Наукові нотатки - це фахове рецензоване видання категорії Б з відкритим доступом, яке публікує оглядові статті та результати оригінальних фундаментальних і прикладних наукових досліджень за напрямом "Механічна інженерія та машинобудування". Наукові праці публікуються за наступними спеціальностями: G8 Матеріалознавство; G9 Прикладна механіка; G11 Машинобудування (за спеціалізаціями)
Луцький національний технічний університет
ВЛАСНІ ФУНКЦІЇ РІВНЯННЯ ЛАПЛАСА/ГЕЛЬМГОЛЬЦА ДЛЯ КЛИНОПОДІБНИХ ОБЛАСТЕЙ
Розв’язано рівняння Лапласа/Гельмгольца для клиноподібних областей у циліндричній системі координат. Розв’язки отримані у вигляді рядів по ортонормованій системі функцій Бесселя. Виведено формули для оцінки точності (залишку ряду) обчислень при заданій кількості перших членів відповідного ряду.
Авторське право (c) 2026 Наукові нотатки
РОЗРОБКА ТА СТРУКТУРНО-ФАЗОВА ЕВОЛЮЦІЯ БІОДЕГРАДУЮЧОГО ВИСОКОЕНТРОПІЙНОГО СПЛАВУ Fe-Zn-Mn-Cu
Проведено синтез та дослідження закономірностей структурно-фазової еволюції еквіатомного високоентропійного сплаву системи Fe-Zn-Mn-Cu. Отримання сплаву здійснювали методами порошкової металургії: високоенергетичним механічним легуванням (20 годин у середовищі петролейного ефіру) з подальшим рідиннофазним спіканням за температури 900 ℃ в атмосфері чистого азоту. Показано, що даний технологічний підхід дозволяє подолати термодинамічну незмішуваність елементів (зокрема пари Fe–Cu) та сформувати пересичений твердий розчин без критичного накопичення оксидних фаз. Встановлено, що після спікання сплав формує специфічну мікропористу структуру (scaffold), яка знижує модуль пружності матеріалу та сприяє вільній циркуляції фізіологічних рідин. Доведено перспективність розробленої системи для створення біорезорбних ортопедичних імплантатів нового покоління з контрольованою швидкістю корозії та потенційними антибактеріальними властивостями.
МЕТОД SIMP ІЗ ПРИСКОРЕННЯМ ЗБІЖНОСТІ ДЛЯ ТОПОЛОГІЧНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ НЕСУЧИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Запропоновано модифікацію методу SIMP для топологічної оптимізації несучих елементів машинобудівних конструкцій – алгоритм FA-SIMP (Forward-Accelerated SIMP), який поєднує адаптивний крок випередження з керованим інерційним коефіцієнтом, побудованим за схемою FISTA, та подвійну проєкцію точки випередження на боксову й об’ємну допустимі множини. На відміну від класичної проєктовано-градієнтної схеми, у FA-SIMP чутливість обчислюється не в поточному наближенні, а у фізично допустимій точці випередження, зміщеній уздовж напрямку попереднього поступу, що змінює траєкторію оптимізації та прискорює спадання цільової функції. Для запобігання розбіжності в неопуклій задачі застосовано адаптивний рестарт імпульсу, який скидає інерцію в разі помітного зростання податливості. Такий підхід дає змогу оцінити не лише кінцеву жорсткість оптимізованої конструкції, а й стійкість самого ітераційного процесу за зміни геометрії та дискретизації. Метод досліджено на задачі мінімізації пружної податливості консольної балки у плоско-напруженому стані для трьох конфігурацій (A, B, C), що відрізняються геометричними розмірами та густиною скінченно-елементної сітки (від 2700 до 6480 елементів) за однакової об’ємної частки матеріалу, однакового бюджету ітерацій та конусної фільтрації поля чутливостей. Встановлено, що FA-SIMP стабільно знижує пружну податливість (до 3.95 %), індекс сірості (до 10.90 %) та максимальні переміщення (до 3.92 %), одночасно підвищуючи статичну жорсткість конструкції за незмінної маси й практично незмінного часу обчислень (у межах кількох відсотків). Ефект прискорення закономірно зростає з розмірністю задачі, а чіткіша бінаризація поля густин спрощує перенесення результату у CAD-модель. Отримані результати підтверджують, що крок випередження з подвійною проєкцією є практичним, сітково-стабільним прискоренням методу SIMP, придатним для автоматизованого проєктування полегшених несучих деталей машин.
ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ МІЦНОСТІ ТРАПЕЦЕЇДАЛЬНИХ МУЛЬТИФРАКТАЛІВ
У статті представлено результати експериментальних досліджень міцності трапецеїдальних мультифракталів, виготовлених методом FDM 3D-друку з полімерного матеріалу PETG. Досліджувані зразки являли собою регулярні дискретні структури з трапецієподібним зовнішнім контуром та мультифрактальною системою внутрішніх трикутних комірок, геометрія яких визначалася параметром анізотропії ε. Проведено випробування зразків на одновісний стиск із реєстрацією діаграм деформування та визначенням максимального навантаження руйнування. Встановлено залежність граничної несучої здатності мультифракталів від параметра анізотропії ε та досліджено характер їх руйнування. Показано, що зі збільшенням параметра анізотропії зростає максимальне навантаження руйнування, а процес деформування супроводжується формуванням похилих площин зсуву та локалізацією залишкових деформацій переважно у крайових ділянках конструкції. Отримані результати можуть бути використані під час проєктування легких конструкцій із керованими механічними властивостями для машинобудування, транспортної техніки, будівництва та адитивного виробництва.
ДОСЛІДЖЕННЯ ІНДИВІДУАЛЬНИХ ТРАНСПОРНИХ ЗАСОБІВ РЕАБІЛІТАЦІЇ: ТО І ПР
Забезпечення мобільності людей з обмеженнями життєдіяльності є критично важливим завданням для сучасної інженерної науки. Індивідуальні транспортні засоби реабілітації (ІТЗР), такі як крісла-колісні з ручним та електричним приводами, функціонують у складних, часто непередбачуваних експлуатаційних умовах. Це призводить до прискореного зносу, виникнення типових механічних та електронних відмов, що знижує безпеку користувачів та збільшує витрати на утримання техніки. У зв'язку з цим, комплексне дослідження досвіду експлуатації ІТЗР, аналіз механізмів їх руйнування та розробка науково обґрунтованої стратегії планово-попереджувального ремонту є актуальною науково-практичною задачею галузевого машинобудування.
РОЗРОБКА БІОКОМПОЗИТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ГЛЮТИНУ ТА ВОЛОКОН ЛЬОНУ
В статті приведено дослідження міцності на стискання біокомпозитних матеріалів на основі водного розчину глютину та подрібнених волокон технічного льону довжиною 5 мм. Розроблено біокомпозитні матеріали з різним співвідношенням компонентів: 50% розчину глютину та 50% волокон льону; 46% розчину глютину та 54% волокон льону; 43% розчину глютину та 57% волокон льону; 40% розчину глютину та 60% волокон льону. Руйнування біокомпозитних матеріалів з різним співвідношенням компонентів за нижчих ступенів підсушування композиції (5-15%) під дією стискаючого навантаження супроводжується пластичною деформацію з утворенням зсувних тріщин. Максимальні значення міцності на стискання 71,7 МПа отримано для біокомпозитних матеріалів з вмістом 43% розчину глютину та 57% подрібнених волокон льону за ступеня підсушування композиції 20%. Подальше збільшення вмісту наповнювача або надмірне підсушування композиції погіршує змочуваність волокон в'яжучим, що призводить до крихкого руйнування та розколювання матеріалу
ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА СИСТЕМА МОНІТОРИНГУ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ НАЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДУ
У роботі розглянуто сучасні підходи до моніторингу технічного стану магістральних наземних трубопроводів із використанням інтелектуальних систем діагностування. Проведено аналіз основних типів дефектів трубопроводів, зокрема корозійних пошкоджень, тріщин, механічних деформацій, дефектів зварних з’єднань та пошкоджень ізоляційного шару. Встановлено, що розвиток таких дефектів призводить до порушення цілісності трубопроводів та виникнення аварійних ситуацій із суттєвими екологічними та експлуатаційними наслідками. Розглянуто сучасні методи неруйнівного контролю трубопроводів, серед яких електромагнітні, ультразвукові, радіографічні, акустичні та поверхневі методи діагностики. Особливу увагу приділено концепції Smart Maintenance, яка передбачає інтеграцію безпілотних літальних апаратів, IoT-технологій, сенсорних систем та алгоритмів машинного навчання для безперервного моніторингу технічного стану трубопровідної інфраструктури. Показано перспективність застосування методів комп’ютерного зору, згорткових нейронних мереж та систем семантичної сегментації для автоматизованого виявлення і класифікації дефектів. Визначено основні переваги інтелектуальних систем моніторингу, що полягають у підвищенні точності діагностування, зниженні впливу людського фактору та оптимізації процесів технічного обслуговування трубопроводів.
ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ СИСТЕМИZrB₂–ВЕС ДЛЯ АЕРОКОСМІЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ
У роботі узагальнено сучасний стан досліджень керамік на основі ZrB₂ та їх модифікації за допомогою високоентропійних систем. Проаналізовано вплив складу та технологій отримання на процеси ущільнення, формування мікроструктури та механічні властивості матеріалів. Оцінено основні проблеми ZrB₂, зокрема низьку тріщиностійкість і складність спікання, а також показано ефективність використання ВЕС-добавок для їх усунення. Запропоновано перспективні напрями розвитку, що полягають в оптимізації складу, контролі фазового стану та вдосконаленні технологій отримання високощільних композиційних матеріалів для роботи в екстремальних умовах.
