Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні

ВПЛИВ КУТІВ ПЕРЕМІЩЕННЯ БАНДАЖНОЇ ПОЛИЦІ НА ДЕМПФУВАЛЬНУ ЗДАТНІСТЬ ЛОПАТКОВОГО ВІНЦЯ ТУРБІНИ

Юрій Коваленко — 2025-06-16

Мета роботи. Дослідження впливу співвідношення кутів переміщення Z-подібної бандажної полиці до кута нахилу робочої контактної поверхні на вібронапруженість робочих лопаток турбіни під час резонансних коливань за високочастотною формою.

Методи дослідження. Експериментальні дослідження проведено на консольно закріпленій лопатці 1 ступеня турбіни вентилятора з використанням лабораторної установки, що включала звуковий генератор, підсилювач, пьєзовібратор, мікроскоп і пьєзощуп. Вивчено дві форми високочастотних коливань (2810 Гц і 3550/3620 Гц), у межах яких здійснювалося вимірювання кутів переміщення восьми контрольних точок на бандажній полці.

Отримані результати. Установлено, що ефективність демпфування залежить від співвідношення між напрямками переміщення бандажної полки та кутом нахилу контактної поверхні. При близьких значеннях цих параметрів забезпечується сталий контакт і ефективне демпфування навіть при коливаннях у протифазі. Зміна геометрії пера дозволила знизити інтенсивність вібрацій за другою формою коливань та покращити умови контакту.

Наукова новизна. Вперше показано, що напрямок переміщення бандажної полки є суттєвим фактором, що впливає на демпфувальні властивості лопаточного вінця. Обґрунтовано доцільність геометричної оптимізації пера з метою стабілізації контактної взаємодії.

Практична цінність. Результати можуть бути використані під час доводки авіаційних турбін, особливо в умовах, коли неможливо застосувати демпфери або змінити осьовий розмір. Запропоновані рекомендації сприятимуть підвищенню ресурсу бандажного з’єднання без зміни зусиль притискання.

ОПТИМІЗАЦІЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПОЯСНИХ З’ЄДНАНЬ КОРОБЧАСТИХ БАЛОК МОСТОВИХ КРАНІВ

Михайло Сидоренко — 2025-06-16

Мета роботи. Підвищити границю витривалості та пластичності поясних з’єднань коробчастих балок мостових кранів шляхом оптимізації їх післязварного напружено-деформованого стану за рахунок раціонального сполучення конструктивних та технологічних параметрів.

Методи дослідження. Механічний метод визначення дійсних напружень свердленням глухого отвору – для аналізу залишкових напружень в зонах термічного впливу зварних з’єднань; чисельний метод кінцевих елементів – для моделювання технологічного стану зварних з’єднань; метод математичного планування експериментів та статистичного опрацювання експериментальних даних; металографічні методи – для дослідження структури зони термічного впливу зварних з’єднань.

Отримані результати. Розроблено теоретичну модель напружено-деформованого стану поясних з’єднань коробчастих кранових балок з урахуванням фазових і структурних перетворень зон термічного впливу. Отримано емпіричні залежності впливу технологічних параметрів виготовлення та конструктивних параметрів балок на післязварний стан їх поясних з’єднань. Встановлено закономірності перерозподілу залишкових напружень та пластичних деформацій на перших циклах навантаження. Запропоновано критерій оптимізації післязварного стану – кінцеву границю текучості ділянки максимальних залишкових напружень після максимального експлуатаційного навантаження. Розроблено науково-обґрунтовані конструктивні та технологічні рекомендації, що дозволяють до 1,23 раз підвищити границю витривалості поясних з’єднань коробчастих балок мостових кранів.

Наукова новизна. Запропоновано теоретичну модель післязварного напружено-деформованого стану поясних з’єднань, що враховує фазові і структурні перетворення зон термічного впливу. Отримано емпіричні залежності та закономірності впливу параметрів технології виготовлення та конструкції на післязварний стан. Встановлено закономірності перерозподілу залишкових напружень та пластичних деформацій при перших циклах навантаження кранів.

