Встановлення закономірностей процесу проколу грунту робочим органом з асиметричним наконечником

The presence of analytical dependencies describing the process of static soil puncture by a working body with a conical asymmetric tip is necessary to create installations with the ability to control the trajectory of the soil puncture. The paper considers the features of the process of interaction of an asymmetric conical tip with the ground. Analytical relationships were obtained to determine its reactions during a static puncture, the deviation of the head trajectory from a straight line, to determine the size of the soil compaction zone and the magnitude of the destructive force that acts on adjacent communications and other underground objects. It was found that with an increase in the value of the displacement of the top of the cone, for example, from its axis from 0.02 m to 0.08 m with a borehole diameter of 0.2 m, the value of soil resistance increases almost four times. The greatest resistance is achieved when piercing a hard sandy sand. It was found that with an increase in the displacement of the tip of the tip cone, the deviation of the trajectory increases. The piercing head achieves the greatest deviation from the straight trajectory of movement with a sharper cone and a greater asymmetric deviation of its top, and, for example, in hard sandy loam can be up to 0.17 m with a span of 10 m. It was found that the size of the soil destruction zone will be almost 1.8 times larger than the tip in the form of a symmetrical cone and reaches from 8 to 12 borehole diameters, depending on the type of soil. The maximum pressure on adjacent objects can reach from 0.06 MPa in hard-plastic clay to 0.09 MPa in hard sandy loam. The calculated dependences obtained for determining the power and technological parameters depending on the geometric dimensions of the asymmetric tip of the working body can be used to create installations with a controlled static puncture for use in the most common soil conditions.Наличие аналитических зависимостей, описывающих процесс статического прокола грунта рабочим органом с коническим асимметричным наконечником, нужно для создания установок с возможностью управления траекторией прокола грунта. В работе рассмотрены особенности процесса взаимодействия ассиметричного конического наконечника с грунтом. Получены аналитические зависимости для определения его реакций при статическом проколе, величины отклонения траектории движения головки от прямой, определения размера зоны уплотнения грунта и величины разрушающей силы, которая действует на прилегающие коммуникации и другие подземные объекты. Установлено, что с увеличением величины смещения вершины конуса, например, от своей оси от 0,02 м до 0,08 м при диаметре скважины 0,2 м величина сопротивления грунта увеличивается почти в четыре раза. Наибольшее сопротивление достигается при проколе твёрдого супеска. Установлено, что с ростом величины смещения вершины конуса наконечника отклонение траектории увеличивается. Наибольшего отклонения от прямой траектории движения прокалывающая головка достигает при более остром конусе и большем ассиметричном отклонении его вершины и, например, в твёрдом супеске может составить до 0,17 м при длине пролёта 10 м.  Установлено, что размер зоны разрушения грунта будет больше почти в 1,8 раза по сравнению с наконечником в виде симметричного конуса и достигает от 8 до 12 диаметров скважины в зависимости от типа грунта. Максимальное давление на прилегающие объекты может достигать от 0,06 МПа в тугопластичной глине до 0,09 МПа в твёрдом супеске. Полученные расчетные зависимости для определения силовых и технологических параметров в зависимости от геометрических размеров ассиметричного наконечника рабочего органа могут быть использованы при создании установок с управляемым статическим проколом для применения в наиболее распространенных грунтовых условиях.Наявність аналітичних залежностей, які описують процес статичного проколу ґрунту робочим органом з конічним асиметричним наконечником, потрібно для створення установок з можливістю керування траєкторією проколу ґрунту. У роботі розглянуті особливості процесу взаємодії асиметричного конічного наконечника з ґрунтом. Отримані аналітичні залежності для визначення його реакцій при статичному проколі, для відхилення траєкторії руху головки від прямої, для встановлення розміру зони ущільнення ґрунту і величини руйнуючої сили, яка діє на прилеглі комунікації та інші підземні об’єкти. Встановлено, що з збільшенням величини зміщення вершини конусу, наприклад, від своєї вісі з 0,02 м до 0,08 м при діаметрі свердловини 0,2 м, величина опору проколу ґрунту збільшується майже в чотири рази. Найбільший опір досягається при проколюванні твердого супіску. Встановлено, що з ростом величини зміщення вершини конусу наконечника відхилення траєкторії збільшується. Найбільшого відхилення від прямої траєкторії руху проколююча головка досягає при більш загостреному конусі та більшому асиметричному відхиленні його вершини та, наприклад, в твердому супіску може скласти до 0,17 м при довжині прольоту 10 м. Визначено, що розмір зони руйнування ґрунту може бути більшим майже ніж у 1,8 рази порівняно з наконечником у вигляді симетричного конусу та досягати від 8 до 12 діаметрів свердловини залежно від типу ґрунту. Максимальний тиск на прилеглі об’єкти може досягати з 0,06 МПа в тугопластичній глині до 0,09 МПа в твердому супіску. Отримані розрахункові залежності для визначення силових та технологічних параметрів залежно від геометричних розмірів асиметричного наконечника робочого обладнання можуть бути використані при створенні установок з керованим статичним проколом для найбільш поширених ґрунтових умов

