авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

««ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Центр фундаментального образования «НАУЧНОМУ ПРОГРЕССУ – ТВОРЧЕСТВО МОЛОДЫХ» ...»

-- [ Страница 2 ] --

На этот счет существует несколько гипотез. В настоящее время большинство геофизиков считает, что наибольшую вероятность стать строгой теорией имеет гипотеза гидромагнитного динамо. Согласно этой гипотезе, в недрах Земли имеется жидкий проводящий слой земно го ядра, в котором происходят сложные и интенсивные движения, при водящие к самовозбуждению магнитного поля. Такие движения могут быть вызваны, например, силами инерции.

Предпринимались и другие попытки связать земной магнетизм с причинами, существование которых в природе предполагалось в соот ветствии с пока еще не известными ее законами. Так, было высказано предположение о существовании фундаментального закона природы, согласно которому всякое вращающееся тело (и не ферромагнитное!) создает вокруг себя магнитное поле. Для проверки истинности этого утверждения великий русский физик-экспериментатор Петр Николаевич Лебедев в 1911 г. создал специальную установку, с помощью которой ему удалось вращать медное кольцо с огромной угловой скоростью - до 5-6 тыс. об/с и фиксировать изменение магнитного поля вблизи этого кольца. Однако несмотря на то, что в установке использовался высоко чувствительный магнитометр, никакого изменения магнитного поля при вращении кольца не было замечено. Этим опытом закончилась еще одна попытка найти причину земного магнетизма с помощью специально сочиненного для такой цели физического закона.

Сейчас напряжнность магнитного поля Земли методично убывает всего за 450 лет она уменьшилась на 20%. И это беспокоит ученых больше всего. Ведь магнитное поле является своеобразным щитом, при крывающим Землю от интенсивного солнечного излучения. Но если магнитного поля не будет, или оно станет очень слабым, то вс живое на Земле окажется под прямым воздействием солнечного и космического излучения. А это, как можно предположить, приведт к радиационному поражению живых организмов, следствием чего будет их мутация в не определнном направлении или гибель. Ученым удалось установить, что магнитное поле Земли постоянно испытывает колебания с разными пе риодами, а магнитные полюса с годами меняют свое положение. Резуль татом таких явлений становится перемена магнитных полюсов планеты, т. е. северный и южный полюса меняются местами.

Геологические данные свидетельствуют о том, что смена магнитных полюсов на нашей планете происходила уже неоднократно. Последний раз такое случалось примерно 780 тыс. лет назад. Существует предпо ложение, что при переполюсовках магнитное поле Земли на очень ко роткое время исчезает, а затем снова восстанавливается. Объяснить причины периодических распадов защитной оболочки Земли наука пока не в силах, на этот счт есть лишь предположения. Согласно первому, изменение напряженности магнитного поля Земли и перемена его на противоположную связаны с изменением скорости и направления вра щения вещества в жидком ядре Земли. По другой версии, распад и даль нейшее нарастание напряженности геомагнитного поля связано с про хождением Землей межгалактических магнитных полей, которые оказы вают заметное влияние и на земной магнетизм.

По мнению большинства ученых, последняя гипотеза выглядит куда более убедительной.

Литература 1. Дьяченко, А. И. Магнитные полюса Земли. – М.: МЦНМО, 2003. – 48 с.

2. http://vzglyadzagran.ru/zemlia- i-priroda УДК 556. Козлова М. В., Шестакова Т. В.

Научный руководитель: Кулакова Л. П., канд. техн. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет СТРУКТУРА ВОДЫ И ЕЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Вода на Земле присутствует во всех трех агрегатных состояниях, од нако наибольший ее объем приходится на жидкую фазу. В нормальных атмосферных условиях вода сохраняет жидкое агрегатное состояние, тогда как аналогичные водородные соединения являются газами. Поми мо этого, вода обладает целым рядом аномальных физических свойств.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырех водородных свя зях: два атома водорода – каждый в одной, а атом кислорода – в двух;

в таком состоянии молекулы воды находятся в кристалле льда. При тая нии льда часть связей рвется, что позволяет уложить молекулы воды плотнее;

при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность ее растет, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся оставшиеся связи. Раз рыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удель ная тепломкость среди прочих жидкостей и тврдых веществ. Вода об ладает также высоким поверхностным натяжением, уступая в этом толь ко ртути. Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоро стями. Чистая (не содержащая примесей) вода – хороший изолятор. Но поскольку вода – хороший растворитель, в ней практически всегда рас творены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество.

По электропроводности воды можно определить е чистоту.

Наличие водородных связей между молекулами воды создает благо приятные возможности для образования особых структур - ассоциатов (кластеров), воспринимающих, хранящих и передающих самую различ ную информацию. Водородные связи легко разрушаются и быстро вос станавливаются, что делает структуру воды исключительно изменчивой.

Именно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непре рывно возникают беспорядочные ассоциаты и «водяные кристаллы», где количество связанных молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц. Это принципиальное открытие было сделано английским физи ком Берналом. С тех пор было проведено множество исследований, но полной ясности в этом вопросе еще нет.

«Водяные кристаллы» могут иметь самую разную форму, как про странственную, так и двухмерную (в виде кольцевых структур). Однако базовой, судя по всему (пока лишь не точно доказанное предположе ние), является всего одна структура - гексагональная (шестигранная), когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо. Такой тип структуры характерен для льда, снега, талой воды, клеточной воды всех живых существ.

Структуры кластеров воды были найдены и теоретически, сегодняш няя вычислительная техника позволяет это сделать. В 1999 г. Станислав Зенин провл совместно с Б. Полануэром исследование воды в ГНИИ генетики, которые дали интереснейшие результаты. Применив совре менные методы анализа, как то рефрактометрию, протонного резонанса и жидкостной хроматографии, исследователям удалось обнаружить по лиассооциаты – «кванты» воды. Согласно гипотезе Зенина, вода пред ставляет собой иерархию правильных объемных структур - ассоциатов, в основе которых лежит кристаллоподобный "квант воды", состоящий из 57 ее молекул и имеющий форму тетраэдра. 16 квантов образуют структурный элемент, состоящий из 912 молекул воды. Вода на 80% состоит из таких элементов, 15% - кванты-тетраэдры и 3% - классиче ские молекулы Н2О. Таким образом, водная среда представляет собой как бы иерархически организованный жидкий кристалл.

Изменение положения одного структурного элемента в этом кри сталле под действием любого внешнего фактора или под влиянием до бавляемых веществ обеспечивает, согласно гипотезе Зенина, высокую чувствительность информационной системы воды. Если степень возму щения структурных элементов недостаточна для перестройки всей структуры воды в данном объеме, то после снятия возмущения система через 30-40 мин возвращается в исходное состояние. Если же перекоди рование, т. е. переход к другому взаимному расположению структурных элементов воды оказывается энергетически выгодным, то в новом со стоянии отражается кодирующее действие вызвавшего эту перестройку вещества. Такая модель позволяет Зенину объяснить «память воды» и ее информационные свойства.

Следует отметить, что в настоящее время существуют и другие мо дели воды, описывающие ее аномальные свойства.

Литература 1. Зацепина, Г. Н. Физические свойства и структура воды. – М.: Изд-во МГУ, 1998. – 184 с.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/ 3. http://www.o8ode.ru/article/water/ УДК 53. Комиссарова О. С., Васильев А. И.

Научный руководитель: Андреев В. В., канд. физ.- мат. наук, доцент Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова ПЕРСПЕКТИВЫ «НАНОРАКЕТ» В МЕДИЦИНЕ Для медицины большой интерес представляет разработка способа доставки в живом организме лекарственных препаратов непосредствен но в поражнные органы. Такая задача может быть решена с помощью современных нанотехнологий. Разработанные на их основе «нанораке ты» могут быть разносчиками лекарств в живом организме к поражн ным органам. Но в то же время на пути решения такой задачи имеются существенные проблемы. Например, запуск «наноракеты» в организме может привести к нежелательным последствиям. Одной из проблем яв ляется то, что ракетное топливо или химически активные вещества, вы ступающие его заменителями, могут быть ядовиты для организма. Од ним из возможных решений этой проблемы может стать разработанная группой исследователей из Германии технология реактивного движения, не использующая ядовитые вещества. Эта технология может использо ваться внутри живых организмов. Технология основана на использова нии нанотрубок, которые легко проникают в тело. Чтобы разрешить проблему токсичности ракетного топлива внутри живых организмов, нанотрубки покрыты платиной.

Следует отметить, что большинство веществ, используемых в каче стве наноракетного топлива, очень опасны для человека. Одним из та ких наименее безопасных веществ является пероксид водорода, который в сверхмалых дозах практически безвреден для организма. «Нанораке та» действует следующим образом. При помещении нанотрубки в теп лый, слабый раствор перекиси водорода, платина катализирует реакцию разложения последней на воду и кислород. В результате реакции обра зуются пузырьки, выходящие с одного конца нанотрубки. За счт этого нанотрубка («наноракета») может перемещаться в противоположную сторону за секунду на расстояние, превышающее ее длину на около раз. Такая скорость превышает скорость самой быстрой бактерии.

Управлять «наноракетами» возможно с помощью магнитного поля и изменения температуры раствора.

УДК 535. Краснова А. А., Алексеев А. В., Михайлов И. В.

