CC BY
1параметры проектируемого устройства по критерию минимума интенсивности отказов.
2. Предложенный алгоритм расчета позволяет определить основные параметры и показатели надежности каскадных термоэлектрических устройств любой выбранной конструкции и вести автоматизированное проектирование термоэлектрических систем обеспечения тепловых режимов радиоэлектронной аппаратуры.
Список литературы
1. Bell, L. E. Cooling, Heating, Generating Power, and Recovering Waste Heat with Thermoelectric Systems / L. E. Bell // Science. - 2008. - Vol. 321, № 5895. - P. 1457-1461. doi:10.1126/sci-ence.1158899
2. Jurgensmeyer, A. L. High Efficiency Thermoelectric Devices Fabricated Using Quantum Well Confinement Techniques / A. L. Jurgensmeyer. - Colorado State University, 2011. - 54 p.
3. Thermoelectric modules market. Analytical review / М.: RosBussinessConsalting. - 2009. - 92 с. -Source: \www/URL:http: // marketing.rbc.ru.
4. A. Martínez, D. Astrain, A. Rodríguez, G. Pérez Reduction in the Electric Power Consumption of a Thermoelectric Refrigerator by Experimental Optimization of the Temperature Controller. Journal of Electronic Materials. July 2013, Volume 42, Issue 7, pp 1499-1503.
5. Зайков, В. П. Влияние параметров материалов на показатели надежности двухкаскадных термоэлектрических устройств / В. П. Зайков, В. И. Мещеряков, Ю. И. Журавлев // Технологический аудит и резервы производства № 3/1 (23), 2015. - С. 34 - 40.
6. Rui Zhang, Marc Hodes, David A. Brooks and Vincent P. Manno. Optimized Thermoelectric Module-Heat Sink Assemblies for Precision Temperature Control J. Electron. Packag 134(2), 021007 (Jun 11, 2012) (10 pages)doi:10.1115/1.4005905
7. Singh, R. Experimental Characterization of Thin Film Thermoelectric Materials and Film Deposition VIA Molecular Beam Epitaxy University of California / R. Singh - 2008. - 54c.
8. Билинский-Слотыло, В.Р. Повышение эффективности генераторных модулей на основе
CoSb путем использования секционных и каскадных структур / В.Р. Билинский-Слотыло, Л.Н. Вихор, В.Я. Михайловский, Р.Н. Мочернюк, А.Ф. Се-мизоров // Термоэлектричество, № 3, 2013. - С. 7682
9. Zaikov, V. Reliability-oriented design of thermoelectric cooling devices / V. Zaikov, V. Mesch-eryakov, Yu. Zhuravlov // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. - Austria, Vienna. - 2015. № 9 - 10. P/ 125-128.
10. Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах CALS технологий. Том 1 / А.С. Шалумов, Н.В. Малютин, Ю.Н. Кофа-нов - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 336 с.
11. Гнатовская, А.А. Надежностно-ориентированное проектирование двухкаскадного термоэлектрического устройства в САПР критических систем / А.А. Гнатовская, Т.Б. Вохменцева, Л.Б. Коваленко, С.Д. Кузниченко // Холодильна техшка та технолопя, 51 (2). - 2015. - С 59 - 64
12. Зайков, В.П. Возможности единого подхода к режимам работы охлаждающего термоэлемента / В. П. Зайков, М.Н Соломкин., А. А Вайнер, В. Ю. Водолагин // Вопросы радиоэлектроники. Серия ТРТО. - 1984. Вып. 1. - С. 95-106.
13. Зайков, В. П. Прогнозирование показателей надежности двухкаскадного термоэлектрического охлаждающего устройства в режиме Qmax / В. П. Зайков, Л. А. Киншова, Л. Д. Казанжи, Л. Ф. Храмова // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2009. - № 5. - С. 34-37.
