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 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

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

-- [ Страница 3 ] --

Упругие характеристики стенки как многослойного ортотропного тела приведены в [2]. Труба нагружена внутренним давлением pm =0,1 МПа.

Расчетные зависимости для напряжений получены с применением приближенного энергетического метода и полубезмоментной теории оболочек. На рис. 1 представлены эпюры напряжений на наружной по верхности композитной трубы в поперечном сечении плоскостью сим метрии. Напряжения записаны в безразмерной форме: / 11, / 11 и / 11. Здесь: и - нормальные напряжения 0 вдоль и поперек волокон соответственно;

- касательные напряже ния;

11 pm r /(2h( )) - мембранные напряжения. Кривые 1 соответ ствуют идеально правильной трубе;

2 - овальной трубе;

3 - разнотол щинной трубе;

4 - овальной и разнотолщинной трубе.

Анализ показывает, для трубы с переменной толщиной стенки (кри вая 3) максимальные напряжения получаются в зоне утонения стенки (при =0°). Вместе с тем, основное влияние на уровень напряжений оказывает овальность. Для трубы с овальным сечением (кривая 2) наибольшие напряжения получаются при =180°. Причем, разностен ность (кривая 4) только усилива ет это различие: максимальные напряжения получаются не там, где тонко, а, наоборот, - в утол щнной части сечения (при =180°). Очевидно, решающее влияние на уровень напряжений в этом случае оказывают дефор мации изгиба, связанные с изме нением начальной кривизны стенки.

Заметим, разнотолщинность стенки и разнородность структу ры волокнистого материала ор ганично присущи криволиней ным трубам. Поэтому при изго товлении композитных труб ме тодом непрерывной намотки следует, прежде всего, ограни чивать величину овальности се чения. При взаимодействии тру бопровода с внутренним пото ком ограничения на овальность позволяют ослабить манометри Напряжения на наружной поверхности ческий эффект и уменьшить трубы напряжения в трубопроводе.

Литература 1. Куликов, Ю. А. Механика трубопроводов из армированных пластиков / Ю. А. Куликов, Ю. В. Лоскутов. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004, - 156 с.

2. Коротков, А. В. Анализ собственных частот колебаний тонкостенных многослойных труб из армированных пластиков / А. В. Коротков, Ю. А. Кули ков // Механика композиционных материалов и конструкций. –2008. –Т.14, №2.

– С. 236-249.

УДК 539. Ксенофонтов Е. Г., Низамов Р. Р.

Научные руководители: Пуртов А. Н., канд. техн. наук, доцент;

Киртаев Е. А., канд. техн. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ МАХОВИКА ЗАДВИЖКИ Эксплуатация водопроводных и тепловых сетей осуществляется в частности с помощью задвижек различной конфигурации, среди кото рых имеются клиновые задвижки с ручным управлением, осуществляе мым с помощью штока и маховика по принципу винт-гайка. В результа те длительной эксплуатации имеют место различные варианты разруше ния управления задвижкой: разрушение узла крепления клина к штоку, разрушение механизма винт-гайка, частичное разрушение маховика. В первых двух вариантах задвижка выходит из строя и требуется е заме на. Третий вариант оценим в зависимости от степени разрушения махо вика.

Для осуществления поставленной цели рассмотрим цельнометалли ческий маховик с внешним диаметром кольца 600 мм, с шестью спица ми, жестко соединенными с кольцом и ступицей, внешний диаметр ко торой 200 мм. Диаметр сечения стержня кольца и спиц 20 мм, ступица – абсолютно жесткое тело. Касательная к осевой линии кольца нагрузка составляет 2000 Н и прикладывается либо к узлу стыковки кольца и спицы, либо к кольцу между спицами. Математическая модель осу ществлена по плоской расчетной схеме на базе метода конечных эле ментов, где используются с постоянным радиусом кривизны криволи нейный и прямолинейный стержневые элементы.

Результаты расчетов помещены в таблице.

В результате расчетов было установлено, что максимальный изгиба ющий момент и, следовательно, максимальное нормальное напряжение возникают в месте стыковки спиц и ступицы для всех случаев нагруже ния и вариантов разрушения. Также установлено, что частичное разру шение маховика не вызывает значительного роста напряжений в его элементах за исключением крайних случаев когда спица остается под нагрузкой одна (254 МПа) или когда оказывается под нагрузкой сектор кольца на двух спицах (188 МПа).

Место приложения Мах напряжение, Вариант разрушения нагрузки МПа В узле кольцо - спица нет разрушения между двумя спицами В узле кольцо - спица рядом с нагруженным узлом между двумя спицами с противоположной сто В узле кольцо - спица роны от нагруженного узла между двумя спицами с В узле кольцо - спица обеих сторон от нагру- женного узла Сектор между двумя спи нет разрушения цами сектор между двумя Сектор между двумя спи спицами рядом с нагру- цами женным сектором сектора справа и слева Сектор между двумя спи от нагруженного цами сектора Литература 1. Куликов, Ю. А. Решение плоской задачи теории упругости методом ко нечных элементов: Учебное пособие / Ю. А. Куликов. – Горький: Изд. ГТУ, 1980. - 68 с.

УДК 539.4:621. Куров А. Ю.

Научный руководитель: Радченко В. П., д-р физ.-мат. наук, профессор Самарский государственный технический университет РАЗРАБОТКА ЧИСЛЕННОГО МЕТОДА РЕШЕНИЯ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В КОНЦЕНТРАТОРАХ НАПРЯЖЕНИЙ ТИПА ПОЛУКРУГЛОГО НАДРЕЗА СПЛОШНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ОБРАЗЦА ПОСЛЕ ОПЕРЕЖАЮЩЕГО ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ Нелинейность краевых задач механики поверхностно упрочненных элементов конструкций и отсутствие аналитических решений этих задач привело к широкому использованию метода конечных элементов (МКЭ). Определенные успехи в этом направлении достигнуты для про цедуры термопластического упрочнения. Имеются единичные попытки решения краевых задач для методов поверхностного пластического де формирования (обкатка роликом, алмазное выглаживание, обработка микрошариками, гидробеструйная обработка и т. д.) на основе решения упругопластических контактных краевых задач. Однако такие подходы справедливы лишь для однократного взаимодействия обрабатываемого элемента конструкции и деформирующего элемента, что совершенно не наблюдается в реальных технологиях, где контакт в определенной точке является многократным и случайным процессом. Кроме выше изложен ного указанные методы практически не применимы для цилиндрических изделий с концентраторами в виде полукруглого, эллиптического, V-образного надрезов.

Поэтому для определения остаточных напряжений часто используют моделирование при заданных остаточных пластических деформациях.

Встречающиеся в научной литературе методы решения этой задачи для цилиндрических образцов носят весьма частный характер и не лишены существенных недостатков, которые связаны с вводимыми упрощаю щими предположениями. Во-первых, поскольку остаточные пластиче ские деформации после процедуры упрочнения неизвестны, использует ся предположение о том, что они имеют изотропное и однородное рас пределение по глубине упрочненного слоя, что противоречит реальной картине. Во-вторых, во многих работах вместо осесимметричной задачи рассматривается плоская задача для осевого сечения цилиндрической детали с концентратором.

В настоящей работе на основе МКЭ разработан лишенный этих не достатков метод решения, позволяющий восстановить полную трехмер ную картину напряженно-деформированного состояния, для упрочнен ного гладкого цилиндрического образца с полукруглым надрезом, нане сенном после опережающего поверхностного пластического деформи рования (ОППД), с учетом реального неоднородного по радиусу распре деления полей остаточных пластических деформаций, которые в даль нейшем моделируются псевдотемпературными деформациями. В итоге задача была сведена к фиктивной задаче термоупругости. Также было введено предположение, что в процессе перераспределения остаточных напряжений не возникают дополнительные пластические деформации, финишные остаточные напряжения будут обусловлены упругим изме нением объема цилиндра. Детально исследовано распределение напря жения в концентраторах типа полукруглого надреза различной геомет рии для более 40 цилиндрических образцов из различных материалов и различных технологий упрочнения. Выполнено сравнение расчетных данных по предложенной методике с экспериментальными данными и данными аналогичного решения для упрощенного варианта, когда вме сто осесимметричной задачи рассматривается аналогичная задача для плоского осевого сечения. Показано, что при малых размерах надреза наблюдается существенное увеличение (по модулю) остаточных напря жений на дне концентратора по сравнению с гладким образцом, а по мере увеличения радиуса надреза это влияние ослабевает и при некото ром его значении величины остаточных напряжений меньше, чем у гладких образцов.

УДК 534.11- Ложкина Е. И.

Научный руководитель: Журавлев Е. А., канд. техн. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ФОРМА СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ СТВОЛА ДЕРЕВА При проектировании лесных машин необходимо учитывать реаль ные механические свойства объекта труда. Таким объектом для лесоза готовительных машин является ствол спиленного дерева. Большое вли яние на работу лесозаготовительной машины оказывают колебания ствола дерева.

Рассмотрим их на примере свободных колебаний стержня, жестко закрепленного на одном конце (х = 0) и свободного на другом (х = l).

Простейшим периодическим решением уравнения свободных коле баний стержня 2 y EJ 2 y x t является главное колебание, в котором упругое поперечное перемеще ние у(х, t) изменяется с течением времени по гармоническому закону y( x, y) ( x) sin( pt ) Здесь (х) - форма главного колебания (собственная форма), р - соб ственная частота.

После дифференцирования и сокращения на sin(рt + ) получим:

EJ ( 4) ( x) p 2 ( x) 0, или p ( 4) ( x ) k 4 ( x ) 0, где k 4 (1) EJ Краевые условия для дифференциального уравнения (1) принимают вид (0) (0) 0, (l ) (l ) 0. (2) Интеграл уравнения ( 4) ( x ) k 4 ( x ) 0, удовлетворяющий услови ям (2) на конце х = 0, имеет вид:

( x) CU (kx) DV (kx), (3) а условия (2) на конце х = l выражаются уравнениями CS(kl ) DT (kl ) 0, CV (kl ) DS(kl ) 0. (4) Здесь S, T, U, V - функции Крылова [1], C, D - константы.