НАПРУЖЕНА КРИСТАЛІЧНА РЕШІТКА n-Si ЗА НАЯВНОСТІ ДОМІШКИ ФОСФОРУ
Успішне застосування гетеропереходів у різних пристроях зумовлене здатністю технології епітаксії вирощувати напівпровідникові матеріали з узгодженою структурою решітки одна на одній практично без пасток на границі поділу. Тому актуальним є вивчення (дослідження) характеристик (параметрів, поведінки) напівпровідникових матеріалів зумовлених деформаціями кристалічної решітки і деформаційних змін їх властивостей при наявності домішок. Це може надати важливу інформацію при моделюванні гетероструктур і успішному застосуванні гетеропереходів (напруженої гетероепітаксії) у створенні різних пристроїв з прогнозованими властивостями. У роботі представлені результати досліджень для недеформованих і одновісно деформованих (Х ≤ 1,2 ГПа) вздовж [100] кристалів Si n-типу провідності з концентрацією NP донорної домішки фосфору (Р) 2,4 · 1013 см-3 і 2,3 · 1015 см-3. Нами вивчався поздовжній (Х || j [100]) і поперечний (Х ⊥ j [100]) п’єзоопір у температурному інтервалі 78 ÷ 300 K. При деформації кристалічної решітки кристалів n-Ge і n-Si важливою характеристикою є параметр анізотропії рухливості K. Для достатньо чистих кристалів n-Ge сукупність кривих ρX/ρ0 = f(Х) для різних температур у випадку Х || j || [111] характеризується в області температур T > 120 K по суті єдиним значенням плато ρ∞/ρ0, яким визначається величина параметру анізотропії рухливості. Для коректного визначення параметра K в n-Si у подібних випадках експериментальні дані за поздовжнім п’єзоопором необхідно доповнити результатами вимірювань поперечного п’єзоопору. В роботі комплексно досліджено особливості змін електрофізичних параметрів при деформації кристалічної решітки, що відрізняють германій і кремній n-типу, пов’язані з неадекватністю механізмів розсіювання в цих кристалах для напруженої гетероепітаксії. Встановлено, що в кристалах n-Si при 78 K значення параметрів анізотропії рухливості і розсіювання електронів при малих концентраціях донорної домішки (2,4 · 1013 см-3), тобто в умовах переважання розсіювання на акустичних фононах, як і в n-Ge, можна надійно визначити за даними лише поздовжнього п’єзоопору. При концентраціях же легуючої домішки, які забезпечують змішане розсіювання (2,3 · 1015 см-3), а також при підвищенні температури для коректного визначення параметра K у n-Si необхідні вимірювання як поздовжнього, так і поперечного п’єзоопору в області насичення кривих ρ = ρ(Х).
УМОВИ РОБОТИ ПРИВОДУ З БАГАТЬМА СТУПЕНЯМИ СВОБОДИ В МУЛЬТИМОДАЛЬНИХ РОБОТАХ ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ БОЙОВИХ ДІЙ
У статті розглянуто умови роботи приводу з багатьма ступенями свободи в мультимодальних роботах, призначених для забезпечення бойових дій. Проведено аналіз сучасних конструкцій мультимодальних роботизованих платформ та визначено основні вимоги до приводів зі змінною морфологією. Запропоновано конструкцію приводу на основі сферичного шарніра та хвильової передачі, що забезпечує просторову трансформацію колісних модулів і реалізацію різних режимів локомоції. Визначено кінематичні, геометричні та силові умови функціонування системи.
ХОЛОДНЕ ВИДАВЛЮВАННЯ ІЗ САМОРЕГУЛЬОВАНИМ ПРОТИТИСКОМ ЗА ДОПОМОГОЮ РІДИНИ ПУАНСОНІВ ЗІ СТАЛІ AISI 52100 ДЛЯ КАРБУВАННЯМОНЕТ
В умовах серійного і масового виробництва виробів процесами холодного об’ємного штампування стоїть задача підвищення стійкості пуансонів і виштовхувачів, яку можна вирішити шляхом заміни обробки різанням на холодне видавлювання при виготовленні такого інструмента. В роботі використано моделювання МСЕ із застосуванням пружно-пластичної моделі металу по визначенню параметрів холодноговидавлюванняізсаморегульованим протитиском пуансонів зі сталі AISI 52100 для карбування монет та проведено експерименти по отриманню пуансонів. Для двох геометричних форм пуансонів моделюванням встановлено максимальні значення протитиску рідини 200 і 300 МПа, які забезпечили видавлювання пуансонів з ступенями деформації 40.8 і 50.6% відповідно. Визначено залежність зусильвидавлювання від переміщення деформуючого інструмента, зусильвиштовхування деформованих заготовок з контейнерів, а також розподіл питомих зусиль на поверхнях заготовки, що контактують з інструментом.Виявлено форму і розміри пуансонів після видавлювання, розподіли температури та компонент напружень і деформацій у деформованому металі. Пропрацювання структури металу холодною пластичною деформацією проаналізовано по розподілу інтенсивності деформацій. Найбільше пропрацювання має місце в місці переходу циліндричної деформуючої поверхні пуансонів в конічну опорну поверхню, що необхідно для підвищення стійкості пуансонів при карбуванні. Проведено експериментальні роботи підтвердили результати розрахунків. Результати моделювання і експериментів по видавлюванню з протитиском для сталі AISI 52100є новими. Видавлювання з саморегульованим протитиском може бути використано при виготовленні деформуючого інструмента із малопластичних штампових і інструментальних сталей для процесів обробки металів тиском.
