МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Рассмотрены стационарные характеристики дроссельного устройства с кромками лабиринтного уплотнения, создающими дополнительное сопротивление по тракту течения рабочей среды. Определены наиболее оптимальные геометрические характеристики гидравлической конструкции, работающей на принципе вихревого запирания потока.

Рассмотрены вопросы исследования рабочих процессов в установке вакуумного концентрирования химических и молекулярно-биологических образцов. Описана разработанная на основе результатов исследований математическая модель процесса испарения из пробирок и приведено сравнение ее числового решения с экспериментальными данными.

Приведены результаты экспериментального исследования высоконапорной вихревой ступени турбомашины с устройством для снижения потерь от балластного газа в проточной части. Представлены рекомендации по геометрии устройства, обеспечивающие повышение КПД вихревой ступени турбомашины.

Приведены результаты экспериментального исследования высоконапорной вихревой ступени с новой аэродинамической схемой. Представлены рекомендации по геометрии ступени, позволяющие повысить ее эффективность.

Исследовано пространственно-неоднородные течение разреженного газа в канале с потоком металлического пара при молекулярно-вязкостном режиме течения. Предложена статистическая математическая модель для расчета параметров газа на основе метода частиц в ячейках, позволяющая учесть поглощение молекул газа металлическим паром.

Приведены результаты расчета оптимальной характеристики вакуумного турбомолекулярного насоса (ТМН), обеспечивающего заданную быстроту откачки в широком диапазоне давлений на стороне всасывания. Представлены рекомендации по проектированию ТМН, работающего в том числе в области сверхвысокого вакуума.

Приведены исследования течения газа в проточной части молекулярного вакуумного насоса (МВН) в вязкостном режиме течения газа. Проведен выбор и обоснование метода расчета МВН.

Рассмотрено влияние основных параметров проточной части молекулярно-вязкостного вакуумного насоса на его откачные характеристики при работе в области молекулярного режима течения газа. На основании расчета по статистической математической модели представлены рекомендации для обеспечения необходимых геометрических параметров проточной части.

Представлена модель сферической аэростатической опоры, построенная на основании нелинейного стационарного уравнения Рейнольдса. Состояние опоры задано векторами смещения, поступательной и угловой скоростей. Вычислены распределение давления, опорные реакции и расход воздуха. Приведены примеры решения для различных состояний шпиндельного узла. Проверены исходные физические гипотезы в критических состояниях опоры

Проведено дилатометрическое исследование стали 25Н12М6К10 с карбидно-интерметаллидным упрочнением и получены эмпирические выражения, позволяющие прогнозировать структурный состав и температурно-структурные деформации стали при нагреве и охлаждении. Разработаны расчетные методы и созданы программные средства для анализа напряженно-деформированного состояния в биметаллических опорных прокатных валках с наплавкой из стали 25Н12М6К10 при термической обработке. Посредством компьютерного моделирования показана целесообразность производства крупногабаритных биметаллических опорных прокатных валков взамен ныне изготавливаемых цельнокованых валков.

Методом возмущений исследованы свободные колебания кольцевого резонатора твердотельного волнового гироскопа, имеющего малые неосесимметричные отклонения формы от идеальной (малая некруглость). Получено аналитическое выражение для расщепления частот.

Приведен анализ геометрических алгоритмов, использованных для моделирования процесса фрезерования. Предложена оригинальная модификация алгоритма, которая объединяет достоинства и свободна от ряда недостатков других методов.

Рассмотрена математическая модель магнитогидродинамических процессов в жидкой стали при электромагнитном перемешивании в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок. Приведены примеры расчетов для круглых и сортовых заготовок.

Разработана математическая модель для расчета релаксации силы сжатия пружины, работающей в условиях высокой температуры и нейтронного потока, которая находится в головной части тепловыделяющей сборки. Проведено сравнение результатов расчета с решением задачи в расчетном комплексе ANSYS. На основе математической модели создан модуль для определения эксцентриситета сжимающей сборку силы.

Рассмотрена задача выбора рациональных параметров, характеризующих геометрию и пространственное расположение упругих элементов стержневой системы виброизоляции. Проанализировано влияние на механические свойства подвески условий закрепления упругих элементов на вибрирующем основании.

