CC BY
5
7. Banakh L.Ya. Metody dekompozitsii pri issledovanii kolebanii mekhanicheskikh sistem [Decomposition methods for studying vibrations of mechanical systems]. Izhevsk: NIC Regulyarnaya i khaoticheskaya dinamika Publ., 2016. 292 p.
8. Banakh L.Ya., Barmina O.V. Kolebaniya samopodobnykh struktur v mekhanike [Vibrations of self-similar structures in mechanics]. Problemy mashinostroeniya i nadezhnost' mashin [Journal of machinery manufacture and reliability], 2013. No. 2. Pp. 3-9.
9. Strett Dzh. V. Teoriya zvuka [Theory of sound]. Moscow: GITTL Publ., 1955. Vol. 1. 503 p.
10. Eliseev S.V., Eliseev A.V. Theory of oscillations. Structural mathematical modeling in problems of dynamics of technical objects. Series: Studies in systems, decision and control, Vol. 252, Springer International Publishing, Cham, 2020, 521 p.
11. Bol'shakov R.S., Nikolaev A.V., Kuznetsov N.K. Ispol'zovanie rychazhnykh mekhanizmov dlya nastroiki svyaznosti dvizhenii elementov vibratsionnykh tekhnologicheskikh mashin [Use of lever mechanisms to adjust the conectivity of movements of elements of vibrating technological machines]. Vsbornike: Naukoyomkie i vibrovolnovye tekhnologii obrabotki detalei vysokotekhnologichnyh izdelii. Materialy mezhdunarodnogo nauchnogo simpoziuma tekhnologov-mashinostroitelei [In the collection: High-tech and vibrowave technologies for processing parts of high-tech products: the materials of the international scientific symposium of mechanical engineering technologist]. Ministry of Education and Science of the Russian Federation; Don State Technical University; Russian Foundation for Basic Research Publ., 2018. Pp. 221-225.
12. Kinash N.Zh., Kashuba V.B., Vyong K.T. Svyaznost' dvizheniia elementov i formy vneshnikh vozdeistvii: matematich-eskie modeli vzaimodeistvii v tsepnykh strukturakh [Connectivity of movements of elements and forms of external influences: mathematical models of interactions in chain structures]. Sistemy. Metody. Tekhnologii [System. Methods. Technologies]. 2016. No. 4 (32). Pp. 28-38.
13. Eliseev S.V. Prikladnoi sistemnyi analiz i strukturnoe matematicheskoe modelirovanie (dinamika transportnykh i tekhnologicheskikh mashin: svyaznost' dvizhenii, vibratsionnye vzaimodeistviya, rychazhnye svyazi): monografiya [Applied system analysis and structural mathematical modeling (dynamics of transport and technological machines: connectivity of movements, vibration interactions, lever links): a monograph]. In Artyunin A.I. (resp. ed.) Irkutsk: IrGUPS Publ., 2018. 692 p.
14. Eliseev S.V., Bol'shakov R.S., Nguen D. Kh., Vyong K.T. Opredelenie chastot sobstvennykh kolebanii mechanicheskikh kolebatel'nykh sistem: osobennosti ispol'zovaniya chastotnoi energeticheskoi funktsii. Chast' I [Determining the frequencies of natural oscillations of mechanical oscillatory systems: features of using the frequency energy function. Part I]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2016. No. 6 (113). Pp. 26-33.
15. Eliseev S.V., Bol'shakov R.S., Nguen D. Kh., Vyong K.T. Opredelenie chastot sobstvennykh kolebanii mechanicheskikh kolebatel'nykh sistem: osobennosti ispol'zovaniya chastotnoi energeticheskoi funktsii. Chast' II [Determining the frequencies of natural oscillations of mechanical oscillatory systems: features of using the frequency energy function. Part II]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2016. No. 7 (114). Pp. 10-23.
