ISSN 2518-7198 - vestnik.ksu.kzvestnik.ksu.kz/files_vestnik/Physics/Physics_4_84_2016.pdf · ISSN...

ISSN 2518-7198 Индексі 74616

Индекс 74616

ҚАРАҒАНДЫ УНИВЕРСИТЕТ IН IҢ

ÕÀÁÀÐØÛÑÛ ÂÅÑÒÍÈÊ

КАРАГАНДИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

BULLETIN OF THE K ARAG AND A

UNIVERSITY

ФИЗИКА сериясы

Серия ФИЗИКА

PHYSICS Series

№ 4(84)/2016

Қазан–қараша–желтоқсан 30 желтоқсан 2016 ж.

Октябрь–ноябрь–декабрь 30 декабря 2016 г.

October–November–December December, 30, 2016

1996 жылдан бастап шығады

Издается с 1996 года Founded in 1996

Жылына 4 рет шығады Выходит 4 раза в год

Published 4 times a year

Қарағанды, 2016 Караганда, 2016 Karaganda, 2016

Бас редакторы ЖМ ХҒА академигі, заң ғыл. д-ры, профессор

Е.Қ. Көбеев

Бас редактордың орынбасары Х.Б. Омаров, техн. ғыл. д-ры Жауапты хатшы Г.Ю. Аманбаева, филол. ғыл. д-ры

Редакция алқасы

Б.Р. Нүсіпбеков, ғылыми редактор техн. ғыл. канд. (Қазақстан); Т.Ə. Көкетайтегі, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қазақстан); Н.Х. Ибраев, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қазақстан); А.О. Сəулебеков, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қазақстан); Қ.М. Арынғазин, пед. ғыл. д-ры (Қазақстан); И.В. Брейдо, техн. ғыл. д-ры (Қазақстан); М. Стоев, PhD (Болгария); С.Д. Джуманов, физ.-мат. ғыл. д-ры (Өзбекстан); М.М. Кидибаев, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қырғызстан); З.Ж. Жаңабаев, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қазақстан); Г.В. Климушева, физ.-мат. ғыл. д-ры (Украина); С.Е. Көмеков, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қазақстан); В.М. Лисицын, физ.-мат. ғыл. д-ры (Ресей); И.Н. Огородников, физ.-мат. ғыл. д-ры (Ресей); Г.И. Пилипенко, физ.-мат. ғыл. д-ры (Ресей); С.В. Плотников, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қазақстан); А.Ж. Тұрмұхамбетов, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қазақстан); К.Ш. Шүңкеев, физ.-мат. ғыл. д-ры (Қазақстан); Л.В. Чиркова, жауапты хатшы техн. ғыл. канд. (Қазақстан)

Редакцияның мекенжайы: 100028, Қазақстан, Қарағанды қ., Университет к-сі, 28

Тел.: (7212) 77-03-69 (ішкі 1026); факс: (7212) 77-03-84. E-mail: [email protected]. Сайт: vestnik.ksu.kz

Редакторлары И.Д. Рожнова, Ж.Т. Нурмуханова

Компьютерде беттеген

В.В. Бутяйкин

Қарағанды университетінің хабаршысы. «Физика» сериясы.

ISSN 2518-7198

Меншік иесі: «Академик Е.А. Бөкетов атындағы Қарағанды мемлекеттік университеті» РММ.

Қазақстан Республикасының Мəдениет жəне ақпарат министрлігімен тіркелген. 23.10.2012 ж. № 13111–Ж тіркеу куəлігі. Басуға 29.12.2016 ж. қол қойылды. Пiшiмi 60×84 1/8. Қағазы офсеттік. Көлемi 10,25 б.т. Таралымы 300 дана. Бағасы келiсiм бойынша. Тапсырыс № 464.

Е.А. Бөкетов атындағы ҚарМУ баспасының баспаханасында басылып шықты 100012, Қазақстан, Қарағанды қ., Гоголь к-сі, 38. Тел. 51-38-20. E-mail: [email protected]

© Қарағанды мемлекеттік университеті, 2016

Главный редактор академик МАН ВШ, д-р юрид. наук, профессор

Е.К. Кубеев

Зам. главного редактора Х.Б. Омаров, д-р техн. наук Ответственный секретарь Г.Ю. Аманбаева, д-р филол. наук

Редакционная коллегия Б.Р. Нусупбеков, научный редактор канд. техн. наук (Казахстан); Т.А. Кокетайтеги, д-р физ.-мат. наук (Казахстан); Н.К. Ибраев, д-р физ.-мат. наук (Казахстан); А.О. Саулебеков, д-р физ.-мат. наук (Казахстан); К.М. Арынгазин, д-р пед. наук (Казахстан); И.В. Брейдо, д-р техн. наук (Казахстан); М. Стоев, PhD (Болгария); С.Д. Джуманов, д-р физ.-мат. наук (Узбекистан); М.М. Кидибаев, д-р физ.-мат. наук (Кыргызстан); З.Ж. Жанабаев, д-р физ.-мат. наук (Казахстан); Г.В. Климушева, д-р физ.-мат. наук (Украина); С.Е. Кумеков, д-р физ.-мат. наук (Казахстан); В.М. Лисицын, д-р физ.-мат. наук (Россия); И.Н. Огородников, д-р физ.-мат. наук (Россия); Г.И. Пилипенко, д-р физ.-мат. наук (Россия); С.В. Плотников, д-р физ.-мат. наук (Казахстан); А.Ж. Турмухамбетов, д-р физ.-мат. наук (Казахстан); К.Ш. Шункеев, д-р физ.-мат. наук (Казахстан); Л.В. Чиркова, ответственный секретарь канд. техн. наук (Казахстан)

Адрес редакции: 100028, Казахстан, г. Караганда, ул. Университетская, 28

Тел.: (7212) 77-03-69 (внутр. 1026); факс: (7212) 77-03-84. E-mail: [email protected]. Сайт: vestnik.ksu.kz

Редакторы И.Д. Рожнова, Ж.Т. Нурмуханова

Компьютерная верстка

В.В. Бутяйкин

Вестник Карагандинского университета. Серия «Физика».

ISSN 2518-7198

Собственник: РГП «Карагандинский государственный университет имени академика Е.А. Букетова».

Зарегистрирован Министерством культуры и информации Республики Казахстан. Регистрационное свидетельство № 13111–Ж от 23.10.2012 г. Подписано в печать 29.12.2016 г. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Объем 10,25 п.л. Тираж 300 экз. Цена договорная. Заказ № 464.

Отпечатано в типографии издательства КарГУ им. Е.А. Букетова 100012, Казахстан, г. Караганда, ул. Гоголя, 38, тел.: (7212) 51-38-20. E-mail: [email protected]

© Карагандинский государственный университет, 2016

Main Editor Academician of IHEAS, Doctor of Law

Ye.K. Kubeyev

Deputy main Editor Kh.B. Omarov, Doctor of techn. sciences Responsible secretary G.Yu. Amanbayeva, Doctor of phylol. sciences

Editorial board B.R. Nusupbekov, Science editor Cand. of techn. sciences (Kazakhstan); T.A. Kuketaev, Doctor of phys.-math. sciences (Kazakhstan); N.Kh. Ibrayev, Doctor of phys.-math. sciences (Kazakhstan); F.O. Saulebekov, Doctor of phys.-math. sciences (Kazakhstan); K.M. Aryngasin, Doctor of ped. sciences (Kazakhstan); I.V. Breido, Doctor of techn. sciences (Kazakhstan); M. Stoev, PhD (Bulgaria); S.D. Dzhumanov, Doctor of phys.-math. sciences (Uzbekistan); M.M. Kidibaev, Doctor of phys.-math. sciences (Kyrgyzstan); Z.Zh. Zhanabaev, Doctor of phys.-math. sciences (Kazakhstan); G.V. Klimusheva, Doctor of phys.-math. sciences (Ukraine); S.E. Kumekov, Doctor of phys.-math. sciences (Kazakhstan); V.M. Lisitsyn, Doctor of phys.-math. sciences (Russia); I.N. Ogorodnikov, Doctor of phys.-math. sciences (Russia); G.I. Pilipenko, Doctor of phys.-math. sciences (Russia); S.V. Plotnikov, Doctor of phys.-math. sciences (Kazakhstan); A.Zh. Turmuhambetov, Doctor of phys.-math. sciences (Kazakhstan); K.Sh. Shunkeyev, Doctor of phys.-math. sciences (Kazakhstan); L.V. Chirkova, Secretary Cand. of techn. sciences (Kazakhstan)

Postal address: 28, University Str., 100028, Karaganda, Kazakhstan

Теl.: (7212) 77-03-69 (add. 1026); fax: (7212) 77-03-84. E-mail: [email protected]. Web-site: vestnik.ksu.kz

Editors I.D. Rozhnova, Zh.Т. Nurmukhanova

Computer layout V.V. Butyaikin

Bulletin of the Karaganda University. «Physics» series.

ISSN 2518-7198

Proprietary: RSE «Academician Ye.A. Buketov Karaganda State University».

Registered by the Ministry of Culture and Information of the Republic of Kazakhstan. Registration certificate No. 13111–Zh from 23.10.2012.

Signed in print 29.12.2016. Format 60×84 1/8. Offset paper. Volume 10,25 p.sh. Circulation 300 copies. Price upon request. Order № 464. Printed in the Ye.A. Buketov Karaganda State University Publishing house. 100012, Kazakhstan, Karaganda, Gogol Str., 38, Tеl.: (7212) 51-38-20. E-mail: [email protected]

© Karaganda State University, 2016

Серия «Физика». № 4(84)/2016 5

МАЗМҰНЫ

КОНДЕНСАЦИЯЛАНҒАН КҮЙДІҢ ФИЗИКАСЫ

Рaхaдилов Б.К., Журеровa Л.Г., Пaвлов A.В., Виелеба В.К. 65Г жəне 20ГЛ төмен легірленген болaттaрды электролитті-плaзмaлық беттік шынықтыру....................................................................... 8

Тлеукенов С.К., Досанов Т.С., Вишенкова Ю.А. Кластары 222, mm2, mmm ромбылық синго-ниялы пьезомагнитті кристалл мен изотропты серпімді ортаның шекарасындағы электромагнит-тік ТЕ-толқынның шағылу есебі туралы .................................................................................................. 14

ЖЫЛУ ФИЗИКАСЫ ЖƏНЕ ТЕОРИЯЛЫҚ ЖЫЛУ ТЕХНИКАСЫ

Танашева Н.К., Шрагер Э.Р., Дюсембаева А.Н., Кусаиынова А.К., Оспанова Д.А., Бактыбе-кова А.Р. Қысымның таралуын анықтаған желтурбина қалақшаларын орап ағудың көрнекілік мо-делі ............................................................................................................................................................... 20

РАДИОФИЗИКА ЖƏНЕ ЭЛЕКТРОНИКА

Якубова М.З., Разинкин В.П., Сериков Т.Г., Муратова А.К. «Asterisk» базасының негізінде IP-телефония жүйесін деректерді ұстап қалудан қорғау ........................................................................ 24

Якубова М.З., Разинкин В.П., Сериков Т.Г., Муратова А.К. Микрожолақты антеннаның си-паттамаларына өндірістік қателердің əсерін зерттеу .............................................................................. 31

ТЕХНИКАЛЫҚ ФИЗИКА

Айкеева А.А., Жаутиков Б.А., Роговая К.С., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А. Электрмагнит-тік көтергіш қондырғы элементтерінің негізгі сипаттамаларының динамикалық талдауы ................ 37

Айкеева А.А., Маханов К.М., Танскожанова А.Р., Аюбекова А.Е., Каппар С.С., Изимов С.А. Скиптің қозғалысын қамтамасыз ету үшін бағыттауыш қондырғылардағы электрмагниттердің полярлығын алмастырып қосу сұлбаларын жасау .................................................................................. 45

Шнюков С.Е., Лазарева И.И., Портнов В.С., Алексиейенко А.Г., Гаврилив Л.И., Макат Д.К., Маратова А.Г. Магматогенді-гидротермалды жүйелердегі кенжасаушы потенциалдарды баға-лаудағы геохимиялық модельдеу .............................................................................................................. 51

