https://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/30516 2026-04-15T05:10:02Z https://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/31185 Застосування провідникових метаструктур у радіотехнічних засобах для передавання та випромінювання ЕМ хвиль (огляд) Політанський, Л. Ф.; Вовчук, Д. А.; Галюк, С. Д.; Хобзей, М. М.; Робулець, П. Ф.; Politanskyi, L. F.; Vovchuk, D. A.; Haliuk, S. D.; Khobzei, M. M.; Robulets, P. F.; Политанський, Л. Ф.; Вовчук, Д. А.; Галюк, С. Д.; Хобзей, М. М.; Робулец, П. Ф. Здійснено огляд основних можливих застосувань провідникових метаструктур у різних радіотехнічних пристроях. Такі структури мають унікальні та неприродні властивості, зокрема від’ємне значення діелектричної проникності. Розглянуто три різновиди провідникових метаматеріалів, а саме структури з паралельних провідників (суперлінза); провідників, що розходяться (гіперлінза), та з випадковим розміщенням провідників (щітка). Сучасний технологічних процес демонструє низку підходів та методів (від звичайного механічного упорядкування до хімічного синтезу) для реалізації розглядуваних метаструктур різної форми з подальшим їх використанням у діапазоні частот від радіохвиль до оптичного і вище. Суперлінза може використовуватись як у вузькому так і у широкому діапазоні частот для передавання енергії ЕМ хвиль, включаючи пристрої фотовольтаїки, передавання зображень, ендоскопії, спектроскопії та ін. Широкосмуговий ефект був нещодавно показаний у [9] шляхом дослідження передавання енергії ЕМ хвиль між двома хвилеводами через структуру з паралельних провідників, що стало першим експериментальним підтвердженням висунутої у [12] аналітичної гіпотези. Це стало початком для розвитку широкосмугових ендоскопів на основі структур з паралельних провідників у [15], що вперше показали природу мінімумів та максимумів дисперсії функції передавання, викликаних не резонансами Фабрі–Перо, а появою вихрових мод, а також показали надійність роботи ендоскопа у разі значних кутів згину. Провідникові метаматеріали, такі як гіперлінза та щітка, можуть знайти своє застосування у антенних системах, що функціонують у широкому діапазоні частот. Порівняння їх дисперсій фактора Парсела показують різні результати через те, що гіперлінза, незважаючи на можливість випромінювати на міжрезонансних частотах, в цілому все ще залишається резонансною структурою. Натомість, структура з випадковим розміщенням провідників характеризується неперервним та гладким спектром фактора Парсела. Це стає можливим через те, що форма структури може розглядатися як набір надзвичайно великої кількості локальних гіперлінз різних параметрів, які перевипромінюють та підсилюють ЕМ поле інших локальних гіперлінз і так далі. Як результат, така метаструктура може покривати широку смугу робочих частот (від 1 до 5 ГГц [18]).; In the presented paper the review of the major possible applications of a wire medium in different radio engineering field is performed. The structures possess the unique properties such as a negative value of permittivity. Three types of wire media shapes are considered which include structures with parallel (superlens), tapered (hyperlens) and irregular (brush) metallic wires allocations. Modern progress allows a number of approaches (from usual mechanic arrangement to chemical synthesis) to realize wire media of different shape for their utilizing in frequency range from microwave to optics and higher. Superlens can be applied to narrow and broadband energy transfer of electromagnetic waves including photovoltaic devices, imaging, endoscopy, spectroscopy and many others. The broadband effect was shown recently in [9] by the investigation of EM power transfer between two waveguides through a wire media slab that became the first experimental evidence of analytical hypothesis of [12]. It was a beginning point to develop of wire media endoscopes in [15] which shown the nature of non-Fabri-Perot minima and maxima of dispersion function as the vortex modes as well as reliability of endoscope operation under the huge bend. The wire media such as hyperlens and irregular one can find applications in antennas development that operate in the wide frequency range. Comparison of Parcell factor dispersions of these two kinds of metamaterials shows different results due to hyperlens, despite the possibility to radiate at interresonant frequencies, stays resonant structure in general. Instead, a wire