Информация об авторах
Елисеев Андрей Владимирович - канд. техн. наук, доцент кафедры математики, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: eavsh@ya.ru
Information about the authors
Andrei V. Eliseev - Ph.D. of Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Mathematics, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: eavsh@ya.ru
DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68).49-58 УДК 691.175.2, 621.893
Исследование автоматизированного процесса высокочастотного маслонаполнения полимерного материала ПА6 моторным маслом М-8в в целях повышения эксплуатационных свойств деталей, применяемых на транспорте
В. С. БычковскийИ, Д. В. Баканин, А. С. Курайтис, Н. Г. Филиппенко
Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация И bikovskii_vs@mail.ru
Резюме
По разработанной новой технологии процесса маслонаполнения полимерных и композиционных материалов создана автоматизированная система управления процессом маслонаполнения полимерных и композиционных материалов с использованием электротермической обработки для равномерного и выборочного нагрева образца за исключением жидкой среды (масло). С появлением этой технологии маслонаполнения встал вопрос, о том, сколько времени необходимо для полного наполнения полимерного образца жидким пластификатором. Исходя из этого было принято решение провести исследование теплообмена полимерного образца ПА6 с моторным маслом М-8В при маслонаполнении. Для этого составлена схема экспериментально-исследовательской установки для электротермического маслонаполнения и проведено обоснование выбранных параметров, состоящее из двух этапов: сушки до выполнения определенного условия и самого маслонаполнения. Для данной схемы произведен конечно-разностный расчет теплообмена полимерного образца и моторного масла без учета пропитки в программном комплексе «Solidworks Flow Simulation 2017» и с наполнением
жидким пластификатором маслом М-8В в тело образца. Результат показали, с каким градиентом изменяется температура полимерного образца по всему объему при маслонаполнении с учетом пропитки и без нее. Полученные результаты будут использованы для сравнительного анализа с экспериментальными значениями.
Ключевые слова
полимерные и композиционные материалы, теплообмен, сушка, маслонаполнение, анодный ток, температура Для цитирования
Бычковский В. С. Исследование автоматизированного процесса высокочастотного маслонаполнения полимерного материала ПА6 моторным маслом М-8В в целях повышения эксплуатационных свойств деталей, применяемых на транспорте / В. С. Бычковский, Д. В. Баканин, А. С. Курайтис, Н. Г. Филиппенко // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. - № 4 (68). - С. 49-58. - DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68)49-58
Информация о статье
поступила в редакцию: 20.03.2020, поступила после рецензирования: 14.04.2020, принята к публикации: 17.05.2020
Research of the automated process of high-frequency oil filling of the polymeric material PA6 with the motor oil M-8V to increase operating properties of parts applicable in transport
V. S. BychkovskiiS, D. V. Bakanin, A. S. Kuraitis, N. G. Filippenko
Irkutsk State Transport University, Irkutsk, the Russian Federation И eavsh@ya.ru
Abstract
According to a developed new technology for the process of oil filling of polymer and composite materials, an automated control system for the process of oil filling of polymer and composite materials using electrothermal treatment for uniform and selective heating of the sample, excluding the liquid medium (oil), has been created. With the advent of this oil filling technology, the question came up: at what moment will the complete filling of a polymer sample with a liquid plasticizer be determined. Proceeding from this, it was decided to study the heat exchange of the polymer sample PA6 with M-8V engine oil during oil filling. For this, the scheme of an experimental research installation for electrothermal oil filling was drawn up, and the selected parameters were justified in two stages: drying until a certain condition is met and the oil filling itself. For this scheme, a finite-difference calculation of the heat transfer of a polymer sample and engine oil was performed without taking into account impregnation in the "Solidworks Flow Simulation 2017" software package and with filling with a liquid plasticizer with M-8B oil into the sample body. The results presented in Figures 8 and 9 showed with what gradient temperature of the polymer sample changes throughout the volume with oil filling with and without impregnation. The temperature ranges were as follows: 102.6...114.25 °С without impregnation; 23.45...24.00 taking into account impregnation. The results obtained will be used for comparative analysis with experimental values.
Keywords
polymer and composite materials, heat exchange, drying, oil filling, anode current, temperature
For citation
Bychkovskii V. S., Bakanin D. V., Kuraitis A. S., Filippenko N. G. Kompleksnoe reshenie problemy razvitiya tekhnicheskogo osnashcheniya infrastruktury magistral'nogo transporta [Research of the automated process of high-frequency oil filling of the polymeric material PA6with the motor oil M-8V to increase operating properties of parts applicable on transport]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2020, No. 4 (68), pp. 49-58. -DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).49-58
Article info
Received: 20.03.2020, Revised: 14.04.2020, Accepted: 17.05.2020
Введение i
Транспортная промышленность - одна из круп- м нейших отраслей потребления полимерных материалов, причем области применения - разнообразны, а перспективы применения - практически неограниченны. ] Автомобильный и железнодорожный транспорт, < судо- и авиастроение - в каждой из этих отраслей ]
полимерные материалы нашли самое широкое применение.
В железнодорожном транспорте применение полимеров позволяет экономить на использовании литьевой стали и цветных металлов, древесины. Благодаря этому снижается трудоемкость производства подвижного состава, и увеличивается пропускная способность железных дорог.
Детали из полиамидов (ПА) выдерживают нагрузки, близкие к тем, что выдерживают цветные металлы и сплавы. Полиамиды являются одним из основных конструкционных полимерных материалов, благодаря отличному сочетанию высокой механической прочности и малой плотности с высокими антифрикционными и диэлектрическими свойствами. Они обладают высокой химической стойкостью к маслам и бензину.