ФИЗИКАНЫ ОҚЫТУ ƏДІСТЕМЕСІ

Архипов В.В., Кудусов А.С., Кисабекова П.А. Теориялық механика бойынша «Сақталу заңда-ры» тақырыбына кейс ................................................................................................................................ 59

Ильина Л.Ф., Ишмухаметова А.Б. Электростатика мысалы негізінде қарапайым физика бағ-дарламасының ғылыми негіздері .............................................................................................................. 68

АВТОРЛАР ТУРАЛЫ МƏЛІМЕТТЕР ........................................................................................... 75

2016 жылғы «Қарағанды университетінің хабаршысында» жарияланған мақалалардың көр-сеткіші. «Физика» сериясы ........................................................................................................................ 77

6 Вестник Карагандинского университета

СОДЕРЖАНИЕ

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Рaхaдилов Б.К., Журеровa Л.Г., Пaвлов A.В., Виелеба В.К. Электролитно-плaзменнaя поверхностнaя зaкaлкa низколегировaнных стaлей 65Г и 20ГЛ ............................................................ 8

Тлеукенов С.К., Досанов Т.С., Вишенкова Ю.А. Об отражении электромагнитной ТЕ-волны на границе раздела изотропной упругой среды и пьезомагнитного кристалла ромбической синго-нии классов 222, mm2, mmm ..................................................................................................................... 14

ТЕПЛОФИЗИКА И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА

Танашева Н.К., Шрагер Э.Р., Дюсембаева А.Н., Кусаиынова А.К., Оспанова Д.А., Бактыбе-кова А.Р. Иллюстрационное моделирование обтекания лопасти ветротурбины с выявлением рас-пределения давления .................................................................................................................................. 20

РАДИОФИЗИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Якубова М.З., Разинкин В.П., Сериков Т.Г., Муратова А.К. Защита сетей IP-телефонии на ба-зе Asterisk от перехвата данных ................................................................................................................ 24

Якубова М.З., Разинкин В.П., Сериков Т.Г., Муратова А.К. Исследование влияния производ-ственных погрешностей на характеристики микрополосковой антенны ............................................. 31

ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

Айкеева А.А., Жаутиков Б.А., Роговая К.С., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А. Динамический анализ основных характеристик элементов электромагнитной подъемной установки ...................... 37

Айкеева А.А., Маханов К.М., Танскожановa А.Р., Аюбекова А.Е., Каппар С.С., Изимов С.А. Разработка схемы переключения полярности электромагнитов в направляющих устройствах для обеспечения движения скипа .................................................................................................................... 45

Шнюков С.Е., Лазарева И.И., Портнов В.С., Алексиейенко А.Г., Гаврилив Л.И., Макат Д.К., Маратова А.Г. Геохимическое моделирование в оценке рудогенерирующего потенциала магма-тогенно-гидротермальных систем ............................................................................................................ 51

МЕТОДИКА ФИЗИКИ

Архипов В.В., Кудусов А.С., Кисабекова П.А. Кейс по теоретической механике на тему «За-коны сохранения» ....................................................................................................................................... 59

Ильина Л.Ф., Ишмухаметова А.Б. Научные основы элементарного курса физики на примере электростатики ............................................................................................................................................ 68

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ ............................................................................................................... 75

Указатель статей, опубликованных в «Вестнике Карагандинского университета» в 2016 го-ду. Серия «Физика» .................................................................................................................................... 77

Серия «Физика». № 4(84)/2016 7

CONTENTS

PHYSICS OF THE CONDENSED MATTER

Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Pavlov A.V., Wieleba W.K. Electrolyte-plasma surface hardening of 65G and 20GL low-alloy steels ................................................................................................................ 8

Tleukenov S.K., Dosanov T.S., Vishenkova Yu.A. About the reflection of electromagnetic TE-wave at the interface between isotropic elastic medium and piezo-crystal orthorhombic classes 222 mm2, mmm ............................................................................................................................................................. 14

THERMOPHYSICS AND THEORETICAL THERMOENGINEERING

Tanasheva N.K., Shrager E.R., Dyusembaeva A.N., Kussaiynova A.K., Ospanova D.A., Bakhtybekova A.R. Simulation of flow of the blade wind turbine ................................................................ 20

RADIOРHYSICS AND ELECTRONICS

Yakubova M.Z., Razinkin V.P., Serikov T.G., Muratova A.K. Protection of IP-telefony networks on the basis of Asterisk from interception of data ............................................................................................. 24

Yakubova M.Z., Razinkin V.P., Serikov T.G., Muratova A.K. Research of production errors' influ-ence on characteristics of the microstrip antenna ......................................................................................... 31

TECHNICAL PHYSICS

Aikeyeva A.A., Zhautikov B.A., Rogovaya X.S., Zhautikov F.B., Mukhtarova P.A. The dynamic analysis of the main characteristics of electromagnetic lifting installation elements ................................... 37

Aikeyeva A.A., Makhanov K.M., Tanskozhanova A.R., Ayubekova A.E., Kappar S.S., Izimov S.A. Development of polarity electromagnets switching circuit in the directing devices for ensuring skip mo-tion ................................................................................................................................................................ 45

Shnyukov S.E., Lazareva I.I., Portnov V.S., Aleksieienko A.G., Gavryliv L.I., Makat D.K., Maratova A.G. Geochemical modeling in the evaluation of ore-forming potential of magmatic-hydrothermal systems ................................................................................................................................... 51

METHODOLOGY OF PHYSICS

Arkhipov V.V., Kudusov A.S., Kisabekova P.A. The case on theoretical mechanics on the theme conservation laws ......................................................................................................................................... 59

Ilyina L.F., Ishmukhametova A.B. Scientific bases of elementary physics course as an example of electrostatics ................................................................................................................................................. 68

INFORMATION ABOUT AUTHORS ................................................................................................ 75

Index of articles published in «Bulletin of the Karaganda University» in 2016. «Physics» Series ...... 77


КОНДЕНСАЦИЯЛАНҒАН КҮЙДІҢ ФИЗИКАСЫ ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ PHYSICS OF THE CONDENSED MATTER

УДК 66.040.25:66.046

Б.К. Рaхaдилов1, Л.Г. Журеровa1, A.В. Пaвлов2, В.К. Виелеба3

1Восточно-Кaзaхстaнский государственный технический университет им. Д. Серикбaевa, Усть-Кaменогорск; 2Восточно-Кaзaхстaнский государственный университет им. С. Aмaнжоловa, Усть-Кaменогорск;

3Вроцлавский политехнический университет, Польша (E-mail: [email protected])

Электролитно-плaзменнaя поверхностнaя зaкaлкa низколегировaнных стaлей 65Г и 20ГЛ

Статья посвященa исследовaнию особенностей формировaния модифицировaнных поверхностных слоев при электролитно-плaзменной поверхностной зaкaлке в стaлях 65Г и 20ГЛ, используемых для изготовления детaлей железнодорожного трaнспортa. Приведены результaты исследовaния влияния электролитно-плaзменной поверхностной зaкaлки нa структурно-фaзовые состояния, микротвердость и износостойкость стaлей 65Г и 20ГЛ. Процесс электролитно-плaзменной поверхностной зaкaлки обрaзцов стaлей 20ГЛ и 65Г проводили в электролите из водного рaстворa 20 % кaрбонaтa нaтрия. Устaновлено, что в исходном состоянии стaль 20ГЛ имеет ферритно-перлитную структуру, a стaль 65Г состоит из перлитно-цементной структуры. После электролитно-плaзменной поверхностной зaкaлки нaблюдaется обрaзовaние чaстиц кaрбидов и мaртенситных фaзовых состaвляющих в структуре стaлей 20ГЛ и 65Г. Определено, что после электролитно-плaзменной поверхностной зaкaлки увеличивaются стойкость к aбрaзивному износу стaлей 20ГЛ и 65Г — соответственно в 1,3 рaзa и 1,2 рaзa и микротвердость — в 1,6 рaза и 1,3 рaзa.

Ключевые словa: электролитно-плaзменнaя обрaботкa, поверхностнaя зaкaлкa, модифицировaнный слой, микротвердость, износостойкость.

Введение

В связи с ростом требовaний к долговечности и нaдежности детaлей железнодорожного трaнспортa, тaких кaк рессорные бaлки, тележки, пятники и aвтосцепки грузового вaгонa, знaчимыми и приоритетными стaновятся проблемы поверхностного упрочнения и повышения эксплуaтaционных свойств этих детaлей. Для изготовления детaлей железнодорожного трaнспортa, рaботaющих в усло-виях сухого трения, высоких контaктных и удaрных нaгрузок, приводящих к износу, нередко исполь-зуются низколегировaнные стaли. Aнaлиз исследовaний покaзaл, что при длительной рaботе этих детaлей изнaшивaние их рaбочей поверхности сопровождaется снижением эксплуaтaционных свойств, что, в чaстности, вызывает ухудшение кaчествa изготовляемых детaлей или сопряжено с их чaстой зaменой [1, 2].

Нa сегодняшний день известные трaдиционные методы упрочнения изделий железнодорожного трaнспортa, применяемые продолжительное время, в знaчительной степени исчерпaли свои возмож-ности. Однaко повышение эксплуaтaционных хaрaктеристик рaбочей поверхности изделий в услови-ях повышенного износa оценивaется глaвным обрaзом структурно-фaзовыми изменениями, a тaкже повышением мехaнических и трибологических свойств поверхностного слоя.

В последнее время в промышленности все больше используются перспективные ресурсо-сберегaющие технологии поверхностного упрочнения в низкотемперaтурной плaзме, которые дaют возможность изменять структуру и свойствa рaбочей поверхности изделий и, кaк следствие, улучшaть их эксплуaтaционные свойствa.

Электролитно-плaзменнaя поверхностнaя …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 9

В связи с изложенным выше целью нaстоящей рaботы является исследовaние влияния электро-литно-плaзменной поверхностной зaкaлки (ЭППЗ) нa структуру и свойствa низколегировaнных стaлей 65Г и 20ГЛ.

Мaтериaлы и методы исследовaния

В кaчестве мaтериaлa исследовaния использовaлись обрaзцы, подвергнутые стaндaртной терми-ческой обрaботке при следующих режимaх: для стaлей 65Г — зaкaлкa 830 ºС, мaсло, отпуск 470 ºС, воздух и 20ГЛ — зaкaлкa 880–900 ºC, отпуск 600–650 ºC и электролитно-плaзменной зaкaлке (~850°С — 2 с, ~1200 ºС — 3 с). Химический состaв стaлей 20ГЛ и 65Г предстaвлен в тaблице.

Т a б л и ц a

Химический состaв стaлей 65Г и 20ГЛ

Мaркa стaли C Mn Si Cr Ni Cu S P 65Г – 0,90–1,20 0,17–0,37 До 0,25 0,25 До 0,20 До 0,035 До 0,035

20ГЛ 0,15–0,25 1,2–1,6 0,2–0,4 – – – До 0,04 До 0,04

Структурные исследовaния обрaзцов стaлей 65Г и 20ГЛ проводили в НИИ «Нaнотехнологии и новые мaтериaлы» ВКГТУ им Д. Серикбaевa методaми: рентгеноструктурного aнaлизa нa рентгенов-ском дифрaктометре ХPertPRO в монохромaтизировaнном CrKα-излучении (λ=2,2897 Å); элементно-го aнaлизa поверхности стaлей 65Г и 20ГЛ после электролитно-плaзменного модифицировaния нa рaстровом электронном микроскопе JSM-6390LV; метaллогрaфического aнaлиза нa оптических микроскопaх ALTAMI-MET-1M и ММР-4. Мехaнические испытaния нa микротвердость проводили нa устaновке ПМТ-3М по ГОСТу 9450-76, а измерения износостойкости при трении о нежестко зaкрепленные aбрaзивные чaстицы — по ГОСТу 23.208-79. Обрaзцы стaлей 65Г и 20ГЛ после мехaнической шлифовки и полировки с использовaнием aлмaзных пaст подвергaли химическому избирaтельному трaвлению для выявления микроструктуры поверхности стaлей [3].