Use of Perovskites for Optosensors

The work is devoted to the determination of the place of perovskites among the other materials for optosensors. The features and advantages of this material are determined. The methods for the manufacture of perovskites and the latest technical developments in their application are analyzed. Perovskite and silicon photosensors are compared. A comparative table of perovskite compounds is drawn up. It is determined that perovskites have great potential for their use in low-voltage, inexpensive, high-speed, highly sensitive and ultra-highly integrated optoelectronic devices

Graphene hot-electron light bulb: incandescence from hBN-encapsulated graphene in air

The excellent electronic and mechanical properties of graphene allow it to sustain very large currents, enabling its incandescence through Joule heating in suspended devices. Although interesting scientifically and promising technologically, this process is unattainable in ambient environment, because graphene quickly oxidises at high temperatures. Here, we take the performance of graphene-based incandescent devices to the next level by encapsulating graphene with hexagonal boron nitride (hBN). Remarkably, we found that the hBN encapsulation provides an excellent protection for hot graphene filaments even at temperatures well above 2000 K. Unrivalled oxidation resistance of hBN combined with atomically clean graphene/hBN interface allows for a stable light emission from our devices in atmosphere for many hours of continuous operation. Furthermore, when confined in a simple photonic cavity, the thermal emission spectrum is modified by a cavity mode, shifting the emission to the visible range spectrum. We believe our results demonstrate that hBN/graphene heterostructures can be used to conveniently explore the technologically important high-temperature regime and to pave the way for future optoelectronic applications of graphene-based systems

Process Modeling for Energy Usage in " Smart House " System with a Help of Markov Discrete Chain

International audienceMethod for evaluating economic efficiency of technical systems using discrete Markov chains modelling illustrated by the system of "Smart house", consisting, for example, of the three independently functioning elements. Dynamic model of a random power consumption process in the form of a symmetrical state graph of heterogeneous discrete Markov chain is built. The corresponding mathematical model of a random Markov process of power consumption in the "smart house" system in recurrent matrix form is being developed. Technique of statistical determination of probability of random transition elements of the system and the corresponding to the transition probability matrix of the discrete inhomogeneous Markov chain are developed. Statistically determined random transitions of system elements power consumption and the corresponding distribution laws are introduced. The matrix of transition prices, expectations for the possible states of a system price transition and, eventually, the cost of Markov process of power consumption throughout the day. Introduction. The issue in question relates to the problem of smart house engineering for establishing controlled process of energy usage. In this research area, there are such works as [1-3]

On Application of the Ground Effect For Highspeed Surface Vehicles

International audienceThe paper describes a new approach for driving efficiency estimation. Authors proposed a new approach to assess the energy consumption for vehicle, which are able to rich high speed. Also, there is proposed a new concept of vehicle, which technology based on the ground effect. The concept compounds the automotive and aircraft's solutions in order to reach high driving speed, driving efficiency and low energy consumption per cargo unit. As a result, the defined performance indicators for the transport systems opens up the possibility to formulate and solve optimization problems of structural and parametric synthesis of new types of transport, provide the analytical tools to make informed decisions in the process of design and construction, provide an overall controlled evolution of transport systems

Визначення опору продавлювання циліндрично-трубчастого наконечника обладнання для безтраншейного прокладання підземних комунікацій

The determination of the total resistance to penetration of the annular drill into the soil is based on the concept of changing the elastic state of the soil during its compaction, which is defined by the compression modulus of soil deformation. This parameter comprises all the physical and mechanical properties of each type of soil and makes it possible to specify the laws of the normal pressure of penetration resistance acting on the surface of the conical and cylindrical parts of the working body.The proposed theoretical models of processes occurring during penetration of the annular drill into the soil gives an opportunity to determine the influence of the parameters on the resistance force for each working procedure, depending on the physical and mechanical properties of the soil. It has been found that the maximum length of the annular drill is determined for the conditions of soil movement (unplugged condition), which, for example, with a cylinder diameter of 28 mm, is 0.87 m, 1.04 m and 1.16 m respectively for sandy clay, semi-solid loam and tough clay. It is now clear that a 2-fold increase in the internal diameter leads to an increase in the core length of 1.75 times.It has been determined that the two-cone drill does not facilitate passage of soil through itself and it causes soil plugging as well as formation of soil plugs on the frontal planes, which leads to an increase in drag force. Therefore, to provide unplugged conditions during pipe jacking, the drill with a single external cone should be used.The obtained results of the work can be used to substantiate the rational parameters of the working equipment for creating a horizontal borehole in different types of soils.В основе определения сил сопротивления заглублению в грунт кольцевого наконечника впервые было положено представление об изменении упругого состояния грунта при его уплотнении, который определяется компрессионным модулем деформации грунта. Этот показатель связывает все физико-механические свойства каждого из типов грунтов и дает возможность установить законы нормального давления сопротивления грунта на поверхности конусной и цилиндрической частей рабочего органа.Предложенные теоретические модели процессов, протекающих во время заглубления в грунт кольцевого наконечника, позволили установить для каждого из случаев выполнения работ влияние его параметров в зависимости от физико-механических свойств грунта на силы его сопротивления. Установлено, что максимальная длина кольцевого наконечника определяется из условия движения (незабиваемости) грунта, которая, например, при диаметре цилиндра 28 мм составляет 0,87 м, 1,04 м и 1,16 м соответственно для твердого супеска, полу твердого суглинка и тугопластичной глины. Также можно констатировать, что увеличение внутреннего диаметра в 2 раза приводит к увеличению длины грунтового керна в 1,75 раза.Определено, что двухконусный наконечник не способствует пропусканию грунта сквозь себя, что является причиной его забивания и образования грунтовых ядер уплотнения на фронтальных площадях, что приводит к увеличению сопротивления перемещению. Поэтому для протаскивания труб, чтобы не было забиваемости её грунтом, наконечник необходимо изготавливать с одним внешним конусом.Полученные результаты могут быть использованы при обосновании рациональных параметров рабочего оборудования при формировании горизонтальной скважины в различных типах грунтовВ основі визначення сил опору заглибленню в ґрунт кільцевого наконечника було покладено уявлення про зміну пружного стану ґрунту при його ущільненні, який визначається компресійним модулем деформації ґрунту. Цей показник пов’язує усі фізико-механічні властивості кожного з типів ґрунтів, та дає можливість встановити закони нормального тиску опору ґрунту на поверхні конусної та циліндричної частині робочого органу.Запропоновані теоретичні моделі процесів, що протікають під час заглиблення в ґрунт кільцевого наконечника, дозволили встановити для кожного з випадків виконання робіт вплив його параметрів в залежності від фізико-механічних властивостей ґрунту на сили його опору. Встановлено, що максимальна довжина кільцевого наконечника визначається з умови руху (незабиваємості) ґрунту, яка наприклад при діаметрі циліндру 28 мм складає 0,87 м, 1,04 м та 1,16 м відповідно для твердого супіску, напівтвердого суглинку та тугопластичної глини. Також можна констатувати, що збільшення внутрішнього діаметру в 2 рази призводить до збільшення довжини ґрунтового керну в 1,75 рази.Визначено, що двоконусний наконечник не сприяє пропусканню ґрунту крізь себе, є причиною його забивання та утворення ґрунтових ядер ущільнення на фронтальних площинах, що призводить до збільшення опору переміщенню. Тому для протискування труб, щоб не було забиваємості ґрунтом, наконечник потрібно виконувати з одним зовнішнім конусом.Отримані результати роботи можуть бути використані при обґрунтуванні раціональних параметрів робочого обладнання при утворюванні горизонтальної свердловини в різних типах ґрунті

Інтенсивність тепловіддачі при кипінні води на поверхні капілярної структури в умовах субатмосферного тиску

This paper considers the effect of structural parameters and saturation pressure on the intensity of heat transfer from boiling on porous structures made of copper metal fibers. The study involved changing the structural and geometric characteristics of porous samples and saturation pressure. The study regime parameters were chosen based on the conditions of operation of steam chambers, namely the horizontal orientation of the work area, the capillary transport of the heat carrier to the work area. It was determined that reducing saturation pressure from 0.1 MPa to 0.012 MPa leads to a reduction in heat transfer by 15‒20 % depending on the parameters of porous structures. This pattern has been explained in this paper by the increased detachable diameters of steam bubbles that thus overlap part of the capillary structure's vaporization area, which leads to a decrease in the values of the discharged heat flux at the same temperature gradient values. The influence of values of the porosity and diameters of fibers, which the samples of a capillary structure were made from, was ambiguous. The parameter chosen for generalizing the data obtained was an effective diameter of the samples' pores, which is a more general characteristic. The generalization of the experimental data has demonstrated that the efficiency of heat transfer increases with an increase in the effective diameter of pores in the examined range from 20 to 90 µm. Estimation dependences have been built to determine the intensity of heat transfer under sub-atmospheric pressures for metal-fibrous porous structures at a deviation of up to ±30 %. It turned out that the resulting dependences could be used to determine the intensity of heat transfer by the examined powder structures under the sub-atmospheric pressure conditions. Applying these dependences would make it easier to design thermal stabilization systems based on steam chambers.Рассмотрено влияние структурных параметров и давления насыщения на интенсивность теплоотдачи при кипении на пористых структурах, изготовленных из медных металлических волокон. При проведении исследований изменялись структурные и геометрические характеристики пористых образцов и давление насыщения. Режимные параметры проведения исследований выбирались исходя из условий функционирования паровых камер, а именно горизонтальная ориентация рабочего участка, капиллярный транспорт теплоносителя к рабочей области. Было определено, что снижение давления насыщения с 0,1 МПа до 0,012 МПа приводит к снижению эффективности теплоотдачи на 15–20 % в зависимости от параметров пористых структур. Авторы объясняют эту закономерность увеличением отрывных диаметров паровых пузырей, которые, тем самым, перекрывают часть площади парообразования капиллярной структуры, что и приводит к уменьшению значений отведенного теплового потока при одинаковых значениях градиента температур. Влияние значений пористости и диаметров волокон, из которых изготовлены образцы капиллярной структуры, оказался неоднозначным. Параметром обобщения полученных данных был выбран эффективный диаметр пор образцов, который является более общей характеристикой. Обобщение экспериментальных данных показало, что эффективность теплоотдачи возрастает с увеличением эффективного диаметра пор в исследуемом диапазоне от 20 до 90 мкм. Получено расчетные зависимости, позволяющие определить интенсивность теплоотдачи в условиях субатмосферных давлений для металловолокнистых пористых структур с отклонением до ±30 %. Оказалось, что полученные зависимости можно использовать для определения интенсивности теплоотдачи исследованных порошковых структур в условиях субатмосферного давления. Использование этих зависимостей позволит упростить процесс проектирования систем термостабилизации на базе паровых камерРозглянуто вплив структурних параметрів і тиску насичення на інтенсивність тепловіддачі при кипінні на пористих структурах виготовлених з мідних металевих волокон. При проведені досліджень змінювались структурні та геометричні характеристики пористих зразків та тиск насичення. Режимні параметри проведення досліджень обирались виходячи з умов функціонування парових камер, а саме горизонтальна орієнтація робочої ділянки, капілярний транспорт теплоносія до робочої області. Було визначено, що зниження тиску насичення з 0,1 МПа до 0,012 МПа призводить до зниження ефективності тепловіддачі на 15–20 % у залежності від параметрів пористих структур. Автори пояснюють цю закономірність збільшенням відривних діаметрів парових бульбашок, які, тим самим, перекривають частину площі пароутворення капілярної структури, що і призводить до зменшення значень відведеного теплового потоку при однакових значеннях градієнту температур. Вплив значень пористості та діаметру волокон, з яких виготовлено зразки капілярної структури, виявився неоднозначним. Параметром узагальнення отриманих даних було обрано ефективний діаметр пор зразків, який є більш загальною характеристикою. Узагальнення експериментальних даних показало, що ефективність тепловіддачі зростає зі збільшенням ефективного діаметру пор в дослідженому діапазоні від 20 до 90 мкм. Отримано розрахункові залежності, що дозволяють визначити інтенсивність тепловіддачі в умовах субатмосферних тисків для металоволокнистих пористих структур з відхиленням до ±30 %. Виявилось, що отримані залежності можна використовувати для визначення інтенсивності тепловіддачі досліджених порошкових структур в умовах субатмосферного тиску. Використання цих залежностей дозволить спростити процес проектування систем термостабілізації на базі парових каме

