Применение уравнений с отклоняющимся аргументом в задачах математического моделирования систем измерения давления в газожидкостных средах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье рассматривается математическая модель системы контроля за изменением давления в камере сгорания авиационного двигателя, составными частями которой являются трубопровод и датчик. Исследование исходной задачи сведено к решению линейного дифференциального уравнения с отклоняющимся аргументом второго порядка, которое позволяет по величине деформации чувствительного элемента датчика определять давление рабочей среды в камере сгорания в каждый момент времени. В работе построены решения этого уравнения и рассмотрены применения их в прикладных задачах аэрогидроупругости, а именно при исследовании динамики упругих элементов датчиков давления, взаимодействующих с газом или жидкостью. Для уравнения с отклоняющимся аргументом указаны некоторые точные решения. Предложен численный метод исследования этого уравнения на основе метода Рунге – Кутта, проведены численные расчеты в системе Mathematica, на основе которых построены графики изменения деформации упругого элемента датчика с течением времени. Также рассмотрен численно-аналитический метод решения уравнения с отклоняющимся аргументом с помощью метода шагов (метода последовательного интегрирования). Исследования, проведенные в статье, предоставляют возможность на этапе проектирования определять оптимальные значения параметров механических систем измерения давления. 

Об авторах

Пётр Александрович Вельмисов

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный технический университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: velmisov@ulstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7825-7015

доктор физико-математических наук, профессор
кафедры высшей математики
 

Россия, 430027, Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32

Пётр Константинович Маценко

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный технический университет»

Email: m.peter.k@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-8781-7401

кандидат физико-математических наук, доцент
кафедры высшей математики
 

Россия, 430027 Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32

Юлия Александровна Тамарова

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный технический университет»

Email: kazakovaua@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6408-1573

соискатель кафедры высшей математики 

Россия, 430027, Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32

Список литературы

  1. Беллман Р., Кук К. Л. Дифференциально-разностные уравнения. М.: Мир, 1967. 548 с.
  2. Мышкис А. Д. Линейные дифференциальные уравнения с запаздывающим аргументом. М.: Наука, 1972. 352 с.
  3. Андреева Е. А., Колмановский В. Б., Шайхет Л. Е. Управление системами с последействием. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. 336 с.
  4. Курбатов В. Г. Линейные дифференциально-разностные уравнения. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1990. 168 с.
  5. Норкин С. Б. Дифференциальные уравнения второго порядка с запаздывающим аргументом. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1965. 356 с.
  6. Колмановский В. Б., Носов В. Р. Устойчивость и периодические режимы регулируемых систем с последействием. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981. 448 с.
  7. Wang Zh., Qian L., Lu S. On the existence of periodic solutions to a fourthorder p-Laplacian differential equation with a deviating argument // Nonlinear Analysis: Real World Applications. 2010. Vol.11, Issue 3. P. 1660-1669. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nonrwa.2009.03.018.
  8. Bica A.M., Curila M., Curila S. About a numerical method of successive interpolations for two-point boundary value problems with deviating argument // Applied Mathematics and Computation. 2011. Vol.217, Issue 19. P. 7772-7789. DOI: https://doi.org/10.1016/j.amc.2011.02.085.
  9. Эткин Л. Г. Виброчастотные датчики. Теория и практика. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 408 с.
  10. Казарян А. А., Грошев Г. П. Универсальный датчик давления // Измерительная техника. 2008. № 3. С. 26–30.
  11. Аш Ж., Андре П., Бофрон Ж. Датчики измерительных систем: в 2-х кн. Кн.2; пер. с франц. М.: Мир, 1992. 419 с.
  12. Андреев А.И., Жуков А.В., Яковишин А.С. Разработка методики в области проектирования мембранных датчиков давления // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. 2022. Т. 24, № 1. С. 28–34. DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9877/2022.1.04.
  13. Басов М. В., Пригодский Д. М., Холодков Д. А. Моделирование чувствительного элемента датчика давления на основе биполярного тензотранзистора // Датчики и системы. 2017. №6. С.17–24.
  14. Chen J. Flexible pressure sensors and their applications // Highlights in Science, Engineering and Technology. 2023. Vol. 44. P. 54–60. DOI: https://doi.org/10.54097/hset.v44i.7193.
  15. Aulisa E., Ibragimov A., Kaya-Cekin E.Y. Fluid structure interaction problem with changing thickness beam and slightly compressible fluid // Discrete and Continuous Dynamical Systems, Ser. S. 2014. Vol. 7, Issue 6. P. 1133-1148. DOI: https://doi.org/10.3934/dcdss.2014.7.1133.
  16. Paidoussis M. P. The canonical problem of the fluid-conveying pipe and radiation of the knowledge gained to other dynamics problems across Applied Mechanics // Journal. of Sound and Vibration. 2008. Vol. 310, Issue. 3. P. 462–492. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.03.065.
  17. Kheiri M., Paidoussis M. P. Dynamics and stability of a flexible pinned-free cylinder in axial flow // Journal of Fluids and Structures. 2015. Vol. 55. P. 204-217. doi: 10.1016/j.jfluidstructs.2015.02.013.
  18. Faal R. T., Derakhshan D. Flow-induced vibration of pipeline on elastic support // Procedia Engineering. 2011. Vol. 14. P. 2986-2993. DOI:https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.07.07.376.
  19. Вельмисов П. А., Тамарова Ю. А. Математическое моделирование динамики аэроупругой системы «трубопровод – датчик давления» // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2024. № 2. С. 69–78. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2024.2.08
  20. Вельмисов П. А., Тамарова Ю. А. Математическое моделирование систем измерения давления в газожидкостных средах // Журнал Средневолжского математического общества. 2020. Т. 22, № 3. С. 352-367. doi: 10.15507/2079-6900.22.202003.352-367.
  21. Тамарова Ю. А., Вельмисов П. А., Алексанин Н. Д., Нуруллин Н. И. Исследование динамических процессов в системах измерения давления газожидкостных сред // Журнал Средневолжского математического общества. 2021. Т. 23, № 4. С. 461-471. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.23.202104.461-471.
  22. Velmisov P., Tamarova Y., Pokladova Y. Mathematical modeling of pressure monitoring systems in fluid and gaseous media // AIP Conference Proceedings, 2021, Vol.2333, Issue 1. Article number: 120004. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0041778.
  23. Velmisov P. A., Tamarova Yu. A., Pokladova Y. V. Mathematical modeling of a class of aerohydroelastic systems // Journal of Mathematical Sciences, 2021. Vol. 255, Issue 5. P. 587-594. DOI: https://doi.org/ 10.1007/s10958-021-05395-2.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Вельмисов П.А., Маценко П.К., Тамарова Ю.А., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».