Из условий (4) следует S 2 ( kl ) T ( kl )V ( kl ) 0 или сh(kl) соs(kl) + 1 = 0. (5) Первые четыре корня уравнения (5) имеют приближенные значения:

k1l = 1,88;

k2l = 4,69;

k3l = 7,86;

k3l = 11.

Для первых четырех собственных частот получаем по формуле (1):

1,882 EJ 4,69 2 EJ 7,862 EJ 112 EJ p1, p2 2, p3 2, p3 2.

l2 l l l Уравнение 1-й собственной формы составляем следующим образом.

Из первого или второго уравнений (4) находим, подставив туда k1l, зна чение отношения постоянных D S (k1l ) V (k1l ).

C T (k1l ) S (k1l ) Подставив это значение в уравнение (3), получим S (k1l ) V (k1l ) 1 ( x ) C U (k1 x ) V (k1 x ) C U (k1 x ) V (k1 x ) T (k1l ) S (k1l ) Аналогичным образом получают уравнения высших форм. Три пер вые формы колебаний стержня имеют вид, показанный на рисунке.

Уравнение (5) решалось на ЭВМ с использованием программы Mathcad 14.0.

Для расчетов были взяты средние значения длин l и диаметров ство лов, а также значение модуля упругости древесины только одной поро ды.

Литература 1. Бабаков, И. М. Теория колебаний. – М.: Дрофа, 2004.-591 с.

УДК 539. Попов А. К.

Научный руководитель: Илюхин А. А., д-р физ.-мат. наук, профессор Таганрогский государственный педагогический институт им. А.П. Чехова ИЗГИБ ПРИЗМАТИЧЕСКОГО ТЕЛА В РАМКАХ МОДЕЛИ МИКРОПОЛЯРНОЙ СРЕДЫ В задаче исследован изгиб призматического тела концевыми нагруз ками, приложенными к торцевому сечению. Решение построено в пере мещениях. Найдены компоненты вектора перемещений, тензоры сило вых и моментных напряжений, удовлетворяющие уравнениям равнове сия и граничным условиям на основаниях и боковой поверхности. Пе ремещения заданы в виде:

u1 A11x1 A12 x 2 A13 x 3 B11x12 B12 x1x 2 B13 x1x 3 B22 x 2 B23 x 2 x 3 B33 x 2 x 3 (G11 x1 G12 x1 x 2 G13 x1 x 3 G 22 x 2 G 23 x 2 x 3 G 33 x 3 ) 2 2 u 2 A 21 x1 A 22 x 2 A 23 x 3 C11 x12 C12 x1 x 2 C13 x1x 3 C22 x 2 C23 x 2 x 3 C33 x 2 +x 3 (L11 x1 L12 x1x 2 L13 x1 x 3 L 22 x 2 L 23 x 2 x 3 L33 x 3 ) 2 2 u 3 A31 x1 A32 x 2 A33 x 3 E11 x12 E12 x1 x 2 E13 x1x 3 E 22 x 2 E 23 x 2 x 3 E 33 x 2 p 2 x1, x 2 x 3 ( N11 x1 N12 x1x 2 N13 x1x 3 N 22 x 2 N 23 x 2 x 3 N 33 x 3 ) 2 2 Кинематические соотношения Коши-Грина имеют вид:

1 u u u k i nk n k k skt rt ji 2 xk xn x s x j Две группы уравнений равновесия [1]:

ji ji 0 ijk jk x j x j Константы определены из граничных условий на основаниях при x 3 0 :

(x )dS PL (x x 33 )dS 1 33 32 1 32 2, S S dS P dS dS (x 31 )dS 13 33 23 2 S S S S при x3 L ( x 32 )dS (x132 x 2 31 33 )dS 1.

S S 13dS P 33dS 23dS (x 233 31 )dS S S S S Граничные условия на боковой поверхности сведены к [(G11 x1 G12 x1 x 2 2 G13 N11 x1 x 3 G 22 x 2 N12 2G 23 x 2 x 2 n p N13 3G 33 x 3 B13 2E11 x1 E12 B23 x 2 E13 2B33 x 3 A13 A31 )n (L11 x1 L12 x1 x 2 N12 2 L13 x1 x 3 L22 x 2 2 N 22 L23 x 2 x 2 N 23 3L33 x 3 C13 E12 x1 C23 2E 22 x 2 E 23 2C33 x 3 A 23 A32 )n 2 ] Граничная задача определения функции x1, x 2 является зада чей Неймана (1) для уравнения Пуассона 2( E11 + E22 ) \ p В результате из уравнений равновесия и граничных условий, найде ны следующие значения констант:

I12 p 2SL A11 A 2 S1 3 2 I 22 S 2 S2I12 3  2  A12 A 21, A13 c1p A 31, A 23 c 2 p A 32, I12 p 2SL A S1 3 2 I 22 S 2 S2I12 3  2  S1p 2SL B11, 4 S1 3 2 I 22 S 2 S2I12 3  2  S1p 2SL 2( ) B12 0, B13 0, B22, B23 C 4 S1 3 2 I 22 S 2 S2I12 3  2  S1 2   p 2SL B33, C11 0, 4 S1 3 2 I 22 S 2 S2I12 3  2  S1p 2SL C12, C22 0, C23 0, C33 2 S1 3 2 I 22 S 2 S2I12 3  2  2SC13 (2I12 E 22 (I 22 I11 )E12 I p C13 ) p 2 (T S1c1 S2 c 2 I p ) E11, 2I S1p2SL E S1 3 2 I 22 S 2 S2I12 3  2  E 23 0, E 33 0 B12 C33 C 22 C11 E 23 G11 G12 G13 G 22 G 23 G 33 N11 N12 N13 N 22 N 23 N33 Литература 1. Илюхин, А. А. Растяжение микрополярного естественно закрученного стержня / А. А. Илюхин, А. К. Попов // Научно-технический вестник Поволжья, г. Казань. – 2011. - №6.

Данная работа написана при финансовой поддержке государствен ного задания Министерства образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «ТГПИ имени А.П. Чехова» по проекту № 1.1885.2011, тема: «Мате матическое моделирование статики и динамики гибридных механиче ских систем и идентификация их параметров», научный руководитель – Илюхин Александр Алексеевич.

УДК 539. Самсонов А. А.

Научный руководитель: Лагерев И. А., канд. техн. наук Брянский государственный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕГКОСПЛАВНОГО ДИСКА АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА Колесо является ответственным элементом автомобиля, от которого в значительной степени зависит безопасность движения. Поэтому задача расчета прочности дисков автомобильных колес из легких сплавов явля ется актуальной. При этом наиболее важной проблемой является иссле дование напряженно-деформированного состояния диска при косом нагружении, потому что из всех видов сертификационных испытаний колеса плохо переносят испытание на косой удар.

В качестве объекта исследования было выбрано 15-дюймовое литое колесо автомобиля ГАЗ 3110. Для перехода от реального колеса к его модели были получены размеры путем непосредственного измерения, подобраны контуры кривых на бумаге, а для мест с большой кривизной использовались алебастровые слепки. Затем по полученным размерам в программе KOMPAS-V11 воссоздавалась геометрия колеса. Объемная модель колеса импортировалась в программный комплекс NX NASTRAN, где создавалась конечно-элементная модель. Использо вались конечные элементы в виде 10-узлового тетраэдра. Далее был вы полнен расчет при различных уровнях нагрузки в упругопластической постановке. Были выявлены опасные зоны с наибольшими напряжениями.

В ходе подготовки к проведению испытаний спроектирована и изго товлена специальная установка, которая позволяет закрепить колесо под углом 30о. В опасных зонах на поверхности диска были наклеены тензо метрические датчики (база 10 мм, сопротивление 84,8 Ом) и соединены в общую цепь. Испытания проводились на прессе ПММ-250 при нагруз ке 1 и 2 тонны. Для замеров использовался измеритель деформаций ИТ-1 и динамометр типа ДОСМ (4т).

Различия в значениях напряжений, полученных расчетным и экспе риментальным методами, составило в среднем 20%. Таким образом, ре зультаты натурных испытаний подтверждают расчетные параметры напряженно-деформированного состояния диска.

УДК 539.3/8(076) Сибагатуллина А. К., Васеева А. Э.

Научный руководитель: Лоскутов Ю. В., канд. техн. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРЕМЫ КАСТИЛИАНО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В БАЛКАХ ПЕРЕМЕННОЙ ВЫСОТЫ При проектировании и расчете конструктивных элементов в виде ба лок могут возникнуть архитектурные требования по допустимым рас хождениям высот поперечных сечений на противоположных концах балки, а также возможны ограничения по максимально возможным пе ремещениям. Такие балки необходимо исследовать не только на проч ность, но и на жесткость.

Для определения перемещений в поперечных сечениях нагруженной балки существуют различные подходы. В случае, когда необходимо найти перемещение или поворот одного сечения балки, вполне приме нимы энергетические методы [1]. Так, при расчете балки сложной гео метрии, а также при наличии комбинированных профилей можно ис пользовать теорему Кастилиано.

b C x C h0 h h(x) y x F l z z Рассмотрена стальная консольная балка (рисунок), нагруженная на свободном конце силой F под углом к горизонтальной плоскости. При этом прямоугольное поперечное сечение балки b x h непостоянно по длине l: высота поперечного сечения h по длине балки изменяется по линейному закону. Конструкционный материал балки имеет модули упругости E и сдвига G.