ГРАТЧАСТІ (АУКСЕТИЧНІ) СТРУКТУРИ ОТРИМАНІ 3D-ДРУКОМ МЕТОДАМИ ПОШАРОВОГО НАПЛАВЛЕННЯ (FDM) ТА ФОТОПОЛІМЕРІЗАЦІЇ (LCD-SLA)
У роботі досліджено гратчасті ауксетичні структури, отримані методами адитивного виробництва: пошарового наплавлення матеріалу (FDM) та фотополімеризації із застосуванням LCD-SLA технології. Зразки виготовляли з TPU-філаменту та ABS-подібної фотополімерної смоли. Основну увагу приділено впливу способу 3D-друку на точність відтворення тонких ребер, вузлів і повторюваних ауксетичних комірок. Показано, що LCD-SLA забезпечує вищу геометричну точність, кращу якість поверхні та деталізацію дрібних елементів, що є важливим для дослідницьких і демонстраційних зразків. Водночас FDM-друк із використанням гнучких термопластів, зокрема TPU, може бути доцільним для функціональних ауксетичних структур, які працюють в умовах багаторазової деформації або ударного навантаження. Розглянуто основні технологічні труднощі обох методів, зокрема усадку й підвищення жорсткості фотополімерних зразків, а також проблеми адгезії першого шару, зміщення шарів і утворення дефектів під час FDM-друку. Отримані результати підтверджують, що вибір технології 3D-друку та матеріалу є визначальним для формування гратчастих ауксетичних структур із необхідною геометрією та деформаційною поведінкою.
ВИКОРИСТАННЯ УЛЬТРАЗВУКОВИХ ДАТЧИКІВ НА БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТАХ ТА АНАЛІЗ ЇХНЬОЇ ТОЧНОСТІ
Безпілотні літальні апарати (БПЛА), широко відомі як дрони, стали важливою складовою сучасних технологічних систем. Протягом останнього десятиліття їхній розвиток значно прискорився, головним чином завдяки досягненням у галузі електроніки, вбудованих систем, сенсорних технологій та алгоритмів автономного керування. Сьогодні дрони вже не обмежуються лише рекреаційним використанням; вони широко застосовуються для промислових інспекцій, у сільському господарстві, моніторингу навколишнього середовища, рятувальних операціях, картографуванні місцевості, логістиці та системах безпеки. Одним із ключових аспектів, що впливають на ефективність роботи дронів, є впровадження сенсорних систем. Датчики забезпечують отримання необхідної інформації про навколишнє середовище та поточний стан літального апарата. Без надійних даних від датчиків були б неможливими автономний політ, стабілізація та виявлення перешкод. Сучасні платформи БПЛА зазвичай інтегрують кілька сенсорних технологій, таких як гіроскопи, акселерометри, GPS-модулі, оптичні камери, системи LiDAR, інфрачервоні та ультразвукові датчики. Серед цих технологій ультразвукові датчики є одним із найпростіших і найдоступніших рішень для вимірювання відстані на коротких дистанціях. Їхня мала вага, компактні розміри та відносно низьке енергоспоживання роблять їх придатними для інтеграції в легкі платформи дронів. Ультразвукові датчики найчастіше використовуються для стабілізації висоти польоту, автоматичної посадки, уникнення перешкод та навігації в приміщеннях, де сигнали GPS можуть бути недостатньо точними або взагалі недоступними. Принцип роботи ультразвукових датчиків ґрунтується на передачі та прийомі високочастотних звукових хвиль. Після відбиття випроміненого акустичного сигналу від перешкоди датчик визначає час повернення відбитої хвилі та розраховує відстань між датчиком і об’єктом. Хоча сам принцип є відносно простим, на точність вимірювання можуть впливати різні фактори навколишнього середовища, зокрема температура, вологість повітря, вітер, матеріал поверхні та геометрія об’єкта вимірювання. Попри певні обмеження, ультразвукові датчики продовжують широко використовуватися в навчальних, експериментальних та недорогих системах БПЛА. Їхні переваги особливо помітні в застосуваннях, де потрібні надійні вимірювання на коротких відстанях без використання дорогого обладнання. Основною метою цієї статті є аналіз використання ультразвукових датчиків у системах дронів та експериментальна оцінка їхньої точності під час практичних вимірювань відстані. Експериментальна частина дослідження зосереджена на ультразвуковому датчику HC-SR04, підключеному до мікроконтролера Arduino Uno. Вимірювання проводилися в контрольованих умовах приміщення на різних відстанях з метою порівняння виміряних значень із фактичними відстанями та оцінки придатності датчика для застосування на безпілотних літальних апаратах.
