Preview

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки

Расширенный поиск
Том 44, № 2 (2017)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21822/2073-6185-2017-44-2

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ . МЕХАНИКА 

8-17 508
Аннотация

Цель. В статье рассматривается возможность моделирования ветрового потока при расчете зданий сложной геометрической формы с целью определения параметров и зон комфортности.

Метод. Проведены исследования влияния ветрового воздействия на здание цилиндрической формы с использованием программного комплекса Ansys 15.0.

Результат. Для расчета ветрового потока и определения зон комфортности разработана конечно-элементная модель здания музея современного искусства сложной геометрической формы. Расчетная область выбрана таким образом, чтобы ее границы не оказывали влияние на результаты счета. Максимальная скорость ветра принята 44 м/c на высоте 10 м от уровня земли, как максимальная в районе г. Новороссийска. Геометрия земной поверхности вокруг модели считалась плоской. Поверхность здания предполагалась гладкой, поверхность окружающей местности принята шероховатой с параметром шероховатости 0,1 м. При численном моделировании варьировались параметры ориентирования здания относительно розы ветров. Разработаны три варианта расчетных моделей с варьированием расположения здания и его геометрических характеристик. Первый вариант - модель здания вытянута вдоль оси X, второй вариант - модель здания ориентирована вдоль оси Yострым углом контура, третий вариант - модель здания располагается вдоль оси Y и ориентирована тупым углом внешнего контура здания. Результаты расчета здания цилиндрической формы на ветровое воздействие соответствуют СП 20.13330.2011. Применяя численное моделирование ветрового потока, определены параметры и зоны комфортности здания сложной геометрической формы. Выявлено несоответствие нормативных характеристик объекта при расчете на ветровую нагрузку с результатами исследований.

Вывод. Даны рекомендации по выбору наиболее оптимального расположения здания музея с учетом параметров комфортности и наибольшего давления ветра: геометрическая форма наружного контура влияет на расположение зон пониженной комфортности; резкое изменение границ наружного контура приводит к возникновению повышенного давления и скорости ветра и, как следствие, изменение направления вихревых потоков; при моделировании ветрового воздействия для зданий сложной геометрической формы необходимо применять метод конечных элементов; при проектировании зданий и сооружений следует избегать резкого изменения контура объекта.

18-27 453
Аннотация

Цель. Основной идеей настоящего исследования было получение полимерных композитов на основе синтетического изопренового эластомера и полиэтилена низкой плотности, в которых содержатся наночастицы сажи и алюминия в различных количествах.

Метод. В ходе исследования применялся экспоненциальный подход, позволяющий лучше контролировать область малых добавок, что исключается при линейном распределении нанонаполнителей при малых добавках. Композиты наполнялись наноразмерными частицами алюминия и сажи ДГ-100 с удельной адсорбционной поверхностью 100 м2 /г средним размером частиц 20-30 нм. Измерение электрофизических параметров производились по стандартным методам: электронной микроскопии, электронного теневого микроскопа и гидростатического взвешивания. Применена теория и модель Максвелл-Вагнеровской поляризации.

Результат. Экспериментально исследованы зависимости и построены графики диэлектрической проницаемости и удельного объемного сопротивления композита 80 % изопренового синтетического каучука (СКИ-3)+20% полиэтилена низкой плотности от концентрации наноразмерных частиц наполнителей алюминия и сажи. Рассмотрены особенности этих кривых. Показано, что при малых содержаниях в композите наночастиц Al и сажи наблюдаются существенные изменения - экстремумы - на кривых зависимости ԑ´= ԑ´(C), ρᵥ= ρᵥ(C), не укладывающиеся в рамки модели Максвелл-Вагнеровской поляризации. Наблюдалось распределение частиц технического углерода для некоторых гетерогенных полимерных смесей, которое приводило к сверхаддитивному электрическому сопротивлению.

Вывод. При малых содержаниях в композите наночастиц Al и сажи наблюдаются существенные изменения - экстремумы - на кривых зависимости ԑ´= ԑ´(C), ρᵥ= ρᵥ(C), не укладывающиеся в рамки модели Максвелл-Вагнеровской поляризации. 

28-36 427
Аннотация

Цель. В целях повышения точности расчетов при проектировании системы судового валопровода поставлена задача определения коэффициента жесткости материала дейдвудного подшипника с учетом его геометрических размеров.

Метод. Рассмотрена контактная задача взаимодействия гребного вала с дейдвудным подшипником. Расчеты сводятся к решению контактной задачи балки на упругом основании, моделирующей в расчетной схеме гребной вал и дейдвудный подшипник.