Площадь произвольного поперечного сечения и момент инерции определяются как A( x ) b h( x ) b( h0 2 xtg );

I y ( x ) b h( x )3 12 b( h0 2 xtg )3 12, где х – продольная координата, отсчитываемая от заделки, h0 – высота сечения в заделке, – угол наклона балки по длине, tg h0 hmin 2l.

Составляющие внутренних усилий в этом поперечном сечении:

N ( x ) F cos ;

Q z ( x ) F sin ;

M y ( x ) xF sin.

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

Согласно теореме Кастилиано, если возникающие от действующих сил перемещения в упругой системе малы, то частная производная от потенциальной энергии системы по силе равна перемещению точки приложения силы по направлению этой силы [2], т. е. F = дU/дF.

Знак такого перемещения положителен, если его направление совпа дает с направлением силы. Эта теорема применима для тел произволь ной формы при всех видах нагружения [2].

После применения теоремы Кастилиано для исследуемой балки пе ремещение F точки приложения силы по направлению этой силы мож но выразить как F cos2 3F sin 1,5 0,5c 2 2c ln c 3F sin ln c, F ln c 2 Eb tg 2 Eb tg 3 5Gb tg где c h0 h0 2l tg h0 hmin.

Вертикальное перемещение левого конца балки F В =F sin.

Проведены исследования для различных значений высот концевых сечений балки h0 и hmin при изменении углов наклона поверхности балки и направления действующей силы. Установлено, что при увели чении углов и прогибы увеличиваются. Кроме того, у балок, имею щих больший наклон поверхности при близком к вертикальному направлении силы F прогибы свободного конца достаточно близки.

Литература 1. Лилкова-Маркова, С. В. Применение теоремы Кастилиано для балок пе ременного сечения / С. В. Лилкова-Маркова, Д. Киндова-Петрова // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ им. В. П. Горячкина. - М., 2008. - № 1. - C. 102-103.

2. Александров, А. В. Сопротивление материалов / А. В. Александров, В. Д.

Потапов, Б. П. Державин. - М.: Высшая школа, 2004. - 560 с.

УДК 629.4:626. Шорохов С. Г.

Научный руководитель: Антипин Д. Я., канд. техн. наук, доцент Брянский государственный технический университет ОЦЕНКА ТРАВМИРОВАНИЯ ПАССАЖИРОВ ВАГОНОВ МЕЖОБЛАСТНОГО СООБЩЕНИЯ ПРИ ПРОДОЛЬНЫХ СОУДАРЕНИЯХ Аварийные ситуации, произошедшие в России и за рубежом, показыва ют, что большинство случаев травмирования пассажиров происходит вследствие воздействия на них значительных динамических усилий при взаимодействии с элементами интерьера пассажирского салона.

Анализ мирового опыта обеспечения безопасности пассажиров при аварийных столкновениях железнодорожного подвижного состава с препятствиями показывает, что существует значительное количество конструктивных и эргономических решений внутреннего оборудования пассажирских помещений, обеспечивающих снижение травматизма.

Выбор подобных решений основывается на изучении взаимодействия пассажиров с элементами интерьера в аварийных ситуациях.

Подобные исследования возможны как с помощью проведения на турных экспериментов с использованием геометрических манекенов, так и с применением методов математического моделирования. Досто инствами методов математического моделирования являются значи тельное снижение затрат за счет исключения необходимости разру шения подвижного состава при испытаниях и использования дорого стоя-щих манекенов.

Результаты использования неоднократно апробированных математи ческих моделей геометрических манекенов, приведенные в [1], позво ляют получать результаты, обладающие высоким уровнем сходимости с результатами натурных экспериментов.

В работе проведена оценка травмирования пассажиров вагона меж областного сообщения при аварийном соударении с препятствием.

Оценка производится на основе предложенной двухэтапной методики.

На первом этапе определяются уровни динамических воздействий и ускорений элементов несущей конструкции кузова вагона при аварийном соударении. Параметры рассчитываются путем моделирования сценария аварийной ситуации на основе гибридных расчетных схем, представляю щих собой совокупность абсолютно твердых и упругих тел.

На втором этапе разрабатываются детализированные конечноэле ментные модели фрагмента кузова вагона с подробным описанием внут реннего оборудования и интерьера пассажирского салона. В указанные модели включаются конечноэлементные модели биометрического мане кена BioRID-II. В результате моделирования определяются уровни уско рений элементов манекенов и действующих на них динамических уси лий, на основе которых определяются критерии травмирования. Полу ченные значения критериев сопоставляются с допускаемыми уровнями, приведенными в [2].

На основе результатов моделирования определяются наиболее опасные с точки зрения травмирования пассажиров элементы внутреннего обору дования пассажирского салона, требующие модернизации.

Предлагаемая методика апробирована на примере аварийной ситуа ции – столкновения пассажирского поезда с грузовым микроавтобусом на переезде.

При моделировании аварийной ситуации применена методика, по зволяющая учесть упруго-пластические свойства несущей конструкции кузова пассажирского вагона и автомобиля. Гибридная динамическая модель поезда состоит из твердотельной модели локомотива, конечно элементной модели первого по ходу движения пассажирского вагона межобластного сообщения и трех твердотельных моделей вагонов.

В результате моделирования определены усилия, действующие на несущую конструкцию, и ускорения ее элементов, задаваемые в качест ве начальных условий в детализированную пластинчатую конечноэле метную модель фрагмента кузова вагона с внутренним оборудованием и четырьмя моделями биометрического манекена. В результате моделиро вания на втором этапе рассчитаны значения критериев травмирования, а также установлено, что наиболее травмоопасными элементами внутрен него интерьера, требующими модернизации, являются элементы пасса жирских кресел.

Литература 1. Commuter Rail Seat Testing and Analysis of Facing Seats. DOT/FRA/ORD 03/06, U.S. Department of Transportation, Washington, DC, December 2003. - 195 p.

2. Michael Kleinberger, Emily Sun, Rolf Eppinger, Shashi Kuppa, Roger Saul.

Development of Improved Injury Criteria for the Assessment of Advanced Automo tive Restraint Systems. - September 1998. - 120 p.

УДК 531. Шретер С. А.

Научный руководитель: Илюхин А. А., д-р физ.-мат. наук, профессор Таганрогский государственный педагогический институт им. А. П. Чехова ОДИН МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ О ПОВЕДЕНИИ ПЛАСТИНКИ НА УПРУГОМ СТЕРЖНЕ В ПОТОКЕ ВОЗДУХА Рассмотрим экспериментальную задачу, представляющую собой упругий стержень, жестко защемленный нижним концом, к верхнему концу которого жестко прикреплена твердая пластинка [2]. Стержень помещают в набегающий поток воздуха. Предполагается, что поток воз действует только на пластинку, изгиб стержня происходит в одной плоскости. Начальное положение стержня определяется заданием угла наклона стержня по отношению к скорости набегающего потока.

Задача: построить математическую модель эксперимента по про дуву пластинки, закрепленной на упругом стержне, в аэродинамической трубе. Решить уравнение равновесия конструкции. Установить зависи мость между аэродинамическими силами и углом поворота пластинки (текущим углом атаки пластинки T ).

Воспользовавшись точным уравнением упругого равновесия для первоначально прямого стержня постоянного сечения, получим уравне ние Кирхгофа [1] для представленной системы, в котором T - текущий угол атаки пластинки;

s( T ), p(T ) - коэффициенты аэродинамиче ских сил (определяются экспериментально [2]);

(l ) - угол между каса тельной к оси деформированного стержня и вектором скорости:

Bd 2 dl 2 ( sV 2 sin( )) 2 ( pV 2 cos( )) 2 0. (1) Однако решение этого уравнения дает эллиптический интеграл Ле жандра I рода, поэтому появляется необходимость приближенного ре шения. В качестве приближенного - выбираем решение с помощью га мильтонова подхода. Оно заключается в сведении исходного уравнения (1) к системе уравнений первого порядка с функцией Гамильтона Н:

d dl dH dp p B ;

dp dl dH d V 2 ( s sin( ) p cos( )) H p 2 B V 2 ( s cos( ) p sin( )) H в дальнейшем нормализуем в определенном числе членов и находим точное решение системы в новых канонических переменных u и v :

v (a ib)e iml, u (a ib)e iml, m i H * (uv) const, где постоянные a и b находим либо из нелинейной системы, либо из системы, полученной обратным преобразованием Биркгофа [1].

На рисунке приведены формы упругой линии деформированного стержня, просчитанные гамильто новым подходом при разных ско ростях набегающего потока. Все вычисления проводились при сле дующих параметрах стержня и 45, 0 30, пластинки:

1,293 / 3, L 0,3, d 0,05, Упругая линия деформированного стержня, посчитанная при соответ- B 11,34 3 / 2.

ствующих скоростях набегающего потока Используемый гамильтонов подход дает хорошую близость при сравнении с численным методом rkf45 (Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 по рядка), при сравнении использовались одинаковые граничные условия.

При малых скоростях потока (до 40-50 м/с) расхождение решений (l ) составляет 0.5-1.0 градусов, с ростом скорости (до 90-100 м/с) рас хождение увеличивается до 3-5 градусов [1]. Это расхождение показы вает необходимость увеличения числа членов в разложении функции Гамильтона, для достижения большей точности решения.

Литература 1. Илюхин, А. А. Поведение пластинки на упругом стержне в аэродинами ческом потоке / А. А. Илюхин, С. А. Шретер // Научно-Технический Вестник Поволжья. - Казань, 2011. - №6. - С. 43-47.

2. Локшин, Б.Я. Введение в задачу о движении тела в сопротивляющейся среде / Б. Я. Локшин, В. А. Привалов, В. А. Самсонов. - М., 1986. - 86 с.

Данная работа написана при финансовой поддержке государствен ного задания Министерства образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «ТГПИ имени А.П. Чехова» по проекту № 1.1885.2011, тема: «Мате матическое моделирование статики и динамики гибридных механиче ских систем и идентификация их параметров», научный руководитель – Илюхин Александр Алексеевич.

