Using satellite radiometric and ground based lidar measurements for detection of cirrus clouds, containing ensembles of preferred oriented ice particles

In this paper present an example of joint analysis of the data of high-level cloud sensing with a ground based polarization lidar of Tomsk State University and satellite radiometer MODIS

Atmospheric bistatic communication channels with scattering. Part 2. Field Experiments in 2013

Results of field experiments on the influence of atmospheric conditions and some instrumental characteristics on the quality of information transfer in a bistatic optoelectronic communication system (OECS) operating in the visible wavelengths range are considered. The length of the atmospheric channel reached 17 km. Radiation of a copper bromide vapor laser with a wavelength of 510.6 nm was used as a signal source. It is shown that bistatic or over-the-horizon OECSs can operate both under the conditions of a cloudy and cloud-free atmosphere. Average values and standard deviations of communication errors were estimated under different atmospheric-optical conditions when some characteristics of individual instrumentation units varied

Условие равновесия нетонкого винтового клиновидного двойника, находящегося вдали от поверхности недеформируемого кристалла

The equilibrium condition for a non-thin helical wedge-shaped twin located far from the surface of the crystal is obtained. The case of an undeformed solid is considered. It is established that under such conditions a helical twin can not twin can not exist under such conditions. The result is in full conformity with generally known results for dislocation walls from helical dislocations. An approximation for continuous distribution of twinning dislocations at twin boundaries has been used in methodology for deriving an equilibrium condition. The shape of the twin boundaries has been described by functions that depend on density of the twinning dislocations at the twin boundaries. It has been assumed that the forces acting on the twin boundaries from the side of the twin dislocations are equal to zero. One degree of freedom along a twinning direction has been presupposed for twinning dislocations. Dislocation creeping effects have been excluded in the model. A calculation of stress fields for a twin has been carried out within the framework of an elasticity theory. In this case a superposition of stresses from each twin boundary has been considered. The solution of equations has been sought in the form of a polynomial. A linear approximation of such solution is considered in detail. The ем resulting equilibrium condition is satisfied for two values equal to zero that is a twin length and its width at the mouth. The result is important in the field of mechanics for twinning materials, shape memory materials, and in the development of techniques for predicting destruction and functioning of twinning materials.Получено условие равновесия нетонкого винтового клиновидного двойника, находящегося вдали от поверхности кристалла. Рассмотрен случай недеформируемого твердого тела. Установлено, что при таких условиях винтовой двойник существовать не может. Результат находится в полном соответствии с общеизвестными результатами для дислокационных стенок из винтовых дислокаций. В методике вывода условия равновесия использовалось приближение непрерывного распределения двойникующих дислокаций на двойниковых границах. Форма двойниковых границ описывалась функциями, зависящими от плотности двойникующих дислокаций на двойниковых границах. Принималось равенство нулю сил, действующих на двойниковые границы со стороны дислокаций двойника. Для двойникующих дислокаций предполагалась одна степень свободы вдоль направления двойникования. В модели эффекты переползания дислокаций исключены. Расчет полей напряжений двойника велся в рамках теории упругости. При этом рассматривалась суперпозиция напряжений от каждой двойниковой границы. Решение уравнений искали в виде полинома. Детально рассмотрено линейное приближение такого решения. Полученное условие равновесия выполняется при двух равных нулю значениях – длины двойника и его ширины у устья. Результат имеет большое значение в области механики двойникующихся материалов, материалов с эффектом памяти формы, а также в разработке методик прогнозирования разрушения и функционирования двойникующихся материалов