Благодаря применению полимеров значительно улучшаются технические и эксплуатационные характеристики транспортных средств, повышается их надежность, долговечность, снижается трудоемкость изготовления [1].
В основу исследования положена методика наполнения полимерных и композиционных материалов жидкими пластификаторами на примере ПА6 [2].
Данная технология увеличивает эксплуатационные и прочностные свойства полимеров и композитов, а также исключает сухой старт во время эксплуатации. С целью автоматизации данного способа применен высокочастотный нагрев, позволяющий производить обработку кратковременно и равномерно по всему объему. Исследование в данной области является актуальной задачей.
Цельи задачи
Целью настоящей работы является исследование теплообмена полимерного образца ПА6 с моторным маслом М-8В при маслонаполнении.
Для достижения указанной цели необходимо:
- cоставить схему экспериментально-исследовательской установки для электротермического маслонаполнения и обоснования выбранных параметров;
- произвести конечно-разностный расчет теплообмена полимерного образца и моторного масла без учета пропитки в программном комплексе «Solidworks Flow Simulation 2017»;
- произвести конечно-разностный расчет теплообмена полимерного образца и моторного масла с учетом пропитки в программном комплексе «Solidworks Flow Simulation 2017»;
- сделать сравнительный анализ полученных результатов.
Схема экспериментально-исследовательской установки для электротермического маслонаполнения
Для данного исследования была разработана схема экспериментально-исследовательской установки для электротермического маслонаполнения, включающего два этапа: сушка и наполнение (рис. 2, 4) [3].
Первый этап - сушка полимерного образца.
Для достижения необходимых температурных диапазонов полимерного образца принят анодный ток, как контролируемый показатель работы ВЧ-электротермической установки [4-6], являющийся одним из наиболее эффективных способов.
Исходя из исследований процесса сушки, проведенных авторами [7, 8], было принято, что температура сушки Тсуш не должна превышать 90 % от значения температуры плавления Тт, которое зависит от множества факторов и заранее не может быть определено [9, 10]. График зависимости анодного тока от температуры электротермического разогрева представлен (рис. 1).
Тсуш ~ 0,9Тпл (1)
Г,'с
Рис. 1. Амперометрическая зависимость фазового превращения и зависимость анодного тока от
температуры: Тсуш - температура сушки; Тпл - температура плавления; Тнап max - температура наполнения
(максимальная) Fig. 1. Amperometric dependence of the phase transformation and the dependence of the anode current on temperature: Tdry - the drying temperature; Tmelt - the melting point; f max _ filling temperature (maximum)
Этап сушки
1. Сбор компонентов установки (образец (6), ванна (7), термопары (9-1...9-5)) с последующей герметизацией отверстий в ванне под термопары (91.9-5). Схема расположения термопар в образце представлена (рис. 2).
2. Размещение этих компонентов на заземленном электроде (1).
3. Подключение всех электрокомпонентов к программируемому логическому контроллеру (ПЛК) (9, 11, 12, 14);
4. Запуск установки (15) и контроль величины анодного тока (13) с целью достижения температуры сушки (Тсуш) по всему объему образца. Температура сушки (значение анодного тока) выявляется путем пробного испытания нагрева предварительного образца из того же материала и тех же размеров. Параметры объемного разогрева от внутренних источников тепла: коэффициент конвекции, 10 Вт/м2К; вре-
Рис. 2. Схема расположения термапар в образце, а, b, c - размеры образца Fig. 2. Layout of thermocouples in the sample, a, b, c - sample dimensions
мя ВЧ воздействия, 10 сек; температура окружающей среды, 20 °С; мощность, 400 Вт [9, 12, 13].
5. Включение вентиляторов (14), достижение температуры сушки (Тсуш).
Второй этап - наполнение
1. Снижение температуры образца (6) ниже 170 °С (смазка, в зависимости от своих характеристик, может применяться в температурном диапазоне от -50 до +170 °С. Величина критического нагрева +230...+260 °С (вспышка от паров) [5, 11]), поддержания температуры не выше этого значения (Тнап).
2. Отключение вентиляторов.
3. Включение нагревательного элемента (12) (см. рис. 3 и 4).
4. Подъем образца над ванной для попадания под нижнюю его часть масла при помощи толкателей (17) и сервоприводов (16).
5. Включение насоса (11), подача термо-стабилизированного масляного наполнителя.
6. Контроль за изменением температуры на термопарах (из-за процесса теплообмена масла и образца, и пропитки его самим маслом), с целью выявления наполненного состояния образца (9-1.9-5).
7. Отключение установки (15), ожидание полного остывания образца (6).