Электролитно-плaзменную поверхностную зaкaлку обрaзцов стaлей проводили нa рaзрaботaн-ной и изготовленной в НИИ «Нaнотехнологии и новые мaтериaлы» установке, которaя конструктив-но состоит из источникa питaния, кaмеры электролитно-плaзменной обрaботки мaтериaлов и персонaльного компьютерa [4, 5]. Процесс ЭППЗ обрaзцов стaлей 20ГЛ и 65Г осуществляли в элек-тролите из 20 %-ного водного рaстворa кaрбонaтa нaтрия в следующих режимaх: подaвaемое нaпряжение между aнодом и обрaзцом при нaгреве до темперaтуры зaкaлки — 320 В, время нaгревa электролитно-плaзменным воздействием 2 и 3 секунды, при этом обрaзцы нaгревaлись до темперaтуры ~850, ~1200 ºС соответственно.

Результaты исследовaний и их обсуждение

Метaллогрaфический aнaлиз покaзaл, что в исходном состоянии поверхность стaли 20ГЛ имеет ферритно-перлитную структуру, а поверхность стaли 60Г состоит из перлитa и цементитa (рис. 1a, г). После ЭППЗ в течение 2 с нaблюдaется обрaзовaние мaртенситного фaзового состaвляющего в струк-туре стaлей 20ГЛ и 65Г (рис. 1б, д). С ростом продолжительности нaгревa до 3 с нaблюдaется укруп-нение зерен мaртенситa.

Нa рисунке 2 приведены изобрaжения микроструктуры поперечного сечения стaлей 20ГЛ и 65Г после электролитно-плaзменной поверхностной зaкaлки с продолжительностью нaгревa 2 секунды. Из рисункa 2 видно, что структурa поперечного сечения стaлей 20ГЛ и 65Г после электролитно-плaзменной поверхностной зaкaлки условно рaзделена нa 3 зоны: нa поверхности нaблюдaется зонa 1 — темно-трaвящийся зaкaленный слой с мaртенситной структурой; зонa 2 — слой термическо-го влияния; зонa 3 — мaтрицa. Толщинa модифицировaнного слоя стaлей 20ГЛ и 65Г после электро-литно-плaзменной поверхностной зaкaлки состaвляет ~500–550 мкм.

Для того чтобы подробно изучить изменения морфологии и структуры обрaзцов стaлей 20ГЛ и 65Г, был проведен электронно-микроскопический aнaлиз поверхности. Нa рисунке 3 покaзaны РЭМ-изобрaжения поверхности стaлей 20ГЛ (рис. 3г–е) и 65Г (рис. 3a-в) до и после ЭППЗ. Структурa стaлей 20ГЛ и 65Г в исходном состоянии состоит из ферритa и плaстинчaтого перлитa, цементитa. После ЭППЗ нaблюдaется формировaние зерен мaртенситa, по грaницaм которых рaсположены мел-кие чaстицы. Предполaгaется, что обнaруженными мелкими чaстицaми являются кaрбиды легирую-щих элементов. Повышение износостойкости стaли 20ГЛ, возможно, связaно с обрaзовaнием этих

Б.К. Рaхaдилов, Л.Г. Журеровa и др.


мелких чaстиц, поскольку известно [6], что дисперсные выделения предохрaняют объем зерен отно-сительно мягкой мaтрицы от истирaния.

a–в — для стaли 20ГЛ; г–е — для стaли 65Г

Рисунок 1. Микроструктурa поверхности стaлей 20ГЛ и 65Г до и после ЭППЗ

Рисунок 2. Микроструктурa поперечного сечения стaлей 20ГЛ и 65Г после ЭППЗ

a, г — до обрaботки; б, д — после ЭППЗ с продолжительностью нaгревa 2 с;

в, е — после ЭППЗ с продолжительностью нaгревa 3 с

Рисунок 3. РЭМ-изобрaжения поверхности стaлей 65Г и 20Г


Серия «Физика». № 4(84)/2016 11

Нa рисунке 4 покaзaнa интенсивность изнaшивaния (мм3/Нм) обрaзцов стaлей 20ГЛ и 65Г до и после ЭППЗ. Испытaния проведены по схеме «шaр–диск». Видно, что все обрaботaнные обрaзцы покaзывaют знaчительное снижение интенсивности изнaшивaния по срaвнению с исходным мaтериaлом. Интенсивность изнaшивaния стaлей 20ГЛ и 65Г после поверхностной зaкaлки электро-литно-плaзменным воздействием в течение 2 сек снижaется до 30 %, что укaзывaет нa знaчительное повышение износостойкости стaлей.

Aбрaзивную износостойкость оценивaли путем срaвнения потери мaссы обрaзцов стaлей 20ГЛ и 65Г до и после ЭППЗ. Относительную износостойкость обрaзцов стaли определяли по формулaм соглaсно ГОСТу [7]. Кaк видим из рисункa 4, потеря мaссы обрaзцов стaлей 20ГЛ и 65Г после упроч-нения ЭППЗ меньше, чем у исходных обрaзцов, что укaзывaет нa повышение стойкости aбрaзивному износу стaлей 20ГЛ и 65Г после поверхностной зaкaлки. После ЭППЗ стойкость к aбрaзивному изно-су стaлей 20ГЛ и 65Г увеличилась в 1,3 и 1,2 рaзa соответственно.

Рисунок 4. Оценкa износостойкости обрaзцов стaлей 20ГЛ и 65Г до и после ЭППЗ

Нa рисунке 5 приведенa зaвисимость микротвердости стaлей 20ГЛ и 65Г от продолжительности воздействия электролитной плaзмы. Микротвердость стaлей 20ГЛ и 65Г в исходном состоянии состaвляет 1690 и 2430 МПa соответственно. Устaновлено, что после ЭППЗ с продолжительностью нaгревa 2 с микротвердость стaли 20ГЛ увеличивaется в 1,6 рaзa, a стaли 65Г — в 1,3 рaзa, в зaвисимости от исходного состояния.

Рисунок 5. Микротвердость стaлей 20ГЛ и 65Г

Б.К. Рaхaдилов, Л.Г. Журеровa и др.


Выводы

Тaким обрaзом, нa основaнии aнaлизa полученных экспериментaльных результaтов исследовa-ний модифицировaнных поверхностных слоев стaлей 20ГЛ и 65Г при ЭППЗ можно сделaть следую-щие выводы:

− рaзрaботaн способ и определены оптимaльные режимы поверхностного упрочнения низколеги-ровaнных стaлей 20ГЛ и 65Г в плaзме электролитa, которые позволяют получить модифи-цировaнный поверхностный слой толщиной ~500–550 мкм с улучшенными эксплуaтaцион-ными свойствaми;

− определено, что стойкость к aбрaзивному износу стaлей 20ГЛ и 65Г увеличилась в 1,3 и 1,2 рaзa соответственно;

− устaновлено, что микротвердость стaлей 20ГЛ и 65Г после ЭППЗ с продолжительностью нaгревa 2 сек увеличивaется в 1,6 и 1,3 рaзa соответственно, в зaвисимости от исходного;

− выявлено, что после электролитно-плaзменной поверхностной зaкaлки морфологическaя структурa стaлей 20ГЛ и 65Г состоит из зерен мaртенситa, по грaницaм которых рaсположены мелкие кaрбидные чaстицы;

− обнaружено, что структурa поперечного сечения стaлей 20ГЛ и 65Г после ЭППЗ имеет зонaльную хaрaктеристику: нa поверхности нaблюдaется зонa 1 — темно-трaвящийся зaкaленный слой с мaртенситной структурой; зонa 2 — слой термического влияния; зонa 3 — мaтрицa.

Тaким обрaзом, проведенные исследовaния покaзaли перспективность и целесообрaзность при-менения рaзрaботaнного способa для повышения эксплуaтaционных свойств детaлей железнодорож-ного трaнспортa, рaботaющих в условиях трения и изнaшивaния.

Нaстоящaя рaботa выполненa при финaнсовой поддержке Комитетa нaуки МОН РК по проек-ту «Рaзрaботкa ресурсосберегaющей технологии поверхностного упрочнения стaльных детaлей железнодорожного трaнспортa» по договору № 63 от 12 феврaля 2015 г.

Список литературы

1 Тюфтяев А.С. Закономерности структурообразования при плазменной поверхностной обработке металлических из-делий и разработка на этой основе ресурсосберегающих промышленных технологий: автореф. дис. … д-ра техн. наук. — М.: Изд. МИСиС, 2013. — 42 с.

2 Наговицын В.С., Вешкурцев Ю.М., Шахов В.Г., Головаш А.Н. Техническая диагностика подвижного состава // Вестн. транспорта. — 2002. — № 5. — С. 19–22.

3 Баранова Л.В., Демина Э.Л. Металлографическое травление металлов и сплавов: справ. — М.: Металлургия, 1986. — 256 с.

4 Скаков М.К., Рахадилов Б.К., Зарва Д.Б., Гулькин А.В. Установка электролитно-плазменной обработки // Инноваци-онный патент на изобретение Республики Казахстан: МПК С255F 7/00 — № 29978 / Заявл. 03.02.2014; Опубл. 15.06.2015, Бюл. № 6.

5 Рахадилов Б.К., Беккалиев М.Н., Миниязов А.Ж., Арингожина З.Х., Рахадилов М.К., Кожанова Р.С. Эксперименталь-ные исследования энергетических характеристик электролитно-плазменного разряда // Вестн. ВКГТУ. — 2015. — № 1. — С. 62–68.

6 Устиновщиков Ю.И. Выделение второй фазы в твердых растворах. — М.: Наука, 1988. — 172 с. 7 ГОСТ 23.20879. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при тре-

нии о нежестко закрепленные абразивные частицы.

Б.К. Рaхaдилов, Л.Г. Журеровa, A.В. Пaвлов, В.К. Виелеба

65Г жəне 20ГЛ төмен легірленген болaттaрды электролитті-плaзмaлық беттік шынықтыру

Мақала темір жол көлігінің бөлшектерін жaсaуғa қолдaнылaтын 20ГЛ жəне 65Г болaттaрын электролиттік-плaзмaлық беттік шынықтыру кезінде түрленген беттік қaбaттaрдың түзілу ерекшеліктерін зертеуге aрнaлғaн. Электролиттік-плaзмaлық беттік шынықтырудың 65Г жəне 20ГЛ болaттaрының құрылымдық-фaзaлық күйлеріне, микроқaттылығынa жəне қaжaлу төзімділігіне əсерін зерттеудің нəтижелері келтірілген. 65Г жəне 20ГЛ болaттaрын электролиттік-плaзмaлық беттік


Серия «Физика». № 4(84)/2016 13

шынықтыру процесі нaтрий кaрбонaтының 20 %-дық су ерітіндісінде жүргізілді. Бaстaпқы күйінде 20ГЛ болaты ферритті-перлитті құрылымнaн, aл 65Г болaты перлитті-цементитті құрылымнaн тұрaтыны aнықтaлды. Электролиттік-плaзмaлық беттік шынықтырудaн кейін 65Г жəне 20ГЛ болaттaрының құрылымындa кaрбидті бөлшектер мен мaртенситтік фaзaлық құрaушылaрдың пaйдa болғaндығы бaйқaлды. Электролиттік-плaзмaлық беттік шынықтырудaн кейін 65Г жəне 20ГЛ болaттaрының aбрaзивті қaжaлуғa төзімділігінің сəйкесінше 1,3 жəне 1,2 есеге жоғaрылaйтындығы жəне микроқaттылық сəйкесінше 1,6 жəне 1,3 есеге өсуі тіркелді.

B.K. Rakhadilov, L.G. Zhurerova, A.V. Pavlov, W.K. Wieleba

Electrolyte-plasma surface hardening of 65G and 20GL low-alloy steels

This work is devoted to formation of modified surface layers in 65G and 20GL steels which using for the manufacture of railway transport parts, as well as the study of influence of the parameters of electrolyte-plasma surface hardening method on the changes in structural-phase states, improving of wear-resistance. The process of electrolyte-plasma surface hardening of 65G and 20GL steels samples conducted in the electrolyte from water solution of 20 % sodium carbonate, in the mode ~850 °C — 2 seconds, ~1200 °C — 3 seconds. It is established that in the initial state 20GL steel has ferrite-pearlite structure, and the 65G steel consists of pearlite and cement structure. After application of electrolyte-plasma surface hardening is observed the for-mation of carbides particles and martensite phase components in the structure of 20GL and 65G steels. It is determined that after electrolyte-plasma surface hardening with heating time — 2 s, the abrasive wear-resistance of 65G and 20GL steels increased to 1,3 times and 1,2 times, respectively, and the microhardness is increased to 1,6 times and 1,3 times, respectively.

