Технология очистки сточных вод горных и металлургических предприятий с применением реагента комплексного действия ГлиПет
Для очистки техногенных сточных вод предприятий горной и металлургической промышленности от токсичных тяжелых металлов разработан реагент комплексного действия ГлиПЕТ (Патент № 252263).
Применение данного реагента позволяет обеспечить высокое качество очищенной воды за счет удаления токсичных тяжелых металлов до 98%, повышения прозрачности воды до 24-30 см и увеличения концентрации растворенного кислорода до 4,2-6 мг/л, а также получать целевые товарные продукты, состоящие из ценных металлов.
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник
Ответственный исполнитель: доц., канд. экон. наук Ю.А. Карелина
Термохимическая аммонийно-хлоридная технология переработки сульфидного техногенного сырья горных предприятий с целью извлечения из него золота и серебра. Расчёт эколого-экономической эффективности внедрения технологии в условиях ГОКов
Применение данной технологии позволяет получать из лежалых отвалов флотационного обогащения медно-колчеданных руд, золота до 95% и 87% серебра, не затрагивая пустую породу, представленную кремнеземом и глиноземом, не требуя высоких энергозатрат.
Перспективность данного исследования связана с существенным истощением балансовых запасов руд коренных месторождений благородных металлов, с накапливанием твердых техногенных отходов обогащения и с отсутствием простых, высокоэффективных и экономически рентабельных технологий получения ценных золото – и серебросодержащих продуктов из сульфидных отходов обогащения медно-цинково-пиритного сырья. Применение данного метода актуально и для создания замкнутого безотходного цикла переработки техногенного сырья.
Экономический эффект от внедрения разработки может составить до 150 млн. рублей в год.
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник
Ответственные исполнители: инженер канд.техн.наук ООО УралЭнергоРесурс Е.В. Леонтьева, доц., канд. экон. наук Ю.А. Карелина
Ресурсосберегающая технология комплексной переработки гидроминерального сырья медно-цинковых горных предприятий. Расчёт эколого-экономической эффективности внедрения технологии в условиях ГОКов
Технология включает следующие стадии: извлечение цинка (при рН 2-3) и меди (при рН 7-8) методом напорной флотации в ходе поэтапной нейтрализации технологических растворов с использованием реагента-собирателя РОЛ (Патент № 2359920, Серебряная медаль Международного Салона «АРХИМЕД»), получение гидролитических осадков при рН 10-11; их кондиционирование в процессах коагуляции и флокуляции; реутилизацию металлсодержащих шламов и регенерацию реагента–собирателя РОЛ.
Применение данной технологии на ГОКах позволяет рассматривать кислые рудничные воды не как отходы предприятия, а как дополнительный источник техногенных гидроминеральных ресурсов для получения ценных компонентов – меди и цинка, резко снизить экологический ущерб от нерегулируемого сброса кислых рудничных вод и довести качество очищаемой кислой рудничной воды до норм ПДКрыб/хоз. Предложенные в работе способы реутилизации образующихся вторичных продуктов переработки позволяют получать металлсодержащее кондиционное сырьё для гидрометаллургии и (или) реагенты-модификаторы - медный и цинковый купоросы, а также компоненты закладочных смесей для горно-технических работ. Проведены опытно-промышленные испытания в условиях ПАО «Гайский ГОК». Эколого-экономическая эффективность от внедрения разработанной технологии составит 217,51 млн.р./год.
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник
Ответственный исполнитель: доц., канд. экон. наук Ю.А. Карелина
Технология электрохимической переработки техногенных вод с возможностью селективного извлечения металлов в виде кондиционного сырья
Разработана технология комплексной переработки техногенных вод горных предприятий с высоким содержанием марганца, позволяющей в комплексе с медью и железом извлекать марганец в виде кондиционного товарного сырья, при одновременном снижении концентрации металлов в стоках до норм ПДК. Проведены опытно-промышленные испытания в условиях Бурибаевского ГОКа (УГМГ - Холдинг). Эколого-экономический эффект от внедрения разработанной технологии составляет 9,43 млн. р./год. Получен патент РФ № 97123, авторы которого награждены серебряной медалью в конкурсе изобретений и инновационных технологий «Архимед»
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник
Ответственный исполнитель: доц., канд. техн. наук О.А. Мишурина
Получение композиционных материалов на основе вторичной целлюлозы с заданными потребительскими свойствами
Результаты исследований направлены на разработку технологий получения многослойных целлюлозных композиционных материалов (ЦКМ) для создания бумажной упаковки с заданным балансом сорбционных свойств поверхности и заданной капиллярно-пористой структурой основы (бумаги или картона) при использовании в качестве основного волокнистого полуфабриката волокон вторичной целлюлозы.