Рис. 3. Схема экспериментально-исследовательской установки для электротермического наполнения (сушка) Fig. 3. The scheme of the experimental research facility for electrothermal filling (drying)
Рис. 4. Схема экспериментально-исследовательской установки для электротермического наполнения (наполнение) Fig. 4. The scheme of the experimental research facility for electrothermal filling (filling)
По составленной схеме маслонаполнения выполнен расчет в программном комплексе Solidworks Flow Simulation. Данный расчет произведен без учета пропитки и с учетом пропитки маслом М-8В.
Расчет без учета пропитки
Исходные данные следующие:
- образец из материала ПА6 ТУ 224-00178534599-2006;
- габаритные размеры 50*50*4 мм;
- плотность 1 120 кг/м3;
- удельная теплоемкость 1 601 Дж/кгК;
- теплопроводность 0,23 Вт/(мК) [14-16]. Коэффициент конвекции отдачи тепла от внешних
стенок ванны и образца ПА6 - 10 Вт/(м2К); объемный расход на входе (дозировка масла) в ванну (7) от насоса (12) - 5 10-4 м3/с; давление окружающей среды -101 325 Па [17-19]; время процесса - 20 сек.; температура образца - 150 °С; температура масла - 20 °С.
Далее представлены параметры моторного масла М-8В (табл. 1).
Таблица 1. Параметры моторного масла М-8В Table 1. Parameters of the engine oil M-8V
Температура, К Плотность, кг/м3 Динамическая вязкость, Пасек Удельная теплоемкость, Дж/(кгК) Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК)
253,16 935,365 2,871 1 224,36 0,05465
263,16 929,152 2,178 1 274,805 0,05422
273,16 922,845 1,484 1 324,395 0,05384
283,16 916,538 0,791 1 376,192 0,05341
293,16 910,23 0,467 1 424,43 0,5298
303,16 903,923 0,303 1 478,295 0,05259
313,16 897,719 0,21 1 520,19 0,05216
323,16 891,411 0,154 1 578,33 0,05183
333,16 885,104 0,117 1 628,775 0,05135
343,16 878,9 0,091 1 679,22 0,05097
353,16 872,593 0,073 1 732,23 0,05058
363,16 866,285 0,06 1 782,675 0,05015
373,16 860,081 0,05 1 833,12 0,04977
383,16 853,774 0,043 1 882,71 0,04934
393,16 847,466 0,037 1 933,155 0,04895
403,16 842 0,03 1 984,0 0,04856
413,16 837 0,022 2 031,0 0,04818
423,16 832 0,015 2 082,0 0,04779
433,16 827 0,008 2 133,0 0,0474
443,16 822 0,003 2 184,0 0,04701
Результаты температуры в точках, расположенных по составленной схеме (см. рис. 1) контроля температуры по всему объему образца, представлены ниже (рис. 5), а также картина температурного спектра в сечении по плоскости симметрии и направление дозирования масла (стрелки) (рис. 6).
Из представленного результата расчета видно, что без учета пропитки температура остывания полимерного образца распределяется неравномерно, и она варьируется в пределах 102,6-114,25 °С. Также видно, что посередине контакта ванны с образцом остывание более медленное. Разница между максимальной и минимальной температурой равна 11,65 °С.
Расчет с учетом пропитки
Исходные данные аналогичны расчету без учета пропитки, за исключением времени процесса - 100 мин. Для поставленной задачи заданы параметры пористого материала (ПА6) (табл. 2) [18, 20].
Плотность и теплоемкость пористого каркаса (см. табл. 1) будут трактоваться как эффективные значения (эффективные значения получены путем умножения на величину (1-е), где «е» - пористость).
Для наилучшей пропитки полимерного образца моторным маслом на ванне выполнены технологические пукли высотой 0,3 мм, с целью увеличения скорости пропитки (уменьшения расстояния продвижения масла в полимерном образце), а именно чтобы наполнение осуществлялось в направлении снизу вверх, а не с боковых сторон.
В процессе приближения условий расчета к реальным, проницаемость среды задана однонаправленной. Моделирование можно представить потоком текучей среды через множество параллельных тонких трубок (с большим отношением длины к диаметру), расположенных плотно друг к другу (см. рис. 5) [19, 21].