Практична цінність. Розроблено конструктивні та технологічні рекомендації для підвищення границі витривалості поясних з’єднань коробчастих балок. Отримано характеристики дійсних циклів напружень, що враховують рівень залишкових напружень та пластичні деформації перших циклів експлуатації. Розроблено рекомендації до визначення напружень та моделювання післязварного стану металевих конструкцій.

ДВОВИМІРНА ЗАДАЧА ТЕРМОПРУЖНОСТІ ДЛЯ БАГАТОШАРОВОЇ ОСНОВИ З ГЛАДКИМ КОНТАКТОМ МІЖ ШАРАМИ

Ніна Антоненко — 2025-06-16

Мета роботи. Отримати формули для визначення термо-напружено-деформованого стану шаруватої плити з гладким контактом між шарами, що лежить на абсолютно жорсткій півплощині, та проілюструвати вплив теплових навантажень на розподіл напружень в її точках.

Методи дослідження. Для розв’язання задачі використано інтегральне перетворення Фур’є та метод функцій податливості.

Отримані результати. Представлено аналітичний розв’язок двовимірної задачі термопружності для окремого однорідного шару, межі якого вільні від дотичних навантажень. Розв’язок побудовано з використанням інтегрального перетворення Фур’є, що дозволило понизити порядок задачі та від рівнянь в
частинних похідних перейти до звичайних диференціальних рівнянь. Компоненти термо-напружено-деформованого стану шару представлено у вигляді комбінацій допоміжних функцій: нормальних напружень, вертикальних переміщень, температури та теплового потоку на верхній межі шару. Отримано рекурентні співвідношення між допоміжними функціями сусідніх шарів багатошарової термопружної основи, що розглядається. Встановлено, що допоміжні функції окремого шару пов’язані між собою лінійними залежностями, коефіцієнти яких називаються функціями податливості. На основі побудованих рекурентних співвідношень отримано функції податливості для багатошарової основи за умови гладкого контакту між шарами. Як приклад практичного застосування запропонованого методу розглянуто двошарову основу, що складається з бетонного та сталевого шарів, які лежать на абсолютно жорсткій півплощині. Для цієї моделі визначено розподіли нормальних напружень у верхньому шарі, а також досліджено вплив теплового навантаження на їхню зміну. Аналіз результатів показав, що врахування термопружних властивостей матеріалів має суттєвий вплив на формування напружень у шарах основи. Отримані результати можуть бути використані при проєктуванні багатошарових конструкцій, зокрема основ транспортних споруд та будівель, які зазнають дії змінних температурних полів.

Наукова новизна. Метод функцій податливості поширено на двовимірну задачу термопружності для шаруватої основи з гладким контактом між шарами.

Практична цінність. Отримані формули можуть бути застосовані для розрахунку на міцність фундаментів споруд, підлог заводських цехів, аеродромних та дорожніх покриттів, які експлуатуються під впливом високих температур. Результати можуть бути використаними також в якості тестових при розв’язанні поставленої задачі іншими методами.

КОНСТРУКТИВНІ СПОСОБИ ПІДВИЩЕННЯ НЕСУЧОЇ ЗДАТНОСТІ ВУЗЛІВ З’ЄДНАННЯ ГОЛОВНИХ І КІНЦЕВИХ БАЛОК МОСТОВИХ КРАНІВ

Михайло Сидоренко — 2025-06-16

Мета роботи. Підвищити несучу здатність вузлів з’єднання головних і кінцевих балок мостових кранів шляхом вдосконалення методик їхнього діагностування та розроблення конструктивних способів підсилення при ремонті.

Методи дослідження. Напружений стан вузлів з’єднання досліджували методом кінцевих елементів з адаптацією методу hot spot stress до прийнятих в Україні норм. Розрахунок напружено-деформованого стану поверхової конструкції проводили з використанням підмоделей. Коефіцієнти інтенсивності напружень визначали методом переміщень.