medium brush is characterized by the continuing Parcell factor spectrum. It is possible in consequence of the structure shape that can be considered as a set of a huge number of local hyperlenses with different parameters that reradiate and amplify EM field of another local hyperlenses and so on. As the result a wide frequency range can be covered (from 1 up to 5 GHz in [18]).; Проведен обзор основных возможных применений проводящих метаструктур в различных радиотехнических устройствах. Такие структуры обладают уникальным свойством, а именно отрицательным значением диэлек-трической проницаемости. Рассмотрены три разновидности проводниковых метаматериалов, а именно структуры из параллельных проводников (суперлинза), расходящихся проводников (гиперлинзы), и проводников со случайным размещением (щетка). Современный технологических процесс демонстрирует ряд подходов и методов (от обычного механического упорядочения к химическому синтезу) для реализации рассматриваемых метаструктуры различной формы с последующим их использованием в диапазоне частот от радиоволн до оптического и выше. Суперлинза может использоваться как в узком так и в широком диапазоне частот для передачи энергии ЭМ волн, включая устройства фотовольтаики, передачи изображений, эндоскопии, спектро-скопии и др. Широкополосный эффект описан в [9]. Исследована передача энергии ЭМ волн между двумя волново-дами через структуру из параллельных проводников, это стало первым экспериментальным подтверждением выдвинутой в [12] аналитической гипотезы. Положено начало развитию широкополосных эндоскопов на основе структур из параллельных проводников в [15], впервые показана природа минимумов и максимумов дисперсии потерь, которая не относится к резонансам Фабри–Перо, а является последствием возникновения вихревых мод, а также продемонстрировала надежную работу эндоскопа при значительных изгибах. Проводниковые ме-таматериалы, такие как гиперлинзы и щетка, могут найти свое применение в антенных системах, функциони-рующих в широком диапазоне частот. Сравнение их дисперсий фактора Парсела показывают разные результа-ты из-за того, что гиперлинзы, несмотря на возможность излучения на межрезонансных частотах, в целом все еще остается резонансной структурой. Зато структура со случайным размещением проводников характеризу-ется непрерывным и гладким спектром фактора Парсела. Это стало возможным потому, что форма структу-ры может рассматриваться как набор чрезвычайно большого количества локальных гиперлинз различных пара-метров, которые переизлучают и усиливают ЭМ поле других локальных гиперлинз и так далее. Как результат, такая метаструктура может покрывать широкую полосу рабочих частот (от 1 до 5 ГГц [18]). 2020-01-01T00:00:00Z https://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/31184 Вплив значення коефіцієнта тертя на діаграму продавлювання дискового мікрозразка з урахуванням процесу руйнування Кравчук, Р. В.; Kravchuk, R. V.; Кравчук, Р. В. Визначення зміни механічних характеристик, зокрема границі текучості та міцності, матеріалів конструкцій впродовж строку їх служби під дією експлуатаційних навантажень та робочого середовища є дуже важливою задачею забезпечення надійної та безпечної експлуатації працюючого обладнання. Застосування для цього випробувань на одновісний розтяг не завжди можливе через обмеженість наявності матеріалу для виготовлення зразків та неминуче порушення цілісності конструкції. Через це розробляються непрямі методи контролю, одним з яких є метод продавлювання дискових мікрозразків. Суть методу полягає у продавлюванні індентором у формі кулі закріпленого певним чином зразка із записуванням діаграми процесу його деформування в координатах «навантаження»— «глибина продавлювання». За параметрами цієї діаграми з використанням кореляційних залежностей визначаються механічні характеристики. Для вдосконалення цього методу необхідно використовувати чисельне моделювання, одним з параметрів якого є значення коефіцієнта тертя в контактних парах. Метою роботи є дослідження впливу вибору коефіцієнта тертя на діаграму продавлювання під час чисельного моделювання процесу деформування дискового мікрозразка з урахуванням процесу руйнування. Для врахування процесу руйнування використано модель Gurson–Tvergaard–Needleman (GTN). За результатами дослідження встановлено, що зі зміною коефіцієнта тертя від 0 до 0,36, діаграми продавлювання на стадіях пружного й пружно-пластичного деформування