References

1 Tyuftyaev A.S. Regularities of structure formation at the plasma surface treatment of metal products and the development on this base resource saving industrial technology: Dis. abstract. … Dr. of techn. sci., Мoscow: МIS&A Publ., 2013, 42 p.

2 Nagovitsyn V.S., Veshkurtsev Yu.M., Shakhov V.G., Golovash A.N. Transport Bull., 2002, 5, p. 19–22. 3 Baranova L.V., Demina E.L. Metallographic etching metals and alloys: Directory, Мoscow: Metallurgiya, 1986, 256 p. 4 Skakov M.K., Rakhadilov B.K., Zarva D.B., Gul'kin A.V. Innovative patent of the Republic of Kazakhstan: IPC S255F 7/00

— No. 29978, Appl. 03.02.2014, Publ. 15.06.2015, Bull. No. 6. 5 Rakhadilov B.K., Bekkaliev M.N., Miniyazov A.Zh., Aringozhina Z.Kh., Rakhadilov M.K., Kozhanova R.S. Bull. of

EKSTU, 2015, 1, р. 62–68. 6 Ustinovshchikov Yu.I. Isolation of the second phase in solid solutions, Moscow: Nauka, 1988, р. 172. 7 GOST 23.20879. Providing wear resistance of products. The method of testing materials for wear by friction of the loosely

fixed abrasive particles.


УДК 534.2:537.2

С.К. Тлеукенов1, Т.С. Досанов2, Ю.А.Вишенкова2 1Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана;

2Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова; (E-mail: [email protected])

Об отражении электромагнитной ТЕ-волны на границе раздела изотропной упругой среды и пьезомагнитного кристалла

ромбической сингонии классов 222, mm2, mmm

На основе метода матрицанта решена задача отражения электромагнитной ТЕ-волны, распростра-няющейся вдоль плоскости x0z на границе раздела изотропной упругой среды и пьезомагнитного кри-сталла ромбической сингонии классов 222, mm2, mmm. Получена система обыкновенных дифферен-циальных уравнений, описывающая распространение связанных волн вдоль плоскости x0z пьезомаг-нитной среды указанных классов. Построена структура матриц коэффициентов. Получены z-вые ком-поненты волновых векторов и «закон преломления» связанных волн. Показано, что «порожденные» упругие волны у-поляризации распространяются практически вдоль оси 0z, так как скорость электро-магнитной волны много больше скорости упругой. Проведен численный расчет энергетических коэф-фициентов отражения и прохождения электромагнитной ТЕ-волны и упругой волны у-поляризации.

Ключевые слова: электромагнитная волна, упругая волна, пьезомагнетизм, задача отражения, энерге-тические коэффициенты отражения, анизотропная среда, изотропная среда.

В данной работе впервые на основе метода матрицанта решена задача отражения электромаг-нитной ТЕ-волны, распространяющейся вдоль плоскости x0z на границе раздела изотропной упругой среды и пьезомагнитного кристалла ромбической сингонии классов 222, mm2, mmm.

Вследствие наличия пьезомагнитного эффекта во второй среде падающая электромагнитная волна будет порождать упругую волну, которая будет распространяться как в первой, так и во второй средах. Причем в первой среде электромагнитная ТЕ-волна будет распространяться независимо от упругой, а во второй среде она связана с упругой волной. Проведенные нами расчеты показывают, что в случае анизотропной пьезомагнитной среды ромбической сингонии классов 222, mm2, mmm падающая ТЕ-волна будет порождать упругую волну у-поляризации.

Задача отражения связанных волн на границе пьезомагнитных сред связана с совместным иссле-дованием уравнений движения упругой среды и уравнений Максвелла с использованием граничных условий.

Система уравнений Максвелла в отсутствие свободных зарядов и токов:

rotBEt

∂= −∂

; rot

DHt

∂=∂

, (1)

где E

и H

— напряженности электрического и магнитного полей соответственно; B

и D

— индук-ции магнитного и электрического полей.

Уравнения движения упругих анизотропных сред:

2

2

ij i

j

ux t

∂σ ∂= ρ∂ ∂

, (2)

где ijσ — компоненты тензора напряжений; ρ — плотность пьезомагнитной среды; iu — компонен-

ты смещения точек среды. Определяющие соотношения для пьезомагнитных сред:

0

0

,

i ij j

i ij j ijk jk

ij ijkl kl ijk k

D э э EB H Q

c Q H

=

= μ μ + εσ = ε −

(3)

где 0э и 0μ — электрическая и магнитная постоянные; ijэ — компоненты тензора диэлектрической

проницаемости; ijμ — компоненты тензора магнитной проницаемости; ijkQ — компоненты тензора

пьезомагнитных модулей; ijklc — компоненты тензора упругости.

Об отражении электромагнитной …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 15

1

2ji

ijj i

uux x

∂∂ε = + ∂ ∂ (4)

— компоненты тензора деформаций. Декартову систему координат совместим с кристаллографической системой координат. Исполь-

зуем метод разделения переменных, т.е. представляем решения системы (1)–(4) в виде ( , , , ) ( )exp[ ( )]f x y z t f z i t mx ny= ω − − , (5) где m и n — х-вая и у-вая составляющие волнового вектора.

В случае пьезомагнитного кристалла ромбической сингонии классов 222, mm2, mmm при 0n =

упругая волна y-поляризации связана только с электромагнитной ( ),y xE H волной [1].

14

44 44

2 22 2 36 36

1 660 33 0 33

214 14

0 1144 44

2 236

0 22 20 33 0 33

1yyz x

yzy y

yyz x

xy y

du Q Hdz c c

d Q im Qm c u Edz

dE i Q Qi Hdz c c

dH m Q mu i э э Edz

= σ +

σ = −ρ ω + + − μ μ ωμ μ

ω = σ + ω μ μ +

= + ω − μ μ ω μ μ

(6)

236 36

660 33 0 33

xy y yQ mQim c u E

σ = − + − μ μ ωμ μ

; 36

0 33 0 33z y y

imQ mH u E= +μ μ ωμ μ

.

Систему (6) можно записать в матричном виде:

ˆdw Bwdz

=

, (7)

где ( , , , )ty yz y xw u E H= σ

; B̂ — матрица коэффициентов.

12 14

21 23

14 34

23 43

0 0

0 0ˆ0 0

0 0

b bb b

Bi b b

i b b

= ω

ω

; (8)

1244

1bc

= ; 2

2 2 3621 66

3

Qb m c

= −ρω + + μ ;

214

34 144

Qb ic

= ω μ +

;

2

43 2 23

mb i э

= ω − ω μ ;

1414

44

Qbc

= ; 2

3623

3

im Qb = −ωμ

.

Здесь для краткости введены обозначения: 2 0 2э э э= ; 1 0 1μ = μ μ ; 3 0 33μ = μ μ . Согласно методу матрицанта z-вые компоненты волновых векторов имеют вид [2]:

2 14 21 23 34 12 23 14 4312 21 34 43 14 23 12 21 34 43 2

2 12 21 34 43

4 ( )( )12 ( ) 1 .

2 ( )z

z

k i b b b b b b b bb b b b i b b b b b bb b b b

ω + += − + + ω ± − + κ −

(9)

Пусть на границу раздела изотропной упругой среды и пьезомагнитного кристалла ромбической сингонии классов 222, mm2, mmm падает электромагнитная ТЕ-волна (см. рис. 1) [3].

Матрица коэффициентов и ее элементы для первой (изотропной) среды:

12

211

34

43

0 0 0

0 0 0ˆ0 0 0

0 0 0

aa

Ba

a

=

; (10)

С.К. Тлеукенов, Т.С. Досанов, Ю.А.Ви

16

12

1;a a

c=

Рисунок 1. Граница раздела изотропее составляющ

так как скорость эл

Компоненты волнового вектора п

Волновой вектор упругой волны в

Из (9) и (11), (12) получим «з

Матрицант первой среды при

1T ±

Матрица коэффициентов и ее элклассов 222, mm2, mmm) среды им

2T

ишенкова

Вестник Караг

22 2

21 34 43 2; ; .

ma m c a i a i

= −ρω + = ωμ = ω ε − ω μ

пной и пьезомагнитной сред, плоскость x0y, на котщие Ey, Hx и Hz. Углы γ и δ практически равны нулюлектромагнитной волны много больше скорости уп

падающей ТЕ-волны:

1

sin

cos .z

m = ω εμ α

κ = ω εμ αв первой среде имеет z-вую компоненту

1zkcρ= −ω .

закон преломления»:

1 2z ztg tgκ α = κ β .и z = 0:

12

1

21

10

34

1

43

1

1 0 0

1 0 01

20 0 1

0 0 1

z

zz

z

z

iak

iak

ia

ia

=

−

− =

− κ

− κ

.

ементы для второй (пьезомагнитной среды рмеют вид (8). Матрицант второй среды при z =

12 14

21 232 0

14 34

23 43

1 2 0 2

2 1 2 01

0 2 1 22

2 0 2 1

z

r rr r

i r ri r r

+=

− − = ω −

ω −

;

гандинского университета

торую падает ТЕ-волна; ю, пругой

(11)

(12)

(13)

(14)

ромбической сингонии = 0:

(15)


Серия «Физика». № 4(84)/2016 17

2 2

12 12 21 2 2 2 2 14 12 23 14 4312

2 2 2 2

( ) (2 );

2 ( )z z z z

z z z z

ib b b k k b b b b brk k

− + κ + κ + + + ω=

κ κ +

2 2

12 14 21 23 34 14 34 43 2 2 2 2 14 2314

2 2 2 2

( ( ) ( ));

2 ( )z z z z

z z z z

i b b b b b b b b k k ib brk k

− + + + κ + κ + + ω=

κ κ +

2 2

21 12 21 2 2 2 2 23 14 22 23 3421

2 2 2 2

( ) (2 );

2 ( )z z z z

z z z z


− + κ + κ + + + ω=

κ κ +

2 2

12 21 23 14 21 43 23 34 43 2 2 2 2 14 2323

2 2 2 2

( ( ));

2 ( )z z z z

z z z z

i b b b b b b b b b k k b brk k

− + + + κ + κ + + ω=

κ κ +

2 2

34 34 43 2 2 2 2 14 14 21 23 3434

2 2 2 2

( ) ( 2 );

2 ( )z z z z

z z z z


− + κ + κ + + + ω=

κ κ +

2 2

43 34 43 2 2 2 2 23 12 23 14 4343

2 2 2 2

( ) ( 2 ).

2 ( )z z z z

z z z z


− + κ + κ + + + ω=

κ κ +

Падающая волна

( ) 1̂, , ,t

a a a a au E H T w+σ = . (16)

Отраженная волна

( ) 1ˆˆ, , ,

tr r r r au E H T Gw−σ =

. (17)

Прошедшая волна

( ) ( )2ˆˆ ˆ, , ,

tt t t t au E H T G E w+σ = +

, (18)

где 0 0(0,0, , )taw E H=

.

12 0 1 0 1 0 2 0

ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ( ) ( )z z z zG T T T T+ − − + += = = == − − (19)

11 13

22 24

31 33

42 44

1 0 0

0 1 0ˆ0 1 0

0 0 1

g gg g

Gg g

g g

− + − + = − +

− +

(20)

21 43 1 4311 2

21 1 21 43 1 43 1 1 23

2 ( 2 );

( 2 )( 2 ) 4z

z z z z

a a i rga ik r a i r i k r

+ κ=

+ + κ + κ ω 43 1 23

13 221 1 21 43 1 43 1 1 23

4;

( 2 )( 2 ) 4z

z z z z

a k rgia k r a i r k r

= −− + + κ + κ ω

12 34 1 3422 2

12 1 12 34 1 34 1 1 14

2 ( 2 );

( 2 )( 2 ) 4z

z z z z

a a i rga ik r a i r i k r

+ κ=

+ + κ + κ ω 34 1 14

24 212 1 12 34 1 34 1 1 14

4;

( 2 )( 2 ) 4z

z z z z

a k rgia k r a i r k r

= −− + + κ + κ ω

21 1 2331 2

21 1 21 43 1 43 1 1 23

4;

( 2 )( 2 ) 4z

z z z z

ia rgia k r a i r k r

κ ω= −

− + + κ + κ ω 43 21 1 21

33 221 1 21 43 1 43 1 1 23

2 ( 2 );

( 2 )( 2 ) 4z

z z z z

a a ik rga ik r a i r i k r

+=

+ + κ + κ ω

12 1 1442 2

12 1 21 34 1 34 1 1 14

4;

( 2 )( 2 ) 4z

z z z z

ia rgia k r a i r k r

κ ω= −− + + κ + κ ω

34 12 1 1244 2

12 1 12 34 1 34 1 1 14

2 ( 2 ).