Секция «СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА И ТЕОРИЯ СООРУЖЕНИЙ»

УДК 539. Атаров А. И.

Научный руководитель: Иванов С. П., д-р техн. наук, профессор Поволжский государственный технологический университет К РАСЧЁТУ ГЕОМЕТРИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНЫХ БАЛОК При действии на балки больших нагрузок, имеющих значительные пролты или малую высоту сечения, в них могут возникать прогибы, сравнимые с высотой.

Получим уравнение для расчта балок с учтом геометрической не линейности. Решаем задачу в перемещениях. Записываем известную зависимость между деформацией и перемещением.

x u x zw xx w 2, x где ux=du/dx, wx=dw/dx, wxx=d2w/dx2, u – перемещения в направлении оси х, w – прогиб балки.

Получим уравнение равновесия, используя энергетический метод.

Запишем выражение удельной энергии для элемента системы Ф x d x.

Полная энергия будет состоять из работы внутренних и внешних сил h/ A (Фb qw)dz, h/ (1) где b,h - соответственно ширина и высота сечения балки.

Определяем экстремальное значение полной энергии, используя уравнения Эйлера-Лагранжа:

d 2 F d 2 F d F F d F F 0;

2 w xx dx w x w 2 U dx U x U (2) dx dx xx где F – подынтегральное выражение (1).

Раскрывая систему (2), получим:

bh3 q Ebh( w 2 w xx u xx w x u x u xx );

E w 12 xxxx x Ebh(u w w ) 0. (3) xx x xx Дифференциальные уравнения (3) выражают равновесие геометри чески нелинейной балки. Имеем систему обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений. Данные уравнения решаются совместно с граничными условиями на краях балок. При шарнирно-неподвижном опирании краев балки продольное перемещения u(x)и изгибающие мо менты wxx(x) на концах будут равны 0:

u (0) u (l ) 0 ;

w xx (0) w xx (l ) 0.

При защемлении концов будут равны 0 на концах продольные пере мещения u(x) и углы поворота wx(x):

u ( 0) u ( l ) 0 ;

w x ( 0) w x ( l ) 0.

В качестве примера выполнен расчт балки с шарнирно неподвижным опиранием крав при действии равномерно распределн ной нагрузки q.

Нелинейная краевая задача (3) решалась численным методом Рунге Кунта [1]. На рисунке представлен график изменения относительного прогиба w/h в центральной части балки в зависимости от действующей нагрузки Q=q/Eh.

Литература 1. Иванов, С. П. Изгиб прямоугольных пластин / С. П. Иванов. – Йошкар Ола, 2011. - 98 с.

УДК 539. Ахметшин М. Н.

Научный руководитель: Иванов С. П., д-р техн. наук, профессор Поволжский государственный технологический университет ПРИЛОЖЕНИЕ РЕШЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФИЗИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНОЙ ЗАДАЧИ К РАСЧЕТУ ПЛИТ, КОНТАКТИРУЮЩИХ С РАЗЛИЧНЫМИ СРЕДАМИ Получим уравнения для решения физически нелинейной простран ственной задачи в перемещениях и приложим их для составления урав нений изгиба плит, взаимодействующих с различными средами. Такой средой могут быть различные материалы (бетон, композиты, в частности некоторые виды грунтовых оснований и т. п.).

Известно, из теории малых упругопластических деформаций, соглас но теореме [1] зависимость между интенсивностями напряжений i и деформаций ei принимаем в виде полинома i Eei E1ei3, (1) где E и E1 – некоторые постоянные, определяемые из эксперименталь ных данных.

Для вывода уравнений используем известные соотношения между перемещениями и деформациями для среды:

u v w x ;

y ;

z ;

x y z v w u w yz ;

zx.

z y z x, (2) Определим удельную энергию среды по [1] е К 2 1 i dei.

2i Ф 2 30, (3) Учитывая перемещения только w в направлении z (перемещения в направлении х и у малы), запишем его в виде разложения [2] wx, y, z Wk x, y k z ;

k 1, 2, 3,...t, (4) k где Wk x, y – обобщенная функция перемещений, а k z – коорди натная функция выбирается по физическому смыслу задачи.

Запишем выражения полной энергии для системы:

П (Ф q z w)dz. (5) Определим минимум полной энергии, используя уравнения Эйлера Лагранжа при k = F F F (6) 0, x Wx y Wy W где F – подынтегральная функция выражения (5);

индексы показывают частные производные по указанным переменным.

Раскрывая (6), получим уравнение деформирования нелинейного ос нования, которое запишем совместно с уравнением изгиба плиты p x, y Ф нел, 4W 2r 2 2W s 4 W (7) D где Фнел – учитывает нелинейность среды.

В качестве примера рассматриваем загруженную равномерно распределенной нагрузкой p шарнирно-опертую по контуру квадратную плиту, взаимодействующую со средой толщиной H.

По результатам расчета на рисунке представлены графики изменения прогиба плиты, полученные с уче том и без учета нелинейности ма териала среды:

1, 2 – по линейной и нелиней ной теории ( E1 Eп 10;

E1 E 0 10 3 ;

h a 0,1;

0 0,3;

);

3, 4 – по линейной и нелинейной теории ( E1 Eп 10;

E1 E 0 10 4 ;

h a 0,1;

0 0,3;

).

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

1. Составлены уравнения для расчета плит, взаимодействующих с нелинейной средой.

2. Из рисунка видно, что учет физической нелинейности может су щественно влиять на напряженно-деформированное состояние плиты.

Литература 1. Лукаш, П. А. Основы нелинейной строительной механики / П. А. Лукаш.

– М.: Стройиздат, 1978. – 204 с.

2. Власов, В. З. Тонкостенные пространственные системы / В. З. Власов. – М.: Госстройиздат, 1958. – 502 с.

УДК 539. Загайнова М. В.

Научный руководитель: Иванов С. П., д-р техн. наук, профессор Поволжский государственный технологический университет РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ПЛАСТИН Известно, что пластины находят широкое применение в различных областях техники и строительства. При наличии в них прогибов, соиз меримых с толщиной, необходимо учитывать геометрическую нелиней ность пластины. При малых прогибах продольные Nx, Ny и сдвигающие Sxy усилия, действующие в срединной плоскости, принимаем равными нулю, благодаря гипотезам Кирхгофа-Лява. В геометрически нелиней ной пластине усилия Nx, Ny и Sxy не будут равны нулю.

При расчете гибкой прямоугольной пластины принимаем известные уравнения Кармана [1]:

1 Eh Ф w xy w xx w yy 0;

D 4 w Ф yy w xx 2Ф xy w xy Ф xx w yy q 0, где Ф, w – соответственно функция напряжений и прогиб, индексы показывают частные производные по указанным переменным.

Система уравнений (1) решаются совместно с граничными условия ми на краях пластины и ее можно решить приближенно - вариационны ми методами или методом конечных разностей. Исследуем влияние гео метрической нелинейности в зависимости от опирания краев пластины.

Рассмотрим расчет гибких пластин при трех видах опирания краев.

1. Края закреплены шарнирно-подвижно. Решение системы (1) можно принять в виде ряда:

mx ny ix jy w wmn sin ;

Ф Фij sin (2) sin sin, a b a b m, n i, j где wmn, Фij - постоянные;

m, n, i, j = 1, 3, 5, ….

2. Края закреплены шарнирно-неподвижно, то решение можно за писать так:

mx ny ix jy w wmn sin ;

Ф Фi, j cos (3) sin cos, a b a b m, n i, j где m, n = 1, 3, 5, … ;

i, j = 2, 4, 6, ….

3. Края закреплены жестко, то решение имеет вид:

mx ny w wmn (1 cos a )(1 cos b );

m,n (4) Ф Фi, j cos ix cos jy, a b i, j где m, n, i, j = 2, 4, 6, ….

Во всех трех случаях принятые функции будут удовлетворять гра ничным условиям на краях пластины.

Расчет квадратной пластины a=b выполнялся в первом приближении на действие равномерно распределенной нагрузки q.

На рисунке представлены графики изменения прогиба w центра пла стины от действующей нагрузки: прямая 1 для жесткой, а кривая 2 для гибкой пластины – вид опирания 1;

графики 1, 3 – вид опирания 2;

4, 5 – вид опирания 3. Принято следующее обозначение – Q=4qa4/6hD. Из рисунка видно, что в пластине с шарнирно-подвижным опиранием краев влияние нелинейности на прогиб начинает сказываться при соотноше нии w/h = 0,25, а при величине 0,5 погрешность расчета по сравнению с линейной теорией составляет около 10%. При других случаях опирания краев влияние геометрической нелинейности оказывается еще больше, т. к. значительно начинают влиять на работу пластины продольные и сдвигающие силы, действующие в срединной плоскости, поскольку края не могут смещаться в направлении осей x и y.

Литература 1. Александров, А. В. Основы теории упругости и пластичности /А. В.

Александров, В. Д. Потапов. - М.: Высш. шк., 1990. - 400 с.

УДК 539. Капканова М. А.

Научный руководитель: Иванов О. Г., канд. техн. наук, доцент Поволжский государственный технологический университет КОЛЕБАНИЯ БАЛОК НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ В инженерной практике часто встречаются балочные элементы кон струкций, лежащие на сплошном упругом основании.

Расчет балки на упругом основании сводится к решению контактной задачи между конструкцией и основанием. Реакция со стороны основа ния в произвольной точке принимается пропорциональной прогибу:

r ky.

k – коэффициент постели, погонная нагрузка, вызывающая осадку осно вания, равную единице. Массой основания пренебрегаем.

В данном случае дифференциальное уравнение для статического из гиба имеет вид:

4 y ky q, EJ x где q – интенсивность внешней распределенной нагрузки.