дискового зразка суттєво не відрізняються. З досягненням максимального навантаження перед руйнуванням спостерігається розбіжність в діаграмах. Встановлено, що збільшення коефіцієнта тертя призводить до зменшення максимального навантаження та глибини продавлювання під час руйнування. Різниця максимальних значень навантаження за зазначеної зміни величини коефіцієнта тертя складає 27 %, глибини продавлювання — 14 %. Визначено, що найближчою до експериментальної кривої «навантаження»—«глибина продавлювання» є крива, визначена чисельним моделюванням з коефіцієнтом тертя, який дорівнює 0,18.; Determining changes in mechanical characteristics, such as yield strength and tensile strength, of structural materials during their service life under the influence of operating loads and the working environment is a very important task of ensuring reliable and safe operation of working equipment. The use of uniaxial tensile tests for this purpose is not always possible because of the limited availability of material for the manufacture of specimens and the inevitable disruption of structural integrity. Therefore, indirect control methods are being developed, one of which is the small punch test method. The essence of this method consists in punching of a fixed specimen by a spherical indenter with recording the load-displacement curve. Mechanical characteristics are determined by the parameters of this diagram using correlation dependencies. In improving the methods for determining the mechanical characteristics of small punch test, there is a need to use numerical modeling, one of the parameters of which is the friction coefficient in contact pairs. The purpose of this work was to investigate the influence of the friction coefficient on the punching diagram in the numerical simulation of the disk microspecimen deformation process, taking into account the fracture process. The Gurson–Tvergaard–Needleman (GTN) model was used to account for the fracture process. According to the study results, it was found that when the coefficient of friction changes from 0 to 0,36, the punching diagrams at the stages of elastic and elastic-plastic deformation of the specimen do not differ significantly. When the maximum load value is reached, there is a discrepancy in the punching diagrams. It was found that an increase in the friction coefficient leads to a decrease in the maximum load and the punching depth upon failure. The difference between the maximum load values is 27 %, the penetration depth is 14 %. It was determined that the closest to the experimental loaddisplacement curve was the curve determined by numerical simulation with a friction coefficient equal to 0, 18.; Определение изменения механических характеристик, в частности предела текучести и прочности, мате- риалов конструкций в течение их срока службы под действием эксплуатационных нагрузок и рабочей среды является очень важной задачей обеспечения надежной и безопасной эксплуатации работающего оборудования. Применение для этого испытаний на одноосное растяжение не всегда возможно из-за ограниченности наличия материала для изготовления образцов и неизбежного нарушения целостности конструкции. Поэтому разраба- тываются косвенные методы контроля, одним из которых является метод продавливания дисковых микрооб- разцов. Суть метода заключается в продавливании сферическим индентором закрепленного определенным образом образца с записью диаграммы процесса его деформирования в координатах «нагрузка»—«глубина про- давливания». По параметрам этой диаграммы с использованием корреляционных зависимостей определяется механические характеристики. При усовершенствовании этого метода необходимо использовать численное моделирование, одним из параметров которого является значение коэффициента трения в контактных парах. Целью работы является исследование влияния выбора коэффициента трения на диаграмму продавливания при численном моделировании процесса деформирования дискового микрообразца с учетом процесса разрушения. Для учета процесса разрушения использована модель Gurson–Tvergaard–Needleman (GTN). По результатам ис- следования установлено, что при изменении коэффициента трения от 0 до 0,36, диаграммы продавливания на стадиях упругого и упругопластического деформирования дискового образца существенно не отличаются. При достижении максимального значения нагрузки перед разрушением наблюдается расхождение в диаграммах. Установлено, что увеличение коэффициента трения приводит к уменьшению максимальной нагрузки и глубины продавливания при разрушении. Разница максимальных значений нагрузки при указанном изменении значений коэффициента трения составляет 27 %, глубины продавливания — 14 %. Определено, что наиболее близкой к экспериментальной кривой «нагрузка»—«глубина продавливания» является кривая, определенная численным моделированием с коэффициентом трения, равным 0,18. 