Рассмотрена задача о взаимодействии линейной колебательной системы с центробежным возбудителем ограниченной мощности. Проанализированы периодические режимы колебаний и их устойчивость в зависимости от напряжения в цепи возбуждения электродвигателя с неуравновешенным ротором. Приведены результаты численного моделирования колебаний рассматриваемой системы.

Предложена электромеханическая модель кварцевого генератора, позволяющая анализировать влияние механических факторов на его эксплуатационные характеристики. Приведен пример использования предложенной модели при исследовании динамики генератора, находящегося под воздействием внешних низкочастотных вибраций.

Предложена математическая модель, предназначенная для анализа вибрационного сверления глубоких отверстий ружейными сверлами с управляемой промежуточной опорой. Показана принципиальная возможность поддержания режима резания с сегментной стружкой c помощью рассматриваемой схемы сверления. Указаны технологические и конструкционные параметры, при которых возможна реализация режимов прерывистого сверления.

Численно разработан аналитический алгоритм расчета динамики вращающихся цилиндрических оболочек для использования в моделировании процессов резания при точении тонкостенных элементов конструкции. Алгоритм основан на методе Галеркина в сочетании с разложением поля перемещений в тригонометрические и балочные функции. Получена зависимость собственных частот оболочки от частоты вращения конструкции.

Приведен обзор геометрических алгоритмов, использовавшихся для моделирования процесса фрезерования. Предложена оригинальная объединяющая достоинства модификация алгоритма, которая свободна от части недостатков других методов.

Рассмотрены вопросы учета динамических эффектов при разработке технологического процесса многокоординатной обработки фрезерованием сложнопрофильных податливых деталей. Предлагаемая методика моделирования динамики фрезерования состоит из динамической модели инструмента, динамической модели обрабатываемой детали на базе метода конечных элементов и алгоритма геометрического моделирования, с помощью которого рассчитаны усилия резания и смоделирован процесс регенерации поверхности заготовки. Результаты моделирования дают возможность существенно улучшить качество и повысить производительность обработки за счет рационального выбора режимов, исключающих появление нежелательных динамических эффектов.

В работе построена математическая модель ротора насосного агрегата НМ3600–230 с учетом нелинейности упругой реакции подшипников качения, нелинейности реакции щелевого уплотнения и податливости корпусов подшипников. Методом Ньютона найдены периодические движения ротора — прямая синхронная прецессия. Исследовано влияние технологических погрешностей и работы на неоптимальном режиме на характеристики прецессионных движений.

Изложены результаты исследований сотрудниками кафедры «Прикладная механика» концентрации напряжений в проушинах и болтовых соединениях за последние 35 лет.

Представлены теория и результаты расчета больших деформаций полиуретанового амортизатора сжатия новой конструкции. Расчеты выполнены методом конечных элементов в смешанной форме с независимо варьируемыми перемещениями и гидростатическим давлением. Приведена система линеаризованных уравнений метода последовательных нагружений, использованного для решения нелинейной задачи. Выбор упругого потенциала для полиуретана СКУ-ПФЛ-100 осуществлен на основе результатов испытаний образцов на растяжение и сжатие. В качестве результатов расчета приведены нагрузочные характеристики и характеристики энергоемкости амортизаторов с различными значениями геометрических параметров, исследовано напряженное состояние амортизаторов.

Представлена методика создания конечно-элементной модели пучка тепловыделяющих элементов ТВС реактора ВВЭР-440 с учетом взаимодействия пучка с дистанционирующими решетками для анализа его динамических характеристик. Найдены жесткости ячейки дистанционирующей решетки. С использованием конечно-элементной модели пучка тепловыделяющих элементов, разработанной в среде программного комплекса ANSYS, определены собственные частоты и формы колебаний конструкции в воздухе и воде.

Рассмотрены вопросы определения и формализации типовых движений многозвенного шагающего робота. Определены требования для типовых движений. Получены аналитические выражения законов изменения параметров и закона движения.

Приведены постановка задачи и описание подхода, примененного при разработке универсального исследовательского стенда для испытания электромеханических приводных модулей манипуляционных роботов. Рассмотрены вопросы организации процесса управления и исследования приводов с использованием модели и с помощью распределенной системы полунатурного моделирования, которая имитирует динамику нагружения приводов в соответствии с заданными алгоритмами управления и параметрами динамической модели системы.