Результат. Приведена характеристика механических и упругих свойств основания Винклера. Составлены формулы для определения составляющих сил упругости и величин деформации. Проведено исследование на специальном приспособлении для определения коэффициента жесткости образцов из капролона. Получена зависимость для определения коэффициента жесткости дейдвудного подшипника с учетом его геометрических размеров и формы. Для исследований были изготовлены две партии образцов вкладышей: образцы различной длины (110, 90, 70 мм) толщиной 7 мм и образцы длиной 110 мм различной толщины (6-7 мм). Образцы сжимались под действием задаваемой нагрузки лабораторным испытательным гидравлическим прессом 6 тип П-125. Величина смещения образцов при сжатии измерялась нутромером согласно ГОСТ 4651-82. Полученные результаты подверглись статистической обработке при доверительной вероятности a = 0,95. По средним значениям результатов исследования построен график зависимости величины сжатия образца от задаваемой нагрузки при различной длине образца. Среднее значение коэффициента жесткости образцов определялось в зоне пропорциональности. При дальнейшем увеличении нагрузки наблюдался нелинейный закон деформации образцов, о чем свидетельствует быстрое изменение длины и формы образцов.

Вывод. Предложенная методика определения коэффициента жесткости дейдвудного подшипника с учетом его размеров позволяет более точно определить характеристику жесткости системы и может быть использована при проектировочных расчетах валопровода судна. Достоверность полученного результата гарантируется строгими математическими выкладками. 

37-45 409
Аннотация

Цель. Известный метод разрывных решений, применяемый при исследовании бесконечных и полубесконечных областей, обобщен при построении решений в рядах Фурье. Это позволяет свести задачу механики деформируемого твердого тела для ограниченной области, содержащей разрезы или включения, к решению интегрального уравнения (или системы) относительно разрывов определяемых функций.

Метод. Метод реализован в применении к решению задачи теории упругости для сечения трубы (плоская деформация), ослабленного внутренней радиальной трещиной. Труба нагружена гидростатическим давлением; на ее внутреннюю поверхность нанесено тонкое покрытие, улучшающее ее физико-механические свойства. Применяемы метод, в сочетании со стандартным интегральным преобразованием, может быть эффективно использован при построении разрывных решений трехмерных задач теории упругости.

Результат. В качестве модели покрытия использованы специальным образом сформулированные граничные условия. С целью проверки адекватности принятой модели, проведен цикл численных экспериментов. В одних случаях, проведены расчеты сечения трубы с покрытием в конечно-элементных пакетах ANSYS и COMSOL. В других, с использованием широких возможностей пакета FlexPDE, была построена модель трубы без покрытия, но с применением специальных граничных условий. Сравнение полученных результатов позволило удостовериться в адекватности построенных моделей в определенном диапазоне геометрических и физических параметров.

Вывод. Задача сведена к решению сингулярного интегрального уравнения с ядром Коши относительно производной скачка тангенциальной компоненты вектора перемещений на берегах трещины. Его решение строится методом коллокаций с заранее выделенной особенностью. Конечной целью исследования является определение значений коэффициента интенсивности напряжений в вершинах трещины. 

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ 

46-54 346
Аннотация

Цель. Спиновая наноэлектроника позволяет реализовать принципиально новые способы кодировании и шифрования информации при помощи спинов фотонов в волоконно- оптических линиях передачи данных.

Цель. В статье обсуждается возможность создания спинового светодиода, излучающего циркулярно-поляризованный свет. Метод. В спиновом светодиоде спин-поляризованные носители инжектируются из ферромагнитного контакта, объединенного с квантовой ямой.

Результат. Квантовые правила отбора, описывающие рекомбинацию, устанавливают связь между циркулярной поляризацией света, испускаемого вдоль нормали к поверхности, и спиновой поляризацией электронов.

Вывод. Сформулированы физические методы кодирования и передачи информации с помощью поляризационных спиновых устройств, использующих спиновую степень свободы. Предложены принципы устройства генератора поляризованного излучения – спинового светодиода. В его основе лежит гетероструктура, содержащая квантовую яму InGaAs/GaAs (люминесцирующий слой) и ферромагнитный слой GaMnAs. Установлено, что линия излучения квантовой ямы расщеплена на две циркулярно-поляризованные компоненты, что открывает новые возможности кодирования и передачи информации в волоконно-оптических линиях передачи данных методами поляризационной модуляции. Циркулярная поляризация фотолюминесценции из квантовой ямы InGaAs/GaAs вызвана намагниченностью близкого ферромагнитного слоя GaMnAs.