№ Точка, Температура,
ось OZ, °С
мм
1 20 102,6
2 10 113,94
3 0 111,41
4 -5 104,05
5 -15 114,25
Рис. 5. Температура в точках, расположенных по составленной схеме контроля температуры по всему объему образца: 1 - масло «Автол М-8В»; 2 - ванна стальная; 3 - полимерный образец ПА6 Fig. 5. Temperature at points located according to the drawn up temperature control scheme
throughout the sample volume: 1 - oil "Avtol M-8V"; 2 - steel bath; 3 - polymer sample PA6
Рис. 6. Картина температурного спектра в сечении по плоскости симметрии ванны Fig. 6. Picture of the temperature spectrum in the section along the plane of symmetry of the bath
Таблица 2. Параметры пористого материала Table 2. Parameters of porous material
Свойство Значение
Пористость 0,6
Тип проницаемости Однонаправленная
Форма задания сопротивления Зависимость от характерного размера пор
Размер пор, м 1 10-5
Плотность пористого каркаса, кг/м3 448
Удельная теплоемкость пористого каркаса, Дж/(кгК) 640,5
Тип проводимости Изотропная
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК) 0,23
Температура плавления, К 523
Теплообмен между пористым каркасом и текучей средой Объемный коэффициент теплообмена
Объемный коэффициент теплообмена, Вт/(м3К) 23 872
После преобразования твердого тела в вид тонких трубок, занимаемых все его пространство, это тело определяется как однонаправленная пористая среда. Массив плотно упакованных тонких трубок (или каналов) представлен (рис. 7).
Рис. 7. Представление полимерного образца через
множество параллельных тонких трубок (с большим отношением длины к диаметру), расположенных плотно друг к другу (D - размер пор, равный 0,00001 м) Fig. 7. Representation of a polymer sample through an assembly of parallel thin tubes (with a large length-to-diameter ratio) close to each other (D is the pore size equal to 0.00001 m)
Приведены результаты температуры в точках (рис. 8), а также картина температурного спектра в сечении по плоскости симметрии и направление дозирования масла (стрелки) (рис. 9).
Рис. 8. Температуры в точках, расположенных по составленной схеме контроля температуры по всему объему образца: 1 - масло «Автол М-8В»; 2 - ванна стальная; 3 - полимерный образец ПА6 Fig. 8. Temperatures at points located according to the developed temperature control scheme
throughout the sample volume: 1 - oil "Avtol M-8V"; 2 - steel bath; 3 - polymer sample PA6
Рис. 9. Картина температурного спектра в сечении по плоскости симметрии ванны Fig. 9. Picture of the temperature spectrum in the section along the plane of symmetry of the bath
В результате промежуточного расчета появилась картина распределения температуры и моторного масла М-8В в теле полимерного образца. Видно, что распределение значений температур практически равномерно по всему объему образца и находится в интервале 23,45-24,00 °С, что говорит о весьма незначительной разнице между максимальной и минимальной температурой (0,55 °С).
Заключение
Итогом проведенного исследования было выполнение следующих задач:
1. Составлена схема экспериментально-исследовательской установки для электротермического маслонаполнения и дано обоснование выбранных параметров. Выбран контролируемый параметр (анодный ток), обоснована температура нагрева для сушки (0,9 • Тпл), определена температура наполнения.
2. Произведен конечно-разностный расчет теплообмена полимерного образца и моторного масла без учета пропитки в программном комплексе Solidworks Flow Simulation 2017. Составленный спектр распределения температуры в пределах 102,6-114,25 °С, разница равна 11,65 °С.
3. Произведен конечно-разностный расчет теплообмена полимерного образца и моторного масла с учетом пропитки в программном комплексе Solidworks Flow Simulation 2017. Составленный спектр распределения температуры в пределах 23,4524,00 °С, разница равна 0,65 °С.
По полученным результатам в дальнейшем необходимо провести практические эксперименты в реальных условиях для установления условия полной пропитки полимерного образца маслом.
Список литературы
1. Филиппенко Н.Г., Буторин Д.В., Каргапольцев С.К., Лившиц А.В. Физико-технические процессы в технологических операциях термической, механической, высокочастотной и ультразвуковой обработки полимерных и композитных конструкционных материалов. Иркутск : Изд-во ИрГУПС, 2017. 256 с.
2. Чуклай И.В., Филиппенко Н.Г., Буторин Д.В. Технология маслонаполнения полимерных и композитных антифрикционных материалов // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. 2016. Т. 2. С. 490-495.
3. Исследование изменения температуры полимерного образца при высокочастотном разогреве в зависимости от изменения объема тела и влияния конвекции / В.С. Бычковский, Н.Г. Филиппенко, Д.В. Баканин и др. // Молодая наука Сибири. Иркутск : Изд-во ИрГУПС. 2018. № 1(1). С. 56-63.
4. Butorin D. Automated control system to monitor dielectric losses in polymers // MATEC Web of Conferences 2018. DOI: 10.1051 /matecconf/201821602003.
5. Буторин Д.В. Автоматизация управления процессами высокочастотной обработки полимерных материалов разной степени полярности : дис. ... кан. техн. наук. Иркутск, 2018. 174 с.
6. Трофимов Н.В. Математическая модель оптимального режима высокочастотной сварки пластмасс // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-21) : материалы XXII Междунар. науч. конф. Псков, 2009. Т. 10. Секция 11. С. 71-73.