Заменяя е силами инерции q m y A y, получим диффе 2 t 2 t ренциальное уравнение поперечных колебаний:

4 y 2 y ky A (1) EJ x 4 t m= A – распределенная масса балки.

Рассмотрим свободные колебания балки с постоянным поперечным сечением площадью A, плотностью материала конструкции.

Свободные колебания балки примем в виде y X ( B cost С sin t ) Подставляя в уравнение (1), найдем уравнение для функции X:

4 X kX A 2 X (2) EJ x Рассматривая простейший случай балки со свободно опертыми кон цами, примем функцию ix, X i sin l которая удовлетворяет всем концевым условиям этого случая. Подстав ляя в уравнение (2), найдем частоту свободных колебаний:

a 2 i2 (i 4 ) l kl 4.

EJ, где a 2 A EJ Тогда общее уравнение свободных колебаний балки будет:

y X i ( Bi cos i t Ci sin i t ).

i 1, 2,3,...

На основе уравнений рассмотрены колебания балок при разных ко эффициентах постели и граничных условиях.

Постоянные B и C определяются по начальным условиям:

y(t o) f ( x), y (t 0) f 1 ( x ).

t Подставляя t=0, получим:

ix ix y y f ( x ) Bi sin i Ci sin, t i 1,2,3,...

l l i 1,2,3,...

Для шарнирно опертой балки граничные условия:

а) y( x 0) 0, б) y ( x 0) 0, x в) y( x l ) 0, г) y ( x 0) x Литература 1. Александров, А. В. Сопротивление материалов / А. В. Александров. – М.:

Высшая школа, 1995. – 560 с.

2. Тарг, С. М. Краткий курс теоретической механики: Учебник для втузов / С. М. Тарг. - М.: Высш. шк., 1998.– 416 с.

УДК 692. Онучина М. А., Козьма Н. М.

Научный руководитель: Шамбина С. Л., канд. техн. наук, доцент Российский университет дружбы народов ИССЛЕДОВАНИЕ ВАНТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В настоящее время, благодаря постоянно совершенствующимся тех нологиям строительства, появилась возможность создавать такие со оружения, проекты которых до недавнего времени казались неосуще ствимыми, а именно, возводить уникальные большепролетные сооруже ния. Современные конструкции, в том числе и вантовые, позволили ре шить эту проблему.

Существуют различные типы вантовых конструкций. А в данной статье подробно рассмотрены вантовые конструкции с использованием тентового покрытия. На сегодняшний день они являются достаточно эффективными и широко применяются в строительстве. Область приме нения данных конструкций необычайно широка. Это могут быть как большепролетные, так и небольшие сооружения (спортивные комплек сы, торговые и выставочные павильоны и т. д.).

Без сомнения, вантовые конструкции с тентовым покрытием имеют огромные перспективы применения. Использование таких сооружений экономически эффективно в силу того, что при небольшом расходе ма териала затрачивается минимальное количество времени на монтаж и транспортировку материала. К тому же важное преимущество данного типа конструкций состоит в том, что они имеют малый удельный вес, и нет необходимости устраивать для них массивный фундамент.

В основном, тентово-вантовые конструкции используются для воз ведения сооружений с относительно небольшим сроком службы (от до 30 лет в зависимости от материала тентового покрытия), хотя они могут быть использованы и в более долговечных постройках при усло вии их периодического обновления или ремонта покрытий [1].

Материалы для тентового покрытия могут быть различными, но к самым эффективным и часто применяемым относятся специально обра ботанные стеклоткани, полимерные материалы, такие как ЭТФЭ, ПТФЭ, ПВХ. Они являются огнестойкими, прочными, износостойкими, водо стойкими, легко очищаемыми и устойчивыми к перепаду температур и ультрафиолетовому излучению, а главное гибкими, что важно для дан ного типа конструкций [2].

Достойным примером рассматриваемого типа конструкций является, на наш взгляд, знаменитый «Купол тысячелетия» (рис. 1), возведенный в Лондоне к 2000 году. Самым ярким и незаурядным архитектурным элемен том этого сооружения является его крыша, гигантская белая конструкция в форме части сферы. Ее удерживают 12 решетчатых мачт, Рис. каждая из которых имеет высоту 100 метров и тросы, общая протяжнность которых составляет почти 70 км. Они под держивают крышу и придают конструкции необходимую форму.

Еще одним интересным примером таких конструкций можно считать Олимпийский стадион в Мюнхене (рис. 2), построенный в 1972 году. Это сооружение с волнистой по лупрозрачной крышей площадью 80 000 м, которую поддерживают стальные тросы об щей длиной 410 км и стальные мачты высо Рис. той 80 м [3].

Также наиболее яркими примерами использования подобных кон струкций являются следующие объекты: стадионы в Пусане и в Гоянге (Южная Корея), стадион Мозес Мабхида в Дурбане (ЮАР) [4], лабора тория ТУ Эйндховен (Нидерланды), НСК «Олимпийский» (Украина), ТЦ «Хан-Шатыр» (Астана, Казахстан) и др.

В результате изучения тентово-вантовых конструкций можно сде лать вывод о том, что их применение предоставляет современным архи текторам и проектировщикам возможность создавать конструктивно сложные и впечатляющие формы. Технологии производства и проекти рования таких конструкций постоянно развиваются. Это позволяет ис пользовать их для вс более сложных объектов и при этом добиваться не только отличных построечных и эксплуатационных качеств сооруже ний, но также их уникального внешнего вида. Безусловно, тентово вантовые конструкции имеют большие перспективы для развития и усо вершенствования.

Литература 1. Гайдаров, Ю. В. Вантовые конструкции. – Ленинград, 1972. -70 с.

2. Рюле, Г. Пространственные покрытия. – Пер. с нем. - М.: Стройиздат 1974. - 248 с.

3. http://www.tensinet.com/database/projects/filter/typeId,3/2.html 4. http://football.hiblogger.net/authors/stadiums/328721.

УДК 624.011. Пономарева А. А.

Научный руководитель: Шамбина С. Л., канд. техн. наук, доцент Российский университет дружбы народов ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ В БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ Клееная древесина стала настоящим открытием XX века. Наиболее ярко положительные качества клееной древесины, такие как простота сборки и обработки, прекрасные акустические характеристики, высокая огнестойкость, низкие затраты на обработку и утилизацию, стойкость к воздействиям химически агрессивных сред, большой эстетический по тенциал, проявляются в большепролетных несущих конструкциях.

Сочетание легких клееных покрытий с опорами из несгораемых и биостойких материалов дает максимальный экономический эффект в большепролетных малоэтажных зданиях промышленного, спортивного и культурно-бытового назначения: крытые рынки, стадионы, дворцы спорта (Конькобежного центра в Крылатском), теннисные корты, клуб ные концертные залы, кинотеатры, выставочные залы (здание «Мане жа»), склад минеральных удобрений в Морском порту Санкт Петербурга и т. д.

Для усиления конструкций узлов нашими учеными были разработа ны так называемые соединения на вклеенных стержнях. На основе этих соединений удалось получить равнопрочные стыки и узлы сборных кон струкций и, в том числе, сборных большепролетных конструкций.

Также используются узлы на основе V-образных анкеров, отличаю щиеся повышенной жесткостью и надежностью по сравнению с узлами с однонаправленными вклеенными анкерами. Выполненные таким обра зом стыки растянутых элементов при испытании показывали разруше ние за пределами стыка. Такие стыки применялись в конструкциях ферм-линз пролетом 48 м Ледового дворца «Строгино» и ферм аквапарков в Мытищах и Санкт-Петербурге в гостинице «Прибалтий ская» [1].

Деревянные клееные конструкции привле кают возможностью создания разнообразных конструктивных схем, в том числе – простран ственных. Примером служит сооружение из клееного бруса (финская Рис. ель) длиной 150 м, построенное в Севилье и считающееся самым круп ным на планете строением из древесины (рис. 1) [2].

К пространственным деревянным конструкциям, или оболочкам, от носят покрытия, способные выполнять одновременно несущую и ограж дающую функции. Они могут иметь многообразные формы и различное функциональное назначение.

Оболочки в виде сводов имеют цилиндриче скую форму поверхности и опираются по сто ронам, параллельным образующим. Существует два основных вида распорных сводов: тонко стенный клеефанерный свод стрельчатого или круглого очертания и кружально-сетчатый свод Рис. кругового (рис. 2) или стрельчатого очертания.

По статической схеме и характеру работы к сводам-оболочкам близ ки призматические складки, поверхность которых образована наклон ными плоскими гранями.

Широкое применение нашли также деревянные тонкостенные своды оболочки: двоякой положительной и отрицательной кривизны, воронко образные, бочарные оболочки и оболочки в виде гиперболических пара болоидов (покрытия типа гипар). Примером оригинальной формы тон костенной оболочки двоякой кривизны пролтом 46.5 м служит покры тие зала собраний строительного колледжа в Бирме.

Еще один вид пространственных конструкций с применением клееной древесины – купола. В зави симости от конструктивного решения купола могут быть тонкостенными, ребристыми и сетчатыми.

Ребристые купола могут быть многогранными, сферическими (рис. 3) или складчатыми [3].

Очевидно, в ближайшем будущем темпы и Рис. объемы строительства из клееной древесины бу дут расти, область применения клееных деревянных конструкций рас ширяться, а архитекторы порадуют нас новыми красивыми, практичны ми и функциональными сооружениями из этого замечательного материала.

Литература 1. Зубарев, Г. Н. Конструкции из дерева и пластмасс. - М.: Высшая школа, 1990.

2. http://curated.ru/architecture/metropol-parasol-by-j-mayer-h.

3. http://abilitolog.net/Prostranstvennie-derevyannie-konstrukcii-vkv.html.

Секция «ПРИКЛАДНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА»

УДК 5.515. Васеева А. Э., Борисова А. И.