Научные руководители: Гогелашвили Г. Ш., канд. хим. наук, доцент;

Ставер Е. Ю., ст. преподаватель Поволжский государственный технологический университет ПОГЛОЩЕНИЕ (АДСОРБЦИЯ) СВЕТА Поглощение света - явление уменьшения энергии световой волны при распространении ее в веществе, происходящее вследствие преобра зования электромагнитной энергии во внутреннюю энергию вещества или в другие формы энергии.

Дисперсия света тесно связана с поглощением света. Поглощение света, в свою очередь, сильно зависит от длины волны. Согласно пред ставлениям электронной теории строения вещества, переменное элек трическое поле световой волны, распространяющейся в диэлектриче ской среде, вызывает вынужденные колебания электронов и ионов мо лекул вещества. В области видимого и ультрафиолетового диапазонов в вынужденных колебаниях участвуют лишь наиболее слабо связанные электроны, располагающиеся на внешних оболочках атома. Ионы со вершают заметные колебания лишь под действием инфракрасного (низ кочастотного) излучения. Электроны, совершая вынужденные колеба ния, излучают вторичные световые волны. Это приводит к тому, что световая волна внешнего источника в веществе меняется таким образом, что внутри вещества ее скорость распространения оказывается иной.

Поглощение света количественно характеризуется дополнительной (к показателю преломления) физической величиной, называемой коэф фициентом экстинкции K. Как и показатель преломления, этот коэффи циент определяется из опыта. Зависимость поглощенной энергии свето вой волны от пути, пройденной ею в однородной среде, была экспери ментально получена французским ученым П. Бугером (1729 г.) и впо следствии теоретически выведена немецким ученым И. Ламбертом (1760 г.).

I1 I2 = K I1 d Это значит, что интенсивность I, отнимаемая у параллельного пуч ка света за счет поглощения и рассеяния в слое вещества толщиной d, прямо пропорциональна интенсивности I1 падающего потока света и толщине слоя d. Если рассеяние не играет никакой роли по сравнению с поглощением, то коэффициент экстинкции называется коэффициентом поглощения. Если, наоборот, поглощением можно пренебречь по срав нению с рассеянием, то говорят о коэффициенте экстинкции, обуслов ленным рассеянием.

Формула выражает закон Бугера-Ламберта в дифференциальном ви де для тонкого слоя вещества. Физический смысл этого закона состоит в том, что показатель поглощения не зависит от интенсивности света, а, следовательно, и от толщины слоя.

С. И. Вавилов установил, что закон Бугера выполняется в крайне широких пределах изменения интенсивности света для большинства веществ. Отступления от закона Бугера указывают на существование нелинейных оптических явлений, т. е. явлений, для которых не выпол няется принцип суперпозиции. В световых пучках очень большой ин тенсивности коэффициент поглощения K () начинает зависеть от ин тенсивности света I нелинейного поглощения света.

Законы поглощения света широко используются во многих физико химических методах исследования вещества.

УДК 539.1:004. Лебедева А. А., Бебенин М. В., Витрук Д. Ф.

Научный руководитель: Кожинова Г. Ю., канд. физ.-мат. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ОПЫТА РЕЗЕРФОРДА Целью данной работы было моделирование классического опыта Ре зерфорда по зондированию атомов с помощью -частиц, на основе ре зультатов которого была предложена планетарная модель строения ато ма. Для этого была написана программа.

С помощью этой программы можно наблюдать рассеяние частиц на неподвижном ядре, изменять прицельное расстояние, заряд частицы, измерять угол рассеяния частицы, исследовать кривую рассеяния при бомбардировке ядра потоком частиц с заданной энергией в автоматиче ском режиме.

Программа написана в ИСП Microsoft Visual C++ 10.0, что позволяет сделать решение задачи наглядным и не требует каких-либо навыков работы с этой программой.

Программа предназначена для использования на персональных ком пьютерах типа IBM PC 486/Pentium, работающих под операционными системами Microsoft Windows 95/98/NT/ME/2000/XP/Vista/7.

Поддерживаемые архитектуры:

32-разрядная (x86);

64-разрядная (x64).

Минимально возможная конфигурация компьютера для запуска про граммы:

• процессор 486DX2-66, • оперативная память 128 Мб, • манипулятор мышь, • стандартная клавиатура, • графический адаптер SVGA с видеопамятью 512 Кб (поддержи вающий разрешение не хуже 800*600, High Color), • цветной монитор SVGA.

УДК 621. Лопатин С. В.

Научный руководитель: Косова Г. Н., канд. физ.-мат. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ВОЛОКОННЫЕ ЛАЗЕРЫ.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ Изобретение лазеров произвело подлинную революцию во многих областях науки и тех ники. За это открытие советские ученые Н. Г.

Басов и А. М. Прохоров вместе с американским ученым Ч. Таунсом бы ли удостоены Нобелев ской премии. Одним из видов лазеров является волоконный лазер. Хотя научно-технические издания сообщают о достижениях, связан ных с последними разработками мощных волоконных лазеров, найдется не так много публикаций, обсуждающих детали тех приложений, где используются волоконные лазеры. Лазерная маркировка, оптоволокон ные линии связи и приложения, использующие обработку материалов, демонстрируют быстрый взлет лазерных волоконных технологий благо даря высокому качеству луча, а также их надежности. На рис. 1 виден рост выходной мощности лазеров с длиной волны генерации около мкм (Yb и Nd), достигутый за период 1996-2004 г. Видно, что за это время мощность увеличилась с 30 Вт до ~ 1 кВт. Такой быстрый про гресс в росте выходной мощности объясняется, прежде всего, разработ кой улучшенной структуры активных волоконных световодов и успеха ми в создании систем накачки на основе лазерных диодов.

Рис. 2а. Принципиальная схема воло- Рис. 2б и рис. 2в. Различные сечения конного лазера: 1а – активный воло- волоконного световода: 1б – сердцеви конный световод, 2а – модуль накач- на волоконного световода, содержащая ки, 3а - внутриволоконные бреггов- редкоземельный элемент, 2б – первая ские решетки, 4а – точки сварки воло- оболочка, 3б – вторая оболочка, 4б конных световодов. защитная оболочка, 1в – активный световод, 2и – пассивные световоды, 3в – общая вторая оболочка, 4в – за щитная оболочка Принципиальная схема волоконного лазера приведена на рис. 2а. В качестве активного волоконного световода (1а) используются световоды на основе кварцевого стекла с добавками редкоземельных элементов, таких как Nd, Yb, Er, Но, Tm. В настоящее время для создания мощных лазеров наибольшее распространение получили волоконные световоды с Yb, обеспечивающие наибольшую эффективность генерации на волне с X = 1,1 мкм. Большой интерес проявляется к лазерам, генерирующим излучение в спектральной области 1,52,0 мкм, которое считается без опасным для глаз. В этом случае используются волоконные световоды с добавками Er/Yb (1,5-1,6 мкм), Tm и Но (~ 2,0 мкм).

Благодаря широкому выбору параметров волоконные лазеры нашли применение во многих сферах деятельности. В частности, они исполь зуются для гравировки и резки металлов в промышленности и для ла зерной маркировки товаров, где необходимы большая пиковая мощ ность коротких импульсов, следующих с заданной частотой. Так, для пластика и металла используются импульсы 5-10 кВт длительностью от 10 до 100 нс при частоте следования от 20 до 200 кГц. Это позволяет изменять лишь оптические свойства поверхности без повреждения внутренней структуры изделия. Лазеры до 60 Вт используются при сварке нержавеющей стали в компонентах электроники и медицинских инструментов толщиной в десятые доли миллиметра. Они показали хо рошие результаты при изготовлении стентов для медицины.

Литература 1. Вудс, С. Волоконные лазеры средней мощности и их применение / С. Вудс, М. Дака, Г.Флин // Фотоника. - 2008. - № 4. - С. 6-10.

2. Дианов, Е. М. Волоконные лазеры // Успехи физических наук. - 2004. В. 10 т. - Т. 174. - С. 1139-1142.

УДК 534.014. Макаров Р. А.

Научный руководитель: Красильникова С. В., канд. хим. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ Цель работы – изучение свободных и вынужденных колебаний ме ханической системы с двумя степенями свободы и внутренней упругой связью, определение амплитудно-частотных характеристик этой колеба тельной системы.

Исследование свободных и вынужденных колебаний маятниковой системы проводилось на установке FPM-13 по стандартным методикам.

Свободные колебания одинаковых связанных маятников можно описать системой двух линейных однородных дифференциальных уравнений второго порядка:

1, 2 где 1 и 2 – круговые частоты гармонических колебаний.

В данной работе были измерены период и частота синфазных и ан тифазных колебаний, период биений, оценены погрешности измерений (относительная погрешность не превышала 5%).

При действии на маятниковую систему внешней гармонической воз мущающей силы F (t ) F0 sin t, где F0, – амплитуда и круговая ча стота возмущающей силы соответственно, возникают сложные колеба ния, которые образуются при наложении колебаний, имеющих соб ственные круговые частоты 1 и 2 и колебаний с частотой. Если тре ние в системе мало, то при частоте внешней возмущающей силы, близ кой к одной из главных частот колебаний 1 или 2, в системе наблюда ется резонанс (рис. 1).

Рис. По экспериментальным данным были построены амплитудно частотные характеристики вынужденных колебаний (рис. 2 и 3).

Рис. 2. Зависимость амплитуды вы- Рис. 3. Зависимость амплитуды вы нужденных колебаний от частоты нужденных колебаний от частоты при положении скобы с пружинами на при положении скобы с пружинами на расстоянии 175 мм от оси вращения расстоянии 150 мм от оси вращения На рисунках ломаные линии соответствуют экспериментальным из мерениям, аппроксимация экспериментальных точек показана плавными кривыми. Как видно из графиков, связанная колебательная система с двумя степенями свободы имеет две резонансные частоты.

Данная лабораторная работа может быть использована в лаборатор ном практикуме по вариативной части курса физики.

УДК 537.322. Попов А. В., Тораев А. И.

Научный руководитель: Кожинова Г. Ю., канд. физ.-мат. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ЭФФЕКТ ПЕЛЬТЬЕ Цель работы: Теоретическое и практическое рассмотрение эффекта Пельтье на примере термоэлектрических элементов.

В настоящей работе мы попытались доступно и популярно рассмот реть так называемый «Эффект Пельтье» - термоэлектрическое явление, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохож дении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников.

Эффект открыт Ж. Пельтье в 1834 году, но суть явления исследовал Ленц, несколькими годами позже - в 1838 году. Он провл эксперимент, в котором поместил каплю воды в углубление на стыке двух стержней из висмута и сурьмы. При пропускании электрического тока в одном направлении капля превращалась в лд, при смене направления тока лд таял, что позволило установить, что в зависимости от направления, протекающего в эксперименте тока, помимо джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, направления и силы протекающего электри ческого тока:

Q = ПАBI = (ПB-ПA)I, где Q - количество выделенного или поглощнного тепла;

I - сила тока.

П - коэффициент Пельтье, который связан с коэффициентом термо-ЭДС соотношением Томсона: П = T, где Т - абсолютная температура в K.

Эффект Пельтье обратен эффекту Зеебека. Эффект Зеебека - это яв ление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединнных разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.

Эффект Пельтье более заметен у полупроводников, это свойство ис пользуется в элементах Пельтье.

Причина возникновения явления Пельтье заключается в следующем.

На контакте двух веществ имеется контактная разность потенциалов, которая создат внутреннее контактное поле. Если через контакт проте кает электрический ток, то это поле либо способствует прохождению тока, либо препятствует. Если ток идт против контактного поля, то внешний источник должен затратить дополнительную энергию, которая выделяется в контакте, что приведт к его нагреву. Если же ток идт по направлению контактного поля, то он может поддерживаться этим по лем, которое и совершает работу по перемещению зарядов. Необходи мая для этого энергия отбирается у вещества, что приводит к охлажде нию его в месте контакта.

В работе проведн опыт с реальными термоэлектрическими элемен тами, созданными на основе эффекта Пельтье, применяемыми в про мышленности, быту и электронике для охлаждения разного рода компо нентов и объектов. Также в работе приведена программа, с помощью которой можно определить характеристики термоэлектрических эле ментов.

УДК 621. Рябцев С. А.

Научный руководитель: Косова Г. Н., канд. физ.-мат. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ТРАНСФОРМАТОР ТЕСЛА Трансформатор Тесла - устройство, изобретнное Николой Тесла и носящее его имя. Трансформатор был запатентован как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух ка тушек - первичной и вторичной, а также разрядника, конден сатора, и терминала, в качестве которого используется тороид (также тороид слу жит для увеличения емкости вторичной катушки).

Устройство трансформатора Первичная катушка содержит витки большого диаметра, а вторич ная - маленького, около 1000 витков. При этом используется газовый разрядник, который представляет собой два массивных электрода с ре гулируемым зазором.

Тороид может быть разных размеров и форм. Он используется в ка тушке для получения искровых зарядов большой длины [1].

Трансформатор Тесла работает по принципу качелей. Если их раска чивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигае мая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если рас качивать в режиме свободных колебаний, то при усилиях, равных с при нудительными колебаниями, максимальная амплитуда вырастает в не сколько раз.

Трансформатор Тесла хоть и в большей степени игрушка, но его можно применять в различных сферах деятельности: спецэффекты, му зыка, охранная сигнализация, ловушка, передача энергии и данных на расстоянии и др.

Литература 1. Ацюковский, В. А. Трансформатор Тесла: энергия из эфира // Петит. – 2004. – С. 56.

УДК Саламатова Т. С., Калинин М. С., Воронин А. А.

Научный руководитель: Косова Г. Н., канд. физ.-мат. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет УЛЬТРАЗВУК. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ УСТАНОВКА Ультразвук - упругие волны высокой частоты, которым посвящены специальные разделы науки и техники. Обычно ультразвуковым диапа зоном считают полосу частот от 20 000 до нескольких миллиардов герц.

Хотя о существовании ультразвука ученым было известно давно, прак тическое использование его в науке, технике и промышленности нача лось сравнительно недавно [3].

Человеческое ухо не воспринимает ультразвук, однако, некоторые животные, например, летучие мыши, могут воспринимать и издавать ультразвук. Частично воспринимают ультразвук грызуны, кошки, соба ки, киты, дельфины. Ультразвуковые колебания возникают при работе моторов автомобилей, станков и ракетных двигателей. В практике для получения ультразвука обычно применяют электромеханические гене раторы ультразвука, действие которых основано на способности некото рых материалов изменять свои размеры под действием магнитного (маг нитострикционные генераторы) или электрического поля (пьезоэлектри ческие генераторы), издавая при этом звуки высокой частоты. Из-за большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами [4].

Он сильно поглощается газами и слабо жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пу зырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии (взаимопроникновения двух сред друг в друга), существенно влияют на растворимость вещества и в целом на ход химических реакций. Эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средой обу словливают его широкое техническое и медицинское использование.

Нашей группой была проведена работа по созданию ультразвукового генератора на транзисторах, работа которого основана на эффекте маг нитострикции, схема представлена ниже (рисунок). Магнитострикция (от лат. strictio - сжатие, натягивание) - это явление, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела его объм и линейные размеры изменяются [2].

Принципиальная схема ультразвукового генератора низкой частоты на транзисторах. Радиодетали: диод DI типа Д247, транзистор Т1 типа МП (МП42), транзистор Т2 типа П4 (П210);

конденсаторы: C1 (500 мкФ*ЗО В), С (0,04 мкФ), СЗ=С5=С6 (ОД мкФ), СА (5 мкФ*20В);

резисторы: RI (5,1 кОм), R2=RA (2,7 кОм), R3 (64 Ом), R5 (270 Ом).

Литература 1. Майер, В. В. Простые опыты с ультразвуком. – М.: Наука, 1978. – С. 160.

2. wikipedia.org 3. Яворский, Б. М. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. – М.: Наука, 1977. - 939 с.

4. www.radioliga.com УДК 621.314. Секретарв А. М., Конкин Н. А.

Научный руководитель: Косова Г. Н., канд. техн. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗОНАНСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТЕСЛЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Трансформатор Тесла, возможно, - это единственное из изобретений Тесла, носящих его имя сегодня. Это устройство, производящее высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой во многих его экспериментах. Сегодня катушка Тесла используется в различных применениях в радио и телевидении. Высоковольтный трансформатор, или трансформатор Тесла (по имени изобретателя Николая Тесла) пред ставляет собой резонансный трансформатор, вырабатывающий высоко частотное высокое напряжение. Высоковольтный трансформатор Тесла это два связанных между собой колебательных контура, которые опре деляют его основные рабочие свойства и отличают этот вид трансфор матора от обычных трансформаторов. Трансформатор Тесла, в отличие от обычного, не имеет ферромагнитного сердечника, что обеспечивает значительно меньшую взаимоиндукцию между двумя катушками, чем у трансформатора с ферромагнитным сердечником.

Резонансный способ и устройство могут быть использованы для передачи электрической энергии на самолеты, шары-зонды, ракеты и низкоорбитальные спутники, как в непрерывном, так в импульсивном режиме. Рассмотрим беспроводные методы передачи электрической энергии в атмосфере. В способе передачи электрической энергии на высокой частоте через околоземное пространство, включающем гене рирование электромагнитных колебаний и передачу их к потребителю по линии связи, между высокочастотными генераторами электромаг нитных колебаний и приемниками энергии формируют в атмосфере проводящие каналы, проходящие через промежуточное проводящее тело, расположенное в околоземном пространстве. Формирование про водящих каналов осуществляют фотоионизацией воздуха лазерным излучением и электрическим пробоем ионизированного воздуха в ка нале путем подачи высокого напряжения. Высокочастотные генерато ры и приемники энергии соединяют с проводящими каналами через резонансные L-С контуры, содержащие конденсатор переменной емко сти, а также собственную емкость и индуктивность повышающих трансформаторов Тесла, присоединенных к высокочастотным генера торам энергии и понижающих трансформаторов Тесла, присоединен ных к приемникам энергии непосредственно или через выпрямитель ные блоки.

Для передачи электрической энергии одному или несколь ким приемникам энергии, находящимся в пределах прямой видимости, от промежуточного проводящего тела используют проводящие экраны, установленных на летательных аппаратах. Для передачи электриче ской энергии удаленным приемникам энергии на Земле и в околозем ном пространстве в качестве промежуточного проводящего тела ис пользуют проводящие слои ионосферы Земли. Для передачи электри ческой энергии от высокочастотного генератора энергии на приемни ки, по крайней мере, один высокочастотный генератор энергии уста навливают на Земле, а приемники энергии – на Земле и летательных аппаратах. Проводящие каналы формируют как со стороны Земли, так и от летательных аппаратов. Установленные на Земле и на летатель ных аппаратах высокочастотные генераторы энергии и приемники энергии, соединенные между собой проводящими слоями ионосферы и проводящими каналами, образуют единую энергетическую систему Земли.

В устройстве для передачи электрической энергии в околоземном пространстве используют линии связи в виде проводящих воздушных каналов, сформированных лазерными пучками, каждый из которых со единен с одной стороны через формирователь проводящего канала с одним из выводов высоковольтной обмотки высокочастотного транс форматора Тесла, а с противоположной стороны - с промежуточным проводящим телом, расположенным в околоземном пространстве.

Формирователи проводящих каналов и сами проводящие каналы элек трически изолированы от лазеров с помощью электроизолированных экранов, прозрачных для излучения лазеров. Для реализации глобаль ной системы передачи электрической энергии все высокочастотные генераторы и приемники энергии соединены между собой проводящи ми каналами через проводящие слои в ионосфере в единую энергети ческую систему.

Литература 1. Ацюковский, В. А. Трансформатор Тесла: энергия из эфира. - Жуков ский: Петит, 2004.

2. Никола Тесла. Лекции. Статьи. - М.: Tesla Print, 2003.

УДК 535. Чегаева И. Е., Хренков А. А., Тихонов В. А.

Научные руководители: Гогелашвили Г. Ш., канд. хим. наук, доцент;

Целищева Л. В., канд. техн. наук, ст. преп.

Поволжский государственный технологический университет СПОСОБЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА Свет играет очень важную роль в жизни каждого человека. Большин ство информации об окружающем мире мы получаем с помощью света.

При воздействии света на вещество основное значение имеет электри ческая составляющая электромагнитного поля световой волны, поскольку именно она оказывает основное действие на электроны в атомах вещества.

Поэтому, для описания закономерностей поляризации рассматривается только световой вектор – вектор напряженности E электрического поля.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества независимо излучающих атомов. Поэтому все ориентации вектора E будут равновероятны. Такой свет называется естественным.

Поляризация света – явление особого видоизменения естественных световых лучей, исходящих от обыкновенного источника света, при ко тором лучи приобретают как бы различные свойства по различным направлениям, перпендикулярным к направлению луча.

Поляризованный свет – свет, в котором направления колебания век тора E каким-либо образом упорядочены.

Для получения поляризованного света и его обнаружения существу ют специальные физические приборы, называемые в первом случае по ляризаторами, а во втором анализаторами. Обычно они устроены одина ково. Полученный различными способами поляризованный свет широко используется во многих физико-химических методах анализа вещества.

В работе рассмотрено несколько способов получения и анализа по ляризованного света:

1. поляризация в отраженном и преломленном свете;

2. поляризация с помощью призмы Николя;

3. поляризация с помощью пластин поляризаторов.

УДК 537.633. Швецова Н. Л., Юртикова М. А.

Научный руководитель: Ладычук Д. В., канд. хим. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЕ КВАНТОВЫЕ ЭФФЕКТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ Эффект Холла - явление возникновения поперечной разности потен циалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через металлический брус в слабом магнитном поле B течт электрический ток под действием напряжнности E. Магнитное поле будет отклонять носители заряда от их движения вдоль или против электрического поля к одной из граней бруса. Сила Лоренца приведт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска и положи тельного - возле противоположной. Накопление заряда будет продол жаться, пока возникшее электрическое поле зарядов E1 не скомпенсиру ет магнитную составляющую силы Лоренца:

eE1=evB = E1=vB (1) Аномальный эффект Холла. Случай появления напряжения в образ це, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитно го поля.

Квантовый эффект Холла. В сильных магнитных полях в плоском проводнике в системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к появлению квантового эффекта Холла.

Спиновый эффект Холла. В случае отсутствия магнитного поля в немагнитных проводниках может наблюдаться отклонение носителей тока с противоположными направлениями спинов в разные стороны перпендикулярно электрическому полю.

Применение. Эффект Холла является достаточно хорошим методом исследования свойств полупроводников. На основе эффекта Холла ра ботают датчики Холла - приборы, измеряющие напряжнность магнит ного поля. Датчики Холла получили очень большое распространение в бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях, применяются для измерения линейных и угловых перемещений каких-либо объектов, находящихся в магнитных полях [1].

Эффект Джозефсона - это явление протекания сверхпроводящего то ка через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника.

Такой ток называют джозефсоновским током, а такое соединение сверх проводников - джозефсоновским контактом. Различают стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона.

Стационарный эффект. При пропускании через контакт тока, величина которого не превышает критическую, падение напряжения на контакте отсутствует. Эффект этот вызван тем, что электроны проводимости про ходят через диэлектрик без сопротивления за счт туннельного эффекта.

Нестационарный эффект. При пропускании через контакт тока, ве личина которого превышает критическую, на контакте возникает паде ние напряжения U, и контакт при этом начинает излучать электромаг нитные волны. При этом частота такого излучения определяется как:

=2eU/, (2) где e - заряд электрона, - постоянная Планка.

Возникновение излучения: объединнные в пары электроны при пе реходе через контакт приобретают избыточную по отношению к основ ному состоянию сверхпроводника энергию, равную 2eU. Единственная возможность для пары электронов вернуться в основное состояние - это излучить квант электромагнитной энергии = 2eU.

Используя нестационарный эффект Джозефсона, можно измерять напряжение с очень высокой точностью. Эффект Джозефсона использу ется в сверхпроводящих интерферометрах, содержащих два параллель ных контакта Джозефсона. Критический ток для такого соединения чрезвычайно сильно зависит от внешнего магнитного поля. Если в пере ходе Джозефсона поддерживать постоянное напряжение, то в нм воз никнут высокочастотные колебания. Этот эффект называется джозефсо новской генерацией. Возможен и обратный процесс - джозефсоновское поглощение. Джозефсоновский контакт можно использовать как генера тор электромагнитных волн или как примник, работающие в диапазо нах частот, не достижимых другими методами [2].

Литература 1. Абрикосов, А. А. Основы теории металлов: учебное руководство / А. А.

Абрикосов. – М.: Наука, 1987. – 520 с.

2. Лихарев, К. К. Системы с джозефсоновскими контактами: основы теории / К. К. Лихарев, Б. Т. Ульрих. - М.: Изд-во МГУ, 1978. – 446 с.

УДК 621. Юмагулов Н. И., Юмагулов Д. И.

Научный руководитель: Галиев А. Л., д-р техн. наук, профессор Бирская государственная социально-педагогическая академия УПРАВЛЕНИЕ МОЩНОСТЬЮ, РАССЕИВАЕМОЙ В НАГРУЗКЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА Использование измерительных генераторов заданной мощности в контрольно-измерительной технике, предназначенной для оценки состо яния и свойств энергозависимых и теплозависимых объектов, является одним из перспективных направлений, позволяющих обеспечить опре деленность термодинамического состояния объекта исследования (ОИ) и постоянство вносимой в него степени возмущения.

В данной работе рассматривается возможность управления мощно стью, рассеиваемой в нагрузке колебательного контура, в котором для стабилизации мощности в широком диапазоне изменения сопротивле ния нагрузки используется свойство контура изменять свою доброт ность и, следовательно, коэффициент передачи. Для анализа свойств, позволяющих стабилизировать рассеиваемую электрическую мощность при изменении сопротивления ОИ, удобно использовать метод эквива лентного соединения, который позволит емкость С колебательного кон тура, шунтированную сопротивлением нагрузки Rx, заменить последова тельно соединенными эквивалентными емкостью Сэкв и сопротивлением Rx (рис. 1).

Рис. 1. Нагруженный последовательный колебательный контур и его эквивалентная схема Учитывая, что работа колебательного контура предполагается в до вольно широком диапазоне сопротивления нагрузки Rx, мощность, рассеиваемую на сопротивлении ОИ, можно определить выражением U Q 2 U Г 2 Rx Px Г экв, R R Rx 1 x где R1 – сопротивление потерь контура, Rx – сопротивление ОИ, UГ – напряжение, подаваемое с генератора переменного напряжения (ГПН), Qэкв R1 Rэкв Rx R1Rx 2 – добротность контура, L C экв – характеристическое сопротивление контура.

Исследование характеристик разработанных устройств (рис. 2 и 3) показало, что колебательный контур можно использовать в качестве простого высокоэкономичного устройства контроля и измерения, обес печивающего требуемый энергетическим режим воздействия на ОИ в заданном диапазоне изменения нагрузки.

Рис. 2. Зависимость мощности Рх от сопротивления нагрузки Rх для трех значений резонансной частоты для контура с С=0,15 мкФ и различных параметров контура при UГ = 1 В и R1 = 50 Ом Анализ стабилизации мощности, рассеиваемой в нагрузке, показал, что управление мощностью оптимально осуществлять путем изменения входного напряжения колебательного контура, а коррекцию – сопротив ления потерь контура (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость рассеиваемой в ОИ мощности Рх от сопротивления Rx для двух UГ при R1=30 Ом и трех значений R1 при UГ=1 В, выполненная для контура с L=0,17 Гн и С=0,15 мкФ Отметим, что в случае относительно небольших диапазонов сопро тивления объекта исследования можно организовать простые высоко экономичные устройства контроля, не требующие сложных электрон ных узлов обработки информации. При этом мощности, потребляемые от источника питания, могут быть сопоставимы с мощностями, генери ру-емыми самими объектами исследования или же электромагнитными волнами, распространяемыми в среде эксплуатации прибора.

Секция «ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА»

УДК 621. Treshchalov G. V., PhD “Engineering and Research Group” (“ERG”), Tashkent, Uzbekistan Fedyuk R. S.

Far Eastern Federal University ANALYSIS OF FULL-SCALE MODELLING OF OPERATING CONDITIONS FOR A HYDRAULIC TURBINE THAT USES A SPECIFIC HYDRODYNAMIC EFFECT This article analyses the possibility of full-scale modelling of the hydro dynamic effect that appears in free hydraulic flow as a result of its accelera tion and transition through a critical state.

A group of engineers has constructed a hydraulic turbine to receive ener gy from a free flow of water (a free flow hydraulic unit). However, when its capacity was measured it was established that it generated more energy than it was designed for - even a greater amount of energy than the total kinetic en ergy of the flow [1]. Let’s get imagine the model of such device. Unlike tradi tional free-flow turbines, this machine does not slow down the outward flow by extracting its kinetic energy, but speeds it up by extracting its potential energy. Also, other variants of such turbines are presented in [1].

Two undershot water wheels linked with a feedback mechanism, which is a chain or belt drive in this instance. The feedback ensures that the second wheel rotates somewhat faster than the first one, which is what accelerates the outflowing stream of water. The device works based on the following princi ple:

The working parts of the inflowing stream ( left wheel ) extract part of the kinetic energy from the stream and transmit it - with the help of the positive feedback (chain, belt) - to the working parts of the outflowing stream (right wheel ), which give the outflowing stream additional acceleration.

The mathematical analysis that made in [2, 3] shows that after device the velocity and depth of outflowing stream are equal to the critical and a hydrau lic jump appears on the exit of the device as a result of ejection effect [4].

In [3] we deduced a formula that can be used for calculate an energy out put of such turbines V13 H1 V1 g E H12 V1 g H1 2 2 (1) where:

E – energy density Н – actual depth of the inflowing stream of water V – velocity of the inflowing stream of water g – acceleration of gravity To summarize all of the above, it can be concluded that special machines that have feedback between the incoming and outward flows create a head of water for itself and is able to extract potential energy from an evenly-flowing stream of water [4].

For design such turbines it’s necessary to mind following conclusions First of all, the effect which similar devices use is very “capricious” – a number of conditions for the flow’s efflux must be strictly met, namely the proportion between the flow’s incoming speed and its depth. Only with the specific combination of these parameters, we can extract the maximum power from the flow. At these parameters’ insignificant deviation from the optimal values, the effect either “becomes blurred”, or disappears at all and it will be very difficult to find it, and it can well be mistaken for measuring errors.

Secondly, it is remarkable that the effect disappears when the flow’s ki netic energy increases (when its speed increases), or in other words, when it approaches critical or super critical state. Most optimal speed is the speed of – 2 m/sec.

Thirdly, the flow’s incoming effective depth is very critical to the appear ance of this effect. If the depth is less than one meter this effect is barely no ticeable, commensurate with measurement errors and "spreads" in turbines’ hydraulic and mechanical efficiency.

References 1. Lenev, N. I. Damless Hydraulic Power Unit // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE. – 2005. - №3.

2. Treshchalov, G. V. A highly efficient method for deriving energy from a free flow liquid on the basis of the specific hydrodynamic effect // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE. - 2010. - №12 (92). - P. 23-29.

3. Glovatskiy, О. Y., Treshchalov, G. V. Research of hydrodynamic effect of ex traction of energy from free flow stream // "Problems of energy and sources saving" special issue - P.109-113. – T. 2011.

4. Chugayev, R. R. Hydraulics // Energoizdat. – 1982.

УДК 515. Андрианов К. Ю., Олевский А. А.

Научный руководитель: Романова В. А., доцент Российский университет дружбы народов АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ КУЛАЧКОВОГО МЕХАНИЗМА Классический метод проектирования кулачковых механизмов – гра фо-аналитический. Он известен с давних времен, описан в ряде моно графий и учебников по механике. Уже в XX веке отказались от графиче ского интегрирования графиков ускорения и скорости толкателя. Уско рение, скорость и перемещение толкателя стали задавать в аналитиче ском виде, все кинематические характеристики рассчитывать на ЭВМ.

Однако графики, диаграмму кинематических отношений и профиль ку лачка по-прежнему вычерчивали вручную.

Использование новых компьютерных технологий позволяет автома тизировать процесс проектирования и обеспечить его визуализацию показать на экране монитора результат. В мировой и отечественной практике широкое распространение получила программа AutoCad ком пании Autodesk. В AutoCad встроен функциональный язык AutoLisp.

Программы на языке Autolisp дают возможность не только автоматизи ровать процесс проектирования, но и выполнить его в динамическом режиме [1-2]. Такой подход позволяет повысить эффективность проек тирования кулачковых механизмов.

При проектировании плоских кулачковых механизмов с роликовым толкателем выделяют четыре этапа:

1. расчет кинематических параметров движения толкателя и автома тизированное вычерчивание графиков перемещения, аналогов скорости и ускорения толкателя в среде AutoCad;

2. Автоматизированное вычерчивание диаграммы кинематических отношений и определение минимального радиуса - вектора кулачка;

3. Расчет координат центрового профиля кулачка, автоматизирован ное вычерчивание профиля кулачка;

4. Автоматизированная сборка механизма и просмотр работы меха низма в замедленном динамическом режиме.

Указанные этапы положены в основу алгоритма программы, состав ленной на функциональном языке AutoLisp. Каждому этапу работ соответ ствует в программе пользовательская функция. Все функции объединены в один файл, который загружается в AutoCad как приложение. Работу каж дой функции в среде AutoCad пользователь видит на экране монитора.

Результаты расчета кинематических параметров выводятся в виде файла fl1.txt, содержащего таблицу данных, которые используются для построения графиков. Функция Autolisp “read-line” применяется для чтения нужных столбцов таблицы, а команда “spline” – для вычерчива ния графиков. Пользовательская функция программы:

(defun graf (stolbx lenx stolby leny) (command "spline") (while (setq lin (read-line fl1)) (setq x (atof (substr lin stolbx lenx)) y (atof (substr lin stolby leny)) pt (list x y)) (command pt) ) (command "" "" "") На графики наносятся сетки также программно.

На втором этапе диаграмма кинематических отношений вычерчива ется в автоматическом режиме с использованием также пользователь ской функции, включающей приведенный фрагмент. Цель построения диаграммы – определение минимального радиуса - вектора и центра кулачка.

Каждый шаг построений выполняется в замедленном режиме.

Расчет координат точек центрового профиля кулачка выполняется по формулам:

xi Ri cosi, yi Ri sin i, где Ri - радиус-вектор кулачка в ш\ i -том положении, i - угол между осью x и радиусом-вектором Ri.

Результаты вычислений – текстовый файл. Центровой профиль стро ится путем чтения этого файла и одновременного вычерчивания пунк тирной линии. Затем строится конструктивный профиль.

Сборка механизма также выполняется в автоматическом режиме.

По окончании вычерчивания центрового профиля кулачка програм ма приводит механизм в движение.

Литература 1. Кудрявцев, Е. М. Автоматизация проектирования с использованием не традиционных средств программирования / Е. М. Кудрявцев. - М.: МГСУ, 1995.

– 250 с.

2. Романова, В. А. Визуализация проектирования зубчатых колес/ В. А. Ро манова.// Науковi нотатки. - Луцьк, 2008. - Вып. 22. - С. 293-298.

УДК 539. Барабанов С. В.

Научные руководители: Ольшевский А. А., канд. техн. наук, доцент;


Лагерев И. А., канд. техн. наук Брянский государственный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЗЛОВ ОФСЕТНОЙ ПЕЧАТНОЙ МАШИНЫ Плоская офсетная печать, которую часто называют просто офсетом, является самым распространенным способом печати. Несмотря на бур ное развитие компьютерной техники, печатная продукция не теряет ак туальности, и объемы ее выпуска постоянно растут.

Первая офсетная машина была создана в 1905 году в США, которая до сих пор в типографическом деле является незаменимым оборудова нием. Человечество еще не придумало более экономичного способа пе чати. Офсет используется на средних и малых тиражах, сохраняя при этом высокую скорость печати и позволяя добиться высоких результа тов в технологии процесса. При офсетной печати возможна работа со всеми бумажными носителями любой плотности и абсолютно разными поверхностными структурами. Однако высокая скорость печати приво дит к значительным динамическим нагрузкам в рабочих узлах печатного оборудования.

Офсетные машины постоянно модернизируют. Растут скорости, рас тут и колебания, что в свою очередь приводит к снижению качества пе чати. Основным требованием хорошего качества печати является рав номерный и насыщенный переход краски с формы или с офсетного по лотна на бумагу. Практика показывает, что такой переход краски дости гается только, если давление, возникающее при контакте печатающих элементов формы с декелем, находится в определенном фиксированном диапазоне.

Одной из причин неравномерности давления печати является недо статочная жесткость печатного, формного и офсетного цилиндров на их рабочей части, т. е. на той части, где непосредственно происходит их контакт и осуществляется печатный процесс.

К тому же значительные колебания узлов печатных машин приводят к ухудшению условий труда, разрушению ограждающих конструкций.

Важной и актуальной задачей является снижение колебаний рабочих узлов офсетной печатной машины.

Исследования и модернизация натурного объекта в цеховых услови ях дорогостоящи и сложны. В современном мире повсеместной автома тизации и компьютеризации производства стремятся снижать затраты на человеческий труд и заменять его машинным, т. е. передавать право принятия решения искусственному интеллекту. Этот принцип применим не только для производства, но и для науки в целом. В частности прове дение опытных исследований сейчас, как правило, начинают с модели рования интересующей системы на компьютере и лишь завершающие стадии натурных опытов проводят на уже оптимизированных образцах.

В нашем случае, необходима возможность моделирования различных конструктивных вариантов исполнения основных узлов машины на пер сональных компьютерах и анализа их динамических свойств.

В ходе выполнения работы была разработана методика моделирова ния и анализа динамических нагрузок офсетной печатной машины. При этом были учтены все недостатки предшествующих моделей. Разрабо тана последовательность действий при моделировании, позволившая значительно сократить время получения результатов без потери точно сти. Написан дополнительный программный модуль к МКЭ пакету DSMFem, позволяющий проводить прямое моделирование модели, ре шена задача оптимизации параметров конструкции. Определены кон тактные давления. Получены зависимости амплитуд колебаний основ ных узлов печатной машины от различных параметров конструкции.

Показана возможность их резкого снижения путем модернизации конструкции.

В результате работы получены зависимости амплитуд колебаний ци линдров при различных условиях эксплуатации (рисунок).

График величины смещения центра вала в поперечной плоскости УДК 539.3/8(076) Васеева А. Э., Сибагатуллина А. К.

Научный руководитель: Лоскутов Ю. В., канд. техн. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет РАСЧЕТЫ НА ЖЕСТКОСТЬ БАЛОК ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТЕОРЕМЫ КАСТИЛИАНО Одним из основных элементов большинства современных строи тельных и машиностроительных конструкций являются балки, работа ющие на изгиб. При этом часто встречаются элементы, для которых один или несколько геометрических размеров поперечного сечения плавно изменяются по длине. Так, в жилищном строительстве применя ются деревянные балки с переменным по длине поперечным сечением в виде конструктивных элементов различных покрытий. При их проекти ровании могут существовать ограничения для максимально возможных перемещений, а также архитектурные требования - по допустимым раз личиям между шириной поперечных сечений на разных концах балки.

Существуют различные подходы для определения перемещений в сечениях нагруженной балки. Энергетические методы применимы, ко гда необходимо найти перемещение или кручение одного сечения балки.

Известную теорему Кастилиано принято использовать в случае сложной геометрии балки, а также при наличии комбинированных профилей.

Рассмотрим стальную консольно закрепленную балку, нагруженную на свободном конце силой F под углом к продольной оси в вертикаль ной плоскости. При этом прямоугольное поперечное сечение балки b x h непостоянно по длине l: ширина поперечного сечения b(x) изменяется по линейному закону. Материал балки имеет модуль упругости E, мо дуль сдвига G.

Площадь профиля и момент инерции в произвольном поперечном сечении определяются как A( x ) h b( x ) h (b0 2 x tg );

I z ( x ) b( x ) h 3 12 h 3 (b0 2 x tg ) 12, где х – продольная координата, отсчитываемая от заделки, b0 – ширина сечения в заделке, – угол наклона балки по длине, tg b0 bmin 2l.

Составляющие внутренних усилий в этом поперечном сечении:

N ( x) F cos ;

Q y ( x) F sin ;

M z ( x) xF sin.

Потенциальная энергия системы [1] M z2 ( x ) k Q ( x) l l l N 2 ( x) U dx dx y y d x, 2 EA( x ) 2 EI z ( x ) 0 2GA( x ) 0 где коэффициент ky = 6 5 для прямоугольного сечения [1].

Согласно теореме Кастилиано, если силы действуют на эластические системы и возникают маленькие перемещения, то перемещение, вызы ваемое произвольной силой, коллинеарно ей и равно частной производ ной отношения потенциальной энергии системы к этой силе, т. е.

F = дU/дF. Знак перемещения положителен, если его направление сов падает с направлением силы. Теорема применима для тел произвольной формы при всех видах нагружения [2].

После применения теоремы Кастилиано для исследуемой балки пе ремещение точки приложения силы равно F = F(N)+F(M)+F(Q).

Составляющие формулы имеют вид 3b 2 F sin F cos2 m, F M F N 2m ln m, ln 2h E tg 2hE tg m 3F sin F Q, где m b0 2l tg b0 bmin b0.

ln 5hG tg m Вертикальное перемещение левого конца балки F В =F sin.

Проведены исследования для различных значений ширины концевых сечений балки b0 и bmin при изменении углов наклона поверхности балки и направления действующей силы.

В результате установлено:

1. При увеличении углов и прогибы увеличиваются.

2. У балок, имеющих больший наклон поверхности при близкой к вертикале силе F, вертикальные перемещения свободного конца по зна чениям достаточно близки друг другу.

3. Определение перемещений при помощи теоремы Кастилиано возможно только для точек приложения внешних сил и только в направ лении этих сил, что является недостатком данного метода.

Литература 1. Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов. - М.: Изд-во МГТУ им.

Н. Э. Баумана, 2005. – 523 с.

2. Сопротивление материалов / А. В. Александров, В. Д. Потапов, Б. П.

Державин. - М.: Высшая школа, 2004. - 560 с.

УДК 629.4.028. Говоров В. В.

Научный руководитель: Болдырев А. П., д-р техн. наук, профессор Брянский государственный технический университет АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КУЗОВА ПОЛУВАГОНА С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ АМОРТИЗАТОРОВ УДАРА Железнодорожный транспорт является одним из основных в Россий ской Федерации. По данным федеральной службы государственной ста тистики доля грузоперевозок общего назначения составляет 41% от обще го числа, а объемы выросли почти в два раза по сравнению с 2000 г. [1].

Рост числа перевозимых грузов повлек за собой увеличение скоро стей и масс поездов, интенсификацию маневро-горочных операций, что привело к увеличению нагруженности грузовых вагонов. Для защиты вагонов и перевозимых ими грузов от продольных воздействий приме няют амортизаторы удара (поглощающие аппараты).

Полувагоны являются наиболее повреждаемым видом подвижного состава. Одна из причин высокой повреждаемости заключается в неиз менности ряда конструктивных параметров конструкций кузовов при постепенном росте величин действующих нагрузок.

Для проведения анализа напряженно-деформированного состояния кузова полувагона с учетом влияния амортизатора удара была использо вана математическая модель кузова полувагона с несущим полом, раз работанная в Брянском государственном техническом университете. В данную расчетную схему были интегрированы модели амортизаторов ударов ПМКП-110 и РТ-120, используемые на сети железных дорог РФ и стран СНГ, а также разрабатываемый полимерный амортизатор удара АПГ-115.

В качестве расчетных ситуаций были приняты соударения вагонов при сортировочных операциях, а также различные переходные процессы при движении вагона в составе поезда.

В ходе работы определялись напряженно-деформированные состоя ния элементов кузова полувагона при различных расчетных ситуациях без учета влияния амортизаторов удара. Затем проводились аналогич ные расчеты для модели, содержащей амортизаторы удара.

По результатам предварительных расчетов было установлено, что наличие в расчетной схеме амортизатора удара приводит к перераспре делению эквивалентных напряжений в районе автосцепных устройств, что требует дальнейших расчетов и уточнения расчетной схемы.

Также было проведено сравнение влияния различных типов аморти заторов удара на напряженно-деформированное состояние кузова полу вагона. Применение современных конструкций поглощающих аппара тов, на основе полимерных материалов, приводит к снижению нагру женности полувагона. Исходя из этого, можно поставить вопрос об оп тимизации конструкции полувагона.


Литература 1. Транспорт в России. 2009: сб. ст./ Росстат.- М., 2009. – Т.65. - 198 с.

УДК 539. Дроздов Н. А., Кудрявцев А. И., Созонов А. Н., научные сотрудники Научные руководители: Куликов Ю. А., профессор, д-р техн. наук;

Кудрявцев И. А.

Поволжский государственный технологический университет УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ИЗГИБЕ ТОНКОСТЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ САМОРАСКРЫВАЮЩИХСЯ АНТЕНН КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ Антенна космического базирования представляет собой складной параболический рефлектор, выполненный в виде пространственной фермы с треугольной решткой и узловыми шарнирами. Для автономно го раскрытия рефлектора традиционно применяются предварительно напряжнные упругие элементы (пружины) с фиксирующими упорами.

Процесс раскрытия рефлектора сопровождается ударными явлениями, приводящими к искажениям рабочих поверхностей антенны. При этом, как правило, в подвижных соединениях имеют место значительные по тери энергии на преодоление сил трения скольжения.

В лаборатории МарГТУ «Мехатронные системы» разработан шар нирный узел новой конструкции. Оригинальная конструкция узла вклю чает упругие элементы в виде удлиннных цилиндрических панелей (полос) с открытым профилем поперечного сечения. Упругие элементы обладают свойством аккумулировать и отдавать энергию деформации.

Отличительной особенностью таких элементов являются нелинейные диаграммы деформирования. При складывании рефлектора, в результате изгиба панели е поперечное сечение «разгибается» и приобретает плос кую форму. При этом жсткость панели на изгиб существенно уменьша ется, что обеспечивает возможность складывания конструкции. При раскрытии рефлектора наоборот, поперечное сечение приобретает коры тообразный профиль, что приводит к существенному увеличению жст кости панели в рабочем состоянии.

Выполнено решение геометрически нелинейной задачи чистого из гиба цилиндрической панели с пологим профилем поперечного сечения.

При изгибе цилиндрическая панель теряет устойчивость путм местного «перегиба». Рассматривается осесимметричная форма потери устойчи вости. Для решения используются ряды Фурье и кинематические гипо тезы полубезмоментой теории тонких оболочек. На основании решения построены диаграммы зависимости изменения кривизны панели от ве личины и направления изгибающего момента.

Экспериментальное макетирование шарнирного узла с упругими элементами в виде удлиннных цилиндрических панелей подтверждает возможность снижения его массы на 8-12% и увеличения КПД механиз ма раскрытия на 25% в сравнении с известными аналогами.

Литература 1. Кудрявцев, И. А. Шарнирный узел складного рефлектора космической антенны // Патент РФ №2291528. Бюл. №1. - 2007.

2. Кудрявцев, И. А., Куликов, Ю. А. Способ испытания образцов на сжатие // Патент РФ №2277233. Бюл. №15. – 2006.

3. Аксельрад, Э. Л. Гибкие оболочки / Э. Л. Аксельрад. - М.: Наука, 1976. – 376 с.

УДК 539.371, 531.781. Елсукова Е. А., Косульникова Ю. А.

Научный руководитель: Лоскутов Ю. В., канд. техн. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет КОНСТРУКЦИЯ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕСОВ НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОГИБА БАЛКИ НА ДВУХ ОПОРАХ На основе экспериментальной оценки напряженно деформированного состояния предложена конструкция тензометриче ских весов. Схема весов основана на измерении стрелы прогиба центра балки, лежащей на двух опорах. Целью данной работы является научно техническое обоснование возможности создания подобного прибора.

При механической деформации материала изменяется его электриче ское сопротивление [1]. На основе тензорезистивного эффекта созданы тензодатчики [2], реагирующие на напряжение :

где F – приложенная сила, А – площадь поперечного сечения образца, E – модуль Юнга материала образца, = dl/l – относительная деформа ция образца.

При растяжении цилиндрического проводника (провода) силой F его длина l увеличивается, а сечение, наоборот, уменьшается. Но при этом объем провода V=Al остается постоянным. Сопротивление проводника можно записать в виде [2] где – удельное сопротивление материала.

После дифференцирования получим выражение для определения чувствительности сопротивления к удлинению провода:

Таким образом, при увеличении длины провода l и его удельного со противления чувствительность повышается, при увеличении сечения провода A – наоборот, уменьшается. Относительное изменение сопро тивления провода в зависимости от относительной деформации можно записать в виде Для металлических проводов коэффициент продольной тензочувствительности лежит в пределах 26, для полу проводников – 20200 [1].

Рассмотрим прямолинейную однопролетную балку длиной L, лежа щую на двух опорах, нагруженную посередине сосредоточенной силой P. Стрела прогиба центрального сечения балки равна [2]:

где Iz – осевой момент инерции поперечного сечения балки.

Радиус кривизны продольной оси балки при изгибе Если на нижнюю сторону балки прямоугольного сечения шириной b и высотой h наклеить тензорезистор, то относительная деформация ре зистора будет:

Пусть стальная балка имеет сечение h = b = 1 см и длину L = 10 см.

Тогда прогибу f = 1 мм будет соответствовать усилие P = 8000 Н, что соответствует весу массы 800 кг. Относительная деформация тензорези стора, наклеенного на нижнюю сторону балки, будет составлять 0,006;

относительное изменение сопротивления - 0,012. Для создания весов, имеющих разрешение 1 кг, необходимо регистрировать относительное изменение сопротивления до 10-5.

При измерении сопротивления тензорезистора возможно использо вать мостовую или полумостовую схему подключения [1, 2]. Затем го товые датчики подключаются к аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразователям, а те, в свою очередь, к ПЭВМ с установленным про граммным обеспечением. Для дальнейшей работы весов необходимо провести первичную обработку сигналов, калибровку, нормирование уровней, отображение измеряемых физических величин и их регистра цию, реализовать системы контроля и управления на базе подключенно го оборудования.

Таким образом, научно доказана и технически обоснована конструк ция тензометрических весов, основанная на измерении стрелы прогиба центра балки, лежащей на двух опорах.

Литература 1. Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов [Текст]: учеб. для вузов/ В. И. Феодосьев. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005.-523 с.: ил. - экз. - ISBN 5-70-382699-3.

2. Немец, И. Практическое применение тензорезисторов [Текст]: научное издание / И. Немец;

пер. c чешск. А. Г. Мазепа. - М.: Энергия, 1970. - 144 с.: ил.

УДК 539. Кадиров Е. Ж.

Научный руководитель: Нуримбетов А. У., канд. физ.-мат. наук, доцент Таразский государственный университет им. М. Х. Дулати, Республика Казахстан, г. Тараз ДИСКРЕТИЗАЦИЯ РАЗНОСТНЫХ УРАВНЕНИЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ДЛЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СРЕД Разработке эффективных методов решения уравнений нестационар ной теплопроводности посвящено большое число работ [1]-[9], свиде тельствующих об их актуальности. В работе представлен разработанный вариант численного решения задач нестационарной теплопроводности в слоистых телах. Он является обобщением метода прямой и обратной прогонки на трехмерный случай в слоистых анизотропных средах [10] [12]. Обсуждаются особенности реализации пространственного решения задач теплопроводности, в том числе, при скачкообразных изменениях в граничных условиях.

Уравнения теплопроводности для k–ого анизотропного слоя М-cлойной среды (М1) в прямоугольной, цилиндрической и сфериче ской системах координат могут быть записаны в однотипной форме [1]-[3] ij T,ij ik T,ik W k k с T k / t (i, j = 1,2,3;

k = 1,2, …, М).

kk k Уравнения замыкаются начальными и граничными условиями.

Решение задачи отыскивается конечно-разностным методом ([5], [6], [7] и др.). Таким образом, для внутренних контактных поверхностей при идеальном теплообмене получены разрешающие уравнения, связываю щие распределения температур при подходе к контактной граничной поверхности с различных сторон. Полученными зависимостями полно стью определяется этап прямой прогонки для многослойного тела, кото рый заканчивается установлением неизвестных на последней поверхно сти последнего слоя.

Установленные значения температур на поверхности исследуемой области позволяют перейти к завершающему этапу решения поставлен ной задачи – к обратной прогонке. На стадии обратной прогонки рас пределения температуры последовательно находятся неизвестные в те кущем узловом сечении р по их значениям в сечении р+1 в слое М. В первом сечении слоя и последнем сечении предыдущего слоя темпера тура находится. Это позволяет провести операцию обратной прогонки в следующем М–1 слое. Так продолжается до первого слоя. Этим завер шается процесс решения краевой задачи уравнений теплопроводности в многослойной анизотропной среде.

Для решения нестационарных задач теплопроводности с использо ванием описанного метода разработана вычислительная программа на языке Фортран. Она позволяет получить численное решение широкого класса пространственных задач нестационарной теплопроводности.

Опыт применения расчетной программы показывает, что наибольшее время требуется для вычисления обратных блочных матриц. В связи с этим с учетом структуры строения матриц разработан оптимизирован ный алгоритм их обращения.

В ходе выполнения расчетных исследований используется обобщен ное на анизотропные тела условие устойчивости [8], [9] разработанной конечно-разностной модели [( k ) 2 / 11 2 / 22 2 / 33 ] / 2 Fo k.

k k k 1 2 Литература 1. Тихонов, А. Н. Уравнения математической физики / А. Н. Тихонов, А. А.

Самарский. М.: Наука, 1966.

2. Юдаев, Б. Н. Техническая термодинамика. Теплопередача: Учеб. для энергетич. спец. втузов / Б. Н. Юдаев. - М.: Высшая школа, 1988.

3. Годунов, С. К. Разностные схемы / С. К. Годунов, В. С. Рябенький. – М.:

Наука, 1977.

4. Бахвалов, Н. С. Численные методы вычислений / Н. С. Бахвалов. - М.:

Наука, 1973.

5. Формалев В. Ф. Численные методы / В. Ф. Формалев, Д. Л. Ревизников. М.: Физматлит, 2004.

6. Гельфанд И.М., Локуциевский О.В. Метод прогонки для решения раз ностных уравнений // Годунов С. К., Рябенький В. С. Введение в теорию раз ностных схем. - М.: Физматгиз, 1962.