( 2 )( 2 ) 4z

z z z z

a a ik rga ik r a i r i k r

+=

+ + κ + κ ω

Энергетический коэффициент отражения (прохождения) электромагнитной ТЕ-волны — это от-ношение среднего значения z-вой компоненты плотности потока энергии отраженной (прошедшей) ТЕ-волны к среднему значению z-вой компоненты плотности потока энергии падающей ТЕ-волны:

*

*отр r rэм

a a

E HKE H

= , *

*пр t tэм

a a

E HKE H

= , (21)

знак «*» указывает на комплексное сопряжение. Энергетический коэффициент отражения (прохождения) упругой волны у-поляризации — это

отношение среднего значения z-вой компоненты плотности потока энергии упругой волны в первой (во второй) среде к среднему значению z-вой компоненты плотности потока энергии падающей ТЕ-волны:

*

*отр r rупр

a a

i uKE Hω σ= ,

*

*пр t tупр

a a

i uKE Hω σ

= . (22)

С.К. Тлеукенов, Т.С. Досанов, Ю.А.Вишенкова


Проведем численный расчет энергетических коэффициентов отражения и прохождения при сле-дующих параметрах изотропной и пьезомагнитной сред (см. рис. 2, 3):

6

11 3 3 12 7

10 10 3 344 66 1

7 7 121 3 2

1 В/м; 1А/м; 10 рад/с;

2 10 Па; 5 10 кг/м ; 5 8,85 10 Ф/м; 1 4 10 Гн/м;

4 10 Па; 6 10 Па; 6 10 кг/м ;

2 4 10 Гн/м; 3 4 10 Гн/м; 3 8,85 10 Ф/м.

а аE Hcc c

− −

− − −

= = ω =

= × ρ = × ε = × × μ = × π×= × = × ρ = ×

μ = × π× μ = × π× ε = × ×

Рисунок 2. Зависимость энергетического коэффициента отражения (а) и прохождения (б) электромагнитной ТЕ-волны от угла падения волны на границу раздела двух сред при Q14 = Q36 = 0 (непрерывная линия)

и при Q14 = 7000 H/(A·м); Q36 = 15000 H/(A·м) (пунктирная линия)

Рисунок 3. Зависимость энергетического коэффициента отражения (а) и прохождения (б) упругой волны у-поляризации от угла падения волны на границу раздела двух сред при Q14 = Q36 = 0 (непрерывная линия)

и при Q14 = 7000 H/(A·м); Q36 = 15000 H/(A·м) (пунктирная линия)

Таким образом, в данной работе решена задача отражения электромагнитной ТЕ-волны, распро-страняющейся вдоль плоскости x0z на границе раздела изотропной упругой среды и пьезомагнитного кристалла ромбической сингонии классов 222, mm2, mmm. Получена система обыкновенных диффе-ренциальных уравнений, описывающая распространение связанных упругих и электромагнитных волн. Построена структура матриц коэффициентов. Вычислены z-вые компоненты волновых векто-ров в пьезомагнитной среде. Проведен численный расчет энергетических коэффициентов отражения и прохождения электромагнитной ТЕ-волны и упругой волны у-поляризации.


1 Тлеукенов С.К., Досанов Т.С. О распространении пьезомагнитных волн в неограниченной анизотропной среде ром-бической сингонии классов 222, mm2, mmm с пьезомагнитным эффектом // Изв. НАН РК. — 2009. — № 5.

2 Тлеукенов С.К. Метод матрицанта. — Павлодар: НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2004. — 147 с.


Серия «Физика». № 4(84)/2016 19

3 Тлеукенов С.К., Досанов Т.С. К задаче отражения электромагнитной ТМ-волны на границе раздела изотропного по-лупространства и анизотропной среды класса 42.2 с пьезомагнитным эффектом // Вестн. КНПУ им. Абая. Сер. Физ.-мат. науки. — 2007. — С. 37–42.

С.К. Тлеукенов, Т.С. Досанов, Ю.А.Вишенкова

Кластары 222, mm2, mmm ромбылық сингониялы пьезомагнитті кристалл мен изотропты серпімді ортаның шекарасындағы электромагниттік ТЕ-толқынның шағылу есебі туралы

Мақалада матрицант əдісінің негізінде x0z жазықтығы бойымен таралып жатқан кластары 222, mm2, mmm ромбылық сингониялы пьезомагнитті кристалл мен изотропты серпімді орталардың шекара-сында электромагниттік ТЕ-толқынның шағылу есебі шешілді. Пьезомагнитті ортаның көрсетілген кластары үшін x0z жазықтығы бойымен таралатын байланысқан толқындарды бейнелейтін кəдімгі дифференциалдық теңдеулердің жүйесі алынды. Коэффициенттер матрицасының құрылымы құрылған. Толқындық векторлардың z-құраушылары жəне байланысқан толқындардың «сыну заңы» алынды. Электромагниттік толқындардың жылдамдығы серпімді толқындардың жылдамдығынан едəуір үлкен болғандықтан, «пайда болған» серпімді толқындары 0z осі бойымен таралатыны көрсетілген. Электромагниттік ТЕ-толқынның жəне у-поляризациялы серпімді толқындардың шағылу жəне өту энергиялық коэффициенттерінің сандық есептеулері жүргізілді.

S.K. Tleukenov, T.S. Dosanov, Yu.A. Vishenkova

About the reflection of electromagnetic TE-wave at the interface between isotropic elastic medium and piezo-crystal orthorhombic

classes 222 mm2, mmm

The problem of reflection of the electromagnetic TE-wave propagating along x0z plane at the boundary of an isotropic elastic medium section and piezomagnetic orthorhombic crystal classes 222, mm2, mmm was solved by matriciant method. The system of ordinary differential equations describing the propagation of as-sociated waves along the plane of the x0z piezo-magnetic environment specified classes was obtained. The structure of matrix coefficients was built. The z-components of the wave vectors and the «law of refraction» of coupled waves were obtained. It is shown that «generated» y-polarization elastic waves propagate at the virtually along the 0z axis, as the speed of the electromagnetic wave is much greater than the speed of elastic wave. The numerical calculation of the reflection and transmission energy coefficients of electromagnetic TE-wave and y-polarization elastic wave was carried out.

References

1 Tleukenov S.K., Dosanov T.S. News of NAS RK, 2009, 5. 2 Tleukenov S.K. Matriciant method, Pavlodar: Research Center of S.Toraighyrov PSU, 2004, 147 p. 3 Tleukenov S.K., Dosanov T.S. Bull. of Abai KazNPU, Ser. Phys.-math., 2007, p. 37–42.


ЖЫЛУ ФИЗИКАСЫ ЖƏНЕ ТЕОРИЯЛЫҚ ЖЫЛУ ТЕХНИКАСЫ ТЕПЛОФИЗИКА И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА THERMOPHYSICS AND THEORETICAL THERMOENGINEERING

UDC 533.6.01; 621.548

N.K. Tanasheva1, E.R. Shrager2, A.N. Dyusembaeva1, A.K. Kussaiynova1, D.A. Ospanova1, A.R. Bakhtybekova3

1Ye.A. Buketov Karaganda State University; 2Tomsk State University, Russia;

3M.O. Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent (E-mail: [email protected])

Simulation of flow of the blade wind turbine

The paper is concerned with simulation of aerodynamics of a wind turbine blade in 3D space. The authors developed a grid model of the airspace in the form of an infinite cylinder wherein a wind turbine blade is ar-ranged. The simulation made it possible to draw a picture of the cross-flow of a sail blade at various airflow rates. The investigators determined the pressure distribution pattern and distribution of the current lines in the symmetric plane for the angle of attack α=0° at an approach flow rate of 5 m/s.

Key words: Ansys Fluent, blade, flow pattern, simulation.

Introduction

The investigation process of simulation of the flow of a triangular sail blade by an airflow using Fluent software package includes the following solution stages: the development of the computational model, the finite-difference grid plotting, running the Ansys Fluent solver, processing of the results [1].

The computational model development stage is one of the most important steps to achieve a successful solution of the problem. Designed in the right way computational model, reasonably broken down into finite elements, significantly increases the quality of the solution of the problem, reducing the probability of occur-rence of nonphysical picture of the flow and contributes to the achievement of results close to experimentally obtained ones. The construction of the model geometry can be done in two ways:

1) Development of the geometry using the internal means of the program; 2) Development of the model in CAD programs and their further importing. To build a two-dimensional model of the wind turbine blade an internal program of the Ansys Fluent,

i.e. Gambit was used [2–4].

Problem statement

To develop a three-dimensional model of the wind turbine blade an AutoCAD (Autodesk) software package was applied (Fig. 1). The blade was a right isosceles triangle, which was captured when it was ulti-mately blown by the airflow. The area surrounding the sail corresponded to the dimensions of the wind tun-nel T-1-M [5].

To proceed to the next stage, the investigators exported the resulting geometric model to the Gambit program and they built a finite-difference grid based on the model. They also checked the quality of the grid and set the boundaries of the computational domain, within which the boundary conditions would be estab-lished later. Then the export of the finite-difference grid to the Fluent program was carried out.

To determine the effect of a difference grid size (number of cells) of the two-dimensional model of the blade on the drag force, calculations for three difference grids were made using the model. Table 1 shows the

Серия «Физика». № 4(84)/2016

numerical comparison of drag force to the drag force obtained using the160.000 nodes.

a) a wireframe view

Figure 1. T

Compar

Veloc

Table 1 shows that value diffe

minimal, and the difference grid of 2Therefore, for a two-dimension

reasonable to use a grid of 40000 noTo determine the effect of the s

the drag force, using the model thenodes, 2 — for 1400000 nodes.

Figure 2. Fini

Table 2 shows the results of caF1 corresponds to the drag force obnodes, and F3 — is obtained experim

Compar

Veloc

results obtained for various difference grids. Thee model on the grid of 20.000 nodes, F2 — of 40.

b) a volumetri

The three-dimensional model of a wind turbine blade

rison of drag forces for various difference grids

city, m/sDrag force

F1, N F2, N F3, N4 1.49 1.56 1.56 5 1.76 2.40 2.42 6 3.10 3.25 3.26

erences of drag forces for grids of 40000 and 120000 nodes is much different. nal model of the triangular sail blade of the wind

odes later on (Fig. 2). size of the difference grid of the three-dimensione authors made calculations for two difference g

ite-difference grid of the sail blade of the wind turbine

alculations of drag forces for various finite-differtained using the model on the grid of 1000000 n

mentally.

rison of drag forces for various difference grids

city, m/sDrag force

F1, N F2, N F3, N4 1.49 1.56 1.55 6 3.46 3.26 3.28 8 5.10 5.76 5.78

Simulation of flow of …

21

e value of F1 corresponds .000 nodes, and F3 — of

c view

T a b l e 1

60000 nodes are almost

d turbine it will be more

nal model of the blade on grids: 1 — for 1000000

e

rence grids. The value of nodes, F2 — of 1400000

T a b l e 2

N.K. Tanasheva, E.R. Shrager et al.


Table 2 shows that the values of the drag force obtained by means of experiments and numerical simu-lation method, on the finite-difference grid of 1,400,000 cells are slightly different. In this regard, for further calculations the experimenters will use the grid of 1,400,000 cells (Fig. 3).

Figure 3. The finite-difference grid of a three-dimensional model of a wind turbine blade

The stimulation by Ansys Fluent is based on the solution of the Navier-Stokes equations of energy and continuity. The system of equations describing the flow of gas in vector form is represented as follows.