Результаты исследований внедрены на предприятиях, занимающихся производством тары и упаковки из картона и гофрокартона. Экономический эффект от внедрения составляет 1,6 млн. рублей.
Руководитель разработки: доц., канд. техн. наук О.А. Мишурина
Технология электрохимической переработки марганецсодержащих техногенных вод Буребаевского месторождения
Разработана технология комплексной переработки техногенных вод горных предприятий с высоким содержанием марганца, позволяющей в комплексе с медью и железом извлекать марганец в виде кондиционного товарного сырья, при одновременном снижении концентрации металлов в стоках до норм ПДК. Проведены опытно-промышленные испытания в условиях Бурибаевского ГОКа (УГМГ - Холдинг).
Эколого-экономический эффект от внедрения разработанной технологии составляет 9,43 млн. р./год. Получен патент РФ № 97123, авторы которого награждены серебряной медалью в конкурсе изобретений и инновационных технологий «Архимед»
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник
Ответственный исполнитель: доц., канд. техн. наук О.А. Мишурина
Получение целлюлозных композиционных материалов из макулатурного сырья с заданными потребительскими свойствами
Результаты исследований направлены на разработку технологий получения многослойных целлюлозных композиционных материалов (ЦКМ) для создания бумажной упаковки с заданным балансом сорбционных свойств поверхности и заданной капиллярно-пористой структурой основы (бумаги или картона) при использовании в качестве основного волокнистого полуфабриката волокон вторичной целлюлозы.
Результаты исследований внедрены на предприятиях, занимающихся производством тары и упаковки из картона и гофрокартона. Экономический эффект от внедрения составляет 1,6 млн. рублей.
Руководитель разработки: доц., канд. техн. наук О.А. Мишурина
Создание композиционных материалов на основе вторичных полимеров и техногенных минеральных отходов
Проект предусматривает возможность получения композиционных материалов из техногенного минерального сырья (золы и золошлака Южноуральской ГРЭС и Троицкой ГРЭС, доменного шлака ММК) и вторичных полимеров поливинилхлоридов, полиэтиленов и полипропиленов, которые обладают рядом ценных технологических свойств: лёгкостью, низкой теплопроводностью, высокой механической прочностью, химической стойкостью, отвечающий требованиям пожаро- и экологической безопасности, а также низкой стоимостью. Минеральные наполнители позволяют снизить стоимость полимерных материалов и изделий из них. Широкий выбор и практически неограниченные ресурсы легкодоступных и относительно дешевых дисперсных минеральных наполнителей обеспечивают им высокую конкурентоспособность в промышленном производстве наполненных полимерных композитов. Способом придания дополнительных или улучшения имеющихся свойств является вспенивание композита. Вспененные материалы обладают меньшим весом, лучшими тепло- и звукоизоляционными свойствами, меняют прочностные характеристики. Полученные композиты могут быть использованы в строительной, рекламной, упаковочной отраслях.
Руководители разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник, доц., канд. техн. наук Э.Р. Муллина, ст. преп. А.П. Пономарев
Исследование эффективности применения «преобразователей ржавчины» производства «NanoTechFamGiti» (Иран) для защиты металлопродукции от коррозии
Защита металлопродукции от коррозии остаётся одной из ключевых задач металлообрабатывающей отрасли. Самым распространённым способом защиты является нанесение на поверхность металла покрытий, препятствующих его разрушению под действием коррозионных агентов окружающей среды. Технологии получения покрытий требуют предварительной очистки металлической поверхности от окислов и других загрязнений. Такую очистку обычно проводят либо путём механической обработки, либо с помощью растворов серной и соляной кислот. Применяемые способы очистки оказывают негативное влияние на здоровье обслуживающего персонала и экологическую обстановку. Альтернативой этим технологиям является использование преобразователей ржавчины, которые взаимодействуют с продуктами коррозии и создают на поверхности металла прочный защитный слой, пригодный для нанесения на него покрытий.
В работе изучается эффективность действия преобразователей ржавчины производства «Nano Tech Fam Giti» (Иран) на показатели коррозии металлопродукции по сравнению с известными на этом рынке реагентами производства ООО «НПП Астрохим» (Россия), ООО «Автохимпроект» (Россия), «Hi-Gear Products, Inc.» (США).
