Hasil untuk "Descriptive and experimental mechanics"

Volodymyr Rashkivskyi, Mykola Prystailo, Bohdan Fedyshyn

Для проведення експериментальних досліджень процесу різання робочого середовища просторово орієнтованими ножами відвального обладнання, доопрацьовано динамометричний стенд реєстрації силового навантаження авторської конструкції КНУБА, що дозволило провести повноцінні експериментальні дослідження з врахуванням всіх чинних факторів взаємодії робочого середовища та робочого органу під час різання. В якості робочого середовища запропоновано використання ґрунтів III, IV, та V категорії. В результаті проведених досліджень для динамометричного стенда реєстрації силового навантаження при дослідженні процесу різання просторово орієнтованим ножем аналітично визначено сили різання при різних кутах α її відхилення, які виконують роботу по руйнуванню і подоланню опору ґрунту різанню. За результатами теоретичних досліджень встановлено, що межі сили різання, визначеної для натуральної установки з просторово орієнтованими ножами та для лабораторного стенду, однакові, а характер їх зміни також подібний і пов’язаний між собою коефіцієнтом подібності. З метою перевірки адекватності теоретичних розрахунків на динамометричному стенді проведено експериментальні дослідження різання робочого середовища. При проведенні експериментальних досліджень одночасно проводилось вимірювання нормальних та ортогональних зусиль, які виконують роботу з руйнування і подолання опору ґрунту різанню. Проведені експериментальні дослідження в повній мірі підтверджують адекватність теоретичних розрахунків, а порівняння теоретичних та експериментальних результатів визначення сили різання показало їх достатню збіжність і, відповідно, правомірність використання аналітичних виразів при розрахунку силових параметрів машин з просторово орієнтованими ножами відвального обладнання. Величини сили різання, що виконують роботу по руйнуванню і подоланню опору ґрунту різанню, що визначались теоретичним шляхом із врахуванням коефіцієнтів подібності, використаних при фізичному моделюванні для наведеного лабораторного стенда реєстрації сил різання просторово орієнтованими ножами відвального обладнання, порівняно з результатами сили різання, визначених експериментальним шляхом на даному стенді. Максимальне значення похибки визначення сили різання теоретичним та експериментальним шляхом на лабораторному стенді реєстрації сил різання просторово орієнтованими ножами відвального обладнання становить Δδ=10,06%.

Maksym Balaka, Dmytro Mishchuk

Ефективність і безпека сучасних колісних транспортних засобів значною мірою визначаються надійною взаємодією пневматичних шин з опорною дорожньою або ґрунтовою поверхнею за різних режимів навантаження. Ця взаємодія формується під впливом складного поєднання пружних, в’язких і пластичних деформаційних процесів, що відбуваються як у конструкції шини, так і в опорному шарі поверхні контакту. Для точного опису цих процесів необхідні розробка та застосування вдосконалених реологічних моделей, здатних відтворювати нелінійну та часозалежну поведінку матеріалів шини. У роботі запропоновано аналітичні та експериментальні методики визначення реологічних параметрів пневматичних шин, включаючи жорсткість, модуль деформації, коефіцієнт в’язкого опору та характеристики внутрішнього тертя. Методи базуються на аналізі статичної та динамічної поведінки деформацій шини, а також на дослідженні просторового розподілу контактних напружень у зоні взаємодії шини з опорною поверхнею. Підхід дозволяє враховувати вплив різного рівня навантаження та внутрішнього тиску повітря на механічну реакцію шини. Отримані реологічні параметри створюють основу для побудови числових моделей системи «шина–дорога», що забезпечує точне прогнозування контактних напружень, закономірностей деформування та динамічних навантажень під час експлуатації транспортних засобів. Запропоновані методики зменшують експериментальну складність та підвищують точність визначення параметрів, маючи практичне значення для конструкції шин, оптимізації динаміки руху та інженерії транспорту.