The numerical simulation was carried out based on solving two-dimensional equations [6] with bounda-ry conditions (1)–(3) using Patankar method, implicit scheme of the second order space accuracy for convec-tive terms of equations, two-parameter model of turbulence k-ε.

The boundary conditions at the input bound: inU U= ; 0V = . (1)

The boundary conditions at the output bound:

0x

∂ϕ =∂

. (2)

For the k-ε-model the investigators used a standard recommended set of empirical constants (2.0), which is usually defaulted in computational packages: 1 20.09, 1.44, 1.92, 1.0, 1.3kC C Cμ ε ε ε= = = σ = σ = . (3)

The dimensions of the computational domain were set in accordance with the measures of the wind tunnel.

Results and discussion

The next stage of the solution was processing of the calculation results. The authors determined the fields of rates, of the pressure distribution and of the current lines in the symmetric plane for the angle of at-tack α=0° at an approach flow rate of 5 m/s (Fig. 4).

Figure 4. The field of the current lines distribution

Simulation of flow of …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 23

Figure 4 shows that the blade tips are high pressure zones and the depression zones are located outside of the sail. It is seen that behind the sail owing to the formation of circulating zones a backflow occurs, which may be caused by the capture of the air flow by the boundary layer.

Conclusion

Thus, the authors made the analysis of the development of the computational model of a sail blade in an airflow. Using ANSYS FLUENT software, the authors determined the pattern of the cross flow of the sail blade at a variety of cross flow rates.

On the basis of numerical simulation, universal dependences of the aerodynamic parameters on the ge-ometry of the blade profile have been established for various velocities of the wind flow. The results of simu-lation of the flow past a triangular sail-type blade have been obtained. The regularities in the variation of the aerodynamic parameters established in this study can be useful for understanding the complex aerodynamic pattern of the turbulent air flow past bodies with various profiles. The universal dependences obtained for the driving force and drag can be used in designing sail-type wind turbines.

References

1 Valiev M.J. Calculations low-speed wind turbines with high energy utilization factor of wind // XX Tupolev's readings: Pro-ceedings of the International Youth Scientific Conference. — Kazan, 2013. — P. 23–26.

2 Isaev S.A., Baranov P.A., Mitrofovich A.E., Kolosov V.V., Ponomarev A.D. Numerical simulation of turbulent flow within the wind turbine based power impeller // Journal of Engineering Physics. — 2003. — Vol. 76, No. 6. — P. 45–48.

3 Baturin O.V., Baturin N.V., Matveev V.N. Construction of settlement models in the preprocessor Gambit Fluent universal software system: Proc. Benefit. — Samara, 2009. — 172 p.

4 Baturin O.V. Calculation of liquid and gas flows using the Fluent Universal software: Textbook. — Samara, 2010. — 151 p. 5 Kussaiynov K., Sakipova S.E., Kambarova Zh.T., Turgunov M.M. The development of a double wind turbine with sail wind

wheels placed at right angle to one another // Eurasian Physical Technical Journal. — 2015. — Vol. 12, No. 1(23). — P. 53–58. 6 Kussaiynov K., Tanasheva N.K., Min'kov L.L., Nusupbekov B.R., Stepanova Yu.O., Rozhkova A.V. Numerical simulation of a

flow past a triangular sail-type blade of a wind generator using the ANSYS FLUENT software package // Technical Physics: Pleia-des Publishing. — 2016. — Vol. 61, No 2. — P. 299–301.

Н.К. Танашева, Э.Р. Шрагер, А.Н. Дюсембаева, А.К. Кусаиынова, Д.А. Оспанова, А.Р. Бактыбекова

Қысымның таралуын анықтаған желтурбина қалақшаларын орап ағудың көрнекілік моделі

Мақала 3D кеңістіктегі желқозғалтқыш қалақшаларының аэродинамикасын модельдеуді үйренуге арналған. Желтурбина қалақшасында орналасқан шексіз цилиндр түріндегі ауа кеңістігінің торлы моделі құрылды. Модельдеу ауа ағынының əртүрлі жылдамдығы кезіндегі желкенді қалақшаны көлденен орап ағудың суретін алуға мүмкіндік берді. Ауа ағынының жылдамдығы 5 м/с тең кездегі α=0° бұрылу бұрышындағы симметрия жазықтығының ток сызығы мен қысымының таралуы анықталды.

Н.К. Танашева, Э.Р. Шрагер, А.Н. Дюсембаева,

А.К. Кусаиынова, Д.А. Оспанова, А.Р. Бактыбекова

Иллюстрационное моделирование обтекания лопасти ветротурбины с выявлением распределения давления

Статья посвящена изучению моделирования аэродинамики лопасти ветродвигателя в 3D пространст-ве. Построена сеточная модель воздушного пространства в виде бесконечного цилиндра, в которой расположена лопасть ветротурбины. Моделирование позволило получить картину поперечного обте-кания парусной лопасти при различных скоростях потока воздуха. Получена картина распределения давления и линии тока в плоскости симметрии для угла атаки α=0° при скорости набегающего потока, равной 5 м/с.


РАДИОФИЗИКА ЖƏНЕ ЭЛЕКТРОНИКА РАДИОФИЗИКА И ЭЛЕКТРОНИКА RADIOРHYSICS AND ELECTRONICS

UDC 654.028

M.Z. Yakubova1, V.P. Razinkin2, T.G. Serikov3, A.K. Muratova4

1Almaty University of Power Engineering & Telecommunications; 2Novosibirsk State Technical University, Russia; 3Kazakh National Technical University, Almaty;

4Karaganda State Technical University (E-mail: [email protected])

Protection of IP-telefony networks on the basis of Asterisk from interception of data

Nowadays the new round of technologies development on voice transfer, and IP-telephony is observed. In a type of the growing levels of demand and popularity of IP-telephony as bases of corporate communication in-frastructure creation there is a question of ensuring at most a level of its safety. As the server of IP-telephony has direct access to the network the Internet, and authentication of subscribers happens to IP addresses. In this article the issue of safety of telephony on the basis of Asterisk from interception of these clients is resolved. As the network analyzer the software of Wireshark is used. As softfon and client base laptops, computers, and gadgets on which passes test are considered. Communication of clients with the server passes through a wire-less point of WiFi access. The attacking device is the laptop on which the software package of CommView for WiFi is established. By the result of carried out test the analysis of network's vulnerability was made. Recommendations about a measure of protection from unauthorized access are made. The optimum option of network protection is offered.

Key words: IP-telefony, protocol, address, wireless attacks, server, portal, Asterisk.

For the developed information technology of telecommunication systems' chair of Karaganda state

technical university established laboratory had tested on carrying out protection was carried out from mali-cious to a IP-telefony network for definition of weak spots in a network. And the results were taken on its protection. Generally information gets huge value, and modern technologies allow to bring her in every spot on the globe very quickly and without use of the expensive machinery and equipment. In fact, the mankind is mantering information century. Therefore transfer questions and information reception move to the forefront.

Transition from traditional telephone networks to networks of IP-telephony is noted. The main differ-ence of new networks is the applied principle of switching, namely application of packages' switching. Te-lephony turns from complex structure with a huge number of the equipment and personnel into one of data's services transmission networks. Application of IP-telephony gives to the client a set of opportunities and minimum price for services. They provide services of a speech transfer and video traffic to any subscriber connected to network (for example, the Internet) [1].

One of the most widespread systems of IP-telephony is the system of IP-telephony Asterisk. This sys-tem allows to work with different protocols of IP-telephony, provides a broad set of services. The system is well programmed and is widespread [2].

The most popular protocol of IP-telephony is SIP (Session Initiation Protocol). This protocol differs in simplicity (and proximity to the HTTP protocol (HyperText Transfer Protocol)), independence of transport protocols, integration with a stack of protocols of TCP/IP, a possibility of work with other protocols. Aster-isk supports the SIP protocol and this protocol is applied on that most often. For this reason in this article the protocol of telephony is considered.

Protection of IP-telefony networks …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 25

With increase of the information price also need for its protection increases. There is a set of infor-mation's interception ways against to the fight for ensuring confidentiality of subscribers. To show vulnera-bility of the user data, we will use program providing Wireshark [3].

Wireshark is one of the most popular and powerful modern network analyzers. It is capable to carry out interception of a traffic, the analysis of shots headings, packages, etc. and to carry out viewing of directly transmitted data. The program is capable to analyze a traffic on many signs. In particular, it is capable to dis-tinguish and give streams of audio and video. The built-in tools allow to allocate data flows and to present them in a convenient format (it's true for audio, it is possible to keep video as the block of data and to for-mat) [4].

The purpose of the research is to resolve the issue of safety of telephony on the basis of Asterisk from interception of these clients by taking as the server of IP-telephony has direct access to the network the In-ternet, and authentication of subscribers happens to IP addresses and As the network analyzer the software of Wireshark is used.As softfon and client base laptops, computers, and gadgets on which passes test are con-sidered. Communication of clients with the server passes through a wireless point of WiFi access.

Let’s review an example of such interception. The call between two users of Asterisk without encipher-ing has been for this purpose carried out. Wireshark established on IP-telephony server carries out intercep-tion of data.

As a result of the intercepted data's observations the following facts have been elicited. Firstly, it is possible to watch frames of the SIP protocol and to look through them (including the user

data). The password is ciphered by MD5 (Message Digest 5) algorithm and therefore it can't be read in opened, but there is a possibility of activity observation of users.

Secondly, there is a possibility of a talk interception. After the end of a call to Wireshark the choice of the Telephony menu, and in its subparagraphs of «RTP» (Real-time Transport Protocol) and «Show all streams» is carried out. The program displays streams (Fig. 1):

Figure 1. RTP streams, captured by Wireshark

By pressing of the Analyze button Wireshark provides the analysis of the chosen stream on shots. At the same time there is a possibility of a stream preservation (the Save payload button). The stream can be kept in a format of uncompressed data (.raw) or in an audioformat (.au) (the last is right for the G.711 audiocodec).

M.Z. Yakubova, V.P. Razinkin et al.


Follows from the aforesaid that additional measures are necessary for protection of the user traffic. Mechanisms of a traffic protection of telephony against interception are provided in Asterisk. The linking of the TLS (Transport Layer Security) and SRTP (Secure Real-time Transport) protocols is for this purpose used. TLS — the protocol of the fifth, session level of the OSI model providing information security by its transfer through package networks by establishment of the protected connection.

The protocol works as follows. The client sends inquiry for connection establishment to the server, and also sends data on available protocols of enciphering. The server having received these data determines pa-rameters of the protected connection (in fact, makes the choice of the best algorithm). After that it sends to the client the certificate with an open key. The client ciphers the casual sequence of data an open key and sends it on the server. The server decodes the sequence, and, in case of lack of mistakes and failures, there is an establishment of the protected connection [5].

The protocol applies asymmetric enciphering. It means that only the party possessing the closed key can decipher the data ciphered by an open key. In this case such part is the server.

Secure Real-time Transport Protocol — the protocol of transport level intended for enciphering, protec-tion against substitution of data and preservation of the data integrity transferred by the RTP protocol. Codes of AES (Advanced Encryption Standard) are used. Application of the TLS protocol is necessary to protect process of a secure channel establishment of SRTP.

Asterisk allows to use these protocols at the expense of special modules, in particular, of the res_srtp.so module. This module has already built in some distribution kits (for example, AsteriskNOW) and has already been ready to use. In case Asterisk has been separately installed, it is necessary to receive this module and to rebuild Asterisk with this module.

For generation of certificates ast_tls_cert script is provided. First of all it is necessary to download a script, it is carried out by the wget http://svn.asterisk.org/svn/asterisk/branches/11/contrib/scripts/ast_tls_cert team. That allows to load a script from svn-storage of data Asterisk. It should be noted the script is loaded into that folder in which the entrance before command execution has been carried out.

After downloading of a script we pass to his use. From the folder where the script has been loaded, we start team. / ast_tls_cert — C 192.168.0.106-O kontora — d/etc/asterisk/keys. Certificates for the server with the address 192.168.0.106, the name of the kontora organization in directory/etc/asterisk/keys is being gener-ated.

Further it is necessary to generate certificates for clients. We start command./ast_tls_cert — m client — with /etc/asterisk/keys/ca.crt — k/etc/asterisk/keys/ca.key — O kontora — d/etc/asterisk/keys — o 5002. We receive the key for the client 5002 generated for the certificate of ca.crt and a key of ca.key of the kontora organization.