Эффективность применения преобразователей ржавчины оценивали по результатам коррозионных испытаний при воздействии нейтрального соляного тумана. Наибольшую защиту от воздействия коррозионных агентов обеспечивает преобразователь ржавчины «NTF 1N» («Nano Tech Fam Giti», Иран).
Наиболее широко преобразователи ржавчины используются в автомобильной промышленности для обработки кузовов транспортных средств и в строительной сфере при сооружении различных металлических конструкций, прокладке трубопроводов.
Руководители разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник, ст. преп. А.П. Пономарев, магистрант В.А. Басков
Методика оценки возможности применения изделий из многокомпонентных полимерных материалов при повышенных температурах
Методика основана на исследовании состава и температурных характеристик многокомпонентных полимерных материалов методом синхронного термического анализа. По результатам анализа могут быть вычислены рекомендуемый верхний предел температуры эксплуатации и допустимая температура эксплуатации (при кратковременном воздействии) изделия из исследованного материала. Экономический эффект от внедрения может составить более 2 млн. рублей.
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник
Ответственный исполнитель: ст. преп. А.П. Пономарев
Создание фирменного стиля компании, предполагающего комплексное сочетание вербальных и визуальных элементов
Актуальность существования проработанного фирменного стиля компании продиктована не только необходимостью выделения и позиционирования предприятия среди других подобных, но и созданием его благоприятного имиджа, интереса потенциальных потребителей и партнеров. Что обеспечит также узнаваемость и запоминаемость фирмы, торговой марки производителя товаров или услуг. Работа по созданию фирменного стиля может включать проработку его основных элементов (фирменного знака, фирменного цвета, фирменного шрифта, слогана и др.), модульную верстку и поиск определенных стилистических ходов в дизайне основных носителей фирменного стиля: деловой документации (фирменный бланк переписки, конверт, визитная карточка, фирменный бэйдж сотрудника); сувенирной и рекламной продукции (авторучка, кружка, флэшка, магнитик, упаковочная продукция, элементы корпоративной одежды - кепка, футболка, галстук); рекламной полиграфии (папка для рекламных материалов, приглашение, блокнот, грамота, календарь, листовки, баннер.); корпоративного пространства (принцип оформления корпоративного пространства, зала пресс-конференций и т.д.).
Руководители разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник, ст. преп. А.В. Смирнова
Технология комплексной переработки железного концентрата АО «Святогор» Волковского месторождения с извлечением железа, ванадия и титана
В современных условиях экономической нестабильности, наложения санкций и роста иностранной валюты особенно остро встает проблема комплексного использования минерального сырья с получением товарных продуктов. С этой точки зрения титано-магнетитовые руды и продукты их обогащения, в частности концентраты железные, являются перспективным поликомпонентным сырьем для извлечения железа, ванадия и титана.
Разработанная комплексная технология относится к химическому обогащению и представляет собой физико-химическую переработку (кислотное выщелачивание, электролиз и ионную флотацию) железного концентрата титаномагнетитовой руды АО «Святогор». В кондиционные товарные продукты извлекается и концентрируется до 95,64% железа, 92,05% ванадия и 97,16% титана.
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук Н.Л. Медяник
Ответственный исполнитель: ст. преп. А.В. Смирнова
Технология производства молочных продуктов лечебно-профилактического назначения обогащенных овощными цукатами
Технология позволяет расширить ассортимент функциональных продуктов, предназначенных для потребителей различного возраста и социального статуса, проживающих в неблагоприятных условиях окружающей среды.
В производстве новых йогуртов используется растительное сырье, выращиваемое в России повсеместно - овощи (свекла, морковь, тыква). Из растительного сырья предварительно изготавливаются по разработанной технологии цукаты. Овощи содержат необходимые для организма минеральные вещества, органические кислоты, витамины и пектиновые вещества. Последние выполняют ряд важных функций: очищают внутреннюю поверхность желудочно-кишечного тракта, улучшая всасывание пищевых веществ; сорбируют и выводят из организма вредные органические и неорганические вещества; усиливают перистальтику кишечника.
Технология позволяет выпускать йогурты различной консистенции, а оптимальное соотношение молочного и растительного компонентов создает полезные лечебно-профилактические продукты с оригинальными вкусовыми композициями.