Научный руководитель: Фоминых И. А., доцент Поволжский государственный технологический университет ГЕОМЕТРИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ В АРХИТЕКТУРНОЙ БИОНИКЕ В двадцать первом веке, создавая новые архитектурные объекты и воспринимая существующее пространство, архитектор активно исполь зует не только рациональную форму образования, но и заложенные при родой образы. Актуальность исследования продиктована интенсивным развитием и использованием архитектурной бионики в современном мире. Целью работы является изучение принципов формообразования и трансформации гармонически сформированных функциональных струк тур бионики, необходимых в процессе проектирования.

Форма – это геометрический объект, построенный по законам эвкли довой геометрии. В архитектурной композиции она участвует не только как отдельная плоская или объемная геометрическая фигура, а в боль шей степени, как их комбинация или сопряжение. Развитие и эволюция формообразования идет параллельно развитию и эволюции архитектуры и изобразительного искусства.

Формы могут быть правильные и неправильные. Правильными счи таются те, части которых соотносятся друг с другом согласно опреде ленной последовательности и порядку. Они, как правило, уравновешен ны и симметричны по одной и более осям. Эти формы мы используем в учебной практике.

Формы могут оставаться правильными даже при изменении размеров или при добавлении или «вычитании» частей. Воспринимая эти объек ты, мы можем по опыту мысленно воссоздавать исходное целое. На раз витие такого представления направлены позиционные задачи в курсе начертательной геометрии.

Неправильными формами считаются те, которые имеют разные по характеру части, не имеющие никакой последовательности в связи друг с другом. Они в целом асимметричны, более динамичны, чем правиль ные. Иногда они представляют собой правильные формы, из которых вычленены неправильные детали, или неправильную композицию пра вильных форм. Поскольку архитектура оперирует и сплошными масса ми, и полыми пространствами, правильные формы могут быть вписаны в неправильные и наоборот.


Основные объемные формы могут трансформироваться путем мани пуляции с одним или несколькими измерениями, добавлением или изъя тием тех или иных элементов. Например, при изменении высоты, шири ны или длины куб может трансформироваться в сходные призматиче ские формы;

он может сжаться до плоскости или вытянуться в линию.

Трансформация формы на основе дефрагментации осуществляется с помощью ее преобразования, путем изъятия из нее части объема, в зави симости от величины изъятой части сохраняется либо изначальная тож дественность, либо она трансформируется в другой класс. Если форма преобразуется от добавления элементов к объему, то происходит транс формация на основе присоединения.

Принцип трансформации природных конструкций и систем представ ляет большой интерес для архитекторов при решении проблемы «движу щейся архитектуры». Особое внимание уделяется вопросу создания трансформирующихся сооружений для районов с неустойчивым клима том, требующим автоматически регулируемого покрытия для зданий.

Применение принципов формообразования и трансформации гармо нически сформированных функциональных структур архитектурной био ники открывает принципиально новые возможности в процессе проекти рования. Дальнейшее развитие этого направления обеспечит совершен ствование объектов, воплощаемых в архитектуре, в художественном и утилитарном отношении, посредством учета форм и принципов живой природы, совершенство которых не смогло превзойти ни одно техниче ское изобретение человека.

УДК 5.515. Журов А. А.

Научный руководитель: Новоселов Н. Т., доцент Поволжский государственный технологический университет ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПОСОБА КОНЦЕНТРИЧЕСКИХ СФЕР Известны условия, ограничивающие диапазон применения способа концентрических сфер:

1) обе пересекающиеся поверхности должны быть поверхностями вращения;

2) оси заданных поверхностей должны пересекаться;

3) оси обеих поверхностей должны быть параллельны одной из плоскостей проекций.

Проанализируем причины введения перечисленных ограничений.

Обязательность первого условия бесспорна - только поверхность вращения может пересекаться сферой по окружности.

Второе условие вытекает из того, что центр вспомогательных сфер должен одновременно находиться на оси каждой из заданных фигур, а это возможно лишь, если в качестве центра вспомогательных сфер взять точку пересечения осей исходных фигур.

Что же касается третьего условия, то в некоторых источниках оно имеет несколько иную формулировку. Например, в учебнике «Начер тательная геометрия» Н. Н. Крылова и др. оно представлено следующим образом: оси обеих поверхностей должны быть расположены параллель но одной и той же плоскости проекций или одна из осей должна быть проецирующей прямой, а вторая - линией уровня.

Требование параллельности обусловлено тем, что окружности, пер пендикулярные осям поверхностей вращения при этом проецируются в отрезки прямых. В их пересечении и определяют искомые точки. В слу чае же, когда одна из осей заданных поверхностей параллельна плоско сти проекций, а другая перпендикулярна той же плоскости проекций, окружности, находящиеся на поверхностях разных фигур, проецируются в отрезки на разные плоскости проекции. Так как на одну и ту же плос кость проекций одна из окружностей проецируется в отрезок, а другая в окружность, то в их пересечении можно выявить точки, общие для за данных поверхностей.

Рис. 1 Рис. Пример определения точек линии пересечения заданных поверхнос тей подобным образом показан на рис. 1.

Если принять во внимание, что способ концентрических сфер при меним в случае, когда одна из осей пересекающихся поверхностей пер пендикулярна плоскости проекций, а другая ей параллельна, то диапазон задач, решаемых этим способом, может быть расширен. В частности, его можно использовать при решении задач, в которых поверхность враще ния пересекается с поверхностью тора.

На рис. 2 представлены две фигуры: часть тора и цилиндр. (Горизон тальная проекция цилиндра не показана). Вспомогательная сфера с центром в точке 0 пересечет поверхность цилиндра по окружности l(l2), а поверхность тора по окружности а(а1,а2). Горизонтальная проекция окружности а - а1 определена с помощью горизонтальной проекции очерка вспомогательной сферы – 1, проведенной из центра O1. Точка 11 полученная в пересечении 1 с окружностью n1, определит начальную точку 12 проекции а2. В пересечении окружностей а2 и l2 находим фрон тальные проекции точек К(К2) и М(М2) искомой линии пересечения.

(Горизонтальные проекции этих точек не показаны). Аналогично можно определить другие точки линии пересечения заданных поверхностей.

УДК 515. Загайнов П. В.

Научный руководитель: Сараев Е. А., ст. преп.

Поволжский государственный технологический университет РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ КУРСА НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Введение компьютеров и компьютерных технологий в учебный про цесс должно способствовать более глубокому пониманию изучаемого предмета.

Среди задач курса начертательной геометрии особое место занимают задачи на пересечение поверхностей.

Со средины прошлого века такие задачи решались с помощью авто матизированной цифровой вычислительной техники (ЭЦВМ). Получен ные решения напрямую зависели от полноты представления средствами математического моделирования сути задания и выражались в числен ных значениях. Данные задачи значительно проще, а главное нагляднее решаются графически. Алгоритм решения основан на многократном повторении одних и тех же операций. Дальнейшее развитие ЭЦВМ создание компьютерной техники, обладающей чрезвычайно высокой универсальностью: способной производить вычисления, выполнять гео метрические построения, решать логические задачи и т. д. на основе прикладных программ.

Решение задачи средствами САПР «Компас-3D» сводится к построе нию трехмерной модели, дающей наглядную картину поставленной за дачи. Саму геометрическую модель, поворачивая относительно осей координат, нетрудно поставить в «удобное» положение для большей наглядности и достоверности достигнутого результата с отображением видимых и невидимых ее точек и линий. От виртуальной геометриче ской модели переходим к ее проекционной плоской модели - к созданию чертежа. Решена основная задача машинной графики: от условия зада ния, заданного плоским чертежом, перешли к сопоставлению трехмер ного объекта - виртуальная геометрическая модель, на основе которой получаем готовое практическое решение - ее плоскую модель.

Рис. 1 Рис. Для решения поставленной задачи геометрическая модель построена вращением прямоугольного треугольника относительно вертикальной оси, совпадающей с его стороной и выдавливанием окружности на дли ну цилиндра. Необходимо принять, что поверхность является тонко стенным телом, таким образом, алгоритм решения задачи для тел и по верхностей одинаков.

Рис. При выполнении чертежей в системе «Компас-3D» следует обращать внимание на различие в обозначении осей координат с обозначениями, принятыми в начертательной геометрии.

Компьютер может быть действительно полезным при создании про екционных изображений, чертежей, если он совершает работу за чело века, вместо него.

УДК 5.515. Корчемкина Е. А.

Научный руководитель: Праксина Л. В., доцент Поволжский государственный технологический университет МАТЕМАТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩЕНИЯ Поверхности вращения чаще всего встречаются в технике. Это объ ясняется тем, что многие поверхности технических форм обрабатывают ся на станках, режущие инструменты которых совершают вращательные движения. Наряду с графическими методами заданий поверхностей вращения применяются аналитические методы, позволяющие, в частно сти, по уравнению меридиана поверхности составить уравнение поверхности.

Меридиан, расположенный в плоскости уровня, называется главным.

Он проектируется на соответствующую плоскость проекций без иска жения и представляет собой очертание поверхности вращения. Главный меридиан вращением вокруг оси образует непрерывный каркас поверх ности вращения.

Если задано уравнение ме ридиана, расположенного в плоскости xOy в пространственной системе коор динат, а точка – произвольная точка на кривой Будем вращать ее вокруг оси Z, после поворота точка заняла положение M (рисунок). Точки M и имеют координаты (x, y, z) и соответственно. Заметим, что Таким образом, уравнение поверх ности вращения с осью вращения Z принимает вид.

Пример. Пусть ось вращения совмещена с осью Оz системы коорди нат xOy, относительно которой вращается прямая, определяемая систе мой уравнений:

Тогда уравнение поверхности согласно формуле будет Получили уравнение линейчатой поверхности вращения второго порядка.

Наряду с графическим заданием поверхности ее математическое уравнение дает возможность для анализа поверхности.