In folder/etc/asterisk/keys there will be following files: asterisk.key, asterisk.csr, asterisk.crt, aster-isk.pem, 5002.pem, 5002.key, 5002.csr, 5002.crt, ca.key, ca.crt, ca.cfg, tmp.cfg.

Further we configure the server. All changes are made to the sip.conf file. Section general:

[general] tlsenable=yes tlsbindaddr=0.0.0.0:5061 tlscertfile=/etc/asterisk/keys/asterisk.pem tlscafile=/etc/asterisk/keys/ca.crt tlscipher=ALL tlsclientmethod=tlsv1 tlsdontverifyserver=yes bindaddr=192.168.0.106 externaddr=192.168.0.106 videosupport=yes

Here we set TLS support, we set the address and port, files of the certificate and a key, we include enci-phering and in addition we enter a number of teams for Asterisk.

It is possible to check TLS work the openssl s_client team — connect 127.0.0.1:5061. Has to be are provided withdrawal of team with enciphering parameters, the certificate, a key.

Серия «Физика». № 4(84)/2016

We set up clients:

[5002] type=friend secret=12345 host=dynamic context=local disallow=all allow=ulaw allow=h264 transport=tls encryption=yes

Here we set use of TLS and enents. Clients have to support TLS an

For control of the mobile clienSRTP (at the same time the programwith). Besides, the address of the through a colon). Screenshots of sett

Figure 2

After saving of settings the clidemand inclusion of TLS and oblimenu (Fig. 3):

Fig

Protection

nciphering (we include SRTP). The following stnd obligatory inclusion of SRTP. We consider thent for Zoiper it is necessary to make basic settingsm will request inclusion of the TLS protocol whaserver needs to be added with number of port tings are presented in the Figure 2:

. The VoIP by Antisip settings for TLS and SRTP

ient program has to be registered on the server.igatory enciphering. At first obligatory enciphe

gure 3. Turning on the enciphering in Blink

n of IP-telefony networks …

27

tage is the control of cli-e control of clients. s of the client, to include at it is necessary to agree

5061 (after the address

The Blink settings also ering joins in the Media



Next in menu «Server Settings» we enter adress of the server, port number and choice of the TLS transporation (Fig. 4):

Figure 4. Settings of the server

In the Network menu the choice of TLS is also made, and the way to the file of the client certificate (Fig. 5) registers in the Advanced menu on the line «Certificate File»:

Figure 5. Choice of certification

In the Advanced menu of the program (the previous settings were made in the menu of accounts) it is left included only in the TLS protocol with the necessary port and the certificate is chosen.

And now at implementation of a call the organization of the protected session by means of the TLS pro-tocol is carried out, and data are ciphered by SRTP. The intercepted stream is represented as UDP (User Datagram Protocol) stream. Now instead of the Wireshark Window with the intercepted packages are pre-sented in the figure 6. In this case Wireshark doesn't identify streams of RTP and can't analyse them, data are ciphered. Protection of the user data against malefactors has been carried out.

Support of TLS and SRTP is declared practically in all modern client applications of IP-telephony. For this reason the linking of these protocols is widely applied to a traffic protection of telephony. It is especially urgent in complex compound networks in which is more difficult to trace and prevent interception of data. These technologies ensure safety of information, at the same time their application doesn't demand introduc-tion of new hardware and is carried out at the program level.

Treat advantages of IP-telephony: its low cost, reliability, high speed of communication and simplicity of use. It uses the most advanced technology of compression of our voice signals, and completely uses the capacity of telephone lines. Therefore packages of data from different inquiries, and even their various types, can move on the same line to one and too time the Internet, but also in other networks of data transmission with package switching (local, corporate, regional) [3].

As a result of the conducted researches it is revealed that at expansion of corporate networks there is a sense to introduce program IP PBX instead of electronic and digital automatic telephone exchanges, the prize turns out not only at cost, but also on acquisition of technologies which electronic and digital automatic tele-phone exchanges don't provide.

The carried-out calculations show that in a point of access to a network with Asterisk the multimedia stream thus is had enough to have an access point the speed of transfer of 54 Mgb providing for a multimedia traffic and a pass-band 2 GHz.

The scheme of wireless attack of a network the client — the server is developed and experiment on at-tack of a network the client the server is made (Fig. 6).

Protection of IP-telefony networks …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 29

Figure 6. The traffic protected from interception

On the developed scheme of a network on chair test on carrying out attack for the first time is carried out from the malefactor on a network for definition of weak spots to networks and offers of taking measures to its protection, problems are for this purpose solved on:

− to studying and development of the program instrument of modeling of attacks in the CommView for WiFi network;

− experiments in the developed network of attack of the malefactor are made and results in drawings and tables of screenshots are given;

− on the basis of research of results of attack offers on taking measures of protection of a LAN (Local Area Network) are also developed.

References

1 Назаров И. Пропускная способность в IP-сетях: расчет и выбор сетевого оборудования // Системы безопасности. — 2013. — № 6(10) / [ЭР]. Режим доступа: http://compsovet.info/magazine/security_systems.

2 Гольдштейн Б.С., Пинчук А.В. и др. IP-телефония. — M.: Радио и коммуникация, 2001. — 336 с. 3 Якубова М.З. Разработка топологии сетевой атаки на основе пакета программ Wireshark // ПОИСК Междунар. науч.

журн.-приложение РК. Сер. естеств. и техн. наук. — 2013 — № 2 (2) / [ЭР]. Режим доступа: http://www.aipet.kz/article/ facultet/frts/ikt/15/9.pdf.

4 Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Коммуникационные сети. — СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2010. — 400 с.

5 Якубова М.З. Разработка критериев и требований по информационной безопасности // ПОИСК Междунар. науч. журн.-приложение РК. Сер. естеств. и техн. наук. — 2013. — № 2(2) / [ЭР]. Режим доступа: http://szgmu.ru/upload/files/Доку-менты%20кафедр/СБОРНИК_ОЗИЗ_2013.pdf.



М.З. Якубова, В.П. Разинкин, Т.Г. Сериков, А.К. Муратова

«Asterisk» базасының негізінде IP-телефония жүйесін деректерді ұстап қалудан қорғау

Қазіргі уақытта дауыс жіберу технологиясының дамуының жаңа кезеңін, соның ішінде IP-телефония-ның қарқынды қолданыс тапқандығын байқауға болады. Жыл сайын IP-телефонияға корпоративтік коммуникациялық инфрақұрылымның негізі ретінде сұраныс жəне қолданыс деңгейі өсіп келе жатуынан, оның қауіпсіздігін қамтамасыз ету туралы сұрақ туындайды. IP-телефонияның интернет желісіне тікелей кірісі болғандықтан, абоненттердің аутентификациясы абоненттік IP-мекенжайлар бойынша жүргізіледі. Мақалада телефонияның қауіпсіздігін «Asterisk» программасының негізінде клиенттердің деректерін жаулап алудан қамтамасыз ету амалын сипаттайды. Байланыс анализаторы ретінде «Wireshark» программалық өнім алынған. Программалық телефон жəне клиенттік база ретінде сынақ жүргізілген ноутбуктар, компьютерлер жəне гаджеттар алынған. Сынақтар жасалған кезде алынған нəтижелер бойынша желінің төзімділік талдауы жасалған. Рұқсатсыз байланыстан қорғану мақсатында ұсыныстар берілген. Желіні қорғауға арналған ең ұтымды шешім ұсынылды.


Защита сетей IP-телефонии на базе Asterisk от перехвата данных

В настоящее время наблюдается новый виток развития технологий передачи голоса, а именно IP-те-лефония. Ввиду растущих уровней спроса и популярности IP-телефонии как основы построения кор-поративной коммуникационной инфраструктуры возникает вопрос обеспечения максимального уров-ня ее безопасности. Подчеркнуто, поскольку сервер IP-телефонии имеет прямой выход в сеть интер-нет, то и аутентификация абонентов происходит по IP-адресам. В данной статье показано решение во-проса обеспечения безопасности телефонии на базе Asterisk от перехвата данных клиентов. В качестве сетевого анализатора используется программное обеспечение Wireshark, в качестве софтфонов и кли-ентской базы рассмотрены ноутбуки, компьютеры и гаджеты, на которых проходит испытание. По ре-зультатам проведенных работ произведен анализ уязвимости сети. Даны рекомендации о мерах защи-ты данных клиентов от несанкционированного доступа. Предложен наиболее оптимальный вариант защиты сети.

References

1 Nazarov I. Security systems, 2013, 6(10), http://compsovet.info/magazine/security_systems. 2 Goldstein B.C., Pinchuk A.V. et al. IP-telephony, Moscow: Radio i kommunikatsiya, 2001, 336 p. 3 Yakubova M.Z. POISK: International sci. magazine-application of RK, Ser. of natural and techn. sci., 2013, 2(2),

http://www.aipet.kz/article/facultet/frts/ikt/15/9.pdf 4 Goldstein B.S., Sokolov N.A., Yanovsky G.G. Communication networks, Saint Petersburg: BHV-St. Petersburg, 2010, 400 p. 5 Yakubova M.Z. POISK: International sci. magazine-application of RK, Ser. of natural and techn. sci., 2013, 2,

http://szgmu.ru/upload/files/Документы%20кафедр/СБОРНИК_ОЗИЗ_2013.pdf

Серия «Физика». № 4(84)/2016 31

UDC 621.396.67

M.Z. Yakubova1, V.P. Razinkin2, T.G. Serikov3, A.K. Muratova4

1Almaty University of Power Engineering & Telecommunications; 2Novosibirsk State Technical University, Russia; 3Kazakh National Technical University, Almaty;

4Karaganda State Technical University (E-mail: [email protected])

Research of production errors' influence on characteristics of the microstrip antenna

Modern microstrip antennas provide high repeatability of the sizes, low cost, small metal consumption, over-all dimensions and weight. The main problem of such Microwave technique's production is ensuring the set accuracy. This article represents the calculations and schemes proving casual deviations of the antenna's ge-ometrical size from the required settlement. As the program for modeling and calculation of the microstrip antenna's parameters we used MathCAD. By results of a research it has been proved that the above-stated de-viations lead to mistakes in distribution of currents on the surface of the antenna and change of its characteris-tics of radiation.

Key words: microstrip antenna, wave resistance, rejection, defect, face crack.

Wireless communications play a significant role in our life. They allow to get rid of bulky and expen-

sive cable infrastructure, provide communication channels where laying of cables and other guides of sys-tems is impossible or inexpedient. Nowadays are the century of rapid development of wireless technologies access, such as Wi-Fi, networks of cellular communication of the second, third, fourth and, in close prospect, the fifth generation, networks of satellite communication, radio channels play very significant role in tele-communications. Besides access for subscribers to networks wireless channels play a role of the main chan-nels in radio relay and satellite communication. They are used for TV and radio broadcasting and perform still a number of important functions.

An important role in a wireless communication is played by antenna-feeder devices. Antennas are the devices transforming the electromagnetic oscillations going from the transmitter to an electromagnetic wave which extends in space and vice versa, the accepting electromagnetic waves from space and transforming them to electromagnetic oscillations which are transferred to the receiver. Thanks to the directed properties of the antenna concentrate energy of electromagnetic waves in the necessary directions that provides increase in range of transfer and reception at the equal capacities of transfer, and also provide the best electromagnet-ic compatibility with other send-receive devices. There is a large number of the antennas' kinds which are characterized by ranges of frequencies, characteristics of an orientation, overall dimensions, etc.

Microstrip antennas are one of the modern kinds of antennas. It is a piece of the microstrip line which is used as a radiator. Distinctive features of these antennas are their small dimensions, technological effective-ness of production, narrow-band, small cost. Microstrip antennas are widely used in the aircraft, space equipment, and also find application as antennas for strengthening of wireless data transmission's some standarts (for example, Wi-Fi). This type of antennas is applied in the range of ultrahigh frequencies.

The important characteristic of the antenna is extent of its coordination with the line of power. The an-tenna mismatch with the line leads to increase in energy of the reflected waves and reduction of the antenna's efficiency. For coordination of the antenna its overall dimensions select such that the active component of entrance resistance was equal to the wave resistance of the line, and the jet component was equal (or it is close) to zero.