СУЧАСНИЙ СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМИ ДОСЛІДЖЕНЬТЕХНОЛОГІЧНОЇ ТОЧНОСТІ ДЕРЕВООБРОБНИХ ВЕРСТАТІВ
Подано аналітичний огляд сучасного стану та перспективних напрямів досліджень технологічної точності деревообробних верстатів. Виокремлено чотири основні напрями досліджень: конструкційне забезпечення точності оброблення, дослідження фактичної точності та динаміки її змін, математичне моделювання та системи автоматичного контролю розмірів деталей у процесі оброблення. Узагальнено результати провідних вітчизняних і зарубіжних дослідницьких шкіл. Визначено перспективні напрями подальших досліджень.
ЗАСТОСУВАННЯ МОДУЛЬНОГО ПРИНЦИПУ ПРОЄКТУВАННЯ ВЕРСТАТІВ З ЧПК
Розвиток верстатобудування на основі використання новітніх технологій, обладнання, методів організації виробництва є визначальною умовою зростання промислового виробництва. Постійні та жорсткі вимоги до підвищення продуктивності та якості виготовлення деталей машин та конструкцій вимагає удосконалення методів створення нових зразків верстатів з метою мінімізації часу на їх проєктування та виготовлення, а також витрат ресурсів. Застосування агрегатно-модульного принципу дозволяє створити технологічне обладнання в найкоротший термін з відносно обмеженого комплекту уніфікованих вузлів в умовах сучасного автоматизованого виробництва. У роботі виконано аналіз умов застосування модульного принципу створення нового верстата з ЧПК, обмежень та специфічних особливостей його використання. Систематизовано конструктивні вузли верстатів спроєктованих за модульним принципом та умови застосування уніфікованих модулів. Розглянуто загальні принципи розробки компонувань металорізальних верстатів з ЧПК за модульним принципом та запропоновано уточнений, алгоритм формування конструкції нового верстата.
ДОСЛІДЖЕННЯ СИЛОВИХ ХАРАКТОРИСТИК ГРУНТООБРОБНИХ РОБОЧИХ ОРГАНІВ
У роботі наведено методика та пристрій для випробувань та результати статистичної обробки динамометричних показників плужного корпусу на прикладі плуга ПЛН 3-35. Авторами здійснено порівняльну оцінку енергетичних та силових параметрів взаємодії робочої поверхні корпусу плуга з ґрунтовим середовищем, що дозволяє визначити три складових результуючої сили опору при обробітку ґрунту і дозволяє більш точніше враховувати їх при проектуванні нових поверхонь ґрунтообробних робочих органів.
ІННОВАЦІЙНІ ТРАНСПОРТНО-ЛОГІСТИЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА МАТЕРІАЛОЗНАВЧІ РІШЕННЯ У ПІСЛЯВОЄННОМУ ВІДНОВЛЕННІ ХЕРСОНЩИНИ
У статті досліджено проблеми та перспективи відновлення транспортної інфраструктури Херсонської області після масштабних руйнувань. Проаналізовано пошкодження промислових та інженерних об’єктів, визначено виклики для логістики та економічної активності регіону. На основі міжнародного досвіду (Європа, Азія) обґрунтовано необхідність поєднання фінансової підтримки з інноваційними технологічними рішеннями. Доведено системоутворюючу роль логістичних систем та запропоновано використання альтернативних рішень у короткостроковій перспективі, зокрема розвиток внутрішнього водного транспорту. Особливу увагу приділено впровадженню матеріалознавчих інновацій – полімерних і композиційних покриттів – для підвищення довговічності інфраструктури. Запропоновано стратегічні напрями відновлення на засадах принципів «Індустрії 4.0»
ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИЗОВАНОГО ЗВАРЮВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСУ З УРАХУВАННЯМ СТАБІЛІЗАЦІЇ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ
У статті розглянуто оцінювання ефективності роботизованого зварювального комплексу з урахуванням стабілізації теплофізичних параметрів технологічного процесу. Обґрунтовано, що ефективність роботизації зварювання доцільно визначати не лише за продуктивністю, трудомісткістю та терміном окупності, а й через стабільність струму, напруги, швидкості переміщення пальника, дугової енергії та лінійного тепловкладення. Запропоновано розрахункову схему, яка пов’язує стабілізацію траєкторії інструмента з умовами формування зварювальної ванни, геометрією шва, рівнем браку та виробничою результативністю.Для однієї стандартної зварювальної операції показано, що скорочення часу основного зварювання з 5 до 3 хв за незмінних значень струму 150 А і напруги 18 В збільшує швидкість переміщення пальника з 3,33 до 5,56 мм/с. За цих умов дугова енергія на одиницю довжини зменшується з 0,810 до 0,486 кДж/мм, тобто на 40,0%. Це підтверджує необхідність узгодженого керування струмом, напругою та швидкістю для стабілізації теплофізичних умову роботизованому процесі. Встановлено, що роботизація зменшує середнє відхилення геометрії шва з 2,5 до 0,8 мм, стандартне відхилення – з 1,2 до 0,3 мм, а ймовірність дефекту – з 0,10 до 0,03. За тривалості стандартної операції 10 хв продуктивність ручного зварювання становить 48 шт. за 8-годинну зміну, тоді як за роботизованої операції тривалістю 6 хв – 80 шт./зміну. Випуск придатної продукції з урахуванням зниження браку зростає з 43,2 до 77,6 шт./зміну, тобто на 79,6%. Отримані результати показують, що виробничий та економічний ефект роботизації формується через поєднання скорочення часу операції, стабілізації теплофізичних умов процесу та підвищення повторюваності якості зварного з’єднання.