2020-01-01T00:00:00Z https://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/31183 Математична модель прогнозування довговічності кузовів автобусів та перевірка її на адекватність Рубан, Д. П.; Ruban, D. P.; Рубан, Д. П. Розроблено математичну модель прогнозування довговічності кузовів автобусів. Модель дозволяє спрогнозувати ресурс кузова автобуса до початку руйнування елементів каркасу основи. В роботі розглянутий приклад моделі прогнозування довговічності кузова типу «Low-entry» автобуса «Атаман» А092Н6. Використані в моделі фактори, що впливають на довговічність каркасу кузова: мікропрофіль дороги, завантаження пасажирами, швидкість руху, сольова та атмосферна корозія. В основі моделі лежить система диференційних рівнянь, що описують передачу збурень від мікропрофілю дороги через шини та підвіски до елементів каркасу кузова. В результаті попередніх досліджень визначено проблемні місця в елементах каркасу кузова. Такі місця і підлягають дослідженням під час моделювання. Модель працює таким чином. Спочатку визначаються вертикальні прискорення центра мас автобуса. Потім знаходиться приведене значення прискорення в перерізі елемента, що досліджується. Перемноживши отримане прискорення на приведену масу в досліджуваному перерізі, визначається зусилля. Знаючи площу поперечного перерізу досліджуваного елемента, визначається напруження в цьому елементі. Площа поперечного перерізу елементів каркасу кузова буде постійно зменшуватись під дією корозії. Цю залежність отримано експериментальним шляхом. Встановлено, що динаміка зменшення товщини стінок труб каркасу буде залежати від кількості населення міста, де експлуатується автобус. Зі збільшенням кількості жителів інтенсивність корозії буде зростати, що і спричинятиме зменшення товщини труб. Після визначення часової діаграми напружень у досліджуваному елементі визначається спектральна густина, а потім, за формулою Райхера, можна визначити час до втомного руйнування досліджуваного елемента. Знаючи швидкість руху, можна визначити пробіг автобуса до появи втомної тріщини, що і зумовлює його довговічність. Розроблену модель реалізовано в програмному середовищі Matlab 2017b. Адекватність математичної моделі підтверджено дорожніми випробуваннями автобуса А092Н6, в яких визначено напруження в елементах, що підлягали дослідженню.; A mathematical model for predicting the durability of bus bodies has been developed. The model allows you to predict the resource of the bus body before the destruction of the elements of the frame framework. The example of the model of predicting the durability of the body of type «Low-entry» bus "Ataman" A092H6 is considered in the work. Factors affecting the durability of the body frame are used in the model: road micro-profile, passenger loading, speed and climate corrosion. The model is based on a system of differential equations describing the transmission of perturbations from the road microprofile through the tires and suspension to the body frame elements. As a result of previous studies, the problem areas in the body frame elements were identified. Such places are subject to research during modeling. The model works as follows. First, the acceleration in the center of mass of the bus is determined. Then there is a given value of acceleration in cross section of the element under study. Multiplying the obtained acceleration by the given mass in the test section determines the effort. Knowing the cross-sectional area of the element being investigated, the voltage in that element is determined. The cross-sectional area of the body frame elements will be steadily reduced by corrosion. This dependence was obtained experimentally. It is established that the dynamics of reducing the thickness of the walls of the pipe frame will depend on the population of the city where the bus is operated. With the increase in the number of inhabitants, the intensity of corrosion will increase, which will cause a decrease in the thickness of the pipes. After