7. Буторин Д.В. Математическое моделирование процесса высокочастотной сушки партии полимерных изделий, изолированных от электродов рабочего конденсатора с обоих сторон // Colloquium-journal. 2018. № 7-3 (18). С. 14-23.
8. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров. М. : Мир, 1983. 480 с.
9. Филиппенко Н.Г., Буторин Д.В., Лившиц А.В. Определение фазовых и релаксационных переходов в полимерных материалах // Автоматизация. Современные технологии. 2017. Т. 71. № 4. С. 171-175.
10. Температура масла в двигателе - свойства и характеристики // Vmasla.ru. : сайт. URL: https://vmasla.ru/interesnoe/temperatura-masla-v-dvigatele. (дата обращения 18.12.2020).
11. Справка по Solidworks\Flow Simulation 2017 онлайн руководство пользователя / Входные данные / Свойство пористой среды. Компания Dassault Systemes.
12. Development and Automation of the Device for Determination of Thermophysical Properties of Polymers and Composites / D.V. Butorin, V.S. Bychkovsky, D.V. Bakanin et. al. // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. Vol. 982. P. 731-740. DOI: 10.1007/978-3-030-19756-8_69.
13. Автоматизация устройства по определению теплофизических свойств и фазовых превращений в полимерных и композитных материалах / Д.В. Баканин, Н.Г. Филиппенко, В.С. Бычковский и др. // Молодая наука Сибири. Иркутск : Изд-во ИрГУПС. 2018. № 1(1). С. 42-53.
14. Крыжановский В.К, Бурлов В.В., Паниматченко А.Д. Технические свойства полимерных материалов. СПб. : Профессия, 2003. 240 с.
15. Results of the complex studies of microstructural, physical and mechanical properties of engineering material using innovative methods / V.I. Shastin, S.K. Kargapoltcev, V.E. Gozbenko et. al. // International Journal of Applied Engineering Research. 2017. Vol. 12. №. 24. P. 15269-15272.
16. Лившиц А.В. Автоматизированная система научных исследований высокочастотной электротермии // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2015. № 4. С. 54-60.
17. Пивень А.Н., Гречаная И.И. Теплофизические свойства полимерных материалов. Киев : Вища школа, 1976. 180 с.
18. Слепнева Л.М. Физикохимия полимеров : Электрон. учеб.-метод. комплекс. Минск, 2014. 129 с.
19. Петрова П.Н., Охлопкова А.А., Фёдоров А.Л. Особенности структурообразования полимерных композитов, модифицированных жидкой смазкой // Журнал структурной химии. Новосибирск : Изд-во СО РАН. 2011. № 6. С. 1116-1122.
20. Гигроскопичность полимера [Электронный ресурс] // Промышленные Технологии. URL: https://filamentarno.ru/masterclass_04.html
21. Тонкости Sd-печати. Ч. 1. Полимеры // Filamentamo : сайт. URL: https://filamentarno.ru/masterclass_04.html (дата обращения 10.01.2021).
References
1. Filippenko N.G., Butorin D.V., Kargapol'tsev S.K., Livshits A.V. Fiziko-tekhnicheskie protsessy v tekhnologicheskikh operatsiyakh termicheskoi, mekhanicheskoi, vysokochastotnoi i ul'trazvukovoi obrabotki polimernykh i kompozitnykh kon-struktsionnykh materialov: monografiya [Physical and technical processes in technological operations of thermal, mechanical, high-frequency and ultrasonic processing of polymer and composite structural materials: a monograph]. Irkutsk: ISTU Publ.,
2017. 256 p.
2. Chuklai I.V., Filippenko N.G., Butorin D.V. Tekhnologiya maslonapolneniya polimernykh i kompozitnykh antifrik-tsionnykh materialov [Oil-filling technology for polymer and composite antifriction materials] // [Transport infrastructure of the Siberian region], 2016. Vol. 2. Pp. 490-495.
3. Bychkovskii V.S., Filippenko N.G., Bakanin D.V., Kuraitis A.S. Issledovanie izmeneniya temperatury polimernogo obraztsa pri vysokochastotnom razogreve v zavisimosti ot izmeneniya ob"ema tela i vliyaniya konvektsii [Research of changes in the temperature of a polymer sample under high-frequency heating depending on changes in body volume and the effect of convection] // Molodaya nauka Sibiri [Young science of Siberia]. Irkutsk: Irkutsk State Transport University Publ., 2018. No. 1(1). Pp. 56-63.
4. Butorin D. Automated control system to monitor dielectric losses in polymers // MATEC Web of Conferences 2018. Pp. 02003.