55-67 381
Аннотация

Цель. Разработка устройства кусочно-линейной аппроксимации переходной характеристики для контроля на автоматизированной системе производственного диагностирования параметров электрорадиоизделий на функциональных ячейках.

Методы. Для контроля дефектных электрорадиоизделий на функциональных ячейках разработана новая измерительная входная цепь для получения интегральных переходных характеристик, причем параметры цепи могут быть программно изменены. При этом нет необходимости в исключении шунтирующего влияния соседних элементов на функциональных ячейках, т.к. будут учтены параметры всех электрорадиоизделий, подключенных к контролируемым точкам и все они будут оказывать влияние на формирование переходного процесса.

Результат. Входная измерительная интегрирующая цепь способна контролировать переходные характеристики как отдельных электрорадиоизделий, так и групп, состоящих из разнотипных активных и пассивных электрорадиоизделий. Установлена зависимость между систематической погрешностью при кусочно-линейной аппроксимации переходных характеристик электрорадиоизделий на функциональных ячейках и постоянной времени Т входной цепи блока измерения. Минимальная величина систематической погрешности будет получена при постоянной времени входной цепи равной 0,001сек.

Вывод. Преобразователь формы информации в автоматизированной системе производственного диагностирования для контроля переходных характеристик, снимаемых с диагностируемых электрорадиоизделий после подачи стимулирующего перепада напряжения, позволит значительно снизить время на контроль каждой функциональной ячейки за счет более быстрого процесса преобразования и более простого процесса сравнения с эталоном. 

68-76 430
Аннотация

Цель. Целью исследования является разработка конструкции, обеспечивающей повышение интенсивности теплообмена между средами и оптимизацию энергетических и массогабаритных показателей приборов.

Метод. Применен метод теоретического исследования термоэлектрического интенсификатора теплопередачи, в котором за счет использования принудительного продува воздушного потока вдоль спаев термоэлементов обеспечивается более высокий коэффициент теплообмена между последними и движущимися в транспортных зонах средами, температура которых подлежит изменению.

Результат. Предложена конструкция термоэлектрического интенсификатора теплопередачи, в которой для увеличения коэффициента теплообмена между спаями термоэлементов и движущимися в транспортных зонах средами использован принудительный продув воздушного потока в соответствующих зазорах посредством вентиляторных агрегатов. Рассмотрена модель прибора, построенная на основе решения уравнений теплового баланса по потокам сред в транспортных зонах, поверхностям термоэлектрической батареи, зазорах между транспортными зонами и поверхностями батареи для условий прямотока. Проведены теоретические исследования интенсификатора теплопередачи по разработанной модели. Получены зависимости изменения температуры сред на выходе интенсификатора теплопередачи от величины коэффициента теплообмена между спаями термоэлектрической батареи и воздушной средой в зазоре при фиксированной величине тока питания термоэлектрической батареи, равной 5 А.

Вывод. Установлено, что увеличение разницы температур сред на входе способствует более резкому убыванию функций зависимости предельных длин термоэлектрической батареи от коэффициента теплообмена между спаями термоэлектрической батареи и воздушной средой в зазоре при постоянном токе питания. 

77-86 376
Аннотация

Цель. Разработка светоизлучающих биполярных полупроводниковых структур с низким уровнем паразитных тепловыделений.

Метод. Разработан метод преобразования термоэлектрического тепла в биполярных полупроводниковых структурах в оптическое излучение для отвода избыточной энергии в окружающую среду. При этом сохраняется охлаждающий эффект на термоэлектрических спаях. Вместо инерциального процесса кондуктивного или конвективного теплопереноса осуществляется практически мгновенный отвод тепла от электронных компонентов в окружающую среду.

Результат. В результате светоизлучающие биполярные полупроводниковые структуры позволят создавать более мощные приборы с большим быстродействием и степенью интеграции. Представляется возможным изготовление прозрачных светодиодных матриц с двухсторонним расположением прозрачных солнечных элементов и зеркальными металлическими электродами по периметру. При приложении тока светодиодная матрица на одних переходах будет поглощать тепловую энергию, а на других электродах испускать излучение, которое будет полностью рекуперировано в электроэнергию при помощи прозрачных солнечных батарей, после многократного отражения между зеркальными электродами. Невысокий коэффициент полезного действия солнечных батарей будет полностью скомпенсирован за счет многократного прохождения фотонов через эти батареи.