Michael Gerard Connolly, Malachy J. O’Rourke, Alojz Ivankovic

This paper investigates the impact of contemporary lightbars on vehicle fuel efficiency with a focus on quantifying their effects on fuel consumption and exploring strategies to improve drag performance through modifications. Simulations showed an 8–11% increase in drag for square-back vehicles, with greater penalties outlined for vehicles with rear-slanting roofs. Given the moderate drag increase, the impact on the driving range, especially for electric vehicles, remains minimal, supporting the continued use of external lightbars. Positioning experiments suggest marginal drag reductions when lowering the lightbar to its lowest position due to additional drag effects that can be caused by the mounting mechanism in its condensed form. Angling the lightbar showed negligible drag increases up to an angle of 2.5 degrees, but beyond that, a 4% increase in drag was observed for every additional 2.5 degrees. Additionally, fitting drag-reducing ramps ahead of the lightbar yielded no significant drag savings. Noise analysis identified that the lightbar’s wake and rear surfaces were responsible for the largest production of noise. The optimal lightbar design was found to incorporate overflow rather than underflow and rear tapering in sync with roof curvature. Appendable clip-on devices for the lightbar, particularly rear clip-ons, demonstrated appreciable drag reductions of up to 2.5%. A final optimised lightbar design produced a minimal 2.8% drag increase when fitted onto an unmarked vehicle, representing a threefold improvement compared with the current generation of lightbars. This study advances the field of lightbar aerodynamics by precisely quantifying drag effects by using highly detailed geometry and examines the significance of optimal positioning, angle adjustment, and appendable clip-on devices in greater depth than any existing published work.

Ebenezer Mayowa Adebayo, Panagiotis Tsoutsanis, Karl W. Jenkins

Cavitation resulting from underwater explosions in compressible multiphase or multicomponent flows presents significant challenges due to the dynamic nature of shock–cavitation–structure interactions, as well as the complex and discontinuous nature of the involved interfaces. Achieving accurate resolution of interfaces between different phases or components, in the presence of shocks, cavitating regions, and structural interactions, is crucial for modeling such problems. Furthermore, pressure convergence in simulations involving shock–cavitation–structure interactions requires accurate algorithms. In this research paper, we employ the diffuse interface method, also known as the interface-capturing scheme, to investigate cavitation in various underwater explosion test cases near different surfaces: a free surface and a rigid surface. The simulations are conducted using the unstructured compressible Navier–Stokes (UCNS3D) finite-volume framework employing central-weighted essentially non-oscillatory (CWENO) reconstruction schemes, utilizing the five-equation diffuse interface family of methods. Quantitative comparisons are made between the performance of both models. Additionally, we examine the effects of cavitation as a secondary loading source on structures, and evaluate the ability of the CWENO schemes to accurately capture and resolve material interfaces between fluids with minimal numerical dissipation or smearing. The results are compared with existing high-order methods and experimental data, where possible, to demonstrate the robustness of the CWENO schemes in simulating cavitation bubble dynamics, as well as their limitations within the current implementation of interface capturing.

Pablo Gaviraghi, Francesca Chaida Sonda, Michele Fernandes Frigotto et al.

Background: Despite the potential connection between hip and knee muscle control, there is limited research on the effects of hip abductor fatigue on the hip and knee neuromuscular responses in both males and females. This study aimed to investigate the influence of sex on the hip and knee frontal plane kinematics and the EMG responses of the hip abductors and knee extensor muscles during the single-leg squat before and after hip abductor fatigue. Methods: A total of 30 participants (males, n = 15; females, n = 15) performed single-leg squats before and immediately after a hip abductor fatigue protocol (10° hip abduction position while bearing a 20% load of their estimated 1RM until exhaustion). The frontal plane kinematics (hip adduction and knee frontal plane projection angle) and EMG parameters (amplitude and median frequency) of the gluteus medius (GMed), tensor fascia latae (TFL), vastus lateralis (VL) and vastus medialis (VM) were measured during the single-leg squat. Results: We did not find any effects of hip abductor fatigue or interaction between fatigue and sex on the evaluated parameters (<i>p</i> > 0.05). However, compared to males, females had greater values for the hip and knee frontal plane kinematics (<i>p</i> = 0.030), GMed EMG amplitude (+10.2%, <i>p</i> = 0.012) and median frequency (+10.3%; <i>p</i> = 0.042) and lower VL median frequency (−9.80%; <i>p</i> = 0.007). Conclusions: These findings establish sex-related differences in the kinematics and hip and knee EMG parameters during the single-leg squat, which were not influenced by the hip abductor fatigue protocol.

