Цель исследования. Разработка методики исследования износа резьбы бурильных труб при многократном свинчивании и выдержке под нагрузкой.
Методы. Для исследований используется стенд ИРС-1, который представляет собой устройство для создания крутящего момента до 80 кНхм и передачи его на свинчиваемую трубу. Стенд оснащен датчиком момента свинчивания и системой управления, реализующей свинчивание до достижения заданного момента затяжки или периодическое приложение момента к свинченной резьбовой паре. Методика испытаний с использованием стенда ИРС-1 представляет собой следующую последовательность действий: перед началом испытаний удаляются резьбовые протекторы; резьбы на ниппеле и втулке очищаются от консервационной смазки и следов коррозии сухим протиранием и последующим обезжириванием; резьба на ниппеле обмеряется согласно карте замеров с помощью калибра. Калибр изготовлен на основе отпечатка резьбовой поверхности и представляет собой пластинку с вырезами в форме поперечного сечения четырех ниток резьбы. Зазор между калибром и резьбой измеряется с помощью набора щупов: от 0,01 до 0,09 мм – с шагом 0,01 мм, свыше 0,1 мм до 0,45 мм – с шагом 0,05 мм, свыше 0,5 мм до 1 мм – с шагом 0,1 мм.
Результаты. Спроектирован и создан новый триботехнический стенд модели ИРС-1, позволяющий реализовывать различные методики исследования износа резьбы бурильных труб при многократном свинчивании и выдержке под нагрузкой. Важной особенностью спроектированного стенда является его оснащение датчиком момента свинчивания и системой управления, реализующей свинчивание до достижения заданного момента затяжки или периодическое приложение момента к свинченной резьбовой паре. Максимальный крутящий момент, создаваемый стендом, составляет 80 кНм. Разработана частная методика, включающая в себя требования стандарта API 7G-2 и показавшая свою эффективность при исследовании износа резьбы стальных бурильных труб. Для реализации методики разработан специальный калибр, изготовленный на основе отпечатка резьбовой поверхности и представляющий собой пластинку с вырезами в форме поперечного сечения четырех ниток резьбы. В границах методики разработана карта замеров с двумя выделенными областями измерений. Создан алгоритм свинчивания трубы с равномерной скоростью, включающий в себя три этапа. Разработан алгоритм измерений с использованием реперных меток, при использовании которого реализуются замеры в четырёх точках каждой выделенной области.
Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих технологий обработки слитковых, порошковых и нанокомпозиционных материалов с различной дисперсностью фазовых и структурных составляющих, эксплуатируемых в экстремальных условиях и состояниях.

Цель исследования. Целью работы является разработка алгоритма последовательных движений трехзвенного ползающего робота, который обеспечивает возможность преодоления устройством лестничных пролетов путем заползания на каждую ступень или сползания с каждой ступени при обратной последовательности этапов. Особенностью робота является сочетание трех типов движений: змее-, червеи гусеницеподобного, что делает устройство более маневренным и расширяет его функциональные возможности.
Методы. Для разработки математической модели движения звеньев ползающего робота на каждом из этапов алгоритма и описания его контактного взаимодействия с опорной поверхностью используется метод динамики многомассовых систем, для формирования связей, ограничивающих движения звеньев, используются методы кинематического и структурного анализа механизма робота.
Результаты. В статье представлены результаты численных экспериментов заползания робота на ступень лестничного пролета и сползания с нее, подтверждающие адекватность предложенного алгоритма движения. Положения опорных точек в моменты начала и завершения этапов, длины звеньев, а также углы их поворота в вертикальной плоскости соответствуют значениям этих величин, указанным в алгоритме в виде накладываемых связей и сформулированных условий завершения этапов.
Заключение. В статье описан детальный поэтапный алгоритм заползания ползающего робота на ступень лестничного пролета и сползания с нее, показано, что заползание и сползание являются противоположными с точки зрения реализации последовательности этапов операциями. Преимуществом данного алгоритма является универсальность его этапов для подъема робота по лестнице и спуска с нее. Помимо этого этапы алгоритма разработаны таким образом, что опрокидывания робота не происходит.