Вывод. Светоизлучающие биполярные полупроводниковые структуры позволят не только повысить надежность работы электронных компонентов в широком диапазоне эксплуатационных характеристик, но и повысить энергоэффективность за счет применения рекуперации оптического излучения. Полупроводниковые термоэлектрические устройства с использованием оптических явлений совместно с эффектом Пельтье позволяют реализовать широкий диапазон энергоэффективных компонентов радиоэлектронной аппаратуры, как для дискретной электроники, так и для микросистемотехники. Особую ценность представляют системы для получения сверхнизких температур с целью достижения сверхпроводимости. 

87-96 447
Аннотация

Цель. Основной задачей исследования являлось обеспечение теплового режима и надежности работы электронной аппаратуры.

Метод. Для проведения экспериментальных исследований термоэлектрической системы охлаждения с использованием тепловых труб был собран стенд, на котором исследовался разработанный и изготовленный опытный образец. Объектом экспериментальных исследований являлся опытный образец системы охлаждения, представляющий собой термоэлектрическую батарею, выполненную из стандартных унифицированных термоэлектрических материалов типа ICE-71. Решение задач исследования осуществлено методом приведения к обыкновенным дифференциальным уравнениям (метод Канторовича) обеспечивает приемлемую для подобного класса задач точность.

Результат. Предложена конструкция шкафа для телекоммуникационного оборудования с системой обеспечения теплового режима на основе использования тепловых труб и термоэлектрических охлаждающих модулей. Рассмотрена математическая модель для определения теплового поля в объеме шкафа, описан экспериментальный стенд для исследования опытного образца, приведены результаты экспериментальных исследований для различных мощностей источников тепловыделений.

Вывод. Экспериментальные исследования подтверждают работоспособность разработанной системы охлаждения шкафов с телекоммуникационным оборудованием; указанный способ охлаждения имеет преимущества перед обычным принудительным или естественным; температуру в объеме блока и пиковые значения источников тепловыделений удалось существенно снизить; при мощностях рассеивания на одной плате в пределах 50 Вт не требуется применения специальных средств по съему тепла с горячих спаев термоэлектрической батареи.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ 

97-106 545
Аннотация

Цель. Целью данной работы является минимизация ошибок аппроксимации кривых разгона, полученных экспериментально.

Метод. На основе рассмотренных особенностей и недостатков хорошо известного метода Симою для расчета передаточных функций по кривым разгона разработан модифицированный вариант метода при помощи программных продуктов MathLab и MathCad. Он заключается в минимизации суммы квадратов отклонений экспериментальных точек от решения дифференциального уравнения в тех же точках.

Результат. Проеден анализ методов осуществления параметрической идентификации и выбран наиболее эффективный из них – метод Симою. Проанализированы все его преимущества и недостатки, на основе чего, предложен метод, позволяющий производить идентификацию структуры и параметров передаточной функции по экспериментальной кривой разгона, а также выбор оптимальных численных значений этих параметров для минимизации ошибок аппроксимации кривых разгона, полученных экспериментальным путем.

Вывод. Решена задача оптимального управления сложным технологическим комплексом: на базе модифицированного метода Симою был разработан алгоритм автоматизированного выбора оптимальной формы и расчета параметров передаточных функций динамических элементов сложных технологических объектов по кривым разгона каналов воздействия, который повышает эффективность расчета динамических характеристик объектов управления путем минимизации ошибок аппроксимации. Показана эффективность предложенного метода расчета. Простота данного метода позволяет применять его для практических расчетов, особенно для использования его при проектировании сложных технологических объектов в рамках системы автоматизированного проектирования. Предложенный метод позволяет повысить точность аппроксимации не менее чем на 20%, что так же является важным преимуществом для его практического использования. 

107-117 439
Аннотация

Цель. Определение взаимосвязи между методами обобщенного критерия и целевого программирования.

Метод. В работе рассматривается операция агрегирования, лежащая в основе многих процедур принятий решений, используемая в межотраслевом балансе, в нейросетевых технологиях, при исследовании многоцелевых систем. Использование некоторых метрик в рамках целевого программирования может приводить к решениям, которые не являются Парето-оптимальными. Поэтому в целевом программировании значительное место уделяется нахождению условий, при которых использование той или иной метрики заведомо приводит к Парето-оптимальным решениям. Для аддитивной свертки известны необходимые (теорема Карлина) и достаточные условия Парето-оптимальности. Для обобщенного критерия на основе порядковых операторов взвешенного агрегирования представлены доказанные автором теорема о включении множества оптимальных по Парето решений во множество эффективных решений и теорема о Парето-оптимальности полученного решения.

