolution – a catenoid. With such deformation, the lengths of the lines and the area of the coil as a whole do not change, that is, the deformation occurs similarly to unfolded surfaces. Such deformation is based on the theory of bending surfaces of a separate section of differential geometry. According to it, any helical surface can be bent into a surface of revolution and vice versa. Bending the non-folded surface of a helical conoid into a catenoid is a classic example of differential geometry. This approach makes it possible to find an approximate flat workpiece for manufacturing a screw coil. This task is resolved by approximating the obtained catenoid by a truncated cone. The sweep of the truncated cone will be the approximate sweep of the screw turn. This is the peculiarity of finding the approximate sweep, which in engineering practice is calculated by other formulas. This is also the essence of the reported results.
In the work, parametric equations were derived that describe a one-parameter set of intermediate surfaces during bending of a screw conoid due to a gradual decrease in the surface pitch to zero. In the given example, one turn of the screw is considered, put on a shaft with a radius r = 0.125 m and limited by an external radius R = 0.25 m with a surface pitch H = 0.5 m. The dimensions of the truncated cone, which replaces the catenoid, are r = 0.148 m for the smaller base, R = 0.262 m for the larger base, and H = 0.05 m for the height of the cone. The specified dimensions of the cone are sufficient to find its exact sweep, which will be approximate for the turn of the screw conoidОб’єктом дослідження є процес теоретичного поступового згинання катеноїда у виток гвинтового коноїда. Гвинтовий коноїд або прямий закритий гелікоїд утворюється гвинтовим рухом відрізка навколо осі, причому цей відрізок під час руху перетинає вісь під прямим кутом. Його не можна зігнути на площину, однак поступовим зменшенням кроку можна перетворити у відому поверхню обертання – катеноїд. При такій деформації не змінюються довжини ліній і площа витка в цілому, тобто деформація відбувається подібно до розгортних поверхонь. Така деформація базується на теорії згинань поверхонь окремого розділу диференціальної геометрії. Згідно із нею всяку гвинтову поверхню можна зігнути на поверхню обертання і навпаки. Згинання нерозгортної поверхні гвинтового коноїда на катеноїд є класичним прикладом диференціальної геометрії. Такий підхід дає можливість знайти наближену плоску заготовку для виготовлення витка шнека. Ця проблема вирішується апроксимацією отриманого катеноїда зрізаним конусом. Розгортка зрізаного конуса і буде наближеною розгорткою витка шнека. В цьому полягають особливості знаходження наближеної розгортки, яка в інженерній практиці розраховується за іншими формулами. В цьому також полягає суть отриманих результатів.
В роботі отримано параметричні рівняння, які описують однопараметричну множину проміжних поверхонь при згинанні гвинтового коноїда завдяки поступовому зменшенню кроку поверхні до нуля. В наведеному прикладі розглядається один виток шнека, надітого на вал радіусом r=0,125 м і обмеженого зовнішнім радіусом R=0,25 м при кроці поверхні Н=0,5 м. Розміри зрізаного конуса, який заміняє катеноїда, становлять r=0,148 м для меншої основи, R=0,262 м для більшої основи і Н=0,05 м – для висоти конуса. Вказаних розмірів конуса достатньо, щоб знайти його точну розгортку, яка буде наближеною для витка гвинтового коноїд