Отримані результати. На основі аналізу статистичних даних розроблено логіт-модель ймовірності пошкодження вузлів з’єднання залежно від параметрів мостових кранів. Встановлено, що для стикової конструкції найбільш значущими факторами є інтенсивність експлуатації та строк експлуатації, тоді як для поверхової конструкції домінуючим є інтенсивність експлуатації. Розроблено моделі напруженого стану вузлів при дії вертикального й поперечного навантажень. Виявлено, що збільшення катету косинця не має очікуваного впливу на величину напружень через перерозподіл навантажень між елементами кінцевої балки. Встановлено, що підсилення стінок кінцевих балок дозволяє зменшити напруження у верхньому поясі в 1,8 рази. Запропоновано конструктивні способи підвищення несучої здатності вузлів з’єднання стикової та поверхової конструкцій. Експериментально підтверджено, що при використанні комплексного підходу (косинець, накладка та виріз) для поверхової конструкції максимальні ефективні напруження в зоні вирізу становлять 60 МПа.

Наукова новизна. Отримано нові дані щодо закономірностей впливу конструктивних параметрів вузлів з’єднання головних і кінцевих балок мостових кранів на їхню несучу здатність. Встановлено залежності між довжиною тріщини та параметрами тріщиностійкості, що дозволяє прогнозувати залишковий ресурс вузлів з’єднання.

Практична цінність. Розроблені конструктивні способи підвищення несучої здатності вузлів з’єднання дозволяють забезпечити достатній запас міцності за опором багатоцикловій втомі та підвищити безпеку експлуатації мостових кранів.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСНИХ КОЛИВАНЬ РІЗЦЯ-ОСЦИЛЛЯТОРА ПРИ ТОЧІННІ

Павло Тришин — 2025-06-16

Мета роботи. Дослідити основні методи визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х та проаналізувати вплив його геометричних і інерційних параметрів на динамічні характеристики під час вивчення фізичних основ динаміки процесу різання в умовах точіння.

Методи дослідження. Експериментальне дослідження здійснювалося методом ударного збудження, при якому змінювали додаткову масу та виліт різця. Під час кожного випробування фіксувалися осцилограми коливань, що дозволяло визначити відповідні частоти власних коливань. Аналітичний підхід передбачав виведення розрахункових формул для оцінки частоти власних коливань на основі геометричних і масо-інерційних характеристик конструкції. Для чисельного моделювання просторових коливань різця-осцилятора Х використовувалась програмна система SolidWorks з модулем Simulation, що забезпечує проведення частотного аналізу та побудову моделей з урахуванням реальних геометричних параметрів.

Отримані результати. Порівняння аналітичного, експериментального та чисельного методів визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х показало високу узгодженість результатів, що підтверджує їхню надійність і практичну застосовність. Встановлено вплив геометричних та інерційних параметрів на динамічні характеристики різця-осцилятора Х. Зокрема, при збільшенні вильоту з 60 мм до 140 мм частота власних коливань зменшилась у 3,6…4,1 рази, а при збільшенні маси зосередженого вантажу з 0,2 кг до 0,52 кг — у 1,4…1,6 рази. Частотний аналіз у середовищі SolidWorks Simulation продемонстрував достатню точність (похибка 2…3%), високу ефективність та економічну доцільність, особливо при проєктуванні складних конструкцій. Чисельне моделювання виявилося зручним інструментом для оптимізації конструкцій та скорочення витрат на етапі розробки.

Наукова новизна. Вперше проведено комплексне порівняння аналітичного, експериментального та чисельного методів визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х. Проаналізовано вплив геометричних та інерційних параметрів на його динамічні характеристики. Показано ефективність використання частотного аналізу в САПР-системах для дослідження динаміки процесу точіння, що є актуальним для оптимізації складних конструкцій.