Christos Manopoulos, Dimitrios Mathioulakis

A novel device of flow rate augmentation is proposed and experimentally examined in a horizontal valveless closed loop pump using a time-dependent stenosis (convergent–divergent channel) in contrast with the commonly used taper tubes of constant opening as flow rectifiers. The stenosis, being a part of the flexible tube of the pump, is formed by a semi-cylindrical surface attached to a compression spring of adjustable pretension compressing the tube against a flat plate. Located at either side of the pump pincher, the shape of the stenosis changes in time, without any external power source, as a function of the fluid pressure and the pretension of the spring. The spring pretension is adjusted by a trial-and-error procedure aiming for net flow rate maximization for each pinching frequency. For the examined pitching frequencies (5 Hz to 11 Hz, for which net flow rate is maximized) and for compression ratios 38% to 75%, the maximum net flow rate was found to be 720% of the non-stenosis case. Important parameters for flow enhancement were found to be the stenosis location along the loop, its opening, the compression ratio at the pincher area and the pinching frequency.

Wassim Abdel Nour, Joseph Jabbour, Damien Serret et al.

This paper assesses the feasibility of performing topology optimization of laminar incompressible flows governed by the steady-state Navier–Stokes equations using anisotropic mesh adaptation to achieve a high-fidelity description of all fluid–solid interfaces. The present implementation combines an immersed volume method solving stabilized finite element formulations cast in the variational multiscale (VMS) framework and level-set representations of the fluid–solid interfaces, which are used as an a posteriori anisotropic error estimator to minimize interpolation errors under the constraint of a prescribed number of nodes in the mesh. Numerical results obtained for several two-dimensional problems of power dissipation minimization show that the optimal designs are mesh-independent (although the convergence rate does decreases as the number of nodes increases), agree well with reference results from the literature, and provide superior accuracy over prior studies solved on isotropic meshes (fixed or adaptively refined).

Luquan Ren, Chang‐Jin Kim, Zuankai Wang

Yevhen Mishchuk, Dmytro Mishchuk

Підходи «інтернету речей» в порівнянні з класичною промисловою автоматизацією дозволяють створювати системні архітектури, які виявляються більш ощадливими, гнучкими, продуктивними і ефективними, що досягається за рахунок комунікації і взаємодії з промисловим пристроями автоматизації (промисловими контролерами), датчиками, виконавчими пристроями, приводами, системи машинного зору, відео, роботизованими системами. Основою «інтернету речей» (IoT) є технологія взаємодії машин (М2М), коли машини за допомогою мобільних мереж обмінюються інформацією між собою або передають її в системи обробки і накопичення даних. Технологія М2М ефективно використовується в системах охорони здоров’я та безпеки, у виробництві, житлово-комунальному господарстві, енергетики, банківському секторі. Активний розвиток технології IoT потребує дослідження та аналізу механізмів їхнього  ефективного впровадження в промисловість, зокрема, будівництво, і розробки концепцій промислової автоматизації та управління, які міститимуть набір правил, що визначають відповідні контрольні дії для кожного важливого комплексу подій, що базуються на даних у реальному часі, повідомлених пристроями IoT. В даному дослідженні пропонується дослідити відомі технічні рішення реалізації IoT в промисловості та запропоновано автоматизувати промислову систему електроприводу будівельної машини із застосування мережевих технологій.