МЕТОДОЛОГІЯ РОЗРАХУНКОВОГО ОЦІНЮВАННЯ ТОЧНОСТІ ТА ЖОРСТКОСТІ РОБОТИЗОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ
У статті розглянуто проблему розрахунково-інформаційного оцінювання точності та жорсткості роботизованих технологічних комплексів, що виконують операції з силовою взаємодією інструмента із заготовкою або об’єктом маніпулювання. Актуальність дослідження зумовлена тим, що паспортні характеристики промислового робота не дають достатньої підстави для висновку про придатність комплексу до конкретної технологічної операції, оскільки фактична похибка TCP формується під впливом конфігураційно залежної податливості, технологічного навантаження, параметрів інструмента, динамічних ефектів, калібрування, вимірювальних даних і технічного стану системи. Метою роботи є формування інтегрованої методології оцінювання, яка поєднує кінематико-статичну модель положення точки цента інструменту, модель жорсткості й податливості, динамічну складову похибки та цифровий інформаційний шар даних. Запропоновано структурне подання роботизованого технологічного комплексу як системи, що включає промисловий робот, систему керування, технологічний інструмент, об’єкт взаємодії, технологічну операцію, сенсорну підсистему та цифровий інформаційний шар. Сформовано послідовність оцінювання, у межах якої визначаються положення центральної точки інструменту, wrench-навантаження, узагальнені моменти в суглобах, деформаційна похибка, динамічна складова та сумарна похибка робочої точки. Окремо запропоновано інформаційну структуру даних для зберігання параметрів робота, інструмента, операції, навантажень, калібрування, вимірювань, діагностики та результатів оцінювання. На відміну від підходів, у яких точність, жорсткість, динаміка й цифрове представлення розглядаються окремо, запропонована методологія забезпечує формалізований перехід від вихідних даних і розрахункових моделей до інженерного рішення про придатність, умовну придатність або непридатність комплексу до заданої операції.
ВПЛИВ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ФОРМИ ЗАГОТОВКИ НА ПРОЦЕС ГАРЯЧОГО ЗВОРОТНОГО ВИДАВЛЮВАННЯ КРУГЛИХ ПОРОЖНИСТИХ ВИРОБІВ З ВИСОКОВУГЛЕЦЕВОЇ СТАЛІ
Методом скінчених елементів створено математичні моделі і проведено дослідження процесів гарячого зворотного видавлювання з високовуглецевої сталі порожнистих виробів із заготовок круглого і квадратного перерізів. Використано пластичну модель металу. Визначено швидкість деформування для забезпечення температурного режиму гарячої деформації на протязі процесів формоутворення виробів. Для двох форм заготовок отримано залежності зусилля видавлювання від переміщення пуансонів, розподіли питомих зусиль на контактуючих поверхнях деформованих заготовок з інструментом. Приведено розподіли температури, компонент напружень і деформацій для кінцевих стадій видавлювання. Пропрацювання структури металу пластичною деформацією оцінено по розподілах інтенсивності деформацій. Виявлено кінцеві форми та розміри виробів. Виконано порівняння отриманих результатів моделювання процесу видавлювання.
заготовка круглого і квадратного перерізу
ФРАКТОГРАФІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ РУЙНУВАННЯ ШТОКА РЕГУЛЮВАЛЬНОГО КЛАПАНА ПАРОВОЇ ТУРБІНИ
Проведено фрактографічний аналіз поверхні руйнування штока регулювального клапана парової турбіни та проаналізовано механізм його руйнування. Досліджено пошкодження в азотованому шарі та основному металі штока. Мікроаналізом виявили вторинні тріщини по всьому периметру штока, що є ознакою слабкої адгезії між основним металом та азотованим шаром, яку зв’язали з внутрішнім окисненням. Класичний боріздковий механізм втомного руйнування зберігався практично на більшій частині зламу штока, що відповідає багатоцикловій втомі, і лише на завершальній стадії руйнування візуалізувалися ознаки малоциклової втоми.