УДК 515. Куць Л. А.

Научный руководитель: Дорошенко Ю. А., д-р техн. наук, профессор Национальный авиационный университет, Киев, Украина АНАЛИЗ АППРОКСИМАЦИИ ЭЛЛИПСА ОВАЛАМИ В инженерной практике для трехмерной визуализации проектируе мых технических форм широко применяются аксонометрические проек ции, в частности, ортогональные изометрия и диметрия. При этом одной из самых распространенных и сложных по построению кривых линий на аксонометрической проекции является изображение окружности, кото рая проецируется в эллипс. На практике с целью облегчения графиче ских построений эллипсы заменяют (аппроксимируют) овалами. В связи с этим возникает потребность оценки точности такой аппроксимации, чем и определяется актуальность данного исследования.

Указанную оценку точности произведем на основе компьютерного эксперимента. При этом за базовый объект исследования возьмем аксо нометрическое изображение окружности в ортогональной изометрии на плоскости XOY. В среде САПР AutoCAD построим аксонометрическую (изометрия) проекцию окружности диаметром d=100 мм – эллипс – без искажения по осям OX и OY (показано толстой линией на рис. 1 и 2).


Среди известных способов построения овала по заданной величине диа метра окружности воспользуемся универсальным способом (в основе по строений – большая 1,22d и малая 0,71d оси, где d – диаметр окружности) и наиболее распространенным графическим способом построения овала в прямоугольной изометрии (в основе построений – радиус окружности, отложенный вдоль осей OX и OY). Построение аппроксимирующих ова лов и оценку точности такой аппроксимации выполним на основе двой ной симметрии – для правой-верхней четверти эллипса и овалов.

Зрительный анализ рис. 1 и 2 позволяет сделать вывод о том, что овал, построенный универ сальным способом, более точно аппрок симирует эллипс, чем овал, построенный графическим спосо бом. При этом вели чина большой оси овала, построенного Рис. 1. Аппроксимация четверти эллипса овалом уни- графическим спосо бом, существенно версальным способоми оценка точности такой ап проксимации меньше большой оси эллипса – изометрической проекции окружности.

Рис. 2. Аппроксимация четверти эллипса овалом графическим способоми оценка точности такой аппроксимации Метрическую оценку уровня отклонения овалов от эллипса произведем при помощи графо-аналитического метода. Для этого, воспользовавшись инструментальными и расчетными возможностями САПР AutoCAD, про ведем из центров дуг овалов (с шагом 5 градусов) секущие и определим (с точностью до 4-го знака) расстояния между соответствующими точками на овале и на эллипсе. Результаты измерений представлены на рис. 3.

Рис. 3. График отклонения овалов от эллипса Проведенное исследование позволило разработать метод и при его помощи оценить точность аппроксимации эллипса овалами. Установле но, что наиболее приемлемым оказался универсальный способ построе ния овала, а графический способ имеет определенные недостатки.

УДК 5.515. Манылов С. Ю.

Научный руководитель: Новоселов Н. Т., доцент Поволжский государственный технологический университет СРАВНЕНИЕ ТРУДОЕМКОСТИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФИГУР РАЗНЫМИ СПОСОБАМИ На выбор способа решения задачи по пересечению геометрических фигур влияют различные факторы. Основной из них - геометрия заданных фигур. В некоторых случаях решение одной поставленной задачи, то есть с одинаковыми геометрическими фигурами, может быть произведено раз личными способами. На рис. 1 и 2 показано решение задачи на пересече ние поверхностей конуса и шара разными способами. На рис. 1 решение идет способом секущих плоскостей, а на рис. 2 - способом концентриче ских сфер. Количество действий по определению одной пары точек полу чилось разным: способ сфер потребовал на одно действие больше. (На рис. 1 и 2 все действия пронумерованы). Так как для окончательного ре шения задачи необходимо определить еще несколько пар точек, то раз ность действий для решения задачи будет более ощутимой.

Рис. Рис. Вывод: при решении задач по определению линии пересечения по верхностей следует отдавать предпочтение способу секущих плоскостей перед способом сфер, если существует возможность выбора вспомога тельных плоскостей пересекающих заданные фигуры по простейшим линиям – прямым или окружностям.

УДК 5.515. Новикова Т. А., Шишкина А. Е.

Научный руководитель: Полушина Т. А., доцент Поволжский государственный технологический университет РАЗЛИЧНЫЕ ПОДХОДЫ К КЛАССИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ В основу классификации поверхностей могут быть положены раз личные классификационные признаки. Так, например, по закону движе ния образующей линии различают поверхности общего вида, вращения, винтовые, переноса.

В качестве примера разберем, как можно классифицировать кониче скую поверхность.

Конус – это поверх ность, образованная вращением образующей вокруг неподвижной оси. Она относится к поверхностям вращения.

Такие поверхности ча сто встречаются в при роде, широко использу ются на практике и удобны для иллюстра ции алгоритмов общих прикладных задач. На рис. 1 показаны чертежи геометрической части определителя поверхно Рис. сти конуса и его чертеж.

Но эту же поверхность можно классифицировать как поверхность, образуемую движением прямой линии. Коническая поверхность - это один из примеров линейчатых поверхностей, образованных движением прямой образующей, постоянно прохо дящей через точку S и во всех своих по ложениях пересекающей некоторую направляющую, как показано на рис. 2.

Все образующие конической поверхно сти пересекаются в собственной точке S, называемой вершиной. Коническую по верхность еще можно рассмотреть как частный случай поверхности с ребром возврата, когда ребро возврата преобра зуется в точку S.

Вывод. Поверхности множества гео метрических форм, встречающихся в природе, можно представить различны ми способами.

Рис. Литература 1. Королев, Ю. И. Начертательная геометрия: учебник для вузов / Ю. И. Королев.- СПб.: Питер, 2006. - 252 с.

УДК 621. Осипович Д. А.

Научный руководитель: Ярушин С. Г., д-р техн. наук, профессор Пермский национальный исследовательский политехнический университет ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ КАК СРЕДСТВО КОНТРОЛЯ ИЗНОСА В ОПЫТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Современное производство характеризуется широким использовани ем трехмерной графики на всех этапах жизненного цикла изделия: от концептуального проектирования до отработки управляющих программ и создания интерактивных руководств пользователя. Трехмерная графи ка также особенно важна как инструмент исследователя.

При разработке нового ответственного изделия предварительного компьютерного моделирования его поведения обычно недостаточно для запуска серийного производства, поэтому изготавливаются и испытыва ются опытные образцы. Экспериментальная эксплуатация этих образцов помимо рабочих характеристик изделия дает исследователю возможность оценить состояние конструкции и ее частей, приобретаемое в результате эксплуатации. Периодический контроль деталей опытного образца в ходе испытаний позволяет выявить закономерности их износа в процессе экс плуатации, например от абразивного, теплового или вибрационного воз действия. Достаточно часто проблемные с точки зрения разрушения при износе области видны невооруженным взглядом (рисунок), однако для мелких, высокоточных деталей они могут оказаться не так очевидны.

Детали, подвергшиеся износу Для выявления проблемных областей и характера износа в них пред лагается использовать метод оптических измерений и «оцифровки» по верхности, который заключается в создании трехмерной точечной модели поверхности отработавшей детали с помощью специального оборудова ния. Использование такого подхода позволяет определить отклонение «оцифрованной» поверхности от номинальной и сделать вывод о годно сти детали, а также при загрузке модели в систему инженерных исследо ваний (САЕ) оценить характер и величину фактического износа по срав нению с расчетным [1].

Выбор именно оптических методов измерений и «оцифровки» опре деляется следующими его характеристиками:

- высокая скорость получения моделей. По сравнению с контактны ми методами, при которых измерение производится одной точкой и ла зерными, где измерение производится тонкой линией лазерного луча, оптические методы позволяют за один шаг определить положение до 4 млн. точек видимой поверхности детали. С точностью до 7 мкм.

- отсутствие контакта с измеряемой деталью. Определение положе ния точек происходит без механического взаимодействия органа изме рения с объектом измерения, что позволяет использовать метод для кон троля мягких, хрупких, нежестких элементов, какими зачастую являют ся изношенные поверхности.

Таким образом, несмотря на ограничения применяемости оптиче ских методов измерения и «оцифровки» (прозрачные, черные, блестя щие материалы, узкие глухие отверстия), их применение в опытном производстве для оценки износа может быть весьма эффективным.

Литература 1. Беннет, Э. Моделирование эрозионного износа элементов турбоагрега тов. Расчет эрозионного износа помогает разработчикам создавать более долго вечное ротационное оборудование для работы в суровых условиях / Э. Беннет, А. Иващенко. – САПР и Графика. - №7. – 2011. – С. 52-54.

2. Кирилловский, В. К. Оптические измерения. Часть1. Введение и общие вопросы. Точность оптических измерений: Учебное пособие / В. К. Кириллов ский. – СПб: ГИТМО(ТУ), 2003.

Секция «ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»

УДК 669.292. Аймбетова И. О.

Научный руководитель: Сейсенбаев А. Е., канд. техн. наук Южно-Казахстанский государственный университет им. М. О. Ауезова РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕДКИХ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ НЕКОНДИЦИОННЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА Способ подземного выщелачивания урана способствует коллектив ному извлечению редких и редкоземельных металлов и предполагает операции: подготовку выщелачивающего раствора с необходимым рас ходом серной кислоты, подземное выщелачивание, получение техноло гических растворов, последовательное извлечение урана, редких и ред коземельных металлов способом сорбционного концентрирования или экстракционного и/или осадительного выделения в индивидуальные миш-металлы с последующим разделением и получением редких и редкоземельных металлов высокой чистоты.