determining the time diagram of the stresses in the element under study, the spectral density is determined, and then, according to the Rice formula, it is possible to determine the time before the fatigue of the element under study. Knowing the speed of movement, you can determine the mileage of the bus to the appearance of fatigue cracks, which determines its durability. The developed model is implemented in the Matlab 2017b software environment. The adequacy of the mathematical model was confirmed by road tests of the A092H6 bus, in which the stresses in the elements to be simulated were determined.; Разработана математическая модель прогнозирования долговечности кузовов автобусов. Модель позволя-ет прогнозировать ресурс кузова автобуса до начала разрушения элементов каркаса основания. В работе рас-смотрен пример модели прогнозирования долговечности кузова типа «Low-entry» автобуса «Атаман» А092Н6. В модели использованы факторы, влияющие на долговечность каркаса кузова: микропрофиль дороги, загрузка пассажирами, скорость движения и климатическая коррозия. В основе модели лежит система дифференциаль-ных уравнений, описывающих передачу возмущений от микропрофиля дороги через шины и подвески к элемен-там каркаса кузова. В ходе предыдущих исследований определены проблемные места в элементах каркаса кузо-ва. Такие места и подлежат исследованию при моделировании. Модель работает таким образом. Сначала опре-деляется ускорение в центре масс автобуса. Затем находится приведенное значение ускорения в сечении ис-следуемого элемента. Умножив полученное ускорение на приведенную массу в исследуемом сечении определяет-ся усилие. Зная площадь поперечного сечения исследуемого элемента, определяется напряжение в этом эле-менте. Площадь поперечного сечения элементов каркаса кузова будет постоянно уменьшаться под действием коррозии. Такая зависимость получена экспериментальным путем. Установлено, что динамика уменьшения толщины стенок труб каркаса будет зависеть от количества населения города, где эксплуатируется автобус. С увеличением количества жителей интенсивность коррозии будет расти, что и вызовет уменьшение толщи-ны труб. После определения временной диаграммы напряжений в исследуемом элементе определяется спек-тральная плотность, а затем по формуле Райхера, можно определить время до усталостного разрушения исследуемого элемента. Зная скорость движения, можно определить пробег автобуса до появления усталост-ной трещины, что и определяет его долговечность. Разработанная модель реализована в программной среде Matlab 2017b. Адекватность математической модели подтверждена дорожными испытаниями автобуса А092Н6, в которых определено напряжение в элементах, подлежащих исследованию. 2020-01-01T00:00:00Z https://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/31182 Плоска задача механіки суцільного середовища в полярних координатах з використанням аргумент функцій комплексного змінного Чигиринський, В. В.; Науменко, О. Г.; Овчинников, О. В.; Chygyrynskyi, V. V.; Naumenko, O. G.; Ovchynnykov, O. V.; Чигиринский, В. В.; Науменко, Е. Г.; Овчинников, А. В. Розглянуті загальні підходи до рішення плоскої задачі механіки суцільного середовища, які пройшли успішну апробацію в теорії пластичності, пружності, динамічних задачах теорії пружності. На основі методів аргумент функцій та комплексного змінного розроблені нові підходи до визначення компонентів тензору напружень в полярних координатах. Для розв’язання плоскої задачі використано системи рівнянь рівноваги. Запропоновано фундаментальне підставлення. Показано використання тригонометричного підставлення, яке пов’язує інтегральні характеристики напруженого стану з компонентами тензору напружень. Введено до розгляду аргумент функції базових змінних. При підставленні до диференційних рівнянь сформовано оператори, які характеризуються цими аргумент функціями, виконуючі роль своєрідного регулятора пошуку. В результаті цього, визначені закономірності існування розв’язків у вигляді інваріантних співвідношень Коші–Рімана та рівнянь Лапласа. Отриманий результат зручно застосовувати для спрощення, що дозволяє лінеарізувати граничні умови. В розв’язаннях використовують узагальнюючі співвідношення в диференційній формі для конкретних функцій — функцій гармонічного типу. Тригонометрична форма епюри дотичних напружень фактично підтверджена теоретичними та експериментальними даними. Отримані розв’язки, які визначають не самі