ОБҐРУНТУВАННЯ КІЛЬКОСТІ ЗБИРАЛЬНО-ТРАНСПОРТНИХ АГРЕГАТІВ ДЛЯ ПОТОКОВОГО ЗБИРАННЯ ПЛОДІВ
Дослідження присвячене удосконаленню потокового процесу «збирання – транспортування – товарна обробка» плодів у садівництві, що є важливим для продовольчої безпеки та експортного потенціалу галузі. Розглянуто вплив організації внутрішньогосподарської логістики на збереження якості продукції та мінімізацію втрат. Досліджено формування черг перед приймальним каналом та умови безперервності технологічного циклу виробництва. Запропоновано модель системи масового обслуговування, що дозволяє аналітично описати процес надходження врожаю, визначити оптимальну кількість транспортних засобів і узгодити пропускну здатність ланок. Результати сприяють зниженню втрат урожаю та підвищенню ефективності виробництва.
МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ ОПТИМАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОКАТКИ
На підприємствах різних галузей промисловості ще в недостатній кількості використовуються машини з різними за конструкціями роликовими робочими органами, які в залежності від технологічного процесу виконують різноманітні операції. Такі машини потрібно удосконалювати особливо малогабаритні з керованими процесами, в яких основний процес проходить в робочій зоні. Попередньо проведений аналіз роботи певного класу машин показав недостатню їх продуктивність та якість готової продукції. Зазначена проблема показала сучасні тенденції в удосконаленні роликових робочих органів в машинах різних класів де за допомогою них проходять різні робочі процеси. Метою дослідження є розробка методу визначення та розподілу величини стиснення тістової заготовки в проміжку між вальцьовими робочими органами, з підвищенням якості продукції та опису даних процесів за допомогою математичної моделі. Проведено аналіз складності процесу нагнітання, недостатньої стабільності та надійності роботи; при нерівномірній подачі компонентів в робочу камеру. Крім того, на якість подачі валків впливає ряд інших факторів: фізико-механічні властивості сировини, режим роботи, недостатній імпульс зовнішніх сил при осьовому переміщенні, надмірна кількість робочих органів. Визначення руху середовища в проміжку між валками є однією з досить складних задач. Вирішення цих завдань можливе на основі ретельного вивчення суті процесу, що відбувається під час прокатки. Такий підхід дозволить визначити характер стадійного розподілу злипання тіста в проміжку між валками з урахуванням кута контакту. Таким чином, конструкція поверхні нового валка дозволила зменшити вплив на тісто і, таким чином, підвищити якість формування при тих же технологічних параметрах. При цьому зменшуються втрати сухих речовин і технологічний брак. Розроблена модель дозволяє визначити стисливість тіста при початкових і кінцевих значеннях в'язкості при заданих технологічних і конструктивних параметрах а проведений аналіз може бути основою для розробки інженерних методів проектування робочих органів для регулювання стабільності процесу.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ СВІТЛОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО МОДУЛЯ
У статті наведено результати дослідження світлових вольт-амперних характеристик фотоелектричного модуля 615 Вт Longi Solar LR8-66HGD-615M в умовах різної інтенсивності освітлення. Виконано аналіз впливу сонячного випромінювання на ключові електричні параметри модуля, зокрема напругу холостого ходу, струм короткого замикання та вихідну потужність. Досліджено особливості зміни характеристик фотоелектричного модуля залежно від режимів його роботи. Отримані результати можуть бути застосовані для вдосконалення режимів експлуатації фотоелектричних систем і підвищення ефективності перетворення сонячної енергії.
ДО ВИЗНАЧЕННЯ ДЕФОРМІВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦІЙНОЇ КЛЕЄНОЇ ДЕРЕВИНИ ЗА РІЗНОЇ ВОЛОГОСТІ В ДОКРИТИЧНІЙ ТА ЗАКРИТИЧНІЙ СТАДІЯХ РОБОТИ: ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА СТАДІЯ
Проведено експериментальні дослідження конструкційної клеєної деревини сосни та ялини різної вологості після занурення у річковому та морському водних середовищах осьовим стиском вздовж волокон за жорсткого режиму випробувань. Експериментальним шляхом встановлено основні механічні характеристики клеєної деревини сосни та ялини в докритичній та закритичній стадіях роботи, в тому числі тимчасову граничну міцність деревини, модуль пружності, відносні критичні, граничні та залишкові деформації, за таких умов експлуатації. Запропоновано формули для визначення відносних граничних деформацій конструкційної клеєної деревини за різної вологості. Встановлено основні деформівні характеристики клеєної деревини сосни та ялини, як у річковому водному середовищі, так і морському, відносні критичні, граничні та залишкові деформації. За вологості 21% та 30% збільшуються в порівнянні з характеристиками, визначеними за стандартної вологості 12%.
ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРОГАЗОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ЗАКРИТОМУ ПЕРЕПУСКНОМУ КАНАЛІ ПРЯМОКУТНОГО ПЕРЕРІЗУ З РІЗНИМ СПІВВІДНОШЕННЯМ СТОРІН
У статті досліджено науково-прикладну задачу визначення гідрогазодинамічних параметрів потоку в закритих каналах із прямокутним поперечним перерізом. Обґрунтовано, що класичні аналітичні залежності, засновані на законі Гагена-Пуазейля, є адекватними виключно для каналів круглого перерізу, тоді як у реальних інженерних системах переважають канали прямокутної або складнішої геометрії. Перевірку аналітичних результатів здійснено шляхом чисельного моделювання у програмних середовищах MATLAB та SOLIDWORKS Flow Simulation. Побудовано функціональні залежності швидкісних і витратних характеристик від геометричних параметрів каналу.