Рассмотрена проблема управления двурукими манипуляционными роботами. Выделен класс задач, решение которых необходимо для практики, и предложен новый метод управления, сочетающий возможности оператора и робототехнической системы. Этот способ управления расширяет понятие полуавтоматической системы и существенно облегчает функции оператора. Приведены примеры использования предложенного метода при решении задач переноса предметов двумя манипуляторами и отвинчивания резьбового соединения, а также некоторые результаты использования предложенного метода для управления двуруким манипуляционном роботом, разработанным в НУЦ «Робототехника» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Рассматриваются структура интерактивной системы управления пожарным разведывательным роботом, особенности построения стратегического уровня управления, обеспечивающего идентификацию ситуации, а также тактического и исполнительного уровней управления. Обосновывается использование метода пропорциональной навигации для автоматического наведения робота на источник возгорания. Приводятся результаты математического моделирования и экспериментального исследования разрабатываемой робототехнической системы.

Рассмотрены вопросы управления мультиагентной робототехнической системой. Проведен сравнительный анализ типов распределенных робототехнических систем. Описаны модульная структура системы управления коллективом роботов и алгоритм распределения задач в группе роботов, а также алгоритмы перемещения роботов к целевым точкам в среде с препятствиями и равномерного размещения роботов в рабочей зоне.

Рассматривается способ управления движением мобильного робота по заданной траектории при наличии подвижных и неподвижных препятствий. Для этого используется известный алгоритм А* (А-звезда), который был модифицирован авторами для решения поставленной задачи.

Описан способ использования системы технического зрения для измерения пройденного пути и углов поворота мобильного робота, основанный на измерении смещения особых точек пространства, информация о которых получается из анализа последовательности изображений.

Рассматривается вариант построения системы силомоментного очувствления мобильного манипуляционного робота в виде интеллектуального агента системы управления. При выполнении технологической операции предлагается использовать принципы ситуационного управления роботом и формировать тактильный образ в виде отношения силовых факторов, возникающих в зоне контакта. Приводятся структура нейронной сети для реализации сенсорного контроллера силомоментного датчика и результаты испытаний разработанной системы в задаче раскройки листового металла.

Предлагается архитектура и принцип функционирования сенсорной системы сервисного мобильного робота, состоящей из двух подсистем – лазерной навигационной системы и системы ультразвуковой навигации. Рассматривается задача составления карты местности при наличии движущихся внешних объектов в рабочей зоне робота. Приводятся алгоритмы совместной обработки информации, поступающей от лазерного сканирующего дальномера и системы ультразвуковой локации, которая обеспечивает перемещение робота в недетерминированной динамической среде.

Рассмотрено решение задачи поиска максимального линейного ускорения схвата манипулятора с произвольной кинематической схемой. Ускорения определяются для каждой допустимой конфигурации манипулятора, при этом учитываются ограничения, накладываемые на скорости и ускорения, развиваемые в сочленениях. Для решения используются методы теории оптимального управления для дискретных систем.

Рассматриваются вопросы управления мобильными манипуляционными роботами на базе теории нечеткой логики. Такой подход основан на том, что интеллектуальный робот выполняет свои функции во взаимодействии с человеком-оператором, однако способ подобного взаимодействия должен быть естественным для оператора и в основном иметь форму речевого диалога с использованием проблемно-ориентированного языка, приближенному к естественному профессиональному языку. Данный подход затрагивает все уровни системы управления, в том числе уровень взаимодействия с оператором, обучения, планирования и исполнения.

Рассмотрена одна из разновидностей конечного автомата с переменной структурой и ее использование как элемента управляющей автоматной сети. Предложен критерий сложности для указанной сети и разработана процедура ее построения. Приведен пример применения разработанного математического аппарата для построения системы логического управления робототехническим комплексом.

Изложены особенности формирования прецизионного сварного шва металлов с неизвестной кривизной. Показано, что качество технологического процесса сварки зависит не только от энергетических характеристик лазерного технологического комплекса, температуры сварочной ванны, но и от точности позиционирования фокуса лазерного излучения относительно сварного шва. Согласно результатам исследований, отклонение фокуса лазерного излучения от линии стыка свариваемых деталей не должна превышать 8…10 мкм. Поэтому оценкой качества технологического процесса сварки выступает точность позиционирования фокуса лазерного излучения. Это позволяет сформировать систему автоматизированного управления лазерным технологическим комплексом со стабилизацией заданного значения точности позиционирования лазерного луча относительно сварного шва.