АНАЛИЗ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ БЕСЦЕНТРОВО-ЛЮНЕТНОГО ТОЧЕНИЯ КРУПНЫХ ВАЛОВ

Dynamics of huge renovated lathe is simulated. Turning scheme concerns to heavy rotor shaft finishing. Lofty parts and milling head may create dynamic problems. Static, modal and harmonic frequency response function simulations were provided. Bearing system consists of bed, support, tool, lunettes, tailstock. Headstock didn’t take part in shaft holding. Static and dynamic rigidities founded 3–4 times less for support than for shaft. Tool rigidity lessens from 186.5 to 11.9 N/µm for speeding from slow to near resonance turning. Twelve lathe eigenmodes were evaluated. Two eigenmodes are most dangerous. It is “shaft swinging on lunettes” (M1, 26.7 Hz) and “support pecking” (M3, 54.4 Hz). Bed has excessive flexibility due to through holes and lack of inner ribbing. Polymer concrete filling is moderately effective. Changing two-lunette (2L) scheme to three-lunette (3L) increases rigidity of shaft at 2.09 times at statics but gives limited action in dynamics. Resonant peaks on frequency response function are lowered only at 1.32 times for M1, M3. Effect of dynamic damping is revealed under condition of proximity middle lunette to lofty support. Support serves as tuned mass damper. Measures of machine tool reinforcement are simulated. Shaft swinging according to M1 may hardly be blocked by passive means. It would be better to bypass it. “Support pecking” resonance (M3) succumbs to only full set of measures. Small effect of partial reinforcement is predicted. Three frequency intervals are recommended for turn-milling at huge lathe: pre-resonant (<20 Hz), inter-resonant (35–45 Hz) and post-resonant (>65 Hz). The last one is more suited. Next design step is to create triangle inner ribbing system or caissons inside of bed.Смоделирована динамика тяжелого токарного станка после планируемой реновации. Оригинальная схема точения касается чистовой обработки крупных роторных валов. Высоко расположенные детали и фрезерная головка могут создавать динамические проблемы. Поэтому проведено МКЭ-моделирование в статической, модальной и гармонической постановках. Несущая система для удержания вала состояла из станины, суппорта, инструмента и задней бабки. Передняя бабка в данной схеме точения не участвовала. Оказалось, что статическая и динамическая жесткость для суппорта в 3–4 раза меньше, чем для вала. Жесткость на инструменте снижается с 186,5 до 11,9 Н/мкм при переходе от статики к точению вблизи резонанса суппорта. Оценено двенадцать резонансных мод. Две моды признаны наиболее опасными. Это «раскачка вала в люнетах» (M1, 26,7 Гц) и «клевки суппорта» (M3, 54,4 Гц). Показана избыточная податливость станины, имеющей недостаточно жесткое оребрение и сквозные отверстия. Заполнение станины полимербетоном умеренно эффективное. Переход от двухлюнетной (2L) схемы поддержки вала к трехлюнетной (3L) дает хороший рост жесткости в статике (2,09 раза), но ограниченный эффект в динамике. Высоты резонансных пиков снижаются не более чем в 1,32 раза для M1 и M3. Обнаружен эффект динамического гашения при сближении высокого суппорта со средним люнетом. Суппорт выступает динамическим демпфером. Проанализированы меры усиления несущей системы станка. Установлено, что раскачка обрабатываемого вала по M1 плохо блокируется пассивно-конструктивными средствами. Резонанс лучше обходить при назначении режимов резания. Резонанс M3 «клевки суппорта» можно поднять в область высоких частот и одновременно снизить его амплитуду. Это достигается применением сразу всех мер усиления. Частичное усиление малоэффективно. Для фрезерования и точения на тяжелом станке рекомендованы три диапазона: дорезонансный (<20 Гц), межрезонансный (35–45 Гц) и зарезонансный (>65 Гц). Последний диапазон предпочтителен из-за зарезонансного демпфирования как вала, так и суппорта. Следующим конструктивным шагом должно стать добавление в станину треугольных связей или кессонов

ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ И СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЮ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ

The purpose of this paper is to determine dependence between heat generation and resistance to deformation of structural steel.It has been assumed on the basis of the represented data that in the course of deformation of structural steel physicochemical interactions of dislocations and impurity atoms occurring in the slip bands  result in heat generation and temperature increase of product surface. Interdependence of heat generation and elastic-plastic deformation has been experimentally proved by set of experiments on low-carbon steel plate extension. In the case of deformation its intensity and rate are considered as main factors that determine local material heating in the pre-fracture nucleus and temperature directly exerts its influence on diffusion processes and changes in physical and mechanical characteristics of the material in the pre-fracture nucleus. The obtained average heating temperature for the pre-fracture nucleus is equal approximately (20–90)°С for low-carbon steel ВСт3сп while using quasi-static extension.  The paper presents data pertaining to steel plate deformation that point to the fact that elastic-plastic deformation is accompanied by deformation heat generation and a crack initiation is caused by thermo mechanical process. Heat is formed in the slip bands and their direction corresponds to the maximum shearing stresses. Surface temperature in the zone of crack initiation has reached 88 °С in the pre-fracture stage.  The Davidenkov-Spiridonova formula has been derived while using a concept of "surface energy" and Laplace's formula. This formula makes it possible to determine  resistance to deformation of a stretched round steel rod in the stage of neck formation. The paper shows formula’s dependence on the deformation heat generation.Целью настоящей статьи является установление зависимости между теплообразованием и сопротивлением деформированию конструкционной стали.На основании приведенных данных допустили, что при упруго-пластическом деформировании конструкционной стали теплообразование и повышение температуры поверхности изделия является результатом физико-химического взаимодействия дислокаций и атомов примесей в полосах скольжения. Взаимозависимость теплообразования и упруго-пластического деформирования экспериментально подтверждена в серии экспериментов по растяжению пластин из низкоуглеродистой стали. В процессе деформирования интенсивность деформаций и скорость деформаций являются основными факторами, определяющими локальный разогрев материала в очаге предразрушения, а температура напрямую влияет на скорость протекания диффузионных процессов и изменение физико-механических характеристик материала в зоне предразрушения. Установленная в экспериментах автора для низкоуглеродистой стали ВСт3сп при квазистатическом растяжении средняя температура разогрева зоны предразрушения составляет примерно (20–90)°С. Приведены данные процесса деформации стальных пластин, свидетельствующие о том, что упруго-пластическое деформирование сопровождается деформационным теплообразованием, а зарождение трещины является термомеханическим процессом. Тепло образуется в полосах сдвига, направление которых соответствует наибольшим сдвигающим напряжениям. Температура поверхности в зоне зарождения трещины достигала в стадии долома 88 °С.С использованием понятия «поверхностная энергия» и формулы Лапласа выведена формула Давиденкова-Спиридоновой, определяющая сопротивление деформированию растянутого круглого стального стержня в стадии образования шейки и показана ее зависимость от деформационного теплообразования

УСЛОВИЕ РАВНОВЕСИЯ ОСТАТОЧНОГО КРАЕВОГО КЛИНОВИДНОГО НАНОДВОЙНИКА В ПОСТДЕФОРМИРОВАННОМ ТВЕРДОМ ТЕЛЕ

An equilibrium condition of residual edge wedge-type nanotwin in a deformed solid body has been derived in the paper. The condition conclusion is based on the necessity to ensure an equilibrium of force balance acting on every twinning dislocation from the side of the rest twin dislocations. In this case dislocation structure and stress condition at nanotwin mouth have not been taken into account. Results of dislocation theory obtained in the framework of elasticity theory and continuum mechanics have been used in the paper. The paper has considered a component of the resultant force acting in a twinning plane under an assumption that there is no motion of twinning dislocations in the direction which is perpendicular to the twinning plane. The following condition has been made in the model: a discrete distribution of twinning dislocations at twin boundaries. In order to reduce cumbersome calculations a limited number of twinning dislocations has been considered in the paper and an assumption has been made about small value of a helical component in the Burgers vector, in other words the paper has considered an edge nanotwin. In order to decrease a number of equations in the system of equilibrium conditions a symmetric property of a shear component in a stress tensor has been used in the paper. The paper contains description how restrictions on the order of twinning dislocation arrangement on twin boundaries have been imposed. In this case it has been assumed that an arrangement of twinning dislocation pairs in different twin boundaries is in one plane which is perpendicular to the twinning plane. It is necessary to keep in mind that only one twinning dislocation can be located in one twinning plane. Calculations have shown that it is possible to ensure a stable and unstable equilibrium of an edge nanotwin in an ideal unloaded crystal. Sustainable balance is provided by alignment of twinning dislocations in a wall. This leads to a twin disappearance due to annihilation of twin boundary dislocations with its dislocations at the mouth. In order to ensure an unstable equilibrium of a wedge edge nanotwin it is necessary that the distance between twinning dislocations along the length of the twin is equal to interplanar distance.Выведено условие равновесия остаточного краевого клиновидного нанодвойника в деформированном твердом теле. Вывод условия основан на необходимости равновесия баланса сил, действующих на каждую двойникующую дислокацию со стороны остальных дислокаций двойника. При этом не учитывали дислокационную структуру и напряженное состояние у устья нанодвойника. Использовали результаты теории дислокаций, полученные в рамках теории упругости и механики сплошных сред. Рассматривали составляющую результирующей силы, действующую в плоскости двойникования, в рамках допущения отсутствия движения двойникующих дислокаций в перпендикулярном плоскости двойникования направлении. В модели принимали дискретное распределение двойникующих дислокаций на двойниковых границах. Для уменьшения громоздкости расчетов рассматривали ограниченное число двойникующих дислокаций и принимали допущение о малости величины винтовой составляющей вектора Бюргерса, т. е. рассматривали краевой нанодвойник. Для уменьшения количества уравнений в системе условий равновесия использовали симметричность сдвиговой компоненты тензора напряжений. Вводили ограничение на порядок расположения двойникующих дислокаций на двойниковых границах. При этом полагали расположение пар двойникующих дислокаций разных двойниковых границ в одной плоскости, перпендикулярной плоскости двойникования. Учитывали, что в одной плоскости двойникования может находиться только одна двойникующая дислокация. Расчетами показано, что в идеальном ненагруженном кристалле возможно устойчивое и неустойчивое равновесие краевого нанодвойника. Устойчивое равновесие обеспечивается выстраиванием двойникующих дислокаций в стенку. Это приводит к исчезновению двойника в результате аннигиляции дислокаций границ двойника с его дислокациями у устья. Для обеспечения неустойчивого равновесия клиновидного краевого нанодвойника необходимо, чтобы вдоль длины двойника расстояние между двойникующими дислокациями равнялось межплоскостному расстоянию

