CC BY
12
The paper is devoted to evaluating operational efficiency of the use of watercraft when performing certain target tasks in compliance with the requirements of environmental protection. We have developed a set of performance indicators of execution of target tasks and criteria for the use of watercraft, especially considering the range of variation of operating characteristics depending on the type of the target task. It proposes a modular approach to build special watercraft equipment allowing it to get the most efficient device in terms of the imposed performance indicators of individual targets. According to the modular approach five options for layouts are designed.
Keywords: watercraft, emergency response, the rate of effectiveness of the target task.
УДК 539.388.1:678 Доц. О.О. Ларт, канд. техн. наук -
НТУ "Харшвський полшехшчний iнститут"
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЗМ1НИ ЙМОВ1РН1СНИХ ХАРАКТЕРИСТИК В1ДМОВ УТОМИ В ГУМОВИХ МАТЕР1АЛАХ У ЗВИЧАЙНОМУ СТАН1 ТА П1СЛЯ СТАР1ННЯ
Представлено аншпз йжгаршсних характеристик вщмов утоми в гумових матерiалах пд час 1х ци^чного навантаження. Дослщження проведено на осжга кощепцй' континуально! мехашки пошкоджуваностi. Кинетику росту пошкоджуваностi визначено за характеристиками кривих утоми, як побудовано вiдносно еквгвалентних напружень, що ввдповь дають приведению складного напружено-деформованого стану до еквгвалентного простого на помiриих деформацшх гумових матерiалiв. Дослужен™ здшшено для матерiалу, що застосовуеться в якостi матриц каркасу пневматичних шин. Проведено ш^в^льний ана-лiз змши ймовiриостi вщмови виаслiдок утоми для матерiалу до та шсля старшня.
Ключов1 слова: втома, пошкоджувашсть, гумовi матерiали, старшня.
Вступ. У сучасних машинобудiвних конструкщях широко застосовують елементи, що виготовлеш з гумових матерiалiв, якi шд час експлуатацii зазна-ють ктотного зовнiшнього динамiчного впливу. Змiнна деформащя з часом призводить до нагромадження втоми у матерiалi i як наслвдок - до втрати нес-но! здатностi вiдповiдних конструктивних елементш. Отже, актуальним питаниям е створення моделей оцiнки надiйностi для гумових матерiалiв i визначення характеристик цих моделей.
Основною характеристикою опору втомi е експериментальна крива Ве-лера, яка визначае залежнкть мiж амплiтудами параметра напружено-деформо-ваного стану (НДС) та кшькктю цикшв деформацп, що витримае зразок до по-яви трiщини заданого розмiру (або до руйнування). При цьому виникае проблема використання отриманих лабораторних залежностей, як1 отримаш в умовах, як правило, простого НДС для ощнки втомно! довговiчностi реальних елемен-тiв машинобудiвних конструкцш, якi пiд час експлуатацп мають складний ди-намiчний НДС. Для виршення цiеi проблеми використовують методи схемати-зацii процесiв i вводять еквшалентш характеристики НДС.
У цш роботi пропонуемо застосувати критерii приведення складного НДС до еквшалентних напружень, наведених у роботах [1-3] разом iз iмовiрнiсною моделлю, що представлена в робот [3], та дае змогу враховувати iснуючий роз-кид вихщних експериментальних даних. Окремо варто зазначити, що пiд час ана-лiзу характеристик довговiчностi гумових матерiалiв потрiбно враховувати мож-ливiсть прояву ефекту природного старiння [4-7]. Вщомо, що гумоподiбнi мате-
рiали здатш iстотно змiнювати сво! фiзико-хiмiчнi властивост з часом. Причому такi характеристики, як статична мiцнiсть можуть змшюватись у калька разiв за номшальний термiн експлуатаци конструкцii для гумових елементш навггь, яю не знаходяться в роботi (наприклад, пiд час збертання) [8, 9]. У робот [10] досль джено закономiрностi змши характеристик опору втомi рiзних гумових матерь алш, що вiдбуваeться внаслщок старiння. Отриманi результати свiдчать про к-тотний вплив процесш старiння на характеристики мiцностi матерiалу.
