Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Рассмотрена механико-математическая модель колебательной системы вибрационного макета с энергетически эффективным типом возбуждения колебаний рабочих органов. Вибрационная система состоит амортизированного корпуса и присоединенного к нему при помощи специальных пакетов винтовых пружин рабочего органа. Система приводится в движение от двух самосинхронизирующихся дебалансных вибровозбудителей, установленных на корпусе. Отсутствие жестких кинематических связей между двумя вибровозбудителями делает такую колебательную систему исключительно простой в обслуживании и надежной в работе; она также является полностью уравновешенной. Впервые получены законы вынужденных колебаний вибрационной установки с учетом присоединенной массы (технологической нагрузки) при учете вязкого сопротивления движению, а также уравнение баланса энергозатрат в рабочем режиме системы и уравнения для определения эквивалентных коэффициентов вязкого трения. Кроме того, сформулированы условия существования синхронного противофазного режима движения рабочих органов, необходимого для эффективной и устойчивой работы вибрационного макета в квазирезонансном режиме. Выполненное исследование позволяет оценить влияние технологической нагрузки, в частном случае, разрушаемого материала на динамику и устойчивость рабочего режима колебательной системы вибрационного макета на основе двухмассной системы с пространственными движениями рабочих органов. Получены зависимости коэффициента запаса по устойчивости синхронно-синфазного режима вращения дебалансных вибровозбудителей, а также угла рассогласования фаз вращения роторов вибровозбудителей от производительности вибрационного устройства. На основании проведенных теоретических исследований разработан многофункциональный вибрационный макет на основе двухмассной динамической системы. К уникальным отличительным особенностям вибрационного макета можно отнести следующие возможности: изменение жесткости упругой системы в широких пределах; замену тарельчатых пружин с нелинейной жесткостью на винтовые пружины сжатия-растяжения; замену платформенных элементов макета для установки различной технологической оснастки. Для всесторонних исследований электромеханических характеристик вибрационного макета и хранения результатов экспериментов и измерений в базе данных была разработана структурная схема контрольно-управляющей цифровой системы. В результате исследования динамики одномассной многоситовой вибрационной системы со стабильным самосинхронизирующимся приводом, совершающей орбитальные движения, впервые установлена технологическая возможность существенного повышения эффективности классификации сыпучих материалов в толстом слое сырья с принципиально новой последовательностью сепарации «от мелкого класса крупности к крупному». Это открывает перспективу для последующего конструирования высокоэффектиных вибрационных сепарирующих машин нового типа. На основе изучения динамики низкочастотных вибрационных колебательных систем спроектирован, изготовлен и испытан действующий макет дезинтегратора, который впервые в мировой практике позволяет адекватно моделировать промышленный процесс получения строительного щебня из прочных и особо прочных горных пород по гранулометрической характеристике и форме получаемых частиц. Рабочими органами дезинтегратора являются две синхронно работающие щеки, совершающие сложные возвратно-поступающие и эллиптические движения. Использование подобного устройства позволит существенно повысить достоверность и оперативность оценочных работ при разведке и постановке на баланс месторождений нерудных строительных материалов. Этот результат проекта переходит на стадию промышленной реализации. Исследована нелинейная динамика привода вибрационных машин и устройств, приводимых от электродвигателя, расположенного на неподвижном основании, через гибкое сочленение. Показано, как оптимальным образом должны соединяться валы дебалансов машины и приводных электродвигателей, чтобы избежать нежелательных резонансных явлений в приводе. Получены приближенные формулы для присоединенной массы и для коэффициента присоединённого вязкого трения рабочего органа вибрационной машины с технологической нагрузкой, то есть с обрабатываемым сыпучим материалом. Уточнены современные методы проектирования и расчета вибрационных машин с механическими (дебалансными) возбудителями; получены формулы для определения необходимых и устранимых энергозатрат в таких вибрационных машинах. Показано, что явление стохастического резонанса объясняется и исследуется на основе подхода вибрационной механики – как результат изменения под действием высокочастотного возмущения эффективной жесткости системы. Кроме того, показано, что данное явление характерно для широкого круга нелинейных осцилляторов. Исследования стохастического резонанса носят междисциплинарный характер, это явление может быть использовано в вибрационных технологиях как способ резонансного усиления периодического воздействия. Обобщены результаты неразрушающих рентгеновских микротомографических исследований природных твердых материалов, что позволило выявить некоторые общие зависимости и закономерности, характеризующие взаимосвязь отдельных параметров микроструктуры исследуемых материалов, влияющих на процессы их вибрационной дезинтеграции. В работе с этой точки зрения исследованы основные типы прочных и особо прочных изверженных горных пород – гранитов и габбро-диабазов, используемых для производства высококачественного строительного щебня. Впервые установлены технологически важные явления: - концентрация пор экспоненциально снижается при увеличении их размера; однозначная зависимость пористости от концентрации пор отсутствует, что связано с различными размерами пор в структуре пород; - в емкость мелкопористых образцов наибольший вклад вносят мелкокапиллярные поры, при увеличении размера пор в емкости образцов увеличивается доля более крупных пор; - сферичность пор экспоненциально снижается по мере увеличения их размера; - наличие зависимости прочности пород от параметров структуры порового пространства; более низкие пределы прочности при сжатии гранитов по сравнению с габбро-диабазами связаны с порами низкой сферичности, что приводит к увеличению коэффициента ослабления связи минеральных зерен. Проведённые рентгеновские микротомографические исследования дают основания и исходные данные для проектирования новых и совершенствования существующих вибрационных машин и устройств, предназначенных для энергоэффективной дезинтеграции природных и техногенных материалов. Рассмотрено поведение слоя сыпучего материала над интенсивно вибрирующей плоскостью и исследованы характеристики его стационарного возбужденного состояния, при котором частицы материала совершают хаотическое газоподобное движение в поле силы тяжести. Рассмотренная система моделирует широко применяемый в различных технологиях «виброкипящий» слой на основе концепции «гранулярного газа». Впервые составлены уравнения для пространственного изменения концентрации частиц и их кинетической энергии (так называемой гранулярной температуры) и найдено общее аналитическое решение этих уравнений, а также решение краевой задачи о слое со свободной поверхностью сверху и с заданным движением плоскости снизу. При исследовании динамики сыпучих сред в условиях вибраций в целом: - получены уравнения для стационарного состояния вибровозбуждаемого сыпучего материала (гранулярного газа) с учетом немаксвеловского закона распределения по скоростям и наличия существенных градиентов как концентрации так и гранулярной температуры; - сформулированы нелинейные граничные условия на вибрирующей и неподвижной плоскостях; - поставлена и аналитически решена задача о слое со свободной поверхностью; - выведены простые формулы для расчета гранулярной температуры, концентрации и давления вблизи вибрирующей плоскости и в любой точке по высоте слоя а также для лейденфростофского скачка концентрации вблизи возбуждающей плоскости; - выведена формула для энергии, расходуемой на поддержание стационарного состояния слоя. Рассмотрен частный случай движения частицы в слое виброожиженного материала при действии объемной силы — движение парамагнитной частицы в рабочей области электромагнитного сепаратора. Получена оценка среднего времени извлечения частицы, а также статистическая оценка задержки в извлечении за счет соударений извлекаемой частицы с другими частицами исходного материала в виброожиженном слое, что позволило установить необходимое время пребывания материала в рабочей области сепаратора для полного извлечения парамагнитных частиц. Разработанные теоретические основы при дальнейшем развитии и валидировании послужат базой энергетической оптимизации вибрационных процессов и технологий для самых различных отраслей промышленности и цифровой экономики. По результатам исследований, выполненных в 2017 г., опубликованы предусмотренные плановым заданием 10 статей в журналах, индексируемых в базах данных sсopus и W.O.S. Проведена школа молодых учёных с тематической направленностью «Вибрационные эффекты в природе и технологиях». http://mtspb.com/nauchnyy_proekt_rnf/

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. Разработаны принципы численного моделирования сыпучих сред и проведения численных симуляционных исследований их поведения в комбинированных силовых полях при наличии вибраций с целью создания соответствующей модели и технологии переработки тонкодисперсного сырья различного состава в псевдоожиженном состоянии. 2. Для разработки математической модели переработки тонкодисперсного сырья различного состава в псевдоожиженном состоянии были сформулированы, а в дальнейшем, решены две задачи: задача о вибрационном ожижении слоя сыпучего материала и задача о динамике отдельной, подверженной действию силового поля, извлекаемой частицы. На основании решения сформулированных задач были выработаны основы представления динамики виброожиженного сыпучего материала при разделении его в силовых полях с выводом уравнений, являющихся, по сути, впервые созданными численными выражениями разработанной математической модели, в которой учитываются фундаментальные свойства сыпучих материалов, параметры вибрации и силовых полей. 3. На основании теоретических исследований разработаны, изготовлены и испытаны макеты устройств, позволяющие поддерживать сыпучее сырьё в псевдоожиженном состоянии под действием вибрации, предназначенные для эффективного разделения порошковых материалов различного состава с получением кондиционных продуктов крупностью менее 100 мкм, применяемых в различных сферах промышленного производства, в том числе и для аддитивных технологий, где предъявляются особые требования к порошковым материалам. Это, в частности, макет электростатического сепаратора барабанного типа с подачей питания в режиме вибрационного псевдоожижения материала, макет электростатического сепаратора с подачей питания в режиме вибрационного псевдоожижения материала, макет винтового вибрационного классификатора, позволяющий проводить отделение частиц несферической формы. 4. В отчетном периоде сконструирован, изготовлен и испытан действующий макет устройства для испытаний процесса полиградиентной вибрационной классификации. Установлено, что эффективность полиградиентной вибрационной классификации на трапециевидном сите существенно выше, чем на плоском сите, возрастает при этом также удельная производительность [3]. 5. Выполненные исследования полиградиентной классификации будут коммерциализированы путем конструирования и изготовления в НПК «Механобр-технике» вибрационных классифицирующих машин, в первую очередь, для высокоточной подготовки по крупности гранулярных материалов (специальных порошков) для аддитивных технологий, а также путем создания классифицирующих машин -вибрационных грохотов для обогащения минерального и техногенного сырья, имеющего малую плотность, например, каменного угля. 6. Для решения методических вопросов при проведении исследований сконструировано, изготовлено и испытано устройство (прибор) для измерения углов естественного откоса сыпучих материалов, которое может быть использовано в прикладных исследованиях в вибрационной механике сыпучих материалов для горной, металлургической, аддитивных технологий, строительной промышленности и т.п. 7. Выполнены комплексные исследования и сделана количественная оценка энергетического баланса процесса ситовой вибрационной классификации по крупности сыпучих гранулярных материалов [13]. 8. Выполнен подробный обзор мировых достижений по исследованию влияния вибрационных воздействий на флотационные процессы. Определено два направления использования вибрационных эффектов применительно к процессу флотации: вибрация дисперсионной среды и подача пузырьков воздуха, прошедших источник вибрации. 9. Разработано техническое задание и рабочая документация на изготовление уникального специализированного лабораторного вибрационного стенда (действующего макета) для исследования процессов флотации и поведения коллоидных систем в условиях вибрации. Макет позволяет проводить исследования влияний вибрационных воздействий на двух- и трехфазные системы, как в непрерывном, так и в периодическом режиме. Макет изготовлен; разработана предварительная программа экспериментальных исследований с использованием возможностей указанного макета. 10. Продолжены исследования по разработке энергоэффективного способа дезинтеграции особо прочных природных и техногенных материалов на базе вибрационных устройств с двумя подвижными дробящими элементами. На лабораторном образце вибрационной конусной дробилки выполнен цикл экспериментальных исследований. В ходе исследований были получены динамические параметры вынужденных колебаний корпуса и дробящего конуса, условие устойчивости синхронно-синфазного режима вращения вибровозбудителей, а также удельные коэффициенты вязкого сопротивления [14]. 11. В соответствии с планом работ на 2018 год усовершенствована технология дезинтеграции и вибрационной классификации особо хрупкого искусственного материала - стеклоапатита (фосфатного стекла) для минимизации выхода и рециркуляции отсевов, т.е. мелкого некондиционного класса крупности. Этот подход обеспечивает также энергосбережение при переработке этого материала, используемого в качестве пролонгированного удобрения [9]. 12. В течение 2018 года проанализированы результаты применения вибрационной дезинтеграции для переработки широкой гаммы различных материалов природного и техногенного происхождения [2, 5, 7]. Эти результаты дают основание для частичного уточнения плана работ 2019 г., в частности, по подготовке исходных требований для будущих НИР и ОКР по созданию новых вибрационных технологий и машин. Рассмотрены при этом и новые перспективные направления применения вибрационных технологий в сельском хозяйстве с целью получения высокоэффективных кормовых добавок для птицеводства [8]. 13. Продолжены теоретические и экспериментальные исследования по определению важнейших факторов режимных параметров, определяющих энергетически эффективную дезинтеграцию различных материалов природного и техногенного происхождения в вибрационных машинах и устройствах. В части экспериментальных исследований получен очередной комплекс рентгеновских микротомограмм, позволяющих визуализировать внутреннюю структуру, дефекты и поры горных пород, дать способы их количественного описания. Эти результаты подробно изложены в публикации [6] и дают важную информацию для совершенствования технологий вибрационной дезинтеграции. Большой цикл теоретических исследований по механике вибрационного разрушения касался целого ряда специфических вопросов нагружения и деформирования материалов, образования и взаимодействия пор и трещин, превращения их в новые поверхности раздела. Частично эти результаты опубликованы в течение отчетного года в публикации [1]. 14. Выполнен цикл исследований по проблеме стохастического резонанса, который в отличие от обычного резонанса происходит не при изменении частоты воздействия, а при изменении интенсивности случайного воздействия, установлены и описаны закономерности стохастического резонанса в различных нелинейных системах [4,10,11]. Продолжались работы по использованию подхода вибрационной механики и его развитию для решения актуальных прикладных задач. В частности, классическая задача о поведении маятника Стефенсона-Капицы (маятника с вибрирующей осью) решена для значительно более широкой области значений параметров [12]. 15. Разработана предварительная технологическая схема и схемы цепи аппаратов для измельчения металлической стружки и получения порошков из высоколегированных сплавов на основе вибрационного дробильно-измельчительного и классифицирующего технологического оборудования, разработана конструкторская документация и изготовлен макет виброизмельчительного устройства, применение которых перспективно в аддитивных технологиях. Разработана программа проведения исследований, включающая изучение влияния ударных воздействий в дробилке вибрационного принципа действия, а также в ударной дробилке на измельчаемость металлической стружки в виброизмельчителе; поиск оптимальных технологических параметров измельчения стружки высоколегированных сплавов с помощью виброизмельчительного устройства; разработку промышленной технологии вибрационной дезинтеграции металлической стружки для получения высококачественных тонкодисперсных порошков. 16. В течение 2018 г. опубликовано 14 статей в журналах, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) и «Скопус» (Scopus) (см. п. 1.7 отчета о выполнении проекта). Возникли и зарегистрированы 3 исключительных права на результаты интеллектуальной деятельности (см. п. 1.8 отчета о выполнении проекта). http://mtspb.com/nauchnyy_proekt_rnf/

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
За отчетный период (2019 год) по проекту № 17-79-30056 «Вибрационные технологии переработки различных материалов в передовых интеллектуальных производствах - теория, моделирование, основы создания мехатронных комплексов для их реализации» получены следующие научные результаты: 1. Выполнены технологические исследования, направленные на подбор оптимальных режимных параметров для вибрационных технологий сепарации и получения кондиционных товарных продуктов (металлических порошков), отвечающих требованиям использования аддитивных технологий в различных отраслях промышленного производства. Установлен наилучший режим сепарации, при этом выявлено, что применение эффекта вибрационного псевдоожижения материала при подаче питания в рабочую зону сепаратора обеспечивает повышение эффективности разделения в процессе сепарации. 2. Проведены укрупнённые испытания опытно-промышленного электростатического сепаратора барабанного типа с подачей питания в режиме вибрационного псевдоожижения на промышленном предприятии АО «ПОЛЕМА» (г. Тула), являющемся одним из крупнейших отечественных производителей металлических порошков различных марок. 3. Выполнен комплекс исследований по влиянию вибрационных воздействий на гетерогенные коллоидные системы. Исследования проводились с использованием уникального вибрационного стенда, сконструированного и изготовленного на предыдущем этапе проекта в 2018 году. 4. Впервые установлено явление сегрегации по крупности пузырьков воздуха двухфазной пены газ-жидкость под влиянием вибрации в присутствии коллоидных поверхностно-активных веществ. 5. Экспериментально установлен факт повышения селективности распределения скорости прохождения твердых гидрофильных и гидрофобных частиц через пенный слой в условиях вибрационного воздействия, что открывает перспективы совершенствования технологии пенной сепарации минерального сырья. 6. Установлены новые закономерности вибрационной инжекции газа в жидкость, учитывающие параметры вибрации вибрационного стенда в широком диапазоне значений размеров отверстий инжектора и высоты столба жидкости. Выявленные закономерности позволят развить теорию виброинжекции газов в жидкость, а также усовершенствовать промышленную технологию вибрационной флотации и пенной сепарации. 7. Выполнены теоретические исследования, позволяющие оценить влияние угла наклона осей роторов дебалансных вибраторов к горизонтальной плоскости на устойчивость и стабильность синхронно-синфазного режима вращения вибраторов в вибрационной дробилке. Обнаружено, что при одних и тех же параметрах машины увеличение угла наклона осей роторов вибраторов отрицательно сказывается на устойчивости синхронного вращения и стабильности фазировки самосинхронизирующихся вибраторов. Таким образом, вибрационная динамическая система с плоскими колебаниями рабочих органов с точки зрения устойчивости и стабильности является более предпочтительной, и, как следствие, более эффективной и надежной в работе, чем система с пространственными колебаниями рабочих органов. 8. Разработана методика, позволяющая на основании теоретических и экспериментальных исследований определить в режиме рабочего хода численные значения коэффициента вязкого сопротивления колебаниям, а также безразмерного коэффициента запаса по устойчивости синхронно-синфазного режима вращения дебалансных вибраторов. Это, в свою очередь, позволит определить усредненные значения амплитуд колебаний рабочих органов устройства с учетом технологической нагрузки. Возможность вычисления этих значений на стадии рабочего проектирования позволит существенно улучшить параметры устройств, в которых используется рассмотренная динамическая схема. 9. Выполнены экспериментальные исследования вибрационной дезинтеграции перспективного природного типа руд крупнейшего Тырныаузского месторождения вольфрама и молибдена (Северный Кавказ) – так называемых скарнированных мраморов (СМ). Установлено, что только применение вибрационного дробления для дезинтеграции контрастных вольфрамо-молибденовых руд в сочетании с вибрационной классификацией по крупности позволяет достичь эффекта селективного раскрытия рудного сырья, пригодного для последующей кусковой сепарации. 10. Выполнены исследования технологических особенностей и режимных параметров вибрационной дезинтеграции металлической стружки. Получен положительный эффект от снижения крупности продукта дробления высокоскоростного роторного дезинтегратора. Выявлена более высокая эффективность валового способа подачи материала в приемную воронку дробилки (работа «под завалом»), когда осуществляется вибрационное дробление в слое материала, что более продуктивно, чем в монослое при осуществлении дозированного питания. 11. Выполнены исследования трансформации структуры порового пространства горных пород (граниты, габбро-диабазы) при увеличении нагрузки в области упругих и пластических деформаций. В результате выполненных исследований установлены эффекты, возникающие в горных породах, имеющих различную текстуру, структуру и пористость (образцах гранита и габбро-диабаза) под действием нагрузки. 12. Продолжен цикл исследований по проблеме стохастического резонанса. Установлены и описаны закономерности этого резонансного явления в различных нелинейных системах. Дано физическое объяснение и математическое описание явления стохастического резонанса на основе подхода вибрационной механики. Установлено, что для возникновения этого явления не обязательно наличие случайного воздействия – достаточно гармонического воздействия. 13. Исследованы основные источники энергозатрат в вибрационных транспортно-технологических машинах, в частности, грохотах, конвейерах, питателях. В таких машинах изучены энергозатраты, необходимые для вибрационного воздействия на обрабатываемый материал и преодоления сил сопротивления в приводе. Получены формулы для оценки каждого вида энергозатрат в зависимости от параметров вибрации в режимах с подбрасыванием. Сопоставление расчетных данных с техническими характеристиками машин показывает, что, например, для ряда машин их установленные мощности могут быть существенно снижены за счет снижения или устранения пусковых затрат. 14. Аналитически исследовано движение частиц, находящихся в псевдоожиженном состоянии в магнитном и электростатическом полях. Исследование выполнено применительно к расчету усовершенствованных сепараторов для обогащения тонковкрапленных руд. Отличительной особенностью этих машин является интенсивное вибрационное воздействие на исходный материал при его подаче в рабочую зону в псевдоожиженном состоянии. Такие технологии позволяют существенно снизить расход воды, широко применяемой в качестве дисперсионной среды разделения в соответствующих операциях, а в отдельных случаях полностью отказаться от использования воды и перейти к сухим технологиям. 15. Начато исследование вибрационного транспортирования твердых и сыпучих тел по непоступательно вибрирующей поверхности. Обнаружено, что в зависимости от расположения вибраторов относительно центра тяжести можно получить движение материала по направлению к плоскости симметрии или в противоположном направлении. Особенности возникающих движений позволяют рассчитывать на использование результатов при создании новых вибрационных машин для сепарации природных и техногенных материалов. 16. Рассмотрена механико-математическая модель вибрационной машины с тремя степенями свободы и асинхронным электромотором в качестве привода. Схема с тремя степенями свободы позволяет относительно легко определять технологические особенности устройства на разных режимах - в частности, соотношения масс, скорости вращения магнитного поля в асинхронном двигателе и т.д. Более того, в рабочем режиме при снятии информации о фазовых координатах устройства возможно производить управление скоростью вращения магнитного поля для оптимизации технологического процесса, например, дробления конкретного типа руды. 17. Сконструирован, изготовлен и испытан высокоточный лабораторный прибор - устройство для измерения углов откоса сыпучих материалов; показатели значения этих углов используются при расчетах вибрационных транспортирующих и классифицирующих горных и строительных машин. 18. Сконструировано вибрационное классифицирующее устройство и проведены успешные полупромышленные испытания вибрационной технологии утилизации твердой фракции снегоплавления, которые показали возможность эффективного выделения песчаной фракции для последующего рециклинга. 19. Начато промышленное использование вибрационных технологий и машин в ряде новых технологических операций. 20. В рамках проекта были также разработаны: - исходные требования и техническое задание (далее ТЗ) на разработку опытно-промышленного электростатического сепаратора с подачей питания в режиме вибрационного псевдоожижения для разделения порошковых материалов, используемых в аддитивных технологиях, а также технологический регламент для подобных операций; - исходные требования и ТЗ на разработку опытно-промышленного винтового вибрационного классификатора для разделения металлических порошков по форме. - ТЗ на опытно-промышленный сепаратор, работающий по принципу полиградиентной вибрационной классификации по крупности, в том числе, применительно к порошкам для аддитивных технологий и порошковой металлургии, а также оптимальные технологические режимы классификации; - ТЗ на опытно-промышленное устройство - вибрационную конусную дробилку, позволяющую оптимизировать энергетические затраты, в частности, при селективном разрушении твёрдых кусковых материалов, а также оптимальные технологические режимы дробления. 21. В течение 2019 г. опубликовано 23 статьи в журналах, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) и «Скопус» (Scopus), 5 патентов на результаты интеллектуальной деятельности и монография.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
За отчетный период (2020 год) по проекту № 17-79-30056 «Вибрационные технологии переработки различных материалов в передовых интеллектуальных производствах - теория, моделирование, основы создания мехатронных комплексов для их реализации» получены следующие научные результаты: - Отработана технология и получены кондиционные продукты, отвечающие регламентным требованиям аддитивных технологий и порошковой металлургии. Проведены сравнительные испытания разработанных и изготовленных макетов устройств на металлических порошках различных марок и их смесей с целью определения наилучшей эффективности разделения при сепарации. Определены оптимальные режимы сепарации - величина высокого напряжения, конфигурации электродов, величины разряжения в сепарационной камере (мощности вакуумного насоса) и режим предварительного нагрева порошка; - Предложена теория, описывающая вибрационную инжекцию газа в жидкость с параметром ускорения, не превышающим 4g. Опираясь на детальную экспериментальную информацию об образовании пузырьков газа при виброинжекции, удалось более полно объяснить ее с физической точки зрения. Показано, что важным фактором образования пузырька является наличие высокоскоростной струи газа, разгоняющей жидкость вблизи отверстия и придающей пузырьку вытянутую вертикальную форму. Образование пузырька идет в два этапа: рост пузыря при инжекции газа в сосуд и последующий коллапс пузыря с истечением газа из сосуда; вследствие второго этапа размеры пузырьков и оказываются меньше ожидаемого; - Осуществлено моделирование виброинжекции газа в жидкость с помощью boundary integral method, что позволяет прогнозировать конечные размеры пузырьков и реальный расход газа при виброинжекции; при этом результаты численного моделирования хорошо согласуются с натурным экспериментом. Результаты данного исследования могут быть использованы при проектировании диспергаторов газа на основе виброинжекции; - Проведены исследования трехфазных систем «жидкость-газ-твердое» при варьировании частот вибрационного воздействия на скорость прохождения через пенную структуру пробных силикатных частиц различной крупности и формы, как природно-гидрофильных, так и гидрофобизированных. Статистически достоверно установлена разница в скорости прохождения пенного слоя гидрофильными и гидрофобными частицами твердой фазы, а также скорость прохождения твердых частиц округлой (сферической) и угловатой формы. Дано физическое обоснование наблюдаемого характера движения твердых тел, связанное с взаимодействием твердых частиц с межфазными границами в каналах Гиббса пенного слоя. Проведенные исследования позволят сформулировать требования к совершенствованию конструкции флотационных машин различного типа, в том числе, к ресурсосберегающим вибрационным флотомашинам; - Томографическое исследование структуры пористости горных пород показало, что увеличение скорости нагружения приводит к уменьшению абсолютного количества пор, снижению общей пористости, объема порового пространства и концентрации пор. Степень снижения этих показателей находится в зависимости от текстурно-структурных особенностей и физико-механических свойств горных пород. Результаты выполненных исследований косвенно подтверждают выводы о влиянии скорости нагружения на предел прочности при сжатии; - Проведены исследования вибрационной дезинтеграции металлической стружки, изучены особенности и режимные параметры этого метода, а также его сравнение с традиционной технологией измельчения. Приведенные результаты показывают целесообразность и перспективность методов тонкой вибрационной дезинтеграции и позволяют перейти к отдельному, весьма важному направлению исследований, которое следует посвятить углубленному изучению и оптимизации подобных процессов для получения специальных металлических порошков, но с использованием жидких и газовых сред для обеспечения нужного конечного качества, требуемого в особо ответственных изделиях, получаемых аддитивными методами; - Уточнена динамика двухмассных колебательных систем ударного действия. Предложены способы стабилизации рабочего режима на заданных частотах колебаний корпуса и конуса, в частности, до и после порогов Зоммерфельда. Для этого в модель был введен блок временного отключения питания. Эксперименты с модифицированной моделью показали возможность обеспечить таким управлением полноценную устойчивость даже на интервалах неустойчивости; - Закончены теоретические и экспериментальные исследования двухмассной колебательной системы с линейной упругой связью с энергетически оптимальным типом возбуждения колебаний. Разработка и создание вибрационных механических систем с энергетически оптимальным типом возбуждения колебаний, обеспечивающих избирательную, заранее заданную по технологическим соображениям форму колебаний и вибрационный способ воздействия на перерабатываемый материал, позволит существенно снизить энергетические затраты на разрушение твёрдых материалов при их переработке. Кроме того, полученные данные и исходные требования будут являться необходимыми и достаточными для проектирования опытно-промышленных устройств высокой производительности для различных технологий переработки как природного, так и техногенного материала; - Установлено, что при вибрационном способе воздействия на обрабатываемый материал усилие, необходимое для его разрушения, на порядок меньше усилия при «статическом» (медленном) нагружении материала. Получены параметры работы и выявлены численные закономерности, позволяющие перейти к проектированию и созданию цифрового двойника рассмотренного вибрационного устройства; - Обнаружен и исследован эффект периодических пульсаций (циркуляции) энергии в приводе широко распространённых вибрационных машин с инерционным приводом – грохотов, конвейеров, питателей, исследован связанный с ним эффект пульсации частоты в таких устройствах; при этом получены оценки величин пульсации энергии и частоты. На основе анализа нелинейных дифференциальных уравнений системы во втором приближении показано, что в действительности в таких устройствах систематически происходит обмен энергией между ротором и колеблющимся телом. При этом частота вращения ротора колеблется в течение каждого оборота как с исходной частотой, так и с кратными частотами. В результате, ускорение колеблющегося тела также приобретает гармоники с кратными частотами; - Выполнено исследование влияния вибрации на процесс кипения жидкости. Экспериментально получены характерные графики зависимостей температуры начала интенсивного парообразования и пузырькового кипения от параметров вибрации; - Выполнено исследование движения слоя сыпучей среды при вибрационном воздействии, получены формулы для оценки скорости вибрационного транспортирования штучных грузов и сыпучего материала в основных режимах работы вибрационных транспортно-технологических машин. Результаты вычислений по предлагаемым формулам обнаруживают хорошее согласие с известными и специально полученными в данной работе экспериментальными данными; - Разработаны методы вибрационной механики для вращающихся механизмов с высокочастотными колебаниями несущих тел с целью разработки методов управления их низкочастотными характеристиками. Получено общее уравнение для усредненного уравнения вращающегося многомассового механизма с одной степенью свободы при наличии высокочастотных стохастических колебаний носителя. Данное уравнение аналогично исходному уравнению при отсутствии возбуждения с одним модифицированным инерционным коэффициентом в выражении для кинетической энергии и модифицированной диссипативной функцией, которые зависят от интенсивности случайного процесса. Получены общие выражения для положения точки равновесия и для собственной частоты медленных движений вблизи этой точки; - Получена теория сыпучей среды в контексте создания новых высокоэффективных вибрационных машин для ее переработки и моделирование взаимодействия сыпучей среды как гранулярного газа с рабочим органом технологического агрегата c целью энергетической оптимизации процесса переработки материала; - Разработаны новые динамические гасители колебаний маятникового типа. С целью повышения эффективности данных устройств предложено использовать магниты, прикрепляемые к маятнику. Под действием магнитных сил маятник поглощает больше энергии вибрации несущей системы, что приводит к существенному расширению рабочего диапазона частот устройства. Получены выражения, описывающие динамику несущей системы при наличии предложенного нового гасителя колебаний. Найдены оптимальные значения параметров гасителя колебаний, обеспечивающие его максимальную эффективность; - Усовершенствованы конструкции и коммерциализированы совместно с заинтересованными партнерами лабораторные приборы для измерения углов естественного откоса гранулярных материалов и для перемешивания (усреднения) проб сыпучих материалов к измерениям. Разработана технологическая линия для получения высококачественных порошковых материалов. Изготовлен электростатический барабанный сепаратор с вибрационной подачей материала. Создана полупромышленная вибрационная конусная дробилка на основе двухмассной системы с механическими вибровозбудителями колебаний. Данные агрегаты и оборудование успешно коммерциализированы и подготовлены к серийному производству; - Наиболее эффективно к настоящему времени результаты новых исследований и разработок, выполненных в рамках данного проекта, используются в конструкциях вибрационных грохотов. Это связано с тем, что грохоты являются наиболее массовой продукцией НПК «Механобр-техника», имеют объемный рынок и широкий сбыт. Ежегодно по этому направлению выполняется до 50 заказов, при этом возникают принципиально новые технологические задачи, которые невозможно решить с применением ранее созданных машин. Новые знания, полученные благодаря исследованиям, выполненным в данном Проекте, позволяют существенно уточнить методы расчета, интенсифицировать динамические режимы и улучшить технологические показатели; - В течение 2020 г. опубликовано 12 статей в журналах, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (WebofScienceCoreCollection) и «Скопус» (Scopus); - Частично результаты исследований вошли в монографию Л.А. Вайсберг, О.В. Кононов, И. Д. Устинов. Основы геометаллургии (Монография) // Санкт-Петербург: Русская коллекция, 2020.- 376 с.: ил., табл. ISBN 978-5 00067-095-8, вышедшую из печати в 2020 году. https://mtspb.com/nauchnyy-proekt-rnf/