функції, а умови їх існування з використанням диференційних співвідношень Коші–Рімана. Розв’язки є загальнішим випадком з тією особливістю, що представлено не у вигляді добутку функцій, кожна з яких визначається однією координатою, а добутком різних функцій, одночасно залежних від двох координат. Зіставлення отриманих результатів з розв’язками інших авторів показує, що представлене розв’язання після нескладних перетворень можливо спростити та розглядати отриманий розв’язок як більш узагальнений.; The general approaches to the solution of the plane problem of continuum mechanics, which have been successfully tested in the theory of plasticity, elasticity, dynamic problems of the theory of elasticity, are considered. Based on the argument function method and the method of a complex variable, new approaches to the determination of components of the stress tensor in polar coordinates have been developed. The equilibrium equation systems were used to solve the flat problem. A fundamental substitution is suggested. Use of a trigonometric substitution that connects integral characteristics of a stressed state with components of a stress tensor is demonstrated. Argument functions of basic variables are introduced. When substituting into differential equations, operators are formed, which are characterized by these argument functions and that perform a role of special search regulators. As a result of this, dependencies of existence of solutions in a form of the invariant Cauchy–Riemann conditions and Laplace’s equations are determined. The result obtained is conveniently applied for simplification, allowing linearization of boundary conditions. The solution uses generalized relations in the differential form for specific functions - functions of harmonic type. The trigonometric shape of the shearing stress distribution diagram is actually confirmed by theoretical and experimental data. The solutions that determine not the functions themselves, but the conditions of their existence using Cauchy–Riemann differential conditions are obtained. The solution is a more general case with the feature that is represented not by the product of functions, each of which is determined by one coordinate, but by the product of different functions simultaneously dependent on two coordinates. Comparison of the obtained results with the solutions of other authors shows that the presented solution after simple transformations can be simplified and consider the obtained solution as more generalized.; Рассмотрены общие подходы решения плоской задачи механики сплошной среды, которые прошли успешную апробацию в теории пластичности, упругости, динамических задачах теории упругости. На основе методов аргумент функций и комплексного переменного разработаны новые подходы определения компонентов тензора напряжений в полярных координатах. Для решения плоской задачи использованы системы уравнений равновесия. Предложена фундаментальная подстановка. Показано использование тригонометрической подстановки, связы-вающей интегральные характеристики напряженного состояния с компонентами тензора напряжений. Введены в рассмотрение аргумент функции базовых переменных. При подстановке в дифференциальные уравнения сформированы операторы, характеризуемые этими аргумент функциями, выполняющие роль своеобразных регуляторов поиска. В результате этого, определены закономерности существования решений в виде инвари-антных соотношений Коши–Римана и уравнений Лапласа. Получение нового результата связано с упрощением задачи, что позволяет линеаризовать граничные условия. В решении используются обобщающие соотношения в дифференциальной форме для конкретных функций — функций гармонического типа. Тригонометрическая форма эпюры касательных напряжений фактически подтверждена теоретическими и экспериментальными данными. Получены решения, которые определяют не сами функции, а условия их существования с использова-нием дифференциальных соотношений Коши–Римана. Решение является более общим случаем с той особенно-стью, что представлено не в виде произведения функций, каждая из которых определяется одной координатой, а произведением разных функций, одновременно зависящих от двух координат. Сопоставление полученных ре-зультатов с решениями других авторов показывает, что представленное решение после несложных преобразо-ваний можно упростить и рассматривать полученное решение как более обобщенное. 2020-01-01T00:00:00Z