Muraleekrishnan Menon, Fernando Ponta

The largest commercial wind turbines today are rated at powers between 12 MW to 16 MW, with rotor diameters between 220 m to 242 m, which are expected to grow beyond 250 m in the near future. Economies-of-scale factors suggest the advantages of upscaling in rotor size to effectively harvest the wind potential. An increased emphasis on studies related to improvements and innovations in aerodynamic load-control methodologies has led researchers to focus on overcoming the bottlenecks in size upscaling. Though conventional pitch control is an effective approach for long-term load variations, their application to mitigate short-term fluctuations has limitations. This is directly associated with the cubical dependence on the weight of the rotor with increasing diameter. Alternatively, active flow-control devices (FCDs) have the potential to alleviate load fluctuations through rapid aerodynamic trimming. Fractional light-weight attachments such as trailing-edge flaps promise the swift response of such rapid fluctuations and require low power of actuation. The current study investigates the performance of active in dynamic load control for utility-scale wind turbines through an aeroelastic evaluation of the turbine response to control actions in short time-scales relevant to rapid load fluctuations. The numerical platform used in the analysis is designed to consider the complex multi-physics dynamics of the wind turbine through a self-adaptive Ordinary Differential Equation (ODE) algorithm that integrates the dynamics presented by control system in to the coupled response of aerodynamics and structural deformations of the rotor. The benchmark case in consideration is the use of fractional trailing-edge flaps used on blades designed for the NREL-5MW Reference Wind Turbine, originally designed by the National Renewable Energy Laboratory.

Baljeet Singh, Asha Sangwan, Jagdish Singh

The properties of Rayleigh-type surface wave in a linear, homogeneous and transversely isotropic nonlocal micropolar piezoelectric solid half-space are explored. Dispersion relations for Rayleigh-type surface wave are derived for both charge free and electrically shorted cases. Using an algorithm of iteration method in MATLAB software, the wave speed of Rayleigh wave is computed for relevant material constants. The effects of nonlocality, angular frequency, micropolarity and piezoelectricity are illustrated graphically on the propagation speed of Rayleigh wave.

Ian Jay T. Matias, Louis Angelo M. Danao, Binoe E. Abuan

Two-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulations are employed to investigate the effects of adding a circular-arc-shaped windshield on the performance of a Banki type vertical axis wind turbine (VAWT), particularly to the application where the VAWT is harnessing wind energy in highway caused by the passing vehicles. Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) is the computational approach used to calculate the turbulent flow within the domain. Two sets of simulation cases based on two different vehicles (i.e., car and a bus) are performed with varying arc-length of the windshield. The results show that the windshield provides an increase in the energy captured by the VAWT by up to 16.14% compared to no windshield case when the car model is used. In contrast, windshield in all the simulation cases using a bus model gives a negative effect to VAWT performance where the worst case yields −64.77%.

Yury Abrashkevich, Hrigoriy Machyshyn, Oleksandr Marchenko et al.

Виконання зачисних операцій при проведенні механізованої обробки будівельної техніки від лакофарбових покриттів, іржі, різного роду забруднень відноситься до масових трудомістких операцій [1]. Для виконання вказаних операцій широкого розповсюдження набули ручні машини, робочими органами в яких є абразивні круги і металеві щітки. Багатофункціональність та універсальність цих машин в поєднанні з правильним підбором потрібного абразивного робочого інструменту дозволяє значно прискорити та полегшити виконання зачисних і шліфувальних операцій з досягненням необхідного ефекту. Проте більшість з них мають недоліки застосування при очищенні тонколистового металу, оскільки в процесі очищення відбувається також зняття основного металу, що в більшості випадків не припустимо. Так при обробці неметалевих матеріалів металевими щітками робоча поверхня забивається дрібними часточками металу, що згодом призведе до утворення іржі, а при очищенні металевих поверхонь утворюються борозенки. Металеві щітки також малоефективні при очищенні поверхонь від синтетичних емалей, криволінійних поверхонь та важкодоступних місць. Обробка вказаними інструментами достатньо енергоємна і вимагає використання ручних машин значної потужності. Фіброві та пелюсткові абразивні інструменти не є самоочисними та втрачають різальну здатність внаслідок заповнення міжзернового простору відходами очищення. Піскоструминна обробка поверхонь екологічно небезпечна для робітників і навколишнього середовища, оскільки витратний матеріал пісок, розлітається на достатньо великі відстані (особливо при очищенні висотних конструкцій та споруд). Аналіз показав, що одним із ефективних інструментів для очищення металевих і неметалевих поверхонь від лакофарбових покриттів, іржі та інших забруднень без зняття шару основного матеріалу є полімерно-абразивна щітка. Однак недостатні дослідження по механізму її роботи, енергетичних та теплових процесах, що протікають під час роботи та чинять вирішальний вплив на працездатність полімерно-абразивної щітки. У роботі наведені результати досліджень  впливу конструктивних та режимних параметрів ручних кутових шліфувальних машин з полімерно-абразивними щітками. Вивчення цих питань є актуальною задачею, так як дозволить визначити параметри привідної машини, раціональні режими та схеми їх експлуатації, а також області використання таких робочих органів.