14. Зайков, В. П. Обеспечение наименьшей интенсивности отказов термоэлектрического устройства заданной конструкции / Зайков В. П., Мещеряков В. И., Гнатовская А. А.// Вестник Национального технического университета «ХПИ». Сборник научных работ. Тематический выпуск. Новые решения в современных технологиях. - 2011. - № 23. - С. 76-86
15. Зайков, В.П. Прогнозирование показателей надежности термоэлектрических охлаждающих устройств. Книга 1. Однокаскадные устройства / В.П. Зайков, Л.А. Киншова, В.Ф. Моисеев - Одесса: Политехпериодика, 2009. - 120 с.
Кормилицын О.П.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет, профессор
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМА АНАЛИЗА ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
FEATURE CONSTRUCTION AIGORITHM ANALYSIS OF THE STRENGTH AND RGIALITY OF
THE INSTRUMENT
Kormilicyn O.P.
, Saint Petersburg Electrotechnical University «LETI», professor
АННОТАЦИЯ
Приводится построение математической модели расчета прочности и перемещений конструкций приборостроения, в том числе и стержневых систем остеосинтоза переломов. ABSTRACT
Discusses the construction of mathematical model for calculating the strength and movements of the elements of the instruments design , including core sistems osteosinteza fractures
Ключевые слова: Прочность, жесткость, напряжение, плоская, пространственная стержневая система, остеосинтоз
Keywords: Strength, stiffness, bending moment, shear force, rod
Рассматривается алгоритм исследования плоских и пространственных стержневых систем, позволяющий эффективно, без больших затрат машинного времени и оперативной памяти ПЭВМ решать задачи прочности конструкций приборов, биомеханических систем. И, в частности, исследование биомеханики остеосинтеза переломов стержневыми аппаратами внешней фиксации и пластинами TPX.
В основу алгоритма исследования стержневых систем положен метод перемещений, использующий аппарат функций влияния. Ввиду специфичности рассматриваемых конструкций и условий их работы разработка алгоритма велась с учетом следующих условий:
- на элементы конструкций действуют статические и динамические нагрузки, причем, как сосредоточенные, так и распределенные по длине стержня, а также статическая осевая сила;
- учитывается сдвиг сечений;
- инерция поворота поперечных сечений не учитывается, т.к. длина стержней значительно превосходит наибольшие диаметры их поперечных сечений.
Алгоритм расчета состоит в следующем: методом начальных параметров находится общее решение для колебаний стержня, нагруженного продольной статической силой, откуда получаются матрицы функций влияния, с помощью которых составляется выражение для краевых значений изгибающих моментов и перерезывающих сил в начале
и в конце каждого стержня через значения прогибов и углов поворота. Каждый стержень рассматривается в местной системе координат, где ось ОХ направлена вдоль стержня от его начала к концу.
Далее выписывается условие равновесия узлов, которые образуют систему линейных уравнений относительно узловых перемещений. Находится решение этой системы и по найденным деформациям определяются значения изгибающих моментов и перерезывающих сил в начале и в конце каждого стержня.
Алгоритм изложен в матричном виде, что позволяет наблюдать абсолютную идентичность в расчетах стержня, плоской и пространственной рамы, так как в этом виде формулы метода перемещений и условие равновесия узлов одинаковы. Отличие имеет лишь внутреннее содержание матриц, но внешнее их сходство дает основание на составление единого алгоритма и программы. Кроме того, матрицы для одиночного стержня и плоской рамы получаются из матриц пространственной конструкции путем вычеркивания соответствующих строк и столбцов.