Приведены экспериментальные данные по физике взаимодействия лазерного излучения с плазмой, сопровождающей процесс лазерной сварки, для двух типов лазеров: оптоволоконных и СО2-лазеров. Описаны условия, при которых процесс сварки протекает наиболее эффективно. Показано влияние интенсивности лазерного излучения, скорости сварки, а также марки металла на эффективность процесса сварки. Рассмотрены конкретные примеры характера проплавления металла и свойства сварных соединений.

Лазерная наплавка применяется в целях создания покрытий с повышенными свойствами для большого числа изделий. Одними из наиболее перспективных покрытий, созданных c использованием этой технологии, являются коррозионно-стойкие покрытия с дополнительным набором свойств, например износостойкости, жаропрочности и т. д. В связи с этим исследование стойкости покрытий на основе кобальтовых и никелевых сплавов представляет собой актуальную задачу.

Развитие газопорошковой лазерной наплавки позволяет расширить области ее применения при восстановлении ответственных деталей машин. Одним из главных показателей качества нагруженного функционального покрытия является его пористость. Проведено исследование пористости покрытий из никелевого и кобальтового сплавов, полученных с использованием импульсно-периодического и непрерывного лазерного излучения. Установлены характер расположения пор, их типичные размеры и влияние некоторых параметров технологии на процесс порообразования в указанных покрытиях.

Рассмотрены основные достижения МГТУ им. Н.Э. Баумана и Калужского медико-технического лазерного центра по исследованию возможностей использования низкоинтенсивного лазерного излучения в медицине для терапевтического применения. Приведены основные типы лазерных аппаратов, рекомендованных Минздравом для различных терапевтических целей, разработанные и освоенные промышленностью в серийном производстве.

Рассмотрены возможности применения ультрафиолетового лазерного излучения в технологиях микроэлектроники.

Рассмотрены вопросы повышения эффективности лазерной сварки изделий, имеющих большую толщину, с помощью применения технологии гибридной лазерно-плазменной сварки. Совместное использование лазерного луча и плазменного источника в сочетании с порошковым присадочным материалом позволяет повысить производительность процесса, снизить уровень требований к точности сборки свариваемых заготовок, а также регулировать скорость охлаждения в диапазоне значений температуры фазовых и структурных превращений. При этом можно достичь более высоких значений механической прочности по сравнению со значениями прочности, получаемыми при однолучевой, двулучевой и дуговой сварке.

Изложены вопросы повышения точности количественного анализа состава полидисперсных сильно рассеивающих сред на основании данных об ослаблении лазерного излучения слоем вещества. Предложены методы измерения ослабления излучения и математической обработки результатов.

Обоснована возможность применения лазеров для маркировки полиэтиленовых пленок, используемых для упаковки большинства товаров, что позволит защитить товар от подделок.

Использование наноразмерных термоэлектрических структур — перспективное направление развития конструкций термоэлектрических модулей. Тонкопленочные структуры теллурида висмута были получены в МГТУ им. Н.Э. Баумана методом импульсного лазерного осаждения. Проанализированы толщины и поверхности осажденных при различных режимах структур теллурида висмута. Приведена зависимость толщины осажденного слоя от температуры нагревателя и энергетических параметров лазерного излучения. Даны общие оценки стехиометрической однородности пленок в зависимости от режимов осаждения.

Приведены особенности образования структуры при лазерной обработке, а также результаты металлографических исследований, проведенных сотрудниками кафедры «Лазерные технологии в машиностроении». Выявлены закономерности формирования структуры и изменения свойств сталей и никелевых сплавов под воздействием излучения лазера в процессе поверхностной лазерной термической обработки и наплавки, а также лазерной сварки и сварки комбинированными источниками.

Рассмотрены вопросы измерения толщины слоя или покрытия с неизвестными характеристиками. Разработана теоретическая методика, позволяющая определять абсолютную толщину слоя в пределах 50…1000 мкм. Проведены эксперименты, подтверждающие реализуемость методики с погрешностью измерений 10…15 %.

Обоснована необходимость и основные подходы к разработке интерфейса оператора систем управления технологическими процессами, проанализированы задачи, стоящие перед разработчиком, а также принципы создания эргономичного интерфейса и методы его реализации.