Запропоновано критерій забезпечення докритичного значення парціального тиску атмосферних газів для підвищення ресурсу плазмотронів з термоемісійними катодами на базі їх проектування. Визначено основні газодинамічні характеристики потоку інертного газу в каналі плазмотрона. Проведено порівняння аналітичного розв'язку з результатами числового експерименту.

Наведено результати математичного моделювання потоку плазмотвірного інертного газу в трьох моделях плазмотронів, які використовують неохолоджувані термоемісійні порожнисті катоди. На підставі одержаних даних про поле швидкостей і парціальних тисків у суміші газів (повітря + аргон) встановлено критерії вибору оптимальної геометрії газового каналу в плазмотроні. Це - рівність парціальних тисків атмосферного повітря всередині та зовні порожнистого катода, а також збереження ламінарної течії потоку в каналі плазмотрона на ділянці горіння дуги.

Розроблено, експериментально обгрунтовано та реалізовано концепцію створення високоресурсних катодних вузлів з застосуванням стійких до отруєння емісійних матеріалів і комплексного врахування їх властивостей у разі проектування та призначення режимів роботи обладнання для плазмової обробки матеріалів. Наведено результати теоретичних і експериментальних досліджень. З застосуванням методів математичного моделювання, аналітичних і числових методів математичної фізики розв'язано задачі проектування катодних вузлів. Проведено математичне моделювання з застосуванням сучасних скінченноелементних САЕ-пакетів і систем автоматизованого проектування. З використанням методів електронної мікро-, спектроскопії, оптичних методів виміру температури проведено експериментальні дослідження.

Досліджено способи визначення об'єму посудин складної форми. Мета роботи - розробка та наукове обгрунтування швидкісного способу вимірювання в газовому середовищі об'єму внутрішньої порожнини посудини, що має складну геометричну форму, на основі надкритичного витікання. У якості задачі дослідження визначена розробка методики розрахування об'ємів елементів газового тракту раніш запропонованого генератора газових сумішей на основі надкритичного витікання з проміжних ємностей постійного об'єму та підтвердження можливостей запропонованої методики за допомогою імітаційного моделювання процесу вимірювань об'єму за запропонованим способом. Запропоновано спосіб швидкісного вимірювання об'єму посудин складної форми, що заснований на заповненні вимірюваної посудини газом та його дренуванні при надкритичному витіканні з сопла при динамічному вимірюванні тиску у посудині, за яким використовують сопло з попередньо визначеним коефіцієнтом витрати з використанням еталонної посудини. Обгрунтовано діапазон часу вимірювань для якого з одного боку виконуються умови угамування перехідних процесів у вимірюваних посудинах після початку надкритичного витікання технологічного газу, а з іншого - забезпечуються умови адіабатичного витікання. В ході імітаційного моделювання вимірювання об'єму посудини складної форми за запропонованим способом точність визначення об'єму посудини склала 0,0625 % по відношенню до даних CAD системи. Для використання запропонованого способу на практиці в склад засобів вимірювання слід включати еталонну посудину, а самі вимірювання проводити в два етапи, використовуючи в обох випадках для заповнення однаковий газ. При цьому на першому етапі за результатами контрольного вимірювання при витіканні з еталонної посудини уточняється значення коефіцієнту витрати, а на другому при витіканні з вимірюваної посудини визначається шукана величина об'єму. Процес безпосереднього вимірювання об'єму при цьому буде тривати до 1 секунди, точність визначення об'єму можна очікувати на рівні 0,1 %.

Вивчено процеси віртуального базування деталей при адаптивному механічному обробленні деталей складної форми. Мета статті - розроблення ефективного методу пошуку стартового розташування CAD моделі деталі при віртуальному базуванні усередині хмари точок, отриманих лазерним скануванням заготовки. Завдання: формалізувати процедуру стартового розташування моделі деталі при як першого етапу процесу віртуального базування. На другому етапі для остаточного базування запропоновано використовувати ітераційні алгоритми з цільовою функцією, чутливою до перетинання поверхонь деталі та заготовки. При розв'язанні задачі стартового розташування використано інструменти, доступні в сучасних CAD пакетах та засобах тривимірного сканування. Використовуваними методами є методи матричної алгебри, зокрема методики пошуку головних центральних моментів інерції тривимірних об'єктів на основі тензора інерції. При обчисленні компонент тензорів інерції запропоновано використовувати дані тривимірного сканування заготовки та геометричну інформацію щодо деталі з CAD системи. Одержано алгоритм стартового розташування CAD моделі деталі при віртуальному базуванні, який у випадку заготовок з припуском близьким до рівномірного може забезпечувати достатньо точне базування деталі для задач адаптивного механооброблення. Показано, що для мінімізації обчислювальних похибок та забезпечення задовільної точності базування запропонований алгоритм може потребувати декількох ітерацій пошуку вектора зсуву моделі. Висновки: наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: на відміну від раніш застосовуваних підходів, які при розв'язання задачі віртуального базування для стартового розташування використовували умову співпадіння центрів ваги тонких оболонок, які співпадають з поверхнями заготовки та деталі, запропоновано додатково забезпечити суміщення головних центральних осей інерції цих оболонок, що у випадку деталей, наближених до форми заготовок забезпечує точність базування, яка може не потребувати додаткових ітераційних процедур.

Наведено результати досліджень, пов’язаних з розробленням автоматизованого комплексу для термоімпульсного фінішного оброблення високоточних деталей у машинобудуванні. Розроблено методику оцінювання напруженого стану деталей при термоімпульсному обробленні, систему керування згорянням, удосконалено систему керованого випускання продуктів згоряння й систему дозування енергії. На основі сучасних цифрових виконавчих механізмів розроблено систему автоматики та ЧПК установки для прецизійного термоімпульсного оброблення. Звернено увагу на міцнісні обмеження режимів термоімпульсного оброблення, наведено алгоритм призначення режимів термоімпульсного оброблення з урахуванням міцнісних обмежень.

Введено новий клас задач геометричного проектування, названий дисперсним компонуванням (далі - ДК). Акцентовано увагу на ДК об'єктів, які повинні бути розташовані на якомога більшій відстані з урахуванням умов балансу у відповідності з новими виробничими технологіями, що грунтуються на оброблені детонувальними газовими сумішами. Сформульовано задачу дисперсного балансного компонування для контейнера циліндричної форми та об'єктів, що мають довільну конфігурацію. Запропоновано застосування методу phi-функцій для формулювання дисперсного компонування у вигляді задачі нелінійного програмування. Наведено метод розв'язання, який проілюстровано чисельними прикладами.

Досліджено газодинамічний процес сумішоутворення з заданим компонентним складом під час перетікання через змішувач у системі генерації суміші. Мета роботи - науково-експериментальна оцінка технічних рішень змішувача щодо забезпечення точності та гомогенності газової суміші. Завдання дослідження полягають у проведенні числових експериментів перетікання газового потоку через сопла змішувача системи генерації суміші з забезпеченням її стехіометричного компонентного складу та гомогенності. Поставлене завдання розв'язується шляхом створення адекватних математичних моделей (ММ) газодинамічної течії й аналізу результатів числового моделювання. Розроблено змішувач системи сумішоутворення та надано оцінку технічним рішенням щодо його конструкції. Експериментально встановлено площі прохідного перерізу сопел змішувача. Створено ММ процесу генерації суміші з заданим компонентним складом і проведено серію числових експериментів із дослідження перетікання її компонентів через змішувач. Моделювання здійснено з використанням програмного забезпечення ANSYS CFX. Застосовано стаціонарну постановку задачі. В соплах закритичного перетікання змішувача враховано теплообмін газового потоку зі стінками за рахунок розв'язання задачі та визначення відповідних коефіцієнтів теплопередачі. На входах у змішувач визначено співвідношення початкового тиску компонентів суміші, що забезпечує її стехіометричний склад. Отримані поля швидкостей газового потоку, масову витрату компонентів газової суміші через змішувач, поля тиску та температури. За результатами моделювання встановлено, що конструкція розробленого змішувача забезпечує створення газової суміші з гомогенністю не нижче 3 %. За умови постійності початкових значень тисків компонентів суміші на вході у змішувач може бути досягнуто стехіометричний склад газової суміші з точністю не нижче 1 %.

Досліджено цифровий близнюк процесу наповнення резервуару компонентами газової суміші. Мета роботи - обгрунтований вибір моделі цифрового близнюка процесу наповнення резервуару газовою сумішшю. Завдання дослідження полягає в аналізі методів побудови та режимів роботи цифрового близнюка, а також в підборі налаштувань моделі роботи цифрового близнюка, які забезпечують раціональне відтворення газодинамічного нестаціонарного процесу наповнення резервуару компонентом газової суміші. Відповідно до концепції цифровізації сучасного виробництва щодо досліджуваної технології термоімпульсної обробки обгрунтовано необхідність побудови цифрових близнюків для притаманних окремих фізико-хімічних процесів. Визначено особливості роботи генератора паливної суміші за методом критичних отворів і наведено відповідні визначальні рівняння дозування компонент газової суміші та часу наповнення резервуару для побудови системи керування з використанням цифрового близнюка процесу. Проаналізовано існуючи методи та засоби побудови цифрових близнюків аналогічних досліджуваній системі. Для подальшого використання в структурі цифрового близнюка відокремленої підсистеми наповнення резервуару одним із компонентів газової суміші побудовано скінченно-елементну модель газодинамічної нестаціонарної течії та проведено числове дослідження з використанням програмного забезпечення ANSYS Fluent. Визначено залежності від часу наповнення резервуару таких основних параметрів досліджуваного процесу як тиск, температура та заповнена маса газової суміші. Обгрунтовано доцільність і розроблено модель зниженого порядку (ROM модель ANSYS Fluent) і використано в ANSYS Twin Builder для побудови цифрового близнюка. Розроблено та проаналізовано приклади цифрових близнюків системи наповнення резервуару газовою сумішшю за допомогою стандартних елементів бібліотек Twin Builder та Modelica.