Результат. Приведено доказательство теоремы о Парето-оптимальности решения, максимизирующего обобщенный критерий, полученный на основе порядковых операций взвешенного агрегирования, которая обосновывает использование операций данного типа для решения задач векторной оптимизации или многокритериального выбора. Теорема о существовании аддитивной свертки для метрики верна только в частном случае и основана на теореме Карлина, согласно которой подмножество точек Парето-множества максимизирует некоторую аддитивную свертку.

Вывод. В статье установлена взаимосвязь между методами аддитивной свертки и метрики. Сформулировано и доказано утверждение о взаимосвязи параметров функции расстояния в методе целевого программирования и весовых коэффициентов аддитивной свертки, которая обеспечивает эквивалентность оптимальных решений по Парето. 

118-125 685
Аннотация

Цель. Целью исследования является определение гипоцентра землетрясения с одновременным использованием для расчетов методов сфер и гиперболоидов, с обеспечением минимально возможной ошибки, за счет соответствующего выбора сейсмодатчиков.

Метод. Приводится метод определения гипоцентра землетрясения, с использованием для расчетов методов сфер и гиперболоидов, что позволяет минимизировать ошибку, за счет соответствующего выбора сейсмодатчиков. При этом исходим из того, что геометрическим местом точек пересечения гиперболоида и сферы, при условии размещения фокуса гиперболоида и центра сферы на одной прямой, является окружность.

Результат. Для нахождения координат очага землетрясения необходимо использовать данные третьего сейсмодатчика, который не должен находиться на одной прямой с первыми двумя. Если третий сейсмодатчик определяет расстояние до очага землетрясения по разности времен пробега продольной и поперечной сейсмических волн, то геометрическим местом положения очага землетрясения будет сфера. Точка пересечения этой сферы с вышеупомянутой окружностью и является очагом землетрясения. При нахождении зависимости ошибки в определении гипоцентра землетрясения от взаимного расположения двух сейсмодатчиков, предлагается в расчетах использовать значения скоростей продольной и поперечной сейсмических волн, разности времен пробега этих волн на сейсмодатчики, и разность времен пробега продольной сейсмической волны к двум разнесенным сейсмодатчикам. По двум приведенным методам можно определить направленность ошибок в определении расстояния от очага землетрясения до сейсмодатчика. Для этого находится расстояние  между эпицентрами землетрясений, вычисленных по комбинированному методу (с использованием сфер и гиперболоидов) и по методу сфер. Это же расстояние  определяется после добавления преднамеренной ошибки t к разностям времѐн пробега сейсмических волн Δt + t. По значению разности  -  делается вывод о направленности ошибки.

Вывод. Используя методы сфер, и метод сфер и гиперболоидов можно определить направленность ошибок. Метод при разнонаправленных ошибках измерения расстояний до очага, имеет меньшие ошибки в определении координат очага по сравнению с приведенным в работе методом сфер, но в тоже время при сонаправленных ошибках – наоборот, ошибки возникающие при использовании комбинированного метода выше. 

126-141 487
Аннотация

Цель. Математическое моделирование теплообмена в плоских каналах с симметричным обогревом и круглых трубах с шероховатыми стенками.

Метод. Расчет проводился методом Лопиталя-Бернулли. Решение задачи об интенсифицированном теплообмене в круглой трубе с шероховатыми стенками получено с помощью интеграла Лайона.

Результат. В статье разработана методика теоретического расчѐтного детерминирования теплообмена для плоских шероховатых каналов и круглых труб с шероховатыми стенками на основе принципа суперпозиции полной вязкости в турбулентном пограничном слое, преимущественно отличающаяся от существующих теорий. Анализ полученных расчѐтных значений теплообмена и гидросопротивления для плоских шероховатых каналов и круглых шероховатых труб показывает, что повышение теплообмена всегда меньше, чем соответствующее повышение гидравлического сопротивления, что является недостатком по сравнению с каналами с турбулизаторами при прочих равных условиях. Результаты расчѐта теплообмена для каналов с шероховатыми стенками для расширенного диапазона определяющих параметров, существенным образом отличающиеся от соответствующих данных для каналов с турбулизаторами, определяют уровень интенсификации теплообмена.