Цель исследования. В статье рассматривается задача мониторинга водных акваторий с целью контроля за её физико-химическим состоянием с помощью летающей лаборатории (ЛЛ), в состав которой входят летательный аппарат с навесным водозаборным оборудованием и программно-аппаратный комплекс. Особенностью мониторинга открытых водоёмов являются непредсказуемость поведения воздушной и водной среды, периодическое отсутствие визуального контакта оператора с летательным аппаратом, неопреде-ленность характеристик трикоптера. Поэтому целью данной статьи является исследование параметров системы управления (СУ) для обеспечения требований точности позиционирования летательного аппарата в условиях неопределенностей внешних параметров.
Методы. Для решения поставленных задач использовались методы теоретической механики и механики роботов. При изучении закономерностей движения конвертоплана использовались методы математического моделирования динамических систем. Для планирования и управления движением летательного аппарата применялось адаптивное управление с эталонной моделью.
Результаты. Использование адаптивного управления движением ЛЛ позволило обеспечить сходимость к нулю ошибки слежения, т.е. разности между выходными сигналами и эталонной моделью. Предложенная система управления даёт хороший результат при небольших возмущающих воздействиях. Определены параметры регулятора, обеспечивающие качественные показатели САУ в заданных пределах.
Заключение. Разработана математическая модель и выполнено математическое моделирование движения конвертоплана в условиях неопределенностей внешних воздействий. Рассмотрена задача параметрического управления трикоптером, когда настройке доступны коэффициенты регулятора. Разработанные алгоритмы в системе адаптивного управления позволили обеспечить скорейшее подавление внешних возмущений по сравнению с традиционной системой ПИД регулирования для случая линейного описания объекта управления.

Цель исследования. В различных отраслях машиностроения изготавливаются и используются краны, клапаны, задвижки и прочие запорные устройства, основным назначением которых является регулировка расхода и направление потоков жидкостных и газовых сред. Особенностями таких изделий в авиакосмическом и нефтехимическом машиностроении являются особые повышенные требования, обусловленные спецификой их эксплуатации. К ним можно отнести, например, высокое давление среды, устойчивость к агрессивным, пожаро- и взрывоопасным средам, утечки которых недопустимы для соблюдения техники безопасности и экологического законодательства. Конструкция таких изделий, как правило, предполагает высокие требования по точности и шероховатости, особенно в местах сопряжения деталей, высокую прочность на случай ударных импульсных воздействий протекающих в них сред. Для обеспечения вышеуказанных характеристик наиболее часто используют чистовую абразивную обработку, результатом которой может стать эффект шаржирования поверхностей изделий, что негативно отразится на ресурсных и эксплуатационных показателях сопрягаемых поверхностей. При этом очевидно, что механическая отделочная обработка без применения абразивов крайне затруднительна и трудоемка. Авторами статьи предлагается для устранения негативного эффекта шаржирования использовать комбинированные методы обработки с наложением электромагнитных полей.
Цель работы: создать технологию безабразивной доводки деталей машин за счет разработки модели, позволяющей подбирать или рассчитывать режимы изготовления беззазорных сопрягаемых деталей запорных устройств, используемых в различных отраслях.
Методы. Методом исследования является использование научных основ комбинированных методов обработки, теории массовыноса при электрической обработке, фундаментальные основы технологии машиностроения, современных методов исследования показателей на финишных этапах механической обработки, современных измерительных средств, специальных средств технологического оснащения, а так же вычислительной техники.
Результаты. В результате проведенных исследований были разработаны новые способ и устройства. Это дало возможность реализовать безабразивную доводочную операцию сопрягаемых поверхностей деталей из металлических материалов, обработка которых механическими методами затруднительна.
Заключение. В результате проведенных исследований стало возможно получить качественные высокоресурсные беззазорные запорные изделия при снижении трудоемкости на доводочную операцию до 5 раз и подготовки производства до 2 раз.