Практична цінність. Метод комп’ютерного моделювання продемонстрував високу точність і повторюваність результатів при визначенні частоти власних коливань різця-осцилятора Х, що підтверджує його придатність для вібраційного аналізу ріжучих інструментів. Застосування частотного аналізу в SolidWorks Simulation спрощує проєктування, скорочує витрати та є особливо ефективним для складних конструкцій.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ОБРОБЛЮВАНОГО МАТЕРІАЛУ НА ІНТЕНСИВНІСТЬ РЕГЕНЕРАТИВНИХ АВТОКОЛИВАНЬ ПРИ ТОЧІН-НІ

Павло Тришин — 2025-06-16

Мета роботи. Дослідження впливу оброблюваного матеріалу на інтенсивність регенеративних автоколивань при точінні.

Методи дослідження. Дослідження проводили експериментальним методом, при якому записували осцило-грами коливань різальної кромки різця-осцилятора. Аналітичним методом досліджували осцилограми, на яких виміряли параметри коливальної системи різця-осцилятора, що характеризують закон руху різальної кромки при автоколиваннях.

Отримані результати. Встановлено, що на інтенсивність автоколивань при точінні впливає тип кристалічної ґратки та кількість площин зсуву оброблюваного матеріалу. Чим більше кількості площин зсуву, тим легше матеріал піддається пластичній деформації і тим інтенсивніші вібрації можуть генеруватися. Також на здатність збудження або гасіння вібрацій при точінні особливо впливає частота сегментації стружки. Так, наприклад, низька частота сегментації стружки при точінні важкооброблюваних матеріалів (титан) може гасити регенеративні автоколивання. Обробка різних матеріалів при інтенсивних регенеративних автоколиваннях відбувається з утворенням різних типів стружки: суглобистої, надлому, циклічної.

Наукова новизна. Отримані результати підтверджують вплив механічних та фізико-технічних властивостей оброблюваного матеріалу на збудження або гасіння регенеративних автоколивань. Властивості оброблюваного матеріалу вливають на процес стружкоутворення у зоні різання, який у розумінні класичної схеми автоколивальної системи є регулятором.

Практична цінність. Отримані результати доводять вплив властивостей оброблюваного матеріалу на інтенсивність регенеративних автоколивань при точінні і надають можливість проводити необхідні заходи для зменшення вібрацій.

ОПТИМІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ ДИФУЗІЙНОГО ЗВАРЮВАННЯ БАГАТОШАРОВОГО З'ЄДНАННЯ ЗІ СПЛАВУ 14Cr17Ni2

Руслан Куликовський — 2025-06-16

Мета. Оптимізувати технологію дифузійного зварювання багатошарових з’єднань деталей авіадвигунів зі сплаву 14Cr17Ni2, мінімізуючи деградацію матеріалу та геометричні спотворення.

Методи дослідження. Аналіз традиційного (Т1) та інтенсифікованого (Т2) дифузійного зварювання (із застосуванням проміжного шару нікелю до 10 мкм). Параметри оптимізовано на лабораторних зразках та повнорозмірних моделях; якість з’єднань оцінено металографічним аналізом.

Результати. Технологія Т1 вимагає високого тиску (15–20 МПа) при 950–1050 °C. Оптимізована технологія Т2 (з шаром Ni) показала кращі результати: температура зварювання 950 °C, тиск 5 МПа, час витримки 50 хв. Шар Ni дозволив знизити тиск у 3-4 рази, використати нижчу температуру зварювання, зберегти високу якість з’єднання та забезпечити деформацію ≤4%. Металографія підтвердила відсутність дефектів у мікроструктурі. Знижена температура зварювання 950°C запобігає гартуванню сплаву 14Cr17Ni2 після зварювання.

Наукова новизна. Визначено оптимальні параметри дифузійного зварювання багатошарових з’єднань зі сплаву 14Cr17Ni2 при низькому тиску із застосуванням тонкого прошарку Ni, що забезпечує отримання бездефектних, високоякісних з’єднань зі значно зниженими тиском та температурою зварювання. Оптимальна товщина прошарку дозволяє використовувати ефект контактного зміцнення для отримання з’єднання з міцністю, аналогічною до основного матеріалу.

Практична цінність. Технологія дифузійного зварювання Т2 забезпечує надійне виготовлення прецизійних багатошарових деталей зі сплаву 14Cr17Ni2 з мінімальним термомеханічним впливом та зниженою складністю виробництва (обладнання для нижчого тиску). Це перспективне та економічно вигідне рішення для авіаційної промисловості, для деталей, що потребують високої точності та працездатності в екстремальних умовах.