Вывод. Увеличение расчѐтных значений относительного осреднѐнного теплообмена Nu/NuГЛ для плоских шероховатых каналов и шероховатых труб с очень большими значениями относительной шероховатости дает как увеличение относительной высоты шероховатости h/R0, так и увеличение числа Рейнольдса Re. Главное преимущество решений для осреднѐнного теплообмена для шероховатых плоских каналов с симметричным тепловым нагружением и круглых труб, полученных по разработанной теории, по сравнению с эмпирическими зависимостями заключается в том, что они позволяют рассчитать теплообмен в шероховатых трубах в случае больших и очень больших относительных высот выступов шероховатости в том числе и для больших чисел Рейнольдса, что характерно для труб малых диаметров и узких плоских каналов. Повышение относительного теплообмена на воздухе вследствие увеличения относительной высоты шероховатости или числа Рейнольдса сопровождается еще более существенным повышением гидравлического сопротивления. Полученные расчѐтные данные по осреднѐнному теплообмену показали, что в рассматриваемом диапазоне определяющих параметров для плоских шероховатых каналов с симметричным тепловым нагружением, при прочих равных условиях, осреднѐнный теплообмен выше на (4,811,7)% по сравнению с круглыми шероховатыми трубами. 

142-150 436
Аннотация

Цель. Целью исследования является совершенствование математической модели движения руслоформирующих наносов в части уточнения одного из основных соотношений, от которого зависит расход наносов: частоты пульсаций вертикальной составляющей скорости жидкости с гидравлическими параметрами потока.

Метод. Математическая модель разработана с использованием теории вероятностей и теории выбросов случайных процессов, с учетом нормального закона распределения горизонтальной и вертикальной составляющих мгновенных скоростей течения и Релеевского закона для распределения их максимумов.

Результат. В результате проведенного моделирования были получены сведения об объемах и площадях зон влияния повышенной мутности на водные биоресурсы реки Гизельдон. Эксплуатация Гизельдонской гидроэлектростанции привела к утере ареалов обитания зообентоса, разрушению донных биоценозов, гибели кормовых организмов планктона и бентоса, снижению кормовой базы рыб и непосредственной гибели ихтиофауны. Произведена оценка ущерба водным биоресурсам от эксплуатации Гизельдонской гидроэлектростанции, в результате которой доказано, что негативное влияние «шлейфа мутности» в нижнем бьефе реки с учетом критических показателей концентрации взвешенных веществ в воде, будет прослеживаться на протяжении 3,7 км. Размер вреда водным биоресурсам в натуральном выражении при этом составит около 1,5 т за счет гибели кормовой базы рыб и ухудшения условий обитания в зоне повышенной мутности.

Вывод. Результаты математического моделирования апробированы на материалах натурных данных, применялись для расчета мутности потока реки Гизельдон при реконструкции Гизельдонской гидроэлектростанции. Приведены результаты апробации математической модели движения руслоформирующих наносов для определения зон повышенной мутности при оценке ущерба водным ресурсам реки Гизельдон. 

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА 

151-161 374
Аннотация

Цель. Целью работы является разработка мероприятий технологического характера для повышения эксплуатационной трещиностойкости наружных поверхностных слоев конструкций за счет снижения влажностной и карбонизационной усадки ячеистого бетона путем введения в его состав необходимого по расчету крупного или мелкого пористого заполнителя на стадии изготовления.

Метод. Применен ряд аналитических уравнений, которые устанавливают зависимость усадки тяжелого бетона обычного твердения от количества введенного заполнителя и модуля его упругости, водоцементного отношения и расхода цемента, а также от влажностного состояния бетона.

Результат. Зная объемы структурного заполнителя и ячеистобетонной массы, а также их модули упругости, рассчитан коэффициент снижения усадки ячеистого бетона при добавке легкого пористого заполнителя, а затем определены предельно допустимые по трещиностойкости усадочные деформации бетона в поверхностном слое наружной ограждающей конструкции вследствие влагообменных и карбонизационных воздействий в условиях эксплуатации с учетом релаксации растягивающих напряжений за счет ползучести бетона.

Вывод. Теоретические расчеты, выполненные на основе рекомендуемого метода оценки трещиностойкости ячеистобетонных ограждающих конструкций при влагообменных и карбонизационных процессах, с учетом релаксации усадочных напряжений показали, что для исключения в стадии эксплуатации появления трещин в стеновых панелях толщиной 280 мм из газозолобетона плотностью 700 кг/м3 с модулем упругости 2500 МПа, необходимо керамзита или гранулированного шлака 70-80 %, а каменной крошки (или дробленого камня из гранита или мрамора) в пределах 50-60 % от объема ячеистого бетона в поверхностном слое 30-50 мм. 