Визначення величини зони ущільнення та тиску ґрунту на підземні комунікації при деформації його клиновим наконечником

The object of the study is a working element with a wedge tip for static perforation of the soil with the laying of several cases for underground utilities. One of the problems that require research is the laying, location and proximity of various types of underground utilities, laid trenchless way. The study of the zone of influence of working bodies on the ground and communication will give us the opportunity to more efficiently design the use of underground space, to reduce the risks of damage to or destruction of communications and reduce the cost of the work. Studies are based on the law of conservation of mass before and after compaction of the soil with a wedge tip and on the basic theories of soil mechanics. This allows you to determine the pressure of the soil on the working element and on the communication, located nearby. The result obtained in the work shows that the pressure value is not the same in different directions of the wedge working element. It is also proved that the number of cases, which are simultaneously laid, have little effect on the zone of elastic-plastic deformation of the soil. These effects make this form of hole indispensable when you need to simultaneously lay several, more than 3, cases, compared to the traditional conical-cylindrical tip. To determine the soil pressure on underground utilities were used only the size of the working elements, and data that are easy to determine – the type and density of soil, humidity, porosity and other standardized characteristics. The use of this method has a significant advantage over other methods, which are based on empirical relationships that are either difficult to determine or their reliability is questionable. Due to the reduction of the cross-sectional area of the deformable soil, the wedge working body is indispensable for stretching the group of cases.Объектом исследования является рабочий орган с клиновым наконечником для статического прокола грунта с одновременной прокладкой нескольких футляров под подземные коммуникации коммунального хозяйства. Одними из проблемных мест, требующих исследования, являются прокладка, расположение и соседство различных видов подземных коммуникаций, проложенных бестраншейным способом. Изучение зоны влияния рабочих органов на почву и коммуникации даст возможность более качественно проектировать использование подземного пространства, снизить риски повреждения или разрушения коммуникаций и снизить стоимость работ. Исследования базируются на основе закона сохранения массы до и после уплотнения почвы клиновым наконечником и на основных теориях механики грунтов. Это позволяет определить давление грунта на коммуникации, расположенные рядом. Полученный в работе результат показывает, что величина давления не одинакова в разных направлениях клинового рабочего органа. Также в работе доказано, что количество футляров, что одновременно прокладываются, мало влияют на зону упругопластических деформаций грунта. Эти эффекты делают такую форму отверстия незаменимой при необходимости одновременной прокладки нескольких, более 3, футляров, по сравнению с традиционным коническо-цилиндрическим наконечником. Следует отметить, что для определения давления грунта на подземные коммуникации были использованы только размеры рабочих органов, и данные, которые легко определить – тип и плотность почвы, влажность, пористость и остальные стандартизированные характеристик. Использование данного метода имеет существенное преимущество перед другими методами, содержащими в своей основе эмпирические зависимости, которые или трудно определить, или их достоверность вызывает сомнения. Благодаря уменьшению площади поперечного сечения деформируемой почвы клиновой рабочий орган является незаменимым для протягивания группы футляров.Об'єктом дослідження є робочий орган з клиновим наконечником для статичного проколу ґрунту з одночасним прокладанням декількох футлярів під підземні комунікації комунального господарства. Одними з проблемних місць, що потребують дослідження, є прокладання, розташування та сусідство різних видів підземних комунікацій, прокладених безтраншейним способом. Вивчення зони впливу робочих органів на ґрунт та комунікації дасть можливість більш якісно проектувати використання підземного простору, знизити ризики пошкодження або руйнування комунікацій та знизити вартість робіт. Дослідження базуються на основі закону збереження маси до і після ущільнення ґрунту клиновим наконечником та на основних теоріях механіки ґрунтів. Це дає змогу визначити тиск ґрунту на робочий орган та на комунікації, що розташовані поруч. Отриманий в роботі результат показує, що величина тиску не однакова в різних напрямках клинового робочого органу. Також в роботі доведено, що кількість футлярів, які одночасно прокладаються, мало впливають на зону пружно-пластичних деформацій ґрунту. Ці ефекти роблять таку форму отвору незамінною при необхідності одночасного прокладання декількох, більше 3, футлярів, у порівнянні з традиційним конічно-циліндричним наконечником. Слід відмітити, що для визначення тиску ґрунту на підземні комунікації були використані лише розміри робочих органів, та дані, які легко визначити – тип та щільність ґрунту, вологість, пористість та решта стандартизованих характеристик. Використання даного методу має суттєву перевагу над іншими методами, що містять в своїй основі емпіричні залежності, які або важко визначити, або їхня достовірність викликає сумніви. Завдяки зменшенню площі поперечного перетину ґрунту, що деформується, клиновий робочий орган є незамінним для протягування групи футлярів

Heat pipes with variable thermal conductance property developed for space applications

The activities presented in this paper focus on a new approach to provide passive regulation of the electronic unit thermal regime of the MASCOT lander (DLR) onboard the NEA sample return mission Hayabusa 2 (JAXA), by using heat pipes. It provides information on the development and testing of heat pipes with variable thermal conductance in a predetermined temperature range. Such heat pipes acts as thermal switches, but their construction does not include additional elements inherent to gas loaded heat pipes (GLHP) and thermal diode heat pipes (TDHP). Copper heat pipes with metal fibrous wick were chosen as baseline design. We have obtained positive results by choosing heat carrier and structural parameters of wick (i.e. pore diameter, porosity and permeability). A rising of heat pipes thermal conductivity from 0.04 to 2.1 W/K was observed in the temperature range between -20°C…+55°C. The heat pipes transferred predetermined power not less than 10 W within the temperature range of +20°C… +55°C. These heat pipes are in flight since December 2014 and the telemetric data obtained in September 2015 showed normal operation of the thermal control system

On one approach to choosing unloading stations according to egalitarian principles in transport-type optimization problems

A multi-agent approach has been developed for solving the optimization transport-type problems. As an object of application, a multimodal system of transportation of grain cargoes with cost indicators is considered. The egalitarian principles of welfare theory implemented in the form of the Pareto criterion are used as the methodological basis of the research. A significant role belongs to the mathematical experiment as an effective tool for simulation modeling. The optimization algorithm developed in a mathematically oriented software environment makes it possible to effectively manipulate the values of cost indicators and constraints in the problem