УЛЬТРАЗВУКОВІ НЕРУЙНІВНІ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕАКЦІЙНО СПЕЧЕНОГО КАРБІДУ КРЕМНІЮ, МОДИФІКОВАНОГО КАРБІДОМ ВОЛЬФРАМУ
За технологією реакційного спікання порошків отримані керамічні матеріали на основі карбіду кремнію, що містили в шихті від 1 до 8% (мас.) частинок порошку карбіду вольфраму. Досліджено вплив вмісту карбіду вольфраму на закономірності зміни питомого електричного опору та характеристик пружності композитів, визначених за результатами ультразвукових вимірювань швидкостей поширення пружних хвиль різних типів імпульсними методами.
ПЕРЕДУМОВИ ДО ВРАХУВАННЯ МОДИФІКАЦІЇ ХВОЙНИХ ПОРІД ДЕРЕВИНИ В РОЗРАХУНКАХ ДЕРЕВ’ЯНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ТА КОНСТРУКЦІЙ
Дослідження висвітлює методологію врахування впливу модифікації хвойних порід деревини при розрахунках дерев'яних конструкцій. Воно зосереджено на конструктивних елементах, включаючи балки, колони та перехресно-ламіновані панелі, де поздовжня міцність значною мірою визначає несучу здатність та жорсткість. Запропоновано методологію, що дозволяє точно враховувати зміни механічної поведінки внаслідок обробки композиційними матеріалами, забезпечуючи точну оцінку міцності та покращення експлуатаційної придатності дерев'яних конструкцій. Впровадження коефіцієнтів у структурні розрахунки демонструє, що модифікація може значно підвищити експлуатаційні характеристики та термін служби дерев'яних конструкцій. Цей підхід закладає основу для включення модифікованих властивостей деревини в майбутні стандарти проектування та надає інженерам практичні інструменти для більш надійного та довговічного проектування дерев'яних конструкцій.
АКТУАЛЬНІ ПИТАННЯ СТРУКТУРНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ В ПОЛІМЕРКОМПОЗИТАХ ПІД ВПЛИВОМ ФІЗИЧНИХ ПОЛІВ: ОГЛЯД
В статті проведено аналіз літературних джерел в контексті формування полімеркомпозиційних матеріалів під впливом фізичних полів, які забезпечують інтенсивне структурування композиції на основі реактопластів. Подано характеристику фізичних полів та особливості структурних перетворень на рівні тонкої структури та надмолекулярних утворень, які відбуваються в результаті зовнішнього енергетичного впливу. Доведено позитивний вплив фізичних полів на процеси структурування полімеркомпозитних матеріалів на основі реакційноздатних полімерів за рахунок впорядкування структурних складових, а також формування полімеркомпозитів з низьким напруженим станом та високим ступенем структурування полімерної матриці.
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧНІ МЕТОДИ ОЦІНЮВАННЯ ЯКОСТІ БІОПАЛИВА ІЗ СТЕБЕЛ ЛЬОНУ ОЛІЙНОГО: ЗНАЧЕННЯ ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ
Дослідження присвячене розробленню спектрофотометричної методики оцінювання біопаливних матеріалів, отриманих із некондиційних стебел льону олійного (Linum usitatissimum L.). Досліджено брикети твердого біопалива з різним співвідношенням біомаси льону та зв’язуючого – сапропелю (L70/S30, L50/S50, L100), а також контрольний зразок на основі деревини. Водні витяжки продуктів згоряння аналізували методом спектрофотометрії в діапазоні довжин хвиль 200–1100 нм. Отримані спектри пропускання продемонстрували подібний загальний характер для всіх зразків, що свідчить про близькі структурні особливості продуктів згоряння. Для всіх досліджених зразків встановлено наявність вираженого мінімуму при довжині хвилі 975 нм. Ця спектральна особливість пов’язана з другим обертоном валентних коливань O–H і відображає наявність гідроксилвмісних сполук та зв’язаної води в досліджуваних системах. Порівняльний аналіз показав, що відмінності значень пропускання між біопаливами на основі льону та контрольним деревним зразком не перевищують 3–4 %, що свідчить про високий ступінь подібності їхнього хімічного складу продуктів згоряння. Використання сапропелю як зв’язуючого не призводить до істотної зміни загальних спектральних характеристик, однак зумовлює підвищення інтенсивності поглинання через більший вміст мінеральних компонентів. Отримані результати підтверджують доцільність використання біомаси стебел льону олійного для виробництва твердих біопалив та демонструють, що спектрофотометричний аналіз може бути застосований як експрес-метод оцінювання їх якості та екологічної безпечності.