162-172 429
Аннотация

Цель. Целью работы является поиск наиболее рациональной формы выражения потенциальной энергии нелинейной системы с последующим использованием алгебраических средств и геометрических образов теории катастроф для изучения поведения конструкции под нагрузкой. Исследуются различные формы критериев устойчивости равновесных состояний конструкций. Рассматриваются некоторые аспекты использования различных форм выражений полной энергии системы, ориентированные на последующее использование методов теории катастроф для решения нелинейных задач расчета конструкций, связанных с разрывными явлениями.

Метод. По форме записи выражения потенциальной энергии устанавливается связь математического описания решаемой задачи с конкретной катастрофой универсального характера из списка катастроф, после чего поведение рассматриваемой системы может быть предсказано на основе фундаментальных положений, сформулированных в теории катастроф, без интегрирования соответствующей системы нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка в частных производных, к которой сводится решение такого рода задач.

Результат. Представлен в виде единых геометрических образов, содержащих всю необходимую качественную и количественную информации о деформировании под нагрузкой целых классов конструкции для широкого диапазона изменения значений внешних (управляющих) и внутренних (поведенческих) параметров.

Вывод. Методы теории катастроф являются эффективным математическим инструментарием при решении нелинейных краевых задач с параметрами, связанных с разрывными явлениями, труднее поддающимся анализу традиционными методами. Но они пока не получили должного внимания со стороны исследователей, особенно в области расчетов на устойчивость, остающейся сложной, актуальной и привлекательной проблемой механики конструкций. Для решения конкретной нелинейной краевой задачи расчета конструкций алгебраическими средствами и геометрическими образами теории катастроф установлена связь математического описания решаемой задачи, характеризуемое функционалом разновидности энергетического метода c универсальными задачами, решаемыми на основе фундаментальных положений теории катастроф. Данная работа призвана к возрождению интереса к методам теории катастроф и их использованию для решения различных задач. 

173-183 451
Аннотация

Цель. Цель исследования состоит в разработке наиболее эффективных конструктивно-технологических способов усиления дна рек и заливов, сложенных слабыми структурно-неустойчивыми грунтами, в том числе в зонах с сейсмической активностью, с помощью свайных фундаментов с уширениями и каменной наброски с микросваями.

Метод. Применен метод построения комбинированных транспортных переходов, состоящих из эстакад, проходящих от берегов над относительно неглубокими протоками, до искусственных островов, на которых трасса входит в тоннели, пересекающие глубокие судоходные каналы.

Результат. Аналитически обобщен зарубежный опыт строительства тоннелей из опускных секций при сооружении транспортных переходов через протяжѐнные речные и морские преграды. Выявлены особенности, преимущества и недостатки их возведения уже эксплуатируемых тоннелей из опускных секций в ряде стран мира. Предложены конструктивно-технологические способы усиления дна рек и заливов, сложенных слабыми структурно-неустойчивыми грунтами.

Вывод. Большое количество построенных и эксплуатируемых в мире транспортных переходов, включающих в себя тоннели из опускных секций, свидетельствует о преимуществах таких проектов, по сравнению с другими типами транспортных переходов – мостов и тоннелей, сооружаемых горной проходкой. При выборе варианта мостового перехода для обеспечения прохода высокотонажных судов необходимо строительство большепролѐтных мостов на высоких опорах. Собственные частоты колебаний большепролѐтных мостов попадают в область доминирующих частот землетрясений, что может привести к резонансным явлениям и повредить сооружение даже при слабых сейсмических воздействиях. Тоннели в меньшей мере подвержены сейсмическим воздействия, так как в них, в отличие от наземных сооружений, не возникает резонансных явлений. Конструктивно-технологические решения протяжѐнных переходов через проливы, сложенных слабыми грунтами по дну, на территориях расчлененных ландшафтов при выборе варианта пересечения транспортными магистралями, могут быть наиболее экономичными, надежными и приемлемыми с точки зрения затрат, времени строительства и использования современных технологий. 

184-196 444
Аннотация

Целью настоящего исследования является изучение влияния параметров конструкции на напряженно-деформированного состояние шпренгельной подкрановой балки; составление таблиц и соответствующих графиков, иллюстрирующих изменения внутренних силовых факторов в характерных сечениях элементов рассматриваемой системы. В статье излагается исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) металлической подкрановой шпренгельной балки.

Метод. При решении этой задачи применяются численные методы анализа, основанные на использовании функции Грина. Вводится безразмерный параметр, в зависимости от которого строятся таблицы и графики. По известному алгоритму выполняются вычисления внутренних силовых факторов в сечениях рассматриваемой конструкции.

Результат. В зависимости от безразмерного параметра, характеризующего геометрию и физические особенности системы, составляются таблицы изгибающих моментов и поперечных сил. По этим таблицам строятся соответствующие графики, по которым легко выбрать оптимальные параметры конструкции.

Вывод. Выявлена зависимость моментов и поперечных сил от безразмерного параметра k, были построены соответствующие графики и вычислены затраты металла на подкрановые балки. Установлено, что минимальные значения моментов и поперечных сил имеют место при значениях безразмерного параметра k , близких к нулю. Наиболее экономичной оказалась шпренгельная подкрановая балка при k=0,0001. Самой неэкономичной ─ при k=0,05 и k = . В конечном итоге, можно сказать, что шпренгельные балки по сравнению с обычными подкрановыми балками более выгодны. В рассмотренных в статье примерах экономия металла составила 14%. Изложенная методика позволяет выполнять расчет и проектирование шпренгельных подкрановых балок с двумя стойками. 

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ 

197-209 479
Аннотация

Цель. В статье обоснована необходимость и раскрыты особенности производства высокотехнологичной конкурентоспособной строительной продукции инновационного типа на современном этапе модернизации строительной отрасли.

Метод. В ходе исследования применен программно-целевой метод, положенный в основу разработки программы инновационного развития строительного производства.

Результат. Систематизированы актуальные направления инновационного развития строительного производства. Обобщен мировой опыт применения параметрической модели технического регулирования производства строительной продукции. В целях повышения уровня инновационной активности строительных организаций предложен комплекс практических мероприятий, реализация которого обеспечит вывод на рынок конкурентоспособной строительной продукции.

Вывод. Повышение конкурен-тоспособности строительной продукции тесно связано с активизацией инновационных процессов: внедрением высоких технологий в производство, в том числе ресурсосберегающих, и расширением выпуска инновационной продукции, обладающей лучшими потребительскими свойствами, способной в условиях реализации стратегии импортозамещения успешно конкурировать на рынке с зарубежными аналогами. Модернизация строительной отрасли на основе внедрения высокотехнологичных методов производства предъявляет новые требования к профессиональным компетенциям персонала, производящего конкурентоспособную строительную продукцию. Для решения поставленных задач предложен инструментарий совершенствования механизма управления инновационной деятельностью строительных организаций, обеспечивающий интеграцию институциональных и производственных условий для масштабного освоения прогрессивных технологий и производства наукоемких видов строительной продукции. 

210-219 433
Аннотация

Цель. Разработка комплекса практических мер, обеспечивающих повышение качества инвестиционного проектирования в промышленном строительстве.

Метод. Основу исследования составляет методология управления проектами, а также методы логического и статистического анализа принятия управленческих решений в инвестиционной деятельности.

Результат. Раскрыт механизм включения объектов промышленного строительства в федеральную адресную инвестиционную программу. Определена последовательность проведения государственной экспертизы инвестиционных проектов, оптимизирующая проектные решения с целью минимизации их сметной стоимости, в случае, если инвестирование осуществляется с привлечением средств федерального бюджета. Систематизированы качественные и количественные критерии интегральной оценки эффективности использования инвестиционных средств, направляемых в объекты промышленного строительства.

Вывод. Последовательное проведение государственной инвестиционной политики направлено на развитие научно-технологического и научно-производственного потенциала промышленного строительства за счет обеспечения благоприятных условий для эффективной инновационной деятельности, выбора рациональных инвестиционных стратегий и приоритетных проектов, ориентированных на решение актуальных проблем повышения конкурентоспособности строительного производства. Успешная реализация государственной инвестиционной политики в промышленном строительстве во многом зависит от эффективности инвестиционного проектирования, начиная от точности формулировки инвестиционного замысла (идеи), в котором сконцентрированы и учтены интересы всех участников инвестиционной деятельности, и заканчивая разработкой согласованного комплекса действий по завершению проекта. Предложено создать единый реестр данных о стоимости и результатах реализации инвестиционных проектов с целью его использования при принятии решений о выделении средств федерального бюджета, планировании государственных капитальных вложений и согласовании проектной документации на новые объекты промышленного строительства, предлагаемые к финансированию. 



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-6185 (Print)
ISSN 2542-095X (Online)