У цш роботi використано ймовiрнiсну модель накопичення втомноi пошкоджуваносп, що заснована на континуальнш механiцi пошкоджуваностi та враховуе випадкову варiацiю параметрiв криво! втоми та була запропонована в робот [3]. Цю модель було використано разом iз отриманими автором рашше результатами натурних випробувань для гумово! сумiшi каркасу сучасних пнев-матичних шин, якi було отримано до та пiсля старiння цього матерiалу.
Постановка задачi та и вирiшення. Першим етапом цiei роботи е виз-начення параметрiв криво! Велера шсля !х змiни у час внаслiдок старiння. За-гальне уявлення про цей процес було отримано в робот [10], проте для ймовiр-нiсноi оцшки процесу накопичення пошкоджуваностi втоми потрiбно ввдстежи-ти закономiрностi змiни через старшня криво! Велера, яку побудовано для еквь валентних напружень, що задаються таким спiввiдношенням [3]:
_ 3 (2С01З2/3 [/1 - ЗА?] + 2Сю [332А-2 -12] - 3Ы7/3 [3 -1])2 (1)
" _ и [8СоЯ3 2/3 [2/1 - 3А2] + 8Сю [63 2А-2 - /2] + 937/3 )• 3 4/3 ,
де: С01, С10 та к - константи матерiалу вiдповiдно до моделi Муш^влша; /1 та /2 - приведет перший та другий iнварiанти тензору деформацiй Грiна, а 3 -визначник цього тензору.
Використання експериментальних даних [10] для гумових зразюв матри-цi каркасу пневматичних шин разом iз формулою (1) дае змогу побудувати кри-вi втоми для еквшалентних напружень для означених матерiалiв до та шсля !х штучного старiння (6 дiб у термокамерi за температури 80 оС). На рис. 1 представлено отримаш кривi, де верхш кривi та синi точки ввдповвдають даним, от-риманим для зразюв до старiння, а нижнi кривi та червонi точки вiдповiдно -кривим утоми шсля штучного старшня.
Апроксимацц проведено так, що параметрами криво! Велера, що шдля-гають визначенню, вважали показник нахилу ше! криво! т та кiлькiсть ци^в N до руйнування зразку з амплпудою деформацii 50 %.
Поршняння кривих утоми для гумово! сумiшi каркасу пневматичних шин до та шсля штучного старшня показуе, що показник нахилу криво! втоми не зазнае виражено! змши i може вважатись сталим. Крiм цього, спостерь гаеться зменшення кiлькостi циклiв до вщмови.
Отриманi параметри апроксимацii надають можливiсть визначити коефь цiенти кшетичного рiвняння накопичення пошкоджуваностi для гумових зраз-кiв матрицi каркасу (брекеру) у пневматичних шинах шсля старшня. На рис. 2 наведено закономiрностi накопичення пошкоджуваност втоми для гумових зразюв каркасу (брекеру) пневматичних шин до та шсля старiння за !х цик-
лiчного деформування з амплiтудами деформацiй 50 %, а також вiдповiднi 1м щшьносп ймовiрностi вiдмови, як функцп кшькосп циклiв до вiдмови.
Рис. 1. КривЬ утоми гумовог сумш матриц каркасу (верхт кривЬ та сит точки) та тсля штучного стартня (6 Ыб у термокамерг за температури 80 0С)
Рис. 2. Дов1рчий ттервал для процесу накопичення пошкоджуваност1 (а) та щ1льтсть ¿мов1рност1 в1дмови (б) гумових зразкв матриц каркасу пневматичних шин за цикл1чного деформування з амплШудами деформацш 50 %
/ 1 1
/ / 1
/ / \ 1
/ / V 1 1
1
/ / // / • ■ 1 1 1 1
1
1 V 1 / \ 1 1 \ V
■ л / \ /1 / 1 /' 1 а; / V'
■ ' / 1 '1 /У 1 / > / А ' ' ' у7 / ^
У \/ \ А / / -
А У/ N . / / / / /
ю' 10! 10® 104 10Б 10' 107 1 08 1 0а N
Рис. 3.1мов1ршсть безвгдмовно'! роботи гумових зразкв матрицI каркасу пневматичних шин за цикл1чного деформування з амплШудами деформацш 50 %, 75 % 100 % та 125 %. Пор1вняння для зразкв у первгсному станI (суцыьш кривI) та тсля штучного стартня (пунктирн кривI)
На рис. 3 також зведено функид надшносп (ймов1ршсть безвщмовно!' роботи) гумових зразюв матриц каркасу (брекеру) пневматичних шин за цик-л1чного деформування з р1зними амплпудами деформацш.