5. Butorin D.V. Avtomatizatsiya upravleniya protsessami vysokochastotnoi obrabotki polimernykh materialov raznoi stepeni polyarnosti: dis. ... kan. tekh. nauk [Automation of control of processes of high-frequency processing of polymeric materials of different degree of polarity: Ph.D. (Engineering) diss.] 05.13.06. Irkutsk, 2018. 174 p.
6. Trofimov N.V. Matematicheskaya model' optimal'nogo rezhima vysokochastotnoi svarki plastmass [Mathematical model of optimal regime of high frequency welding of plastics] // Materialy KhKhIIMedunarod. nauch. konf. «Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyakh (MMTT_21)» [Proceedings of the XXII International. science. Conf. "Mathematical methods in engineering and technologies (mmtt_21)"]. Pskov: Pskov State Polytechnic Institute, 2009. Vol. 10. Section 11. Pp. 71-73.
7. Butorin D.V. Matematicheskoe modelirovanie protsessa vysokochastotnoi sushki partii polimernykh izdelii, izoliro-vannykh ot elektrodov rabochego kondensatora s oboikh storon [Mathematical modeling of the high-frequency drying process of the batch of polymeric products isolated from the electrodes of a working condenser with both sides] // Colloquium-journal,
2018. No. 7-3 (18). Pp. 14-23.
8. Rabek Jan. F. Experimental methods in polymer chemistry. Wiley, New York, 1980, 861 pp. [Transl. from English. Russian ed.: Rabek Ya. Eksperimental'nye metody v khimii polimerov. In Korshak V. V. (ed.), Moscow: Mir Publ., 1983. 480 p.].
9. Filippenko N.G., Butorin D.V., Livshits A.V. Opredelenie fazovykh i relaksatsionnykh perekhodov v polimernykh mate-rialakh [Determination of phase and relaxation transition in polymer materials] // Avtomatizatsiya. Sovremennye tekhnologii [Automation. Modern technologies], 2017. Vol. 71. No. 4. Pp. 171-175.
10. Temperatura masla v dvigatele - svoistva i kharakteristiki [Engine oil temperature-properties and characteristics] [Electronic media]. URL: https://vmasla.ru/interesnoe/temperatura-masla-v-dvigatele.
11. Spravka po Solidworks. Flow Simulation 2017 onlain rukovodstvo pol'zovatelya. Vkhodnye dannye. Svoistvo poristoi sredy. Kompaniya Dassault Systemes. [SolidWorks\Flow Simulation 2017 Online help user guide. Input data. Porous media property. Dassault Systemes Company].
12. Butorin D.V., Bychkovskii V.S., Bakanin D.V., Filippenko N.G., Kuraitis A.S. Development and automation of the device for determination of thermophysical properties of polymers and composites. The publication is indexed in international citation and analytical databases Web of Science and Scopus. Advances in Intelligent Systems and Computing, 2020. Vol. 982. Pp. 731-740.
13. Bakanin D.V., Filippenko N.G., Bychkovskii V.S., Kuraitis A.S. Avtomatizatsiya ustroistva po opredeleniyu teplofizi-cheskikh svoistv i fazovykh prevrashchenii v polimernykh i kompozitnykh materialakh [Automation of devices for determining thermal properties and phase transformations in polymer and composite materials]. Molodaya nauka Sibiri [Young Science of Siberia]. Irkutsk: Irkutsk State Transport University Publ., 2018. No. 1(1). Pp. 42-53.
14. Kryzhanovskii V.K., Burlov V.V., Panimatchenko A.D. Tekhnicheskie svoistva polimernykh materialov: Uchebno-spravochnoe posobie [Technical properties of polymeric materials: a teaching aid]. Sankt-Peterburg: Professiya Publ., 2003, 240 р.
15. Shastin V.I., Kargapol'tsev S.K., Gozbenko V.E., Livshits A.V., Filippenko N.G. Results of the complex studies of microstructural, physical and mechanical properties of engineering material using innovative methods. International Journal of Applied Engineering Research, 2017. Vol. 12. No. 24. Pp. 15269-15272.
16. Livshits A.V. Avtomatizirovannaya sistema nauchnykh issledovanii vysokochastotnoi elektrotermii [Automated system of scientific research of high-frequency electrothermy]. Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii [Problems of mechanical engineering and automation], 2015. No. 4. Pp. 54-60.
17. Piven' A.N., Grechanaya N.A., Chernobyl'skii I.I. Teplofizicheskie svoistva polimernykh materialov: spravochnik [Thermophysical properties of polymeric materials: a reference book]. Kiev: Vishcha shkola Publ., 1976, 180 p.
18. Slepneva L.M. Fizikokhimiya polimerov: Elektronnyi uchebno-metodicheskii kompleks [Physics and chemistry of polymers. An electronic educational-methodical complex]. Minsk, 2014, 129 р.