Цель исследования. Разработка математической модели экзоскелета, оснащенного гибридным линейным гравитационным компенсатором (ГЛГК), проведения динамического анализа на примере типового сценария применения экзоскелета – в процессе подъема груза, получении временных закономерностей изменения параметров системы, в том числе крутящих моментов электроприводов, позволяющих оценить энергопотребление и энергоэффективность силовой установки. В статье рассматривается актуальная задача повышения эффективности функционирования экзоскелетного костюма за счет использования ГЛГК. Использование гибридного подхода позволяет повысить эффективность ассистирования экзоскелетного костюма при выполнении различных технологических операций, например, при подъеме груза, при наклонах и удержании.
Методы. При разработке математической модели использовался оригинальный подход к формированию траектории движения звеньев экзоскелета в процессе работы, основанный на применении полиномов седьмого порядка. В работе используется математическая модель, представленная системой дифференциальных уравнений второго порядка, связывающей между собой моменты, действующие на оператора и экзоскелет, угловые ускорения спины оператора и экзоскелета.
Результаты. В ходе численного моделирования получены временные диаграммы изменения параметров системы, углов поворота шарниров экзоскелета, моментов, возникающих в гибридном ЛГК, а также графики токопотребления двигателей при выполнении предъема и наклонов с грузом.
Заключение. В ходе исследований была разработана кинематическая модель экзоскелетного костюма, оснащенная ГЛГК, записаны дифференциальные уравнения второго порядка, описывающие динамическое поведение электромеханической системы, выполнено численное моделирование, позволившее оценить усилия и энергопотребление в шарнирах экзоскелета и приводе гибридного линейного гравитационного компенсатора.

Цель исследования. Ошибки и неточности при составлении отчетных материалов, по результатам инженерных изысканий, являющихся неотъемлемой и важной частью проектно-сметной документации, могут привести к необратимым последствиям и значительно сократить срок эксплуатации зданий и сооружений. Основной сложностью при исследовании физико-механических свойств грунта строительной площадки является определение глубины выработки. Это связано с тем, что увеличение расчетной глубины приводит к повышению стоимости работ, а ее снижение – к риску возникновения неточностей и ошибок при проектировании фундаментов зданий и сооружений. В соответствии с действующими нормативными документами выработка при проведении инженерно-геологических изысканий должна быть на 1-2 метра ниже границы сжимаемой толщи. Приведено условие, на основании которого определяется указанная граница. Разработка методики, позволяющей определять глубину сжимаемой толщи на этапе проведения инженерных изысканий с достаточной точностью, представляет практически важную задачу.
Методы. Определив природное напряжение Ϭ_zg,0 как произведение глубины заложения фундамента d на удельный вес грунта, залегающего выше подошвы ɣ′_ІІ, , учитывая, что среднее давление стремится к значению расчетного сопротивления грунта, показано, что основное влияние на параметры сжимаемой толщи, а соответственно и на значение глубины выработки, оказывает физико-механическое строение грунта основания. При этом напряжения, предаваемые фундаментом здания или сооружения, оказывают косвенное воздействие.
Результаты. Определены максимальные значения глубины выработки при производстве инженерно-геологических изысканий для песка плотного крупного, средней плотности и крупности и мелкого и супеси.
Заключение. Сделан вывод о том, что приведённая методика позволяет определять глубину выработки при проведении инженерно-геологических изысканий с достаточной точностью.

Цель исследования. Исследование влияния срока хранения древесины сосны на выносливость при сжатии вдоль волокон, а также обоснование полученных результатов. Древесина анизотропна, в зависимости от направления волокон механические и физические свойства материала сильно отличаются.
Методы. Древесина анизатропна, изменение её выносливости зависит не только от условий, срока хранения, влажности, но и от направления волокон в брусе. Однако актуальность использования этого материала до сих пор остается неизменной. Испытания проводились на прессе типа УМ-5. После проведения исследования на сжатие проводили испытания на определение влажности и результаты испытаний образцов приводили к результатам при влажности 12%. Неиспытанные образцы хранились с 1981 г. по 2019 г. в условиях лаборатории кафедры промышленного и гражданского строительства Юго-Западного университета. В 2019 г. хранившиеся образцы были подготовлены к испытаниям и испытаны.
Результаты. Для получения обоснованных данных о влиянии срока хранения древесины на выносливость был проведен эксперимент с брусками, подвергшимися 39-летнему ожиданию в лаборатории кафедры ПГС. Из числа образцов выбрали 16 образцов, которые испытывали на кратковременную нагрузку при сжатии вдоль волокон. Для этих образцов на прессе УМ-5 были записаны диаграммы: «Нагрузка-перемещение». Эксперимент показал два вида разрушения образца, по которым был сделан соответствующий вывод.
Заключение. Прочностные характеристики, выявленные вследствие экспериментов из ядровой и заболонной древесины сосны на образцах 20х20х30 в 1981 г. и в 2020 г., существенно отличались от нормального, на это оказала влияние сравнительно небольшая выборка.

Цель исследования. Получить двухпараметрическую модель, характеризующую аэродинамические и теплообменные процессы, протекающие в вихревом теплообменном аппарате, дающие лучшее согласование расчетных и опытных значений коэффициента теплоотдачи с учетом кривизны движения закрученного потока газа в вихревом теплообменном аппарате, в котором в качестве источника тепловой энергии используется регулируемый перепад давления газа. Данное техническое решение позволит отказаться от установки автономных источников тепловой энергии, что снизит затраты на газ как топливо в системе отопления производственного помещения газораспределительного пункта (ГРП), а так же обеспечит более комфортные условия работы регулятора давления ГРП.
Методы. Комплексный анализ тепловых и гидравлических характеристик в вихревом теплообменном аппарате на основе известных теоретических положений и уравнений движения закрученного потока газа и теплообменных закономерностей.
Результаты. Получена зависимость, характеризующая интенсификацию теплообмена, базирующуюся на влиянии осевой и вращательной скорости, а также пути движения закрученного потока газа. Данная зависимость получена на основании комплексного анализа аэродинамических и теплообменных характеристик вихревого теплообменного аппарата, в котором в качестве источника тепловой энергии используется регулируемый перепад давления газа.
Заключение. Полученная двухпараметрическая модель позволяет получить наилучшее согласование расчетных значений коэффициента теплоотдачи со значениями, полученными опытным путем, которые использовались в теплотехническом расчете конструктивных параметров вихревого теплообменного аппарата.

Цель исследования заключается в анализе практики применения поверхностей, образованных движением прямой, так называемой линейчатой. Известно, что среди поверхностей второго порядка прямолинейными образующими обладают: конусы, цилиндры, однополостные гиперболоиды и гиперболические параболоиды, а также линии, представленные в полярной системе координат в виде замысловатых фигур, которые в пространстве можно представить вышеперечисленными поверхностями, добавив третье измерение. Прочность, получающаяся в результате покрытия каждой точки перечисленных поверхностей прямыми из разных семейств, не утяжеляет конструкцию, а укрепляет и делает ее легкой по сравнению с монолитами без укреплений из других материалов, в которых устойчивость не основана на формулах расчета Шухова.
Методы. Нахождение семейств прямолинейных образующих для поверхностей второго порядка, в основе расчетов которого лежит разделение уравнений, представляющих поверхность второго порядка в виде разности квадратов в одной из частей уравнения, и в виде произведения с произвольным параметром в другой его части.
Результаты. Проводя анализ поверхностей второго порядка, приходим к выводу, что такой методикой расчетов Шухова подтверждены: конусы, цилиндры. Уравнение вида F (x,y)=0 в пространстве определяет цилиндрическую поверхность, у которой образующие параллельны оси оz. Аналогично F (x, z)=0 определяют цилиндрическую поверхность с образующими, параллельными оси оy и F (y;z)=0 – цилиндрическая поверхность с образующими, параллельными оси ох. Однополостный гиперболоид, гиперболический параболоид, т.е. 10 поверхностей из 14, составляют более 70%.
Заключение. В результате применения приводимых формул для расчета упрочненных строительных конструкций городские здания приобретут новый облик, что создаст комфортную среду для проживания жителей, а также приведет к экономии материальных ресурсов в строительстве.

Цель исследования. В современных автоматических системах сбора информации все чаще используются автономные мобильные устройства, данные с которых могут быть получены в опасных для здоровья человека условиях с территориально удаленных мест, в сложной метеорологической обстановке, в режиме круглосуточного наблюдения. Для автономной работы подобных устройств необходимо использовать методы и алгоритмы, позволяющие строить карту местности, осуществлять привязку мобильной платформы на ней, определять маршрут к целевой точке, выделять препятствия на маршруте следования, производить корректировку маршрута с учетом обнаруженных препятствий.
Методы. В статье предложен метод и алгоритм выделения динамических объектов с подвижной платформы, основанный на анализе данных, полученных от мультиспектральной камеры, что позволяет осуществлять выделение препятствий, таких, как водные, растительного происхождения, техногенного характера и т.д. со снижением вычислительной сложности. Для повышения точности определения координат обнаруженных объектов используется лазерный дальномер.
Результаты. Рассмотрены известные методы распознавания мультиспектральных изображений, приведен их сравнительный анализ. Предложен метод и алгоритм выделения динамических объектов с подвижной платформы из изображений, полученных в разных спектральных диапазонах и данных лидара. Проведены экспериментальные исследования, позволяющие подтвердить адекватность математического обоснования метода, снизить погрешность вычисления координат объекта, на удалении до 100 метров до объекта, RMSE - 0,447%, MAPE - 0,397, повысить быстродействие, на выделение объекта и определение его координат было затрачено 0,04 секунды.
Заключение. В статье проведен анализ современных методов распознавания мультиспектральных изображений, представлены принципы, на которых основан каждый метод, приведены достоинства и недостатки. Разработан метод и алгоритм, позволяющие выделять статические и динамические препятствия на маршруте следования подвижной платформы, по последовательности изображений, полученных в разных спектральных диапазонах. В ходе экспериментальных исследований, подтверждены работоспособность предложенных решений и соответствие заданным требованиям точности и достоверности.

Цель работы. Исследование бифуркаций в бимодальных кусочно-гладких отображениях с использованием кусочно-линейного непрерывного отображения в качестве нормальной формы.
Методы. Мы предлагаем методикy определения параметров нормальной формы на базе линеаризации кусочно-гладкого отображения в окрестности критической неподвижной точки.
Результаты. На плоскости параметров численно и аналитически построена область устойчивости неподвижной точки. Показано, что эта область ограничена двумя бифуркационными кривыми: линиями классической бифуркации удвоения периода и «border collision» бифуркации. Предложена методика определения параметров нормальной формы как функции параметров кусочно-гладкого отображения. Проведен анализ «border-collision» бифуркаций с использованием кусочно-линейной нормальной формы.
Заключение. Выполнен бифуркационный анализ кусочно-гладкого необратимого бимодального отображения класса Z₁–Z₃–Z₁, моделирующего динамику системы управления с импульсной модуляцией. Предложена методика расчёта параметров кусочно-линейного непрерывного отображения, используемого в качестве нормальной формы. Рассчитаны основные бифуркационные переходы при выходе из области устойчивости как с использованием исходного отображения, так и с помощью кусочно-линейной нормальной формы. Численно доказана топологическая эквивалентность этих отображений, указывающая на достоверность результатов расчёта параметров нормальной формы.

Цель исследования. Исследование устойчивости колебаний импульсной системы управления электроприводом постоянного тока с целью обеспечения рабочих режимов с заданными динамическими характеристиками.
Методы. Анализ устойчивости периодических решений дифференциальных уравнений с разрывной правой частью сводится к задаче исследования локальной устойчивости неподвижных точек отображения.
Результаты. Проведен анализ устойчивости в зависимости от напряжения питания электропривода и коэффициента усиления корректирующего звена в цепи обратной связи. Выявлено, что граница области устойчивости на плоскости варьируемых параметров имеет ярко выраженный экстремум в виде максимума в бифуркационной точке коразмерности два, называемой еще точкой резонанса 1:2. По одну сторону от этой точки область устойчивости ограничена линией бифуркации Неймарка-Сакера, а по другую – линией бифуркации удвоения периода. Это означает, что с изменением параметров радиус области устойчивости сначала растет, достигая максимума в точке резонанса 1:2, а затем уменьшается. Этот важный вывод можно использовать в оптимизационных расчетах.
Заключение. Выполнен анализ устойчивости импульсной системы управления электроприводом постоянного тока, поведение которой описывается дифференциальными уравнениями разрывной правой частью. Задача поиска периодических решений дифференциальных уравнений сведена к задаче поиска неподвижных точек отображения. Неподвижные точки отображения удовлетворяют системе нелинейных уравнений, которая решалась численно методом Ньютона-Рафсона. Устойчивость периодических решений дифференциальных уравнений отвечает устойчивости неподвижных точек соответствующего отображения. Исследования проводились при вариации коэффициента усиления в цепи обратной связи и напряжения питания. Выявлено, что потеря неподвижной точки происходит через суперкритическую бифуркацию Неймарка-Сакера, когда при изменении параметров комплексно-сопряженная пара мультипликаторов выходит из единичного круга. Однако при увеличении напряжения питания граница бифуркации Неймарка-Сакера переходит в границу бифуркации удвоения периода в точке резонанса 1:2.