ВПЛИВ РЕЖИМІВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА СТРУКТУРУ ЗАХИСНИХ ПОКРИТТІВ

Сергій Бєліков — 2025-06-16

Мета роботи. Підвищення довговічності робочих порожнистих лопаток ГТК-10І за рахунок двостороннього захисту їх профільної частини.

Методи дослідження. Дослідження мікроструктури проводилися на мікрошліфах під мікроскопом «Неофот-2» і мікроскопом-аналізатором «Стереоскан». Мікротвердість вимірювали приладом ПМТ-5. Випробування на короткочасну міцність (ГОСТ 1497-61, ГОСТ 9651-61, ГОСТ 1497-84) проводили на стандартних циліндричних зразках (діаметр робочої частини 5мм, довжина 25мм) при температурах 200, 800, 900 і 1000 °С на розривній машині марки УМЭ-10ТМ. Випробування на тривалу міцність (ГОСТ 10145-81) проводили на стандартних циліндричних зразках при температурах 800, 900, 1000 °С і відповідних навантаженнях 600, 400, 180 МПа на машині АИМА-5-2 шляхом одновісного розтягування зразків при постійному навантаженні. Порівняльні експериментальні дослідження високотемпературної корозії сплавів проводилися в синтетичній золі за методикою, яка широко застосовується в галузі. Для корозійних випробувань використовувалися стандартні циліндричні зразки (діаметр Æ 10 мм, довжина l = 12 мм), на які після попереднього знежирення, вимірювання і зважування на аналітичних вагах з точністю (± 0,0005 г), наносилася на їх поверхню синтетична зола в кількості 12 мг / см², що імітує продукти згоряння газотурбінного палива, які розміщувалися і витримувалися в печі на платформі з вогнетривкого матеріалу в повітряній атмосфері.

Отримані результати. Проведено дослідження впливу двостороннього захисту профільної частини робочих порожнистих лопаток ГТК-10І. Показано, що формування покриття найефективніше здійснюється при температурі рівної або більшої температури перитектичної реакції ( »1130 °С). Встановлено, що міцністні характеристики жароміцних сплавів при використанні комплексної технології захисту при температурах 800 і 850 °С не знижуються. Показано, що при відносно нижчих температурах формування покриття (1080 °С, 4 годин), структура шлікерного покриття значно відрізняється від аналогічних з гетерогенною структурою і повністю відповідає класичній типу RT-22А. Встановлено, що прогнозований термін служби робочих лопаток збільшується на 10 тис. годин при використанні двостороннього їх захисту за комплексною технологією.

Наукова новизна. Отримані результати дають змогу оцінити процеси, що проходять під час нанесення покриттів та експлуатації лопаток і встановити залежності між товщиною, кінетикою та типом покриття і швидкістю корозії.

Практична цінність. Отримані результати дозволяють рекомендувати розроблені покриття та технології нанесенні, ядля збільшення характеристик міцності та довговічності експлуатації виробів.

ВИКОРИСТАННЯ КОНТРОЛЬНИХ КАРТ ШУХАРТА ДЛЯ ЗАБЕЗПЕ-ЧЕННЯ ЯКОСТІ ПРОДУКЦІЇ ТА ОПТИМІЗАЦІЇ РЕГЛАМЕНТУ ОБСЛУГОВУВАННЯ МЕТАЛОРІЗАЛЬНИХ ВЕРСТАТІВ З ЧПУ. ПРАКТИЧНИЙ ДОСВІД

Михайло Фролов — 2025-06-16

Мета роботи. На прикладі верстата з ЧПУ DAEWOO PUMA 600M, з використанням статистичних методів управління якістю зокрема карт Шухарта, відпрацювати схему технічного обслуговування і ремонту верстатного обладнання з метою скорочення експлуатаційних витрат.