Руководитель разработки: доц., канд. с.-х. наук И.А. Долматова
Технология производства творожных продуктов, обогащенных ягодами паслена садового санберри
Целью работы является разработка технологии производства нового творожного продукта функционального назначения с использованием цукатов ягод санберри. Паслен садовый хорошо растет в Челябинской области, морозоустойчив, дает стабильно высокие урожаи и обладает целым рядом ценных качеств: высокая минеральная ценность, наличие пектиновых веществ, с высокими комплексообразующими свойствами, уникальный состав органических кислот. Разработана технология производства цукатов из ягод, подобрано оптимальное соотношение творожного и растительного сырья, изучены физико-химические и микробиологические показатели качества нового продукта.
Получен качественный продукт, обладающий приятным цветом и хорошими органолептическими свойствами. Обогащение творожных продуктов, позволит расширить их ассортиментную линейку, а использование местного сырья сохранить низкую себестоимость. Продукт предназначен для лечебно-профилактического питания, так как детоксикационные свойства пектиновых веществ позволяют снизить неблагоприятное действие окружающей среды.
Руководитель разработки: доц., канд. биол. наук Т.Н. Зайцева
Технология производства макаронных изделий, обогащенных растительными компонентами
Задача исследования - повышение биологической ценности пищевых продуктов и экономия сырьевых ресурсов, которая решается при обогащении продуктов питания, которые предназначены для систематического и регулярного применения в составе обычных пищевых рационов всеми группами здорового населения.
Цель работы: разработка технологии производства высококачественных макаронных изделий с использованием различных видов нетрадиционного растительного сырья, обладающего ценным химическим составом и придающего макаронным изделиям профилактические свойства.
В качестве обогатителя используем тыквенную муку, которая является богатым источником полноценного и легкоусвояемого растительного белка (40%), содержит незаменимые аминокислоты и белок кукурбитин обладающий антигельминтным действием. Определено соотношение компонентов сырья (муки твердых сортов пшеницы и семян тыквы). Обогащение осуществляется на стадии смешивания муки с водой. Полученное тесто пластично, легко формуется, при сушке не растрескивается. Продукт обладает уникальным приятным вкусом, имеет желтую окраску. При варке снижается количество веществ, переходящих в варочную воду. Исследуются структурно-механические, физико-химические и микробиологические показатели продукта.
Руководитель разработки: доц., канд. биол. наук Т.Н. Зайцева
Технология производства масляной пасты с дигидрокверцетином и пектином
В связи с ростом числа алиментарно-зависимых заболеваний является актуальным расширение ассортимента молочной продукции пониженной жирности, содержащей функциональные ингредиенты.
Внесение в масляную пасту дигидрокверцетина «Лавитол» и пектина позволяет обогатить состав продукта пищевыми волокнами, витаминами и минеральными веществами. Дигидрокверцетин – это флавоноид, получаемый из древесины сибирской лиственницы, лиственницы Гмелина или даурской лиственницы. Благодаря высокой антиоксидантной активности, дигидрокверцетин обладает лечебно-профилактическими свойствами. Полисахарид пектин оказывает благоприятное воздействие на организм человека за счет улучшения перистальтики кишечника, способности связывать тяжелые металлы, радионуклиды и выводить их из организма.
Совместное обогащение масляных паст дигидрокверцетином и пектином, позволяет получить высококачественный молочный продукт, обладающий функциональными свойствами. Разработанный продукт предназначен для систематического употребления населением всех возрастных групп и может быть произведен на молокоперерабатывающих предприятиях любой мощности.
Руководитель разработки: ст. преп., канд. с-х. наук М.А. Зяблицева
Технология производства биойогуртов с натуральными пищевыми красителями
Популяризация принципов здорового питания привела к тому, что современные потребители все чаще отдают свое предпочтение натуральной продукции, без искусственных ингредиентов и пищевых добавок.
Целью работы является разработка рецептуры и технологии изготовления биойогуртов с натуральными пищевыми красителями из растительного сырья. Как было установлено натуральные пищевые красители не только выполняют функцию окрашивания продукта, но и улучшают качественные характеристики продукта – стабилизируют консистенцию, придают нежный вкус и аромат.
Разработанная рецептура и технологическая схема производства биойогуртов с натуральными пищевыми красителями из растительного сырья могут быть внедрены на молочные предприятия любой мощности, где имеются линии по производству йогуртов, без дополнительных затрат на оборудование.