Методологической базой разработки технологии извлечения редких и редкоземельных металлов из некондиционных техногенных отходов и технологических продуктов ПВ урана являются фундаментальные рабо ты в области металлургии редких и редкоземельных металлов. Исследо вания базируются на практических данных действующих производств Южного Казахстана.

Сорбционное концентрирование редких и редкоземельных металлов на синтетических сорбентах изучено достаточно полно, в то же время требует изучать данный метод применительно к способу получения технологических растворов. Использование методов ионного обмена и применение хроматографической техники к ионообменным смолам обусловили значительный успех извлечение и разделение редких и редкоземельных металлов на товарные продукции высокой чистоты.

Эти методы позволили получить все редкие и редкоземельные металлы в чистом виде.

Ионообменная хроматография основана на сорбции разделяемых ионов смолой с последующей дифференциальной десорбции индивиду альных ионов вымывающим раствором комплексообразователя. Раство ры солей редких и редкоземельных металлов представляют собой силь ные высокодиссоциированные электролиты. Поэтому в качестве сорбен та используют преимущественно ионообменные смолы.

Извлечение редких и редкоземельных металлов из технологических продуктов выщелачивания находится в прямой зависимости от ионного состояния их в растворе. В зависимости от того, что разделение редких и редкоземельных металлов основывается на ионном состоянии – катионы или анионы, могут быть предложены разные методы извлечения с использованием синтетических смол разного назначения – катиониты или аниониты.

В результате вскрытия минерального сырья кислотным способом получаемые растворы, содержащие редкие и редкоземельные металлы, также содержат щелочные и щелочноземельные металлы, совместно сорбируемых с катионами редкоземельных металлов. Поэтому глубокое отделение редкоземельных металлов от ионов-примесей, а также разделение их на группы и подгруппы обычно производят осаждением или экстракцией. Однако имеющиеся данные исследований позволяют надеяться на эффективное использование ионитов (рассматривается стандартная ионообменная смола – катионит КУ 2-8 соответствующий ГОСТ 20298-74) для тонкой очистки суммы редкоземельных металлов от примесей, а затем получают индивидуальные элементы.

Процесс сорбционного концентрирования включает операции отдельной переработки продуктивных растворов каждой стадии химическим осаждением, сорбцией и/или экстракцией и возврат оборотных растворов на соответствующую стадию. Извлечение анионов редких металлов при несорбируемых ионах редкоземельных металлов проводят из объединенного раствора, полученного из раствора после сорбционного извлечения урана (при урановой промышленности) и ведут сорбцию при продолжительности контакта фаз и поддержании величины рН. Перспективным результатом является то, что происходит повышение выхода редких металлов в готовую продукцию без редкоземельных металлов, достижение ее высокого качества, упрощение технологии и повышение производительности процесса.

Далее проводят десорбцию и/или реэкстракцию известными способами.

УДК 547.462.3 + 447.538. Архилин А. Н.

Научные руководители: Колямшин О. А., канд. хим. наук, доцент;

Кольцов Н. И., д-р хим. наук, профессор Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова СИНТЕЗ И МОДИФИКАЦИЯ ТРОЙНЫХ СОПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ N-ФЕНИЛМАЛЕИНИМИДА, МАЛЕИНОВОГО АНГИДРИДА И СТИРОЛА Имиды малеиновой кислоты и их производные представляют собой перспективный класс органических соединений. Наибольшее значение они имеют в производстве полимерных материалов. Благодаря наличию высокоактивной двойной связи они легко полимеризуются и сополимеризуются с различными непредельными мономерами.

Термостойкие композиционные полимерные материалы на основе малеинимидов нашли широкое применение в таких областях, как авиастроение, кораблестроение, космическая техника и т. д.

В данной работе проведен синтез сополимеров на основе N-фенилмалеинимида (ФМИ), малеинового ангидрида (МА) и стирола в мольном соотношении ФМИ + МА:стирол = 1:1. Реакции проводили в растворе толуола в присутствии перекиси бензоила в качестве инициа тора. По мере протекания реакции сополимеры выделялись из реакци онной среды в виде порошков, растворимых в ДМФА и ацетоне.

CH2CH CH2CH C6H5 m n C6H O O O O O N C6H Полученные сополимеры, содержащие фрагменты малеинового ан 4,4 1-диамино-3,31 гидрида, модифицировали с помощью дихлордифенилметана (Диамет Х) в растворе ДМФА при температуре 150оС. В результате получили структурированные полимеры нераство римые в органических растворителях. Они представляют собой светло желтые прозрачные образцы, для которых были исследованы физико механические и спектральные свойства.

УДК 539. Васильев Р. В.

Научные руководители: Кольцов Н. И., д-р хим. наук, профессор;

Кузнецов С. А., аспирант Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ТРИТИОНОВ НА 1,3-ДИФЕНИЛГУАНИДИНЕ В настоящее время в России практически не ведется разработка но вых смазывающих (противозадирных и противоизносных) присадок. В связи с этим актуальной задачей является разработка и внедрение в про изводство технологий их синтеза. Среди них перспективными являются серосодержащие гетероциклические соединения – тритионы.

Нами предлагается простая методика получения недорогих мно гофункциональных тритионовых присадок, обладающих смазывающими и диспергирующими свойствами и не уступающих по свойствам им портным и отечественным аналогам. Процесс получения тритионов включает взаимодействие расплава серы с метакриловой кислотой. Ре акция осуществлялась при 210оС в течение 2 часов без растворителя пу тем пропускания метакриловой кислоты через расплав серы. Мольное соотношение метакриловой кислоты и серы 1:3. В результате проведен ных исследований по подбору катализаторов было установлено, что из числа испытанных соединений в процессе получения тритионовых про изводных наибольшей каталитической активностью обладают 1,3-дифенилгуанидин. Выход продукта – 1,2-дитиол-3-тион-4 карбоновой кислоты, получаемого по реакции:

HOOC C CH HOOC C CH2 + 5S -2H2S SC S CH S составляет около 70 мас. %. Для полученного тритиона исследовались эксплуатационные свойства. Установлено, что добавка 1,2-дитиол-3 тион-4-карбоновой кислоты приводит к повышению смазочных свойств:

критическая нагрузка и нагрузка сваривания увеличивается с 0,39 до 0,58 кН и с 1,10 до 3,20 кН соответственно. Кроме того, значительно повышается диспергирующая способность смазочного масла.

УДК 547. 46’ Иевлев М. Ю.

Научные руководители: Липин К. В., канд. хим. наук, доцент;

Ершов О. В., канд. хим. наук, доцент Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова СИНТЕЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СУБСТРАТОВ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ НА ОСНОВЕ ДИАЛКИЛ 2,3-ДИЦИАНОФУМАРАТОВ Тетразамещенные электронодефицитные алкены - одни из самых реак ционноспособных соединений в современной органической химии. Ярким представителем данного класса является тетрацианоэтилен. Аддукты его взаимодействия с кетонами – 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы – по лучили свою известность, как перспективные реагенты для направленного синтеза гетероциклических структур с заданным функциональным обрам лением [1, 2]. С этой же точки зрения интерес вызывают малоизученные структурные аналоги тетрацианоэтилена – диалкил 2,3-дицианофумараты, исследованию свойств которых посвящена данная работа.

Литературный обзор свойств дицианозамещенных алкилфумаратов показал, что из их реакционной способности в научной периодике ши роко освещены лишь реакции диенового синтеза и взаимодействие с азотсодержащими функциями с образованием енаминов [3, 4]. Взаимо действию с карбонильными соединениями, на примере дикетонов, по священа единичная публикация [5]. Таким образом, изучение свойств и преобразований диалкил 2,3-дицианофумаратов отличается актуально стью и высоким уровнем новизны.

В первую очередь, по аналогии с тетрацианоэтиленом, было решено провести исследование взаимодействия диалкил 2,3-дицианофумаратов с кетонами. Стоит отметить, что если реакция между тетрацианоэтиле ном и кетонами протекает в мягких условиях (комнатная температура, отсуствие повышенного давления), то в случае дицианозамещенных ал килфумаратов для ускорения процесса требуется более жесткое воздей ствие. Опытным путем найдено, что оптимальными условиями для по лучения искомых соединений является кипячение реакционной смеси с обратным холодильником и солянокислый катализ. Установлена также возможность проведения реакции в автоклаве или с применением уль тразвукового излучения. Выходы конечных диалкил 2,3-дициано-2-(3 оксоалк-2-ил)сукцинатов составили 73-77 %.

Строение соединений 3а-ж предложено на основе ИК, 1H ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии. Структура соединения 3г доказана методом рентгеноструктурного анализа (РСА).

Полученные диалкил 2,3-дициано-2-(3-оксоалк-2-ил)сукцинаты яв ляются перспективными органическими субстратами, структурными аналогами 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов и открывают множе ство новых направлений исследования их превращений. Кроме того, данные соединения являются производными янтарной кислоты, что также делает их интересными в плане изучения биологической активности.

Литература 1. Беликов, М. Ю. Взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с аммиаком и аминами. // Автореф. дис. канд. хим. наук. - Казань. - 2011. - 23 с.

2. Липин, К. В. Взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с галогеноводородными кислотами. // Автореф. дис. канд. хим. наук. - Чебоксары.

- 2009. - 20 с.

3. Boul, Peter J.;

Reutenauer, Philippe;

Lehn, Jean-Marie;

Organic Letters;

vol.

7;

nb. 1;

(2005);

P. 15-18.

4. Mloston, Grzegorz;

Celeda, Malgorzata;

Linden, Anthony;

Heimgartner, Heinz;

Helvetica Chimica Acta;

vol. 92;

nb. 8;

(2009);

P. 1520-1537.

5. Rappoport,Z.;

Ladkani,D.;

Journal of the Chemical Society, Perkin Transac tions 1: Organic and Bio-Organic Chemistry (1972-1999);

(1974);

P. 2595-2601.

УДК 66. Капизова Н. Б.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.