Формулы, выражающие зависимость между краевыми усилиями и узловыми перемещениями в общем случае для пространственной рамы, на стержни которой действует внешняя гармоническая нагрузка, состоящая из сосредоточенных сил, изгибающих моментов и распределенной на некотором участке нагрузки, имеют вид:
M
H
H
M
K
л
yi = Aiy Ф i+CiyU zi+Biy ф i - DjyU zi
Dfyk
qiy
л \ Biy Гт, к \
W к
- - iy qiy - - iy
M
H
M
K
Q zi = Ciy Ф i+Ky U zi + DiV Ф i -Hy U zi
^y
iy
TTK . Hiyli U zi +—— Diy +—— ~vK'
qiy - - iy qiy - -
iy
aH EiFi
N i = i i
(rrH . ttk . U Xi ~ U Xi
Ч V
M
H
H
K
M zi = Aiz у i + CizU yi+Biz у i+DizU
K .Dizk
yi'
qiz
M
H
H
K
Q yi = Ciz У i+kizU yi + Diz у i - hizU yi
л . mm
izi
qiz
Г WK" Biz Г vK'
-
- - iz qiz - -
wk ' Diz rvK'
- - iz qiz - -
iz
iz
+
K
H
H
K
M yi = Biy Ф i - DiyU zi + Aiy Ф i - CjyU zi
K . DiJ,
Ягу
WH' Biy + —— \vh 1
- - iy qiy - -
iy
K
H
H
K
Q zi = - Diy Ф i - HiyU zi - Ciy Ф i+KiyU zi -
iy
iy
Hiyli ' WH ~ Dy \vh '
qiy - - iy qiy - -
iy
к EiFi
r
N i =
h
H
к
\
U xi ~ U xi
V У
, к H h к к Dj 7h
M zi = Biz V i+DizU yi+Aiz V i - CizU yi
qiz
K „ H „ rrH . „ к „ TTK .
\ H1 + Biz \ H1
W V
_ - iz qiz - -
iz
Q yi = -Diz V i-hizU yi-Ciz V i + kizU yi
qiz
\ H1 Diz \ H1
W V
- - iz qiz - -
iz
где ^, ф - угловые перемещения относительно координатных осей ОУ и 02;
\и ], [V ], ] - члены, учитывающие влияние внешних нагрузок на каждый стержень относительно координатных осей X, У, 2;
МНу, ЫКуь МК2Ь QHyi, QKyi, QHzг, QKzг, ^,
Л^-, - внутренние усилия в начале и в конце стержня от действия жевательной внешней нагрузки;
ихь иуг, - линейные перемещения стержня вдоль координатных осей X, У, 2;
А, В, С, Б, Н, К - коэффициенты, вычисляемые через функции влияния, которые зависят от вида внешней нагрузки, вида возникающих деформаций и целого ряда других факторов.
T h
- q - жесткость стержня на изгиб;
- Е - модуль нормальной упругости;
- Е - площадь поперечного сечения стержня;
- О - модуль сдвига;
- I - длина стержня;
- ] пр - приведенный момент инерции сечения стержня.
Формулы для определения
[Жн ], [Жк ], [Vн ], [ УК ], А, В, С, Б, Н, К для каждого конкретного случая нагружения стержней в работе "Алгоритмы и программы плоских и пространственных систем".
Приведенные выше формулы в матричной форме:
RiH = M H| | nH
BH |nK 1+ BiH
RiK = M K| | пк
BiK |nH 1+ BiK
T к
где
RH\ =
"mh yi" ~mk у, ■
qh* QK zi
n\
mhzl , |RiK| = mkzl
qh yi qk yi
mh x1 mk Xi
I =
V i" V i"
VH i VK i
eH i eK i
uh Xi , |riK| = uk xi
uh . yi uk . yi
uh . zi uk . zi
0 0 0 0
K, 0 0 0 0
0 0 EF / ii 0 0 0
0 0 0 4 Cz 0
0 0 0 Cz Kz 0
0 0 0 0 0 GJ ! пр
4, -Ci, 0 0 0 0
-C, 0 0 0 0
0 0 E F /i 0 0 0
0 0 0 4 C 0
0 0 0 -Cz K. 0
0 0 0 0 0 GJ i пр
дн| =
- B, D, 0 0 0 0
- D, H, 0 0 0 0
0 0 EF / i,. 0 0 0
0 0 0 -Bz Dz 0
0 0 0 -Dz Hz 0
0 0 0 0 0 GJпр
5iK| =
- Bi, -D, 0 0 0 0
Di, H,, 0 0 0 0
0 0 EiFi/ii 0 0 0
0 0 0 - Biz -Dz 0
0 0 0 Dz Hz 0
0 0 0 0 0 GJ i пр
[VK ly -1/ qy
[WK lly - ij qiy 0
[VK liz -1/ qiz [WK liz - 4 / qiy 0
TK | =
-[VK lyi-1/qiy
[WK liy - ij qiy 0
-[VK liz -1/ qiz [WK liz - ij qiz 0
н
K
н
Выше описанный алгоритм, как уже указывалось, дан в предложении, что стержень рассматривается в местной системе координат, т.е. в системе
координат 0ХУ2, связанной со стержнем. Для перехода от местной системы координат к единой
0Х*У*2* необходимо выполнить линейное преобразование рассмотренных выше уравнений с матрицей направляющих косинусов.
Условие равновесия каждого у'-го узла рамы (у = 1.2.3...., п ), который является началом тн и концом стержней в матричной форме в единой системе координат, имеет вид:
тН тН
Е |я;н|+ Е | ^^з*
где * - символ матрицы элементов относительно единой системы координат;
| Р/ | - матрица-столбец внешних нагрузок, приложенных в' -ом узле.
Если стержневая система имеет п узлов, то условия равновесия, указанные выше, образуют систему 6п линейных уравнений относительно 6п неизвестных. Решением этой системы определяются внутренние усилия, перемещения и углы поворота
всех узлов конструкции в единой системе координат. Далее легко перейти к местной системе координат.
Таким образом, получен обобщенный алгоритм, позволяющий проводить анализ напряженно-деформированного состояния и частот собственных колебаний плоских и пространственных стержневых систем. Данный алгоритм апробирован при решении задач прочности различных конструкций приборов и систем машиностроительного профиля. Однако он может быть эффективно использован при исследовании биомеханических систем и в частности при анализе биомеханики остеосинтеза переломов стержневыми аппаратами внешней фиксации и пластинами ТХР.
Список литературы
1. Кормилицын О.П., Санкин Ю.Н., Малышев Ю.Н. Алгоритмы и программы анализа плоских и пространственных стержневых систем. М: ЦНТИ «Поиск», 1981.
Шаманов В.А.
кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический
университет Курзанов А.Д.
аспирант, ассистент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Леонтьев С.В.
старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Анферов Е.П.
студент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕАВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА
ANALYSIS OF THE NON-AUTOCLAVED AERATED CONCRETE PRODUCTION PROCESS
Shamanov V.A.,
Perm National Research Polytechnic University, associate professor, candidate of technical sciences
Kurzanov A.D.,
Perm National Research Polytechnic University, assistant, postgraduate student
Leont'ev S.V.,
Perm National Research Polytechnic University, senior lecturer
Anferov E.P.,
Perm National Research Polytechnic, student
АННОТАЦИЯ
В статье приведен анализ технологического процесса производства изделий из неавтоклавного газобетона по литьевой технологии. Выделены основные процессы и операции. Раскрыто понятие оптимальной структуры газобетона, а также выражены условия ее получения. Отмечена проблема оперативного управления технологическим процессом на разных производственных переделах. ABSTRACT
The analysis of technological process of aerated concrete production by molding technology was given in this article. The basic processes and operations were allocated. The definition of the aerated concrete optimal structure was solved, and also the conditions of its reception were identified. The problem of the production process operational management the at different production stages was noted.
Ключевые слова: неавтоклавный газобетон, технологический процесс производства, факторы, качество, структура
Keywords: non-autoclaved aerated concrete, the manufacturing process, factors, quality, structure
Газобетон - искусственный пористый строи- экологичен, прост в применении, позволяет возво-тельный материал, обладающий уникальными дить однослойные ограждающие конструкции без свойствами. Этот материал надежен, долговечен, использования дополнительных утеплителей при