Руководитель разработки: ст. преп., канд. с-х. наук М.А. Зяблицева
Технология плазменно-кавитационной обработки поверхности металлоизделий для очистки и формирования различных функциональных покрытий
Разработка имеет многоотраслевое применение для очистки металлических поверхностей (углеродистых и нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов и т.д.) от окалины, следов коррозии и других загрязнений при подготовке перед нанесением покрытий различного функционального назначения, окраской или выполнением иных технологических операций, а также непосредственно для нанесения металлических покрытий. Качество покрытия, в частности цинкового, получаемого по данной технологии, выше, чем у покрытия, формируемого из расплава или гальваническим способом. Технология обеспечивает достижение высоких эксплуатационных свойств обработанной поверхности и покрытий: повышенную коррозионную стойкость, улучшенные механические свойства готового изделия, отсутствие отслаивания покрытий в самых жёстких условиях эксплуатации. Оборудование для реализации технологии отличается компактностью. Ожидаемый экономический эффект обеспечивается снижением капитальных затрат на реализацию технологий. Он может составить более 5 млн. руб. На технологию получены патенты России и США: № 2077611 РФ, № 5700366 US.
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук В.Л. Стеблянко
Ответственный исполнитель: ст. преп. А.П. Пономарев
Методика оценки скорости деформации при обработке давлением как фактора дефектообразования в готовом изделии
В основе методики лежит сопоставление времени деформирования материала в зависимости от скорости деформации для получения готового изделия и времени релаксации остаточных напряжений до заданного уровня, исключающего образование дефектов в готовом изделии, при различных скоростях деформации. Результаты проведённого анализа позволяют оптимизировать процесс производства с учётом требуемой производительности. Экономический эффект от внедрения может составить более 3 млн. рублей.
Руководитель разработки: проф., д-р техн. наук В.Л. Стеблянко
Ответственный исполнитель: ст. преп. А.П. Пономарев
Разработка технологий производства продукции с регламентированной микротопографией поверхности
- Разработка технологии электроэрозионной обработки рабочих валков ЛПЦ-11, ЛПЦ-5, ЦП на установке "Profitex 60S".
- Разработка технологии производства горячекатаного проката с регламентированной микротопографией поверхности в ЛПЦ-5 ОАО "ММК" для обеспечения требований изготовителей дисков колес.
- Разработка технологии электроэррозионной обработки рабочих валков дрессировочных клетей комбинированного агрегата АНО/АНГЦ и АНГЦ-3.
- Разработка режимов текстурирования поверхности рабочих валков на электроэрозионной установке "HERKULES" ЛПЦ №5.
- Патент на изобретение RU 2533243 c2 ,2014 Способ текстурирования поверхности рабочего валка листопрокатной клети после шлифования с обеспечением получения регламентированных параметров шероховатости поверхности.
- Патент на полезную модель №139676 2014 Устройство для обработки поверхностей металлов и сплавов.
- СВИДЕТЕЛЬСТВО о гос. регистрации программ для ЭВМ № 2013611869 . ОБ ПДТ. от 20.12.2012 «Расчет 3D микротопографических характеристик поверхностей шероховатости и волнистости»
Руководитель разработки: проф., канд. физ.-мат. наук В.К. Белов
Исследование влияния постоянного и переменного магнитных полей на кинетику кристаллизации и физико-механические свойства силуминов
Силумины являются востребованными алюминиевыми сплавами, обладающими достаточно хорошими литейными свойствами, позволяющими готовить полуфабрикаты и готовые изделия. С целью получения качественных литых полуфабрикатов с наперед заданными физико-механическими свойствами исследуется влияние пондеромоторных и других воздействий со стороны магнитного поля на расплавы силуминов. Для проведения исследования разработана и изготовлена экспериментальная установка, состоящая из: 1) электрической печи сопротивления на силитовых стержнях; 2) управляемого кристаллизатора, позволяющего изменять градиент температуры охлаждаемого расплава, совмещенного с катушкой, позволяющей создавать магнитное поле (постоянное или переменное) с заданной величиной напряженности.
Результаты исследования показывают, что электросопротивление обработанных магнитным полем сплавов возрастает, а теплопроводность убывает по сравнению со сплавом, полученным без обработки магнитным полем.
Руководитель разработки: доц., канд. физ.-мат. наук Г.А. Дубский
Магнитогидродинамика жидкого металла, движущегося в переменном магнитном поле
Одной из основных задач данной работы является разработка физико-математической модели влияния переменного магнитного поля на расплав металла, движущегося между параллельными вертикальными твердыми плоскостями. Модель позволяет получить выражения, характеризующие зависимость скорости течения металлического расплава и внутреннего давления от переменного магнитного поля.