Целью исследования является разработка алгоритма расчета устойчивых инвариантных многообразий седловых периодических орбит кусочно-гладких отображений.
Метод базируется на итерировании фундаментальной области вдоль устойчивого подпространства собственных векторов матрицы Якоби, вычисленной в седловой периодической неподвижной точке.
Результаты. Разработан метод расчета устойчивых инвариантных многообразий седловых периодических орбит кусочно-гладких отображений. Основной результат сформулирован в виде утверждения. Основу метода составляет оригинальный подход нахождения обратной функции, идея которого состоит в сведении задачи к нелинейному уравнению первого порядка.
Заключение. Описан численный метод расчета устойчивых инвариантных многообразий кусочно-гладких отображений, моделирующих импульсные системы автоматического управления. Метод базируется на итерировании фундаментальной области вдоль устойчивого подпространства собственных векторов матрицы Якоби, вычисленной в седловой периодической неподвижной точке. Основу метода составляет оригинальный подход нахождения обратной функции, который состоит в сведении задачи к решению нелинейного уравнения первого порядка. Такой подход исключает необходимость решения систем нелинейных уравнений для определения обратной функции и преодоления сопутствующих при этом вычислительных проблем. Приведены примеры исследования глобальной динамики кусочно-гладких отображений с мультистабильным поведением.

Цель исследования. Цифровая фильтрация сигнала позволяет в режиме реального времени сглаживать шумы, возникающие в электронных устройствах. В настоящее время существует множество различных цифровых фильтров, отличающихся быстродействием, затратами вычислительных мощностей, алгоритмами и ограничениями по условиям использования. Одним из таких фильтров является фильтр Калмана, однако настройка коэффициентов усиления данного фильтра весьма усложнена процессом дополнительных экспериментов и сбором статистической информации. Поэтому в данной работе авторы рассматривают упрощённый алгоритм нахождения коэффициентов регулирования нечеткого цифрового фильтра с дефаззификатом на основе метода отношения площадей и исследуют влияние параметров метода отношения площадей на фильтрацию сигнала, тем самым достигая цель – повышение точности работы нечеткого цифрового фильтра.
Методы. Для алгоритма нахождения коэффициентов регулирования цифрового фильтра использовался аппарат нечеткой логики. Коэффициенты регулирования определяются с помощью дефаззификатора на основе метода отношения площадей.
Результаты. В ходе экспериментальных исследований проводился расчет среднеквадратической ошибки RMSE для нечеткого цифрового фильтра с использованием метода отношения площадей, метода центра тяжести и фильтра Калмана. На основании полученных результатов был сделан вывод о том, что у нечеткого фильтра на основе метода отношения площадей RMSE в 5,43 раза меньше чем для фильтра Калмана и в 2,77 раза меньше чем для дефаззификатора на основе метода центра тяжести. Полученные результаты доказывают эффективность использования нечеткого цифрового фильтра с методом отношения площадей.
Заключение. В данной статье рассмотрен алгоритм работы нечеткого цифрового фильтра, проведено моделирование нечеткого цифрового фильтра и фильтра Калмана в системе Simulink, рассчитаны значения RMSE для нечеткого цифрового фильтра с методом отношения площадей и методом центра тяжести, а так же фильтра Калмана.