АНАЛИЗ РЕЗОНАНСНОГО ПОВЕДЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ КРУПНОГАБАРИТНОГО СТАНКА ТИПА «ПОДВИЖНАЯ СТОЙКА»

A finite elements method (FEM)-analysis has been carried out with the purpose to study dynamics of carrying system in a machine tool of unique height. This is a one-off machine with high traveling column and a support with horizontal slide can move vertically along the column. Spindle milling and boring units are mounted telescopically at slide butt end. The FEM-analysis of the machine tool has been made due to its renovation. Machine resonances, responses to cutting force, static and dynamic rigidity in spindles have been estimated in the paper. The machine carrying system is subtle, heavy and structurally complicated. Its structural chain includes a carriage, a column, a support, a slide, spindle units interconnected with the help of hydro-static guides. While varying main parameters their influence on rigidity has been investigated in the paper. Height of  support lifting, column material and rigidity of longitudinal drive have been changed during the investigations.Static, modal and harmonic MEF-analyses have been executed in the paper. Frequency-response characteristic of the machine has been constructed in the process of the investigations. Two support bending resonances have been detected in the column at low frequency. Such Due to this there are limits for usage of the machine in sub-resonance and static frequency range. The most powerful resonance has been observed at frequency of 27.8 Hz. The resonance has manifested itself as torsional oscillations of the column together with the support and the slide.Slide bending resonances have been revealed at higher frequencies 65–105 Hz. Three intervals which are fit for machine operation have been determined between resonance ranges. There is a prospective usage of the machine in inter-resonance (32–65 Hz) and super-resonance (more than 105 Hz) intervals. It has been shown that rigidity in spindle is a sequence higher in dynamic intervals than in a static interval. Machine subtility can be compensated by its transition to high-speed machining.Проведен МКЭ-анализ динамики несущей системы уникального по высоте станка. Это единичный станок типа Travelling column с высокой подвижной стойкой, по которой вертикально может перемещаться суппорт с горизонтальным ползуном. В рабочем торце ползуна телескопически смонтированы фрезерный и расточной шпиндельные узлы. МКЭ-анализ станка производили в связи с его реновацией. Оценивали резонансы станка, отклики на силы резания, статическую и динамическую жесткость на шпинделях. Несущая система станка является субтильной, тяжелой и сложносоставной. Это цепочка из салазок, стойки, суппорта, ползуна, шпиндельных узлов, связанных гидростатическими направляющими. Исследовали влияние на жесткость такой цепочки варьирования ведущих параметров, при этом изменяли высоту подъема суппорта, материал стойки и жесткость продольного привода.Проведены статический, модальный и гармонический МКЭ-анализы. Построена амплитудно-частотная характеристика станка. Обнаружены два изгибных резонанса суппорта на стойке на низких частотах. Это ограничивает использование станка в дорезонансном и статическом диапазоне частот. Самый мощный резонанс выявлен на частоте 27,8 Гц. Он заключается в крутильных колебаниях стойки вместе с суппортом и ползуном.На более высоких частотах 65–105 Гц выявлен диапазон изгибных резонансов ползуна. Между резонансными диапазонами найдено три интервала, пригодных для эксплуатации станка. Станок перспективно использовать в межрезонансном (32–65 Гц) и в зарезонансном (более 105 Гц) интервале. Показано, что в динамических интервалах жесткость на шпинделе на порядок выше, чем в статическом интервале. Субтильность станка может быть компенсирована переходом к высокоскоростной обработке

ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ДЕФОРМАЦИЯМИ И НАПРЯЖЕНИЯМИ В НАПОЛНИТЕЛЯХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

The dependences between displacement of threads of different reinforcing material families and stresses taking place due to these deformations are found for composite materials that represent a structure of mutually perpendicular resin-impregnated thread families. Для композиционных материалов, представляющих структуру взаимно перпендикулярных семейств нитей, пропитанных связующим, найдены зависимости между перемещениями нитей разных семейств армирующего материала и напряжениями, возникающими в результате их деформации

ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С ПРОКОЛОТЫМ ОТВЕРСТИЕМ

Mathematical model describing a dependence between deformations and stresses in the zone of prepreg piercing zone is given in the paper. Boundary conditions in the piercing zone in number of four functional dependences for prepregs can express either the given stresses or displacements, or describe boundary form, or express relations between stresses and displacements etc.Изложена математическая модель, описывающая зависимость между деформациями и напряжениями в зоне прокола препрега. Граничные условия в зоне прокола в количестве четырех функциональных зависимостей для препрегов могут выражать заданные напряжения либо перемещения, описывать форму границы или выражать связь между напряжениями и перемещениями и др