Наличие переменного магнитного поля приводит к появлению пондеромоторных сил, за счет которых возможен процесс вращения металла, что приводит к гомогенизации распределения примесей по объему слитка и, как следствие, к улучшению его механических свойств. Кроме того, интенсивные пондеромоторные силы разрушают дендритную структуру, что способствует размельчению кристаллических зерен в слитке и приводит к улучшению прочностных характеристик, а также к улучшению его пластичности при обработке методом ОМД.
Руководитель разработки: доц., канд. физ.-мат. наук Г.А. Дубский
Исследование распространения упругих волн в непрерывно неоднородных средах
Примерами непрерывно неоднородных сред являются: атмосфера Земли с непостоянной по высоте температурой; вода в океане с различной соленостью по глубине; твердотельные изделия с разной твердостью по толщине и др. Для всех подобных сред наблюдается особенность, заключающаяся в зависимости скорости распространения упругих волн от координат. Наличие такой особенности приводит к искривлению их траектории распространения.
Разработана физико-математическая модель траектории распространения ультразвукового луча в непрерывно неоднородной среде. Проводится теоретическое исследование этой модели, результаты которого будут использованы при разработке методов неразрушающего ультразвукового контроля металлоизделий с упрочненным слоем, получаемым при их термической обработке.
Руководитель разработки: доц., канд. физ.-мат. наук Д.М. Долгушин
Теоретическое исследование структуры и свойств углеродных наноматериалов
Различная координация атомов в структуре соединений определяет состояния гибридизации электронных орбиталей углеродных атомов, которые могут быть как основными sp, sp2, sp3, так и промежуточными spm, spn (1<n<2, 2<m<3). За счет варьирования соотношения атомов в разных состояниях возможно получение углеродных материалов с требуемыми свойствами. Это позволяет использовать углеродные материалы в разнообразных технических приложениях в электронике, водородной и солнечной энергетике, устройствах для сепарации газовых смесей, очистки воды от примесей, а также применения их в медицине и биологии. Успешное решение задачи синтеза новых материалов напрямую связано с теоретическим исследованием их структуры, свойств и параметров устойчивого существования.
Методом теории функционала плотности выполнено теоретическое исследование структуры, устойчивости, электронных свойств и процесса формирования новых углеродных наноструктур.
Руководитель разработки: доц., канд. физ.-мат. наук В.В. Мавринский
Модель теплового состояния горячекатаной полосы в процессе ускоренного охлаждения
Получено соотношение для определения локальной плотности теплового потока при охлаждении высокотемпературной поверхности жидкостной струей с учетом скорости ее натекания и диаметра в условиях переходного режима кипения жидкости. Составлена локальная физико-математическая модель ламинарного охлаждения движущегося листа на отводящем рольганге с учетом зон столкновения струй, пленочного кипения, конвективного и радиационного охлаждения в воздушной среде.
На основе данной модели получены распределения температуры в листе в направлении движения и в поперечном сечении. Проведен анализ влияния схемы расположения струй на температурное поле листа.
Корректность математической модели теплообмена и программы расчета температурного поля проверена сравнением данных температурного режима действующего стана 2000 горячей прокатки ПАО «ММК» с данными расчета для конкретной марки стали. Для действующей системы стана 2000 ПАО «ММК» получены поперечные распределения температуры при разных схемах расположения струй, а также продольные распределения на срезах листа с максимальными перепадами температур.
Руководитель разработки: доц., канд. техн. наук А.В. Колдин
Волновая функция фотона в координатном представлении
На основе уравнений Максвелла для свободного электромагнитного поля в рамках одночастичного подхода вводится волновая функция фотона в координатном представлении (волновой пакет) с целью построения плотности вероятности обнаружения фотона в окрестности заданной точки конфигурационного пространства. Для этого в терминах квантовой механики конструируется и используется базис собственных функций операторов энергии, импульса и спиральности применительно к случаю непрерывного спектра импульса. В качестве примера рассматривается “волновой пакет”, который в классической оптике соответствует “цугу” электромагнитной волны, однократно испущенной одним атомом. Уточняется суть корпускулярно-волнового дуализма света и микрочастиц.
На основе моделирования волновой функции фотона в координатном представлении дается объяснение интерференционных экспериментов с одиночными фотонами, в частности, эквивалентных опыту Юнга. Исследуется взаимосвязь развиваемого подхода к описанию интерференционных явлений и методов их описания в рамках классической и квантовой электродинамики. Изучается физическая природа излучения и распространения фотона и роль его волновой функции с точки зрения сопутствующих процессов, происходящих в физическом вакууме на планковских расстояниях.