Висновки. Загальний анал1з представлених результапв сввдчить, що у гумових зразкiв каркасу (брекеру) пневматичних шин базове кшьккть циклш до вщмови на фшсованому р1вш ампл1туд деформаций 50 % зменшилось у 55 раз1в, а за фжсованих критичних значень еквiвалентних напружень - майже у 6 разш.
Лiтература
1. Ayoub G. Multiaxial fatigue life prediction of rubber-like materials using the continuum damage mechanics approach / G. Ayoub, M. Nait-abdelaziz, F. Zairi, J. M. Gloaguen // Procedia Engineering. - 2010. - Vol. 2, No. 1. - Pp. 985-993.
2. Ayoub G. A continuum damage model for the high-cycle fatigue life prediction of styrene-bu-tadiene rubber under multiaxial loading / G. Ayoub, M. Nait-Abdelaziz, F. Zairi et al. // International Journal of Solids and Structures. - 2011. - Vol. 48, No. 18. - Pp. 2458-2466.
3. Ларш О.О. iMOBipHicHa модель накопичення пошкоджуваност втоми в гумошдабних ма-Tepiaiax / О.О. Ларш // Проблеми мщност : зб. наук. праць. - К. : Вид-во 1н-ту проблем мщност iм. Г.С. Писаренко НАНУкраши. - 2015. - № 6. - С. 84-94.
4. Юрченко А.Н. Автомобильные шины (требования, эксплуатация, износ) / А.Н. Юрчен-ко. - Харьков : Изд-во ДП ХМЗ "ФЭД", 2003. - 115 с.
5. Clark S.K. Mechanics of Pneumatic Tires, US Department of Transportation / S.K. Clark // Dot HS 805952, Washington, DC, 2006. - Pp. 123-129.
6. Ларин А.А. Исследование закономерностей деформирования пневматических шин в контакте с дорогой у учетом наличия эксплуатационной деградации материала / Ю.В. Арефин, А.А. Ларин // Механжа та машинобудування : нак.-техн. журнал. - Харкв : Вид-во НТУ "ХШ", 2011. - № 2. - С. 52-57.
7. Овчаров В.И. Свойства резиновых смесей и резин: оценка регулирование, стабилизация / В.И. Овчаров, М.В. Бурмистр, А.Г. Смирнов, В.А. Тютин, В.В. Вербас, А.П. Науменко. - М. : Изд-во "САНТ - ТМ", 2001. - 400 с.
8. Baldwin J.M. Rubber aging in tires. part 1: field results / J.M. Baldwin, D.R. Bauer, K.R. Ellwood // Polymer Degradation and Stability. - 2007. - Vol. 92, No. 1. - Pp. 103-109.
9. Bauer D.R. Rubber aging in tires. part 2: accelerated oven aging tests / D.R. Bauer, J.M. Baldwin, K.R. Ellwood // Polymer Degradation and Stability. - 2007. - Vol. 92, No. 1. - Pp. 110-117.
10. Ларш О.О. Дослщження характеристик опору вте^ гумових сумшей, що входять до складу елементпв пневматичних шин шсля штучного старшня мaтеpiaлу / О.О. Ларш // Вюник Нащонального техшчного университету Украши "Кшвський полггехшчний шститут". - Сер.: Но-вipiшенняв сучасних технологшх. - К. : Вид-во НТУУ "КШ". - 2015. - № 46. - С. 45-50.
Ларин О.О. Исследование изменений вероятностных характеристик отказов усталости резиновых материалов в первоначальном состоянии и после старения
Представлен анализ вероятностных характеристик отказов усталости в резиновых материалах при их циклической нагрузке. Исследования проведены на основе концепции континуальной механики повреждаемости. Кинетика роста повреждаемости определена по характеристикам кривых усталости, которые построены относительно эквивалентных напряжений, которые соответствуют приведению сложного напряженно-деформированного состояния к эквивалентному простому на умеренных деформациях резиновых материалов. Исследование проведено для материала, применяемого в качестве матрицы каркаса пневматических шин. Проведен сравнительный анализ изменения вероятности отказа вследствие усталости для материала до и после старения.
Ключевые слова: усталость, повреждаемость, резиновые материалы, старение.
Larin O.O. The Investigation of the Change of Probability Characteristics of the Fatigue Failures of Rubber before and after Aging
The analysis of the probability characteristics of fatigue failure in the rubber materials under cyclic loading is presented. A research has been carried out based on the continuum damage mechanics. Kinetics of damage is determined by the characteristics of fatigue curves. The fatigue S-N curves are built relative to equivalent stress that represents the complex stress strain state to an equivalent simple state subjected to the possibility of appearance of finite strains. The study has been carried out for a material that is used as a matrix of pneumatic tire carcass. A comparative analysis of changes in the probability of failure due to fatigue of the rubber material before and after aging has been done.
Keywords: fatigue, continuum damage, rubber materials, aging.
УДК 681.3.05:004.056.5 Проф. Ю.1. Грицюк, д-р техн. наук - НУ "Львiвська
полтехшка"; здобувач П.Ю. Грицюк, магктр - НЛТУ Украти, м. Львiв
МАТЕМАТИЧН1 ОСНОВИ ПРОЦЕСУ ГЕНЕРУВАННЯ КЛЮЧ1В
ПЕРЕСТАВЛЯННЯ 3 ВИКОРИСТАННЯМ ШИФРУ КАРДАНО
Розглядаються особливост розроблення надшного алгоритму для генерування клкгав переставляння, робота якого базуеться на класичному шифрi Кардано "квадрат-ш гратки" у його сучасному математичному формулюванш, що загалом дае змогу гене-рувати послщовност випадкових чисел у заданому дiапазонi без повторения.
Встановлено, що алгоритм "квадратш гратки", будучи алгоритмом маршрутного переставляння, в якому правило розмщення символiв у блоцi задаеться квадратним трафаретом, можна використовувати не тшьки для шифрування блоку вхщного повщом-лення, але й для генерування вщповщно! множини ключгв переставляння. З використан-ням основних положень матрично! алгебри розроблено математичне формулювання алгоритму "квадратнi гратки" для генерування ключгв переставляння, а також математичне формулюванш алгоритму переставляння рядюв матрицi вхiдного повщомлення, кшь-юсть стовпщв яко! може бути довшьною.
Ключовi слова: захист шформацп, шифр Кардано, шифрувальш трафарети, перес-тановш алгоритми, алгоритми маршрутного переставляння, алгоримт "прямокутнi та квадратнi гратки", генерування ключгв переставляння, криптоаналiз.
Вступ. В робота [6] зазначено, що у сучасних складних алгоритмах шиф-рування/дешифрування iнформацii широко використовуються алгоритми маршрутного переставляння. Сутшсть таких алгоршмв полягае в тому, що в ктти-ни прямокутноi таблицi символи вхiдного повiдомлення вписують за одним маршрутом, а потам цi символи зчитують з таблицi за iншим маршрутом.
Прикладом простого переставляння е запис блоку початкових даних у прямокутну таблицю рядками, а зчитування - стовпцями чи навпаки. Послвдов-нiсть заповнення рядк1в таблицi та зчитування зашифрованих даних стовпцями називають ключем переставляння. Вiдомими алгоритмами переставляння [4] е: мапчш квадрати та шаховi дошки; класичнi та табличш шифри переставляння; маршрутне переставляння з використанням трафаретiв; маршрутне переставляння з використання складних геометричних ф^р, наприклад, фiгур Гамшь-тона. У кожному iз цих алгоритмiв ключi переставляння утворюються за раху-нок рiзницi шляхiв запису символ1в початкових даних i шляхiв зчитування цих символiв у межах деякоi геометричноi фiгури [8]. Часто щ символи мають свою числову нумерацда, тому, як наслiдок, отриманi в таю способи послвдовноста чисел часто мають випадковий характер.