Ashwin Vaidya

Fluid mechanics is arguably one of the oldest branches of physics, and the literature on this subject is vast and complex [...]

P. Lenisa, F. Rathmann, L. Barion et al.

Abstract A low-energy spin-physics program is being developed at the COSY storage ring. To support the planned experimental activities, several experimental tools for polarized beams and targets have been developed. The paper presents the physics case and the readiness of the setup for its realization.

Mohammed Sh. Bani issa, Ahmed A. Hamoud, Giniswamy et al.

Tevfik Sahin, Merve Okur

Dmitro Palamarchuk

Сучасні викорчовувачі є енергонасиченими машинами, що, здебільшого, мають гідравлічний привід робочого обладнання. Незважаючи на переваги, суттєвим недоліком гідравлічних систем приводу є значна інер­ційність. Будь яка зміна подачі гідрорідини до гідроциліндрів викликає коливання робочого обладнання, особливо це помітно при вмиканні і вимиканні подачі гідрорідини до циліндра. Такі коливання негативно впли­вають на довговічність шарнірів кінематичних пар, ланки та механізми. Наступною проблемою гідравлічних систем є виникнення ударів при досягненні крайніх точок руху ланок. Удари виникають як між ланками механізму, так і в самій гідросистемі. Динаміка руху механізмів під час пере­хідних процесів залежить від зусилля та швидкості на штоці гідроциліндрів, а також інерційних характеристик всього механі­зму. Тому, у динамічній моделі повинні бути враховані основний рух механізму, рушійне зусилля штоку, геометричні ро­зміри ланок обладнання і їх розташування, а також їхні маси і моменти інерції. Реалізацію опти­мального керування гідроциліндрами робо­чого органа можливо здійснити за допомо­гою систем гідромеханічного або ж автома­тичного керування. Апаратно реалізація оптимального керування гідроциліндрами робочих органів можлива за допомогою гідромеханічного або ж автоматичного керування. Тому завданням роботи є знаходження такого ре­жиму руху штоків гідроциліндрів викорчовувача, який забезпечуватиме плавне гальмування в кінці руху. Також пропонується застосовувати в системі керування гідроциліндрами золотниковий розподільник з дросельними щілинами на торцях золотників. Завдяки тому, що на золотнику виконані дросельні канавки, в момент, коли він під дією керуючого сигналу починає рухатися та відкриває вхідні канали, спочатку робоча рідина потрапляє у відвідну лінію через ці дросельні канавки, а при повному відкритті – вже безперешкодно потрапляє у відвідну порожнину. Це забезпечує поступове плавне збільшення подачі робочої рідини в привідні гідроциліндри у відповідності з оптимальними режимами руху.

Nguyen Van Luat, Nguyen Trung Kien

Article introduces the Fast-Fourier transformation method (FFT) and an approximation method to calculate the conductivity of compound-inclusion composites in two-dimensional space. The approximation compares favorably with the numerical results for a number of periodic and random models over a range of volume proportions of phases, but divers at large volume proportions of the included phases when the interactions between the inclusions are more pronounced.

Tran Vinh Loc, Thai Hoang Chien, Nguyen Xuan Hung

This paper presents u-p mixed formulation relied on the framework of NURBS-based Isogeometric approach (IgA) for incompressible problems. In mixed method, displacement (velocity) field is approximated using NURBS basis functions with one order higher than that of pressure one. Being different from the standard FEM, the IgA allows to increase (or decrease) easily the order and continuous derivative of interpolated functions. As a result, a family of NURBS elements, which satisfies the inf-supcondition, is obtained. Benchmark examples are given to validate the excellent performance of the method.