19. Petrova P.N., Okhlopkova A.A., Fedorov A.L. Osobennosti strukturoobrazovaniya polimernykh kompozitov, modifitsi-rovannykh zhidkoi smazkoi [Peculiarities of the structure formation of polymeric composites modified by liquid lubrication]. Zhurnal strukturnoi khimii [Journal of Structure Chemistry]. Novosibirsk: Publishing house of the SB RAS, 2011. No. 6, Pp. 1116-1122.
20. Gigroskopichnost' polimera [The hygroscopicity of the polymer] [Electronic media] // Promyshlennye tekhnologii [Industrial technology]. URL: https://filamentarno.ru/masterclass_04.html.
21. Livshits A.V. Upravlenie tekhnologicheskimi protsessami vysokochastotnoi elektrotermii polimerov [Process control of high-frequency electrothermal polymers] // Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii [Problems of mechanical engineering and automation], 2015. No. 3. Pp. 120-126.
Информация об авторах
Бычковский Владимир Сергеевич - аспирант кафедры автоматизации производственных процессов, Иркутский государственный университет путей сообщения, инженер-конструктор, АО «Иркутский релейный завод», г. Иркутск, e-mail: bikovskii_vs@mail.ru
Баканин Денис Викторович - аспирант кафедры автоматизации производственных процессов, Иркутский государственный университет путей сообщения, инженер-конструктор, АО «Иркутский релейный завод», г. Иркутск, e-mail: denis.bakan@mail.ru
Алексей Сергеевич Курайтис - аспирант кафедры автоматизации производственных процессов, Иркутский государственный университет путей сообщения, инженер-конструктор, АО «Иркутский релейный завод», г. Иркутск, e-mail: kuraitis.aleksei@yandex.ru Николай Григорьевич Филиппенко - канд. техн. наук, доцент кафедры автоматизации производственных процессов, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: pentagon@mail.ru.
DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68).58-64
Information about the authors
Vladimir S. Bychkovskii - Ph.D. student, the Subdepartment of Automation of Production Processes, Irkutsk State Transport University, Design Engineer, Irkutsk Relay Plant AO, Irkutsk, e-mail: bikovskii_vs@mail.ru
Denis V. Bakanin - Ph.D. student, the Subdepartment of Automation of Production Processes, Irkutsk State Transport University, Design Engineer, Irkutsk Relay Plant AO, Irkutsk, e-mail: denis.bakan@mail.ru
Aleksei S. Kuraitis - Ph.D. student, the Subdepartment of Automation of Production Processes, Irkutsk State Transport University, Design Engineer, Irkutsk Relay Plant AO, Irkutsk, e-mail: kuraitis.aleksei@yandex.ru
Nikolai G. Filippenko - Ph.D. of Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Automation of Production Processes, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: pentagon@mail.ru.
УДК 539.37:004.94
Изменение напряженно-деформированного состояния элементов дискового тормоза при торможении
А. О. ШимановскийИ, О. А. Суханова
Белорусский государственный университет транспорта, г. Гомель, Республика Беларусь И tm.belsut@gmail.com
Резюме
Элементы тормозной системы, предназначенной для обеспечения безопасности движения транспортных средств, в процессе эксплуатации подвергаются значительным динамическим нагрузкам. В связи с этим актуальной является задача анализа контактного взаимодействия деталей дискового тормоза. В работе рассматривается напряженно-деформированное состояние тел, моделирующих элементы тормозной системы, которые находятся в динамическом контактном взаимодействии при работе тормоза. В среде пакета ANSYS/LS-DYNA созданы конечно-элементные модели тормозного диска и колодки, взаимодействующих по поверхности, имеющей форму сектора круга. Выполнены расчеты напряжений и деформаций деталей дискового тормоза при заданном законе сближения тормозного диска и колодки, сопровождающемся вращением тормозного диска. Приведены распределения эквивалентных по Мизесу пластических деформаций, касательных напряжений в тормозном диске и колодке вблизи области контакта для случаев внедрения колодки в неподвижный тормозной диск и при его вращении. Получены зависимости пластических деформаций в тормозном диске, колодке и системе в целом для различных угловых скоростей вращения диска. Показано, что увеличение скорости вращения диска приводит к существенному росту пластических деформаций. Проанализировано влияние статического и динамического коэффициентов трения на изменение напряженно-деформированного состояния. Установлено, что увеличение статического коэффициента трения не приводит к заметному росту пластических деформаций соприкасающихся деталей. Применение разработанной методики решения контактной задачи об упругопластическом взаимодействии деталей тормозной системы дает возможность оптимизации ее конструкции.
Ключевые слова
дисковый тормоз, упруго-пластическое деформирование, компьютерное моделирование, динамическое контактное взаимодействие, напряженно-деформированное состояние