Методи дослідження. Для досліджуваного випадку з кожної партії виробів «Колесо» в 30 од. для п’яти випадкових виробів відділом контролю якості проводився контроль відхилення від номіналу найбільш критичного параметру точності – посадкового діаметру зовнішнього кільця підшипника кочення. Всього було взято 60 таких вибірок. Діаметр посадкового отвору контролювався за допомогою прецизійного триточкового нутроміра. Таким чином для загальної вибірки в 300 одиниць будувалися контрольні карти Шухарта для положення центру і розкиду та здійснювався статистичний аналіз, метою якого є ідентифікація спеціальних трендів. Крім цього, аналогічним чином аналізувалися записи журналу коригувань за якими визначається наявність помилки позиціонування.

Отримані результати. Встановлено, що використання контрольних карт Шухарта дозволяє оцінювати фактичний стан верстатного обладнання. Базуючись на цьому факті, запропоновано модель технічного обслуговування і ремонту верстатів з ЧПУ, що спирається на статистичний аналіз даних. Застосування запропонованої моделі до всього циклу обслуговування та ремонтів дозволяє значно подовжити міжремонтні терміни для верстатів з ЧПУ. Кількість ремонтних заходів була зменшена на 35–50%. При цьому циклічність операцій, передбачених технологічним регламентом виробника для даного виду верстатів, залишається без змін, підвищується коефіцієнт використання обладнання та є можливість скоротити необхідну чисельність персоналу ремонтної служби.

Наукова новизна. Встановлено зв’язок результатів процесу різання, що встановлюються за контрольними картами Шухарта, та стану обладнання для формування заходів технічного обслуговування і ремонту.

Практична цінність. Запропонована схема організації технічного обслуговування та ремонту верстатів з ЧПУ на основі статистичного аналізу з використанням карт Шухарта забезпечує суттєве скорочення витрат на їх експлуатацію.

СУЧАСНІ ПІДХОДИ ДО ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ АНТИКОРОЗІЙНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ЕПОКСИДНИХ СМОЛ

Мілана Мацюра — 2025-06-16

Мета роботи. Узагальнення та критичний аналіз опублікованих наукових даних присвячених модифікації покриттів на основі епоксидних полімерів з метою підвищення їх антикорозійних властивостей

Методи дослідження. Підбір літературних джерел здійснювався з використанням бібліографічних баз Google Scholar та Scopus. Ключові слова для пошуку були «епоксидні смоли», «епоксидні полімери», «епоксидні покриття», «антикорозійна дія/активність» та «інгібітори корозії» українською та англійською мовами.

Отримані результати. Проведено критичний аналіз 22 опублікованих робіт щодо сучасних підходів до покращення службових властивостей антикорозійних покриттів на основі епоксидних полімерних матеріалів. Узагальнено відомості щодо найбільш ефективних підходів до модифікації епоксидних полімерних матеріалів для створення захисних покриттів. Показано, що серед нанорозмірних модифікаторів епоксидних покриттів найбільш дослідженими є вуглецеві матеріали, зокрема нанотрубки та модифікований графен. Ще одним перспективним напрямом покращення антикорозійних властивостей епоксидних полімерів є їх поєднання з полімерами іншої природи. Найбільш інтенсивно досліджуються поєднання епоксидних полімерів з поліанілінами, полііндолами, а також біополімерами. Ще одним перспективним напрямком підвищення антикорозійних властивостей епоксидних смол є їх модифікація гетероциклічними сполуками, фосфорорганічними сполуками, кремнійорганічними сполуками та амінокислотами.

Наукова новизна. Виявлено, що значна кількість досліджень присвячена введенню до складу епоксидних покриттів нанорозмірних матеріалів, а також комбінування епоксидної матриці полімерами іншої природи, в тому числі біополімерами. Також, активно досліджується в якості модифікаторів епоксидних смол органічні сполуки різної будови, зокрема гетероциклічні сполуки, амінокислоти тощо.

Практична цінність. Результати роботи можуть бути використані інженерами та науковими співробітниками для планування досліджень та конструкторських робіт, що включають розробку складу антикорозійних захисних покриттів.