7. Самарский, А. А. Устойчивость разностных схем / А. А. Самарский, А. В.

Гулин. М.: Наука, 1973.

8. Рихтмайер, Р. Д. Разностные методы решения краевых задач / Р. Д. Рих тмайер. - М.: ИЛ, 1960.

9. Пинскер, В. А. Нестационарное температурное поле в полуограниченном теле, нагреваемым круговым поверхностным источником тепла // Теплофизика высоких температур, 2006. – Т. 44. - №1. - C. 127-135.

10. Денисюк, И. Т. Температурное поле вблизи особой линии поверхности раздела анизотропных сред. // ИФЖ. – 2009. - Т. 82. - №1. - С. 157-162.

11. Иванов, В. И. Расчет температурных полей в анизотропных телах // Изв.

ВУЗов, Авиационная техника, 2005. - №1 - С. 74-76.

12. Фахрутдинов, И. Х. Ракетные двигатели твердого тела. – М.: Машино строение, 1981. - 224 с.

УДК 539. Катугина В. О.

Научный руководитель: Радченко В. П., д-р физ.-мат. наук, профессор Самарский государственный технический университет МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРОЧНЕНИЯ ВАЛОВ И БАЛОК В РЕЖИМЕ ВИБРОПОЛЗУЧЕСТИ Согласно результатам испытания на виброползучесть жаропрочных никелевых сплавов ЭИ 648, ЭП 742 и титанового сплава ВТ 3-1 для ряда конструктивных элементов (валов, балок), предварительно подвергну тых действию растяжения и знакопеременного изгибающего момента, можно менять напряженно-деформированное состояние (НДС) в по верхностном слое. Целью данной работы являлось выполнение алгорит мического расчета необходимых наведенных остаточных напряжений и создание программного обеспечения для его практической реализации.

Для выполнения алгоритма расчета использовалась модель, пред ставленная в работе В. П. Радченко, П. Е. Кичаева [1]. Рассматривался вращающийся вал круглого сечения под действием растягивающего усилия и знакопеременного изгибающего момента, который разбивался на n концентрических окружностей. В каждом из полученных колец в любой момент времени напряжение считалось неизменным, а при пере ходе к соседнему кольцу оно менялось скачком. Задача решалась мето дом «шагов по времени». Составлялась система уравнений, описываю щая нагружение слоев, и из нее находилось значение деформации пол зучести для каждого слоя в конце шага t.

Аналогичный алгоритм применялся для оценки НДС балки под дей ствием квазистатического растяжения и знакопеременного изгибающего момента.

Для практической реализации данного алгоритма было написано программное обеспечение на языке С++ в среде Microsoft Visual Studio с подключение ресурсов Microsoft Exsel 2003. Результатом работы про граммы стали таблицы с расчетными значениями остаточных напряже ний, наводимых во вращающемся сплошном круглом вале диаметром 10 мм и балке прямоугольного сечения hхB=10х5мм, где h – высота, В – толщина балки, из сплава ЭП 742 при m =580 МПа, a МПа, Т=750 0С, f=50 Гц, длительность нагружения t=0,5 часа.

Результаты соответствующих расчетов представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Остаточные напряжения после процесса упрочнения в режиме виброползучести вала из сплава ЭП Относительное расстояние от … 0,78 … 0, 0,32 0,45 0,55 0,95 1, оси до поверх ности Остаточные напряжения, … -0,06 … -16, 28,8 23,5 18 -26 -39, МПа Таблица 2. Остаточные напряжения после процесса упрочнения в режиме виброползучести балки из сплава ЭП Относительное расстояние от … 0,1 0,2 0,3 0,4 0,8 0,9 1, оси до поверх ности Остаточные напряжения, … 22,8 13,9 +5 -3,8 -39,4 -48,3 -57, МПа Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы.

1. Наблюдаются существенные величины остаточных напряжений после процесса виброползучести с достаточно большой глубиной про никновения.

2. Перераспределение напряжений с точностью до 3% заканчивается в течение одного часа, поэтому в уравнениях ползучести можно прене бречь параметром поврежденности и третьей стадей нагружения.

3. Точность решения не меняется с увеличением разбиения более чем на 50 элементов.

Литература 1. Радченко, В. П. Энергетическая концепция ползучести и виброползуче сти металлов / В. П. Радченко, П. Е. Кичаев. – Самара: Самарский гос. техн.

ун-т, 2011. – 157 с.

УДК 629 7.036. Короткая О. В.

Научный руководитель: Гаврюшин С. С., д-р техн. наук, профессор Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ СОПЛОВОЙ ЧАСТИ ЖРД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ПОДКОНСТРУКЦИЙ Сопло – важнейшая часть ЖРД, влияющая на прочность всей кон струкции, критическая область которой - стык сопловой охлаждаемой части с насадком радиационного охлаждения. Из-за особенности гео метрии конструкции задачу можно решить только численным методом, наиболее эффективный - метод конечных элементов. Для его реализации использовался программный комплекс ANSYS. Современные персо нальные компьютеры не позволяют провести расчет конструкции в це лом в трехмерной постановке. Поэтому применялся метод подконструк ций. Суть его в том, что вся конструкция считается элементом высшего уровня, отдельные узлы – элементами низших уровней. Элементы более высоких уровней составляются из уже сформированных элементов низ ших уровней. Метод подконструкций имеет большие перспективы, он может применяться для модификации конструкций и при этом малозатратен.

Задача решалась в два этапа. На первом этапе анализировалась кон струкция в целом по упрощенной схеме осесимметричной оболочки. На втором - по трехмерной схеме рассчитывалась подконструкция стыка. В качестве граничных условий использовались узловые перемещения, найденные по осесимметричной модели.

Особенность конструкции - наличие каналов в стенке изделия, по которым протекает охладитель, что не позволяет рассматривать кон струкцию как осесимметричную. Поэтому использовалась замена реаль ной конструкции на конструктивно-анизотропную сплошную модель (рис. 1). Коэффициенты анизотропии рассчитывались из условия экви валентной жесткости оболочки на растяжение – сжатие и изгиб.

Предположив, что стационарная задача теплопроводности и тепло прочностная задача не являются связанными, решение проводили по следовательно. В результате решения задачи теплопроводности получе но распределение температур по всей конструкции, которое далее ис пользовалось при решении прочностной задачи. Результат расчета напряженно-деформированного состояния по осесимметричной модели - перемещения в конструкции, которые использованы при решении трехмерной задачи анализа стыка охлаждаемой части с НРО.

Следующий этап – расчет подконструкции. Использовалось условие циклической симметрии, что позволило создать трехмерную модель (сектор), отражающую реальную геометрию изделия (рис. 2).

Рис. 1. Конструктивно-анизотропная схема Рис. 2. Подконструкция При решении осесимметричной задачи получены перемещения узлов элементов на границах подконструкции. Значения перемещений при кладывались к границам трехмерной модели. Т. к. узлов в ней больше, чем в осесимметричной, то для промежуточных узлов значения переме щений получали интерполяцией. Для стыка с НРО также решались две задачи: стационарная задача теплопроводности и расчет напряженно деформированного состояния. В итоге получено распределение переме щений, пластических деформаций и напряжений.

Предложенное применение метода подконструкций показало высо кую эффективность и малозатратность, и может быть использовано для решения широкого круга прочностных задач в различных отраслях техники.

Литература 1. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике. – М.: Мир, 1975. 541 с.

2. Еременко, С. Ю. Методы конечных элементов в механике деформируе мых тел.– Х.: Основа, 1991. - 272 с.

3. Шабров, Н. Н. Метод конечных элементов в расчетах деталей тепловых двигателей. – Л.: Машиностроение, 1983. - 212 с.

УДК 534. Коротков А. В., научный сотрудник Научный руководитель: Куликов Ю. А., д-р техн. наук, профессор Поволжский государственный технологический университет НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КРИВОЛИНЕЙНОЙ КОМПОЗИТНОЙ ТРУБЫ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Криволинейные композитные трубы, изготовленные непрерывной силовой намоткой, как правило, имеют малую начальную овальность, вызванную действием остаточных технологических напряжений, неод нородностью структуры и разнотолщинность стенки. Под действием внутреннего давления начальная овальность уменьшаются, сечение стремится принять форму правильной окружности. В результате стенка трубы изменяет свою начальную кривизну, в ней, помимо мембранных напряжений, появляются дополнительные осевые и окружные напряже ния изгиба.

Исследуем напряженное состояние многослойной криволинейной композитной трубы, изготовленной намоткой волокон из органопласти ка Kevlar 49/PR286. Волокна укладываются по траектории с постоянным углом армирования m =±60° с нахлестом. В результате толщина стенки получается переменной. Функция распределения толщин стенки h( ) в зависимости от окружной координаты, угла армирования m и пара метра разностенности e r / R =0,1 приведена в [1]. Труба имеет начальную овальность с амплитудой 2 (dmax dmin ) / 4 =2,1 мм, где d max и dmin - соответственно максимальный и минимальный диаметры.

Геометрические параметры трубы: средний радиус поперечного се чения r =83,5 мм;

радиус кривизны оси R =835 мм ( r / R =1/10);

угол гиба 0 =180°;

номинальная толщина стенки hm =4,175 мм ( hm / r =1/20).



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.