Руководитель разработки: доц., канд. физ.-мат. наук А.П. Давыдов
Педагогика высшей школы и методика преподавания физики
Разрабатывается методология технологий и методик формирования научных понятий, умений, компетенций в рамках идейно-понятийного, интегративного и рефлексивно-деятельностного подходов в преподавании физики и современного естествознания.
Данные подходы и реализуемые на их основе технологии и методики обучения предусматривают освоение обучающимися образовательных программ в соответствии с их возможностями и потребностями. Они носят проблемный характер, имеют практическую направленность, реализуют активные формы и методы повышения эффективности в обучении студентов, позволяют поддерживать их научно-исследовательский интерес, высокую учебную мотивацию, поощрять активность и самостоятельность, расширять возможности обучения и самообучения, развивать навыки рефлексивной и оценочной деятельности, формировать умение ставить цели, планировать и организовывать собственную деятельность, решать учебные и производственные задачи в рамках выбранного направления подготовки. Предполагается также выполнение проектных и научно-исследовательских работ студентами бакалавриата и магистратуры под руководством преподавателей кафедры физики.
Руководитель разработки: доц., канд. пед. наук Н.А. Плугина
Технология изготовления направляющей втулки впускного и выпускного клапанов автомобилей ВАЗ
В процессе работы ДВС через направляющие втулки клапанов газораспределительного механизма отводится значительная часть теплоты. При ограниченном поступлении смазки в зазоры между стержнем клапана и внутренней поверхностью втулки и достаточно высокой температуре втулок трение между стержнем клапана и втулкой приближается к полусухому, в связи с чем внутренняя поверхность втулки подвергается интенсивному износу. В соответствии с условиями работы, материалы для изготовления направляющих втулок должны обладать высокой износостойкостью, хорошими теплофизическими и антифрикционными свойствами. К таким материалам относятся перлитные серые чугуны и алюминиевые бронзы. Однако лучшим решением является использование для изготовления направляющих втулок порошковых композиционных материалов. Имея пористую структуру и содержащийся в объеме материала свободный графит, такие втулки даже при повышенных температурах хорошо удерживают смазку, обладают высокой износостойкостью и хорошей прирабатываемостью. Благодаря указанным обстоятельствам значительно снижается износ стержней клапанов и самих втулок, а стабильность работы клапанного узла повышается.
Инновационным решением представляемого проекта является использование для изготовления направляющих втулок впускного и выпускного клапанов двигателей автомобилей ВАЗ 2101-07 пористого порошкового материала на основе железа вместо используемого в настоящее время чугуна. Применение пористого материала позволяет исключить внутреннюю маслосъемную резьбовую проточку, создать источник смазки клапанного узла в порах самой втулки, что в свою очередь повышает срок службы и стабильность работы клапанного механизма. При этом исключается задир клапанов при перебоях в подаче смазки.
Руководители разработки: проф., д-р техн. наук И.Ю. Мезин, проф., д-р техн. наук И.Г. Гун
Технология производства прутковых пружинных клемм ОП-105, ЖБР-3, АРС-3 для скрепления железнодорожных рельсов и шпал
Принципиальным отличием нового узла скрепления является замена в нем промежуточной жесткой клеммы с двухвитковой пружинной шайбой на пружинную прутковую клемму. Новая конструкция узла позволяет обеспечить более высокую пружинность скрепления, возможность регулировки положения рельса по высоте в широких пределах, уменьшить в ≈2 раза металлоемкость конструкции и количество элементов на одно скрепление. В итоге снижается трудоемкость и затраты на текущее содержание пути. Указанные обстоятельства особенно актуальны для России с ее большой протяженностью железных дорог в сложных климатических условиях. Внедрение нового узла для рельсового скрепления железобетонных шпал требует развития нового производства прутковых пружинных клемм. Пружинные клеммы являются изделиями сложной формы с жестко регламентированными геометрическими размерами и механическими свойствами. Освоение новой технологии требует значительных усилий, принимая во внимание уникальность применяемого специализированного оборудования, разнородный состав и нетрадиционное содержание производственных операций, высокие требования, предъявляемые к точности исполнения режимов обработки и стабильности свойств исходного и промежуточного продуктов.