In the course of mass production errors at production of antennas are possible. Owing to the small size of radiators and features of waves' radiation in the microwave oven range even the small mistake can lead to inadmissible deviations of antennas' parameters. For this reason it is necessary to provide high precision of the antenna's production. However high-precision production is more expensive therefore it is necessary to select accuracy parameters according to objectives.

We consider a microstrip radiator of rectangular type (Fig. 1). Its length b is 39,09 mm, width a is 37 mm, power point shift from edge of a radiator utp is 6,8 mm. Thickness of a substrate h is 3,1 mm, mate-rial SAM-ED with relative dielectric permeability ε=2,5±0,1, the size of a tangent of dielectric losses δ = 6×10–4. This radiator is constructed so it is coordinated with the line with a resistance of 50 Ohms that is



standard value of wave resistance for the used transmission lines. Entrance resistance of a radiator makes 50,441–0,173i Ohm at a frequency of 2438 MHz at these sizes. This frequency corresponds to the middle of the 6th frequency channel of the IEEE 802.11 n. standard's radio interface.

b

a

yтп

Figure 1. Microstrip radiator

For determination of entrance resistance of a radiator consider the radiating element's equivalent scheme. According to this scheme the rectangular radiator is presented by a piece of the equivalent two-wire line which is loaded on conductivity of face cracks (Fig. 2) [1].

bb/2

yтп

Zщ2

Y

Zщ1

Figure 2. Equivalent circuit

Data of conductivity are complex. The exciting strip line is presented as the parallel jet resistance and the ideal transformer. The coefficient of transformation of this transformer is believed equal to unit, and par-allel reactivity equal to zero. Then the entrance resistance of a radiator will be equal:

1 2

1 2

*in in in

Z ZZ R iXZ Z

= + =+

, Оhm, (1)

where Z1 is the entrance resistance of a piece of the two-wire line length of b/2 – ytp which is loaded on re-sistance of a face crack of Zcr1, Ohm (2); Z2 is the entrance resistance of a piece of the equivalent two-wire line, length of b/2 + ytp loaded on resistance of a face crack of Zcr2, Ohm (3).

The corresponding resistance are from formulas (2) and (3) [1]:

Research of production errors' influence …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 33

1

1

1

* tg2

* tg2

cr wave tp

wave

wave cr tp

bZ iZ yZ Z

bZ iZ y

+ β − = + β −

, Ohm, (2)

where Zw is the wave resistance of the strip line without losses, Ohm; β is a distribution constant quazi-T waves m–1; ytp is the shift of a point of food of rather average point m; Zcr1 is a resistance of the first face crack, Ohm.

2

2

2

* tg2

* tg2

cr wave tp

wave

wave cr tp

bZ iZ yZ Z

bZ iZ y

+ β + = + β +

, Оhm, (3)

where Zcr2 — resistance of the second face crack, Ohm. The distribution constant quazi-T waves is according to (4):

0 * efkβ = ε , m–1, (4)

where k0 is a wave number, εeff is an effective dielectric permeability of the environment. We find these sizes on formulas (5) and (6) [2]:

00

2k π=λ

, m–1, (5)

where λ0 is a length of wave.

( )

1

2121

11

2 2ef

ha

− + ε + ε = + ε − , (6)

where h is a dielectric thickness, ε is dielectric permeability of material of dielectric. We find wave resistance from a formula (7) [2]:

( ) 1

2

0,082 160 10,44 0,231 0,159 0,94

2 2wavea aZh h

− ε − π ε + = + + + + + ε εε

. (7)

Resistance of cracks can be learned from their conduction. Conduction of cracks we calculate according to a formula (8):

( )( )00

0 0

1 * 1 0,276lg( *craG i k hεπ= + −

λ μ, cm, (8)

where ε0, μ0 are absolute dielectric and magnetic permeability (ε0=8,85·10–12 F/m, μ0=4·π·10–7 H/m). Resistance in this case is equal to (9):

1

crcr

ZG

= , Ohm. (9)

It is possible to calculate the entrance resistance of the microstrip antenna by using above-mentioned formulas. Coherence of the antenna with a transmission line and its efficiency depends on this size. Degree of coherence can be found out from reflection coefficient. So it has better coordinated the antenna than it is less. The coefficient of reflection p is connected with the coefficient of the running wave (CRW) by a ra-tio (10):

1

1

CRWpCRW

−=+

. (10)

We accept as admissible p equal to 0,1 value. It corresponds to CRW equal to 0,818 that is admissible for a wide range of tasks.

Value p is from the entrance resistance of the antenna and wave resistance of the line according to (11):

in l

in l

Z ZpZ Z

−=

+ (11)



We make taking note of errors by means of the Monte Carlo method. The essence of a method consists in receiving a large number of a random variable realization which is formed as also a real random variable in a task. It is possible to draw conclusions how the random variable in general influences process by having received a large number of realization.

We accept antenna length b as a random variable. We set an error in 1 %. We accept b as the random variable distributed under the normal law with population mean in 39,09 mm and the mean square deviation equal 1/3 from an absolute value of an error. Such size is entered for a reason that 99,73 percent of normally distributed values' deviations random variable from population mean get to an interval from three mean square deviations (the rule three sigma). Therefore if size b possesses such mean square deviation then abso-lutely most part of the made antennas will correspond the set error.

We make modeling in the environment of mathematical algebra MathCAD [3]. For a task of a random variable of b we use the rnorm function (n, A, σ) where n is number of values of a random variable, A is maths expectation, σ is a mean square deviation. This function removes a matrix column with normally dis-tributed values according to the set parameters. The window of calculations is presented by MathCAD in the Figure 3:

Figure 3. Window of calculations in MathCAD

As a result we receive a matrix, there are a column b from 1000 values of size b and p matrix column with values of reflection coefficient's size for preset values b from the corresponding matrix. We make 5 ex-periments for 1000, 10000 and 100000 values of a random variable b. After sorting by the «csort» team we can see from 1000 values in the first experience 74 values above, than the limit specified earlier, in the se-cond is 79, in the third is 82, in the fourth is 65, in the fifth is 83. We consolidate these data, and also data for 10000 and 100000 values in Table 1:

Research of production errors' influence …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 35

T a b l e 1

Results of experience

Amount of selection

1st experience 2nd experience 3rd experience 4th experience 5th experience

1000 74 79 82 65 83 10000 784 849 836 799 817

100000 8025 7989 8014 8098 7969

We make statistical processing of the obtained data. Let's reduce the received results in Table 2:

T a b l e 2

Results of statistical processing for an error in 1 %

Amount of selection

Maths expectation Rejection rate, % Mean square

deviation absolute Relative mean

square deviation 1000 76,6 7,66 6,591 0,086

10000 817 8,17 23,656 0,029 100000 8019 8,019 44,05 0,0055

The most exact value is the last what tells small value of a mean square deviation about. Thus, we re-

ceive about 8 percent of marriage at a production error in 1 %. We conduct similar experiment for an error in 0.5 %. The obtained data are consolidated in Table 3:

T a b l e 3

Results of statistical processing for an error in 0,5 %

Amount of selection

Maths expectation Rejection rate, % Mean square

deviation absolute Relative mean

square deviation 1000 0,4 0,04 0,49 1,225

10000 5,6 0,056 1,02 0,182 100000 51,4 0,0514 4,5 0,088

With such accuracy measurement of defect's percent from 1000 values b is very inexact. In fact, from 2

experiences marriage in 1 case from one thousand had been received, in three other experiences defect wasn't and all values had got an admissible limit.

From the table, reduction of an error has twice led to reduction of defect by 156 times. It speaks about need in ensuring high precision by production of microstrip antennas. Modern technologies of creation of microstructures allow to achieve very high precision that allows to create very exact printing designs.

References

1 Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решёток: учеб. пособие / Под ред. Д.И. Воскресенского. — М.: Радио и связь, 1994. — 592 с.

2 Панченко Б.А., Нефёдов Е.И. Микрополосковые антенны. — М.: Радио и связь, 1986. — 144 с. 3 Очков В.Ф. MathCAD 14 для студентов и инженеров: русская версия. — СПб.: BHV, 2009.


Микрожолақты антеннаның сипаттамаларына өндірістік қателердің əсерін зерттеу

Мақалада қазіргі заманғы микрожолақты антенналар өлшемдерінің кең көлемде көшірілімдерінің жасалуын, аз құнды, металды көп қажет етпейді, ірі өлшемдер мен массаны қамтамасыз етеді. Мұндай жоғары жиілікті техниканы жасаудың басты проблемасы берілген дəлдікті қамтамасыз ету болып табылады. Авторлар антеннаның геометриялық өлшемдерінің кездейсоқ ауытқуларын дəлелдейтін



есептеулер мен сұлбаларын ұсынды. Микрожолақты антеннаның параметрлерін, сұлбалар мен есептеулерді модельдеу үшін негізгі бағдарлама ретінде MathCAD бағдарламасы қолданылды. Зерттеу нəтижесінде жоғарыда айтылған ауытқулар микрожолақты антеннаның бетінде токтың үлестіруінде жəне оның сəуле шығарудың сипаттамаларын өзгеріске ұшырататыны дəлелденді.


Исследование влияния производственных погрешностей на характеристики микрополосковой антенны

Современные микрополосковые антенны обеспечивают высокую повторяемость размеров, низкую стоимость, малые металлоемкость, габаритные размеры и массу. Главная проблема изготовления такой СВЧ техники — обеспечение заданной точности. В статье даны расчеты и схемы, доказывающие случайные отклонения геометрических размеров антенны от требуемых расчетных. В качестве программы для моделирования и расчета параметров микрополосковой антенны использована MathCAD. По результатам исследования доказано, что указанные выше отклонения приводят к ошибкам в распределении токов по поверхности антенны и изменению ее характеристик излучения.

References

1 Antennas and microwave ovens devices. Design of the phased antenna lattices: Education guidance, Ed. by D.I. Voskresensky, Moscow: Radio i svyaz’, 1994, 592 p.

2 Panchenko B.A., Nefyodov E.I. Microstrip antennas, Moscow: Radio i svyaz’, 1986, 144 p. 3 Ochkov V.F. Mathcad 14 for students and engineers: Russian version, Saint Petersburg: BHV, 2009.

Серия «Физика». № 4(84)/2016 37

ТЕХНИКАЛЫҚ ФИЗИКА ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА TECHNICAL PHYSICS

ƏОЖ 004.942

А.А. Айкеева1, Б.А. Жаутиков2, К.С. Роговая1, Ф.Б. Жаутиков3, П.А. Мухтарова1

1Е.А. Бөкетов атындағы Қарағанды мемлекеттік университеті; 2Х. Досмухамедов атындағы Атырау мемлекеттік университеті;

3Қарағанды мемлекеттік индустриалды университеті (E-mail: [email protected])

Электрмагниттік көтергіш қондырғы элементтерінің негізгі сипаттамаларының динамикалық талдауы

Мақала электрмагниттік көтергіш қондырғының «скип–тұрақты магнит–орауыш» жүйе элемент-терінің имитациялық моделін құрастыруға бағытталған. Авторлар электрмагнитті көтергіш қондырғысы элементтерінің жұмыс істеу принципін ұсынып сипаттаған. Модельдеу үшін ANSYS Maxwell программасы қолданылды. Модельдеу тапсырмалары: қондырғы элементтерінің негізгі магниттік сипаттамаларын анықтау (Лоренц күші, магнит өрісінің кернеулігі мен магнит индукциясы). Нəтижесінде есептелінген параметрлер бойынша жалпы графикалық диаграммалары тұрғызылған бес эксперимент келтірілген, онда бірнеше айнымалылары бар инженерлік теңдеулер құрастырылды. Алынған теңдеулер жұмыста есептелінетін магнит өрісінің сипаттамаларын анықтауға мүмкіндік берді.

Кілт сөздер: электрмагнитті көтергіш қондырғы, скип-тұрақты магнит-орауыш, ANSYS Maxwell, магнит өрісінің индукциясы, Лоренц күші, магнит өрісінің кернеулігі.

№ 27177 «Электрмагнитті көтергіш қондырғы (варианттар)» [1] инновациялық патентімен

қорғалған электрмагнит көтергіш қондырғысының элементтерінің өзара əсерлесу процестерін имитациялық модельдеу процесінің мