Математична модель системи ''вібраційна машина – ущільнюване середовище'' для установки з керованим електромагнітним приводом

dc.contributor.authorДжангиров М. В.
dc.contributor.authorDzhanhyrov Maksym V.
dc.date.accessioned2026-10-05T07:36:50Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractМета. Розробка комплексних математичних моделей динамічної взаємодії цементобетонної суміші з робочими органами вібраційної установки під час реалізації вертикальних гармонічних коливань. Дослідження спрямоване на встановлення взаємозв’язків між реологічними та фізико-механічними характеристиками суміші, товщиною ущільнюваного шару та динамічними характеристиками керованого електромагнітного привода. Методика. В основу дослідження покладено фундаментальні принципи класичної теорії механічних коливань та методи механіки суцільного середовища. Для опису поведінки бетонної суміші використано апарат диференціальних рівнянь у частинних похідних. Математичне моделювання реалізовано з використанням чисельних методів розв’язання та імітаційного моделювання у середовищах MathCAD та MATLAB/Simulink, що дозволило врахувати нелінійність електромагнітної сили, дисипативні властивості середовища та їх зміну у часі. Результати. Розроблено динамічну модель системи «вібраційна машина – ущільнюване середовище», яка враховує трансформацію енергії від керованого електромагнітного привода до робочого органу та безпосередньо вглиб бетонного масиву. Шляхом чисельного розв’язання отримано амплітудно-частотні характеристики, що описують поведінку системи за різних режимів збурення. Побудована імітаційна модель дозволяє візуалізувати процеси поширення хвиль ущільнення в шарі бетону та визначати зони ефективного впливу. Проведене порівняння результатів комп’ютерного моделювання з класичними аналітичними розрахунками підтвердило адекватність запропонованого підходу у межах прийнятих припущень. Наукова новизна. Отримала подальший розвиток математична модель взаємодії віброплатформи з цементобетонним середовищем, представленим як система з розподіленими параметрами, що дозволяє враховувати зміну жорсткості та в’язкості суміші залежно від фізико-механічних характеристик (динамічного модуля пружної деформації від 2,3 до 5 МПа, густини суміші від 1830 до 2420 кг/м3 ) і товщини ущільнюваного шару (від 0,05 до 0,3 м). Завдяки можливості використання в моделі довільних вхідних змушуючих сил, вона може бути адаптована для проектування та дослідження полічастотних вібраційних систем, що забезпечують більш рівномірне ущільнення за рахунок накладання коливань різних частот. Практична значимість. Отримані моделі та алгоритми розрахунку можуть бути використані проектними організаціями при розробці нового вібраційного обладнання. Застосування створених моделей у середовищах MATLAB/Simulink дозволяє скоротити етап налагодження обладнання та забезпечити якісне ущільнення бетонної суміші за рахунок автоматичного підбору частотних режимів залежно від характеристик суміші.
dc.description.abstractengPurpose. The development of comprehensive mathematical models for the dynamic interaction between a cement concrete mixture and the working organs of a vibration unit during vertical harmonic oscillations. The study aims to establish the relationships between the rheological and physical-mechanical characteristics of the mixture, the thickness of the compacted layer, and the dynamic performance of a controlled electromagnetic drive system. Method. The research is based on the fundamental principles of classical mechanical vibration theory and continuum mechanics. The behavior of the concrete mixture is described using partial differential equations. Mathematical modeling was implemented through numerical methods and simulation within MathCAD and MATLAB/Simulink environments. This approach allowed for the inclusion of electromagnetic force nonlinearity, the dissipative properties of the medium, and their temporal variations. Results. A dynamic model of the "vibration machine – compacted medium" system was developed, accounting for energy transformation from the controlled electromagnetic drive system to the working organ and directly into the concrete mass. Through numerical solutions, amplitude-frequency characteristics describing the system's behavior under various excitation modes were obtained. The constructed simulation model enables the visualization of compaction wave propagation within the concrete layer and identifies zones of effective impact. A comparison between computer simulation results and classical analytical calculations confirmed the adequacy of the proposed approach within the accepted assumptions. Scientific novelty. A mathematical model of the interaction between a vibrating platform and a cement concrete medium, represented as a system with distributed parameters, has been developed. This model accounts for changes in the mixture's stiffness and viscosity depending on its physicalmechanical characteristics (dynamic elastic modulus: from 2.3 to 5 MPa, mixture density: from 1830 to 2420 kg/m³) and the thickness of the compacted layer (from 0.05 to 0.3 m). Due to the ability to utilize arbitrary input driving forces, the model can be adapted for the design and investigation of multi-frequency vibration systems, which provide more uniform compaction by superimposing oscillations of different frequencies. Practical importance. The developed models and calculation algorithms can be utilized by design organizations when developing new vibration equipment. Implementing these models within MATLAB/Simulink environments reduces the equipment tuning stage and ensures high-quality compaction of the concrete mixture through the automatic selection of frequency modes based on the mixture's specific characteristics.
dc.identifier.citationДжангиров, М. В. Математична модель системи ''вібраційна машина – ущільнюване середовище'' для установки з керованим електромагнітним приводом = Mathematical model of the ''vibratory machine – compacted medium'' system for a unit with a controlled electromagnetic drive system / М. В. Джангиров // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : Гельветика, 2026. – № 1 (504), т. 1. – С. 216–226.
dc.identifier.govdochttps://doi.org/10.15589/znp2026.1(503).1.25
dc.identifier.issn2311-3405 (Print)
dc.identifier.issn2313-0415 (Online)
dc.identifier.urihttps://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/13758
dc.language.isouk
dc.relation.ispartofseries666.97.033.16:621.313
dc.subjectвібраційна машина
dc.subjectелектропривод
dc.subjectбетонна суміш
dc.subjectматематичне та імітаційне моделювання
dc.subjectчастотні характеристики
dc.subjectvibration machine
dc.subjectelectromagnetic drive system
dc.subjectconcrete mixture
dc.subjectmathematical and simulation modeling
dc.subjectfrequency characteristics
dc.titleМатематична модель системи ''вібраційна машина – ущільнюване середовище'' для установки з керованим електромагнітним приводом
dc.title.alternativeMathematical model of the ''vibratory machine – compacted medium'' system for a unit with a controlled electromagnetic drive system
dc.typeСтаття

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Dzhanhyrov Maksym V.pdf
Size:
564.64 KB
Format:
Adobe Portable Document Format