Архив

Развитие технологии ионообменных мембран позволило осуществить их внедрение во многих секторах промыш- ленности, таких как электродиализ и электролиз. В настоящее время мембраны – ключевые элементы в электрохими- ческих устройствах преобразования и хранения энергии. Данная работа направлена на изучение новых экологичных материалов мембран для улучшения структурных, механических, электрических и защитных свойств. Простой и эко- логический синтез щелочных анионообменных мембран, основанных на смешанной матричной мембране хитозана (ХЗ) и поли(винилового) спирта (ПВС) – ХЗ: ПВС полимерной матрице – разработан с использованием соотношения 50 : 50 масс. %. Матрица ХЗ : ПВС модифицирована переменными загрузками листов чистого графена в диапазоне от 0,5 до 4,0 масс. %. Определение физико-химических характеристик каждой из приготовленных мембран проведено в целях изучения топологии, структуры, термической стабильности, химии поверхности и содержания воды, а также ионной проводимости посредством электрохимической импедансной спектроскопии. Результаты показали, что введе- ние графена в ХЗ: ПВС полимерную матрицу приводит к повышению термической стабильности и ионной проводи- мости чистой полимерной матрицы. Загрузка 1,0 масс. % графена в ХЗ: ПВС – оптимальная с точки зрения удельной ионной проводимости, связанной с химией поверхности мембраны, содержанием воды и небольшой шероховатостью топологии мембраны. Показано, что присутствие графена способствует лишь небольшой потере кристалличности мембраны по сравнению с немодифицированной ХЗ: ПВС-мембраной, что также приводит к уменьшению содержания воды с умеренными загрузками графена. Что касается ионной проводимости, то она увеличилась почти в два раза по сравнению с чистой ХЗ: ПВС-мембраной для оптимальной загрузки 1,0 масс. %.

Срок службы большинства технических сооружений и их компонентов, как известно, зависит от наличия дефек- тов, таких как отверстия, трещины или пустоты, которые обычно возникают в ходе производственного процесса. Во многих случаях разрастание, расширение и распространение трещин в теле, по-прежнему, остается сложной про- блемой в механике разрушения. В статье предложена расширенная аналитическая модель, основанная на секционном методе, в целях прогнозирования направления трещин и вычисления фактора интенсивности напряжений для трес- нувшего вала в условиях нагрузки смешанного типа. Преимущество настоящей формулировки, в основном, связано с ее способностью прогнозировать направление распространения трещин внутри вала в условиях сочетающегося про- дольного, изгибного и крутильного нагружений. Аналитические результаты непосредственно сравниваются с теоре-тическими выражениями из имеющихся справочников и численными решениями, полученными с помощью расши- ренного метода конечных элементов. Данный подход достаточно хорошо согласуется с теоретическими и численными результатами, предложенными в литературе, подтверждая тем самым его потенциал для точных расчетов распростра- нения трещин и факторов интенсивности напряжений в валах произвольной конфигурации.

На основе существующих термодинамических теорий аморфного состояния вещества (полуэмпирической моде- ли Миедемы и теории Шао) определены интегральные (энтальпия и энергия Гиббса) и парциальные молярные харак- теристики многокомпонентного аморфного сплава на основе железа. Установлено, что для четырехкомпонентного сплава состава Fe – 7,3 % Si – 14,2 % B – 8,26 % Ni данные подходы дают существенно различающиеся значения эн- тальпии и энергии Гиббса при повышенных температурах, но различия между расчетными данными по таким двум моделям становятся небольшими при температуре, близкой к комнатной. Впервые выполнено сравнение химического потенциала и парциальной молярной энтальпии элемента-основы аморфной фазы (железа), рассчитанных по разным моделям, с данными, определенными на основе электрохимических измерений. Показано, что существующие термо- динамические модели дают некорректное описание парциальных молярных величин компонентов аморфной фазы.

Разработан смешанный гибридный четырехузловой четырехугольный элемент для анализа пространственного напряженного состояния слоистых пластин из функциональных материалов на основе метода отсчетных поверхностей (SaS). SaS метод основывается на выборе внутри n-го слоя In неравномерно расположенных отсчетных поверхностей, параллельных срединной поверхности, в целях использования перемещений данных поверхностей в качестве базовых переменных. Выбор отсчетных поверхностей внутри каждого слоя в узлах полинома Чебышева позволяет равномерно минимизировать погрешность интерполяции полиномами Лагранжа. Чтобы избежать изгибного запирания и не полу- чить ложных энергетических мод, используется метод введенных деформаций (ANS). Полученный с помощью ANS- метода четырехузловой четырехугольный элемент пластины проходит изгибные патч-тесты для пластин из слоистых и функциональных материалов и демонстрирует высокую производительность на искаженных сетках. Данный эле-мент может быть применен для анализа пространственного напряженного состояния толстых и тонких слоистых пла- стин из функциональных материалов, поскольку метод отсчетных поверхностей позволяет получать численные реше- ния с заданной точностью, которые асимптотически приближаются к точному решению теории упругости, когда чис- ло отсчетных поверхностей стремится к бесконечности.

Процессы термообработки металлических изделий осуществляются на электротермических установках, основ- ными элементами которых являются гидравлический пресс, нагревательные плиты и обрабатываемое изделие между ними. Основная проблема температурной обработки изделий при проведении данных процессов – обеспечение рав- номерного прогрева изделия, т.е. постоянной температуры во всем его объеме. Чаще всего она решается эксперимен- тальным подбором мощностей и расположения нагревателей в плитах пресса. Предложено решение на основе методов математического моделирования, основанное на получении температурных полей систем «нагревательная плита – изделие» для любого момента времени. Разработаны математические модели процессов разогрева одиночной нагрева- тельной плиты и стабилизации ее рабочей температуры. Предложен универсальный численный метод расчета допус- тимой поверхностной мощности омического нагревателя, применимый для любых систем (прозрачных и непрозрач- ных для теплового излучения) произвольной формы. Разработан метод решения математической модели процесса ав- томатической стабилизации температуры нагревательной плиты в системе ANSYS, предусматривающий изменения величины шага по времени. Приведена методика расчета теплоизоляции нагревательных плит, учитывающая влияние элементов пресса на температуру плит. Сформулирована задача теплового расчета плиты пресса, предложена методи- ка ее решения, основанная на теории планирования эксперимента

Рассмотрены наиболее известные отечественные и зарубежные автоматизированные информационные системы, хранящие данные о термодинамических свойствах веществ и технологии использования свойств веществ в расчетах. Показано, что на современном уровне развития вычислительной техники одним из перспективных подходов к мате-матическому моделированию термодинамических процессов является отказ от использования уравнений состояния, которые применяются в традиционных моделях, и замена их на значения, полученные интерполяцией эксперимен- тальных данных для отдельных веществ, из которых состоит рабочее тело. Данный прием актуален для большинства процессов с фазовыми переходами при высоком рабочем давлении и температуре, для которых отсутствуют эффек- тивные подходы к их моделированию.

Выполнен анализ методов сварки деталей из пластмасс. Предложена технология сварки тонкостенных деталей из минералонаполненного полипропилена (армлена), и проведены расчеты по определению технологических пара- метров процесса сварки. Выполнена проектно-конструкторская разработка и изготовление экспериментального образ- ца технологического комплекса, реализующего данный процесс. Апробация комплекса осуществлена на примере про- изводства противогазных коробок. Сделан вывод о целесообразности применения данной технологии для целого класса тонкостенных изделий из армлена.