Инновационными решениями проекта являются следующие: впервые в России разработан новый сквозной технологический процесс изготовления прутковых пружинных клемм для рельсового скрепления, обеспечивающий стабильность формы и эксплуатационных свойств готового изделия и включающий в качестве основных, операции гибки-штамповки и термической обработки стальных заготовок; созданы инструмент, гибочные и передаточные устройства для формообразования клемм, оборудование для приемосдаточных испытаний; разработана система мониторинга производственного процесса с целью обеспечения требуемого уровня качества готовой продукции и стабильности производства. Свойства и качество готовых пружинных клемм находятся на уровне аналогичных характеристик лучших мировых образцов (изделия фирм "Vossloh" (Германия), "Pandrol" (Англия) и др.).
Руководители разработки: проф., д-р техн. наук Г.С. Гун, проф., д-р техн. наук И.Ю. Мезин
Технология оценки качества ферм металлургических мостовых кранов кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) ПАО ММК
В процессе эксплуатации основную долю подъемно-транспортного оборудования на ККЦ ПАО «ММК» составляют металлургические мостовые краны. Многие из них работают в тяжелых и сверхтяжелых режимах работы, а также за пределами гарантийных сроков эксплуатации.
Оценка качества несущих конструкций на современном этапе оставляет желать лучшего. В соответствии с такими условиями предлагается алгоритм и технология оценки качества конструкций кранов с целью недопущения аварий и катастроф. Как следствие применения такой технологии, будет разработан стандарт по продлению эксплуатации крана или вывода его из строя.
Инновационным решением представляемого проекта является использование конструкционного риск-анализа, позволяющего оценить вероятность риска аварий на металлургических кранах, и принятия при этом правильных научно-обоснованных технических решений при управлении качеством их несущих конструкций.
Руководитель разработки: доц., д-р. техн. наук Ю.А. Извеков
Численно-аналитические алгоритмы решения обратных спектральных задач, порожденных дискретными полуограниченными операторами, заданных на квантовых графах
Данный проект направлен на разработку новых методов решения обратных спектральных задач, порожденных дискретными полуограниченными операторами, заданных на квантовых компактных графах. Обратные спектральные задачи заключаются в восстановлении коэффициентов дифференциальных операторов, по их спектральным характеристикам. Они часто возникают в математике, механике, физике, геофизике, физической химии, электронике, нанотехнологиях, квантовой физике и квантовой химии и других областях естествознания и техники. Из-за многочисленных приложений обратные спектральные задачи привлекают повышенное внимание ученых. В то же время обратные спектральные задачи, в силу их нелинейности, являются весьма трудными для исследования. Для дифференциальных операторов, заданных на интервалах (конечных или бесконечных), основные результаты по решению обратных спектральных задач были получены в конце XX века.
В связи с необходимостью решать прикладные задачи обратные спектральные задачи для дифференциальных операторов на графах стали интенсивно изучаться в XXI веке. Наиболее полная теория обратных спектральных задач разработана для операторов Штурма-Лиувилля и Дирака. Выдающиеся научные результаты получены в научных школах В.А. Садовничего, В.В. Дубровского, В.А. Юрко и др. Активные исследования ведутся и зарубежными учеными. В настоящее время разработано ряд методов, позволяющих строить вычислительные алгоритмы их численного решения. Однако при численных реализациях алгоритмов, построенных на этих методах, возникают серьезные вычислительные трудности. Поэтому разработка новых методов решения обратных спектральных задач, позволяющих строить алгоритмы нахождения их численного решения без сложных вычислительных проблем, представляет большой научный интерес.
В последнее время ученых привлекают внимание системы динамики квантовых частиц в наномасштабных сетях и дискретных структурах, имеющие фундаментальное и практическое значение. Они часто моделируются на основе квантовых графов с изменяющимися со временем ребрами. Изучение зависящих от времени графов исходит из таких практически важных задач, как квантовое ускорение Ферми в наномасштабных сетевых структурах и перестраиваемый перенос частиц в квантовых проводных сетях, молекулярных проводах и дискретных структурах. В частности, вершины и ребра таких дискретных структур могут колебаться, что делает их зависящими от времени. Такие системы можно моделировать квантовыми графами.
Проект направлен на разработку новых методов решения обратных спектральных задач, заданных на квантовых графах, алгоритмы реализации которых снимут вычислительные трудности, возникающие в других методах при их реализации на ЭВМ, а также спектральных задач на квантовых графах с подвижными ребрами.
Руководитель разработки: проф., д-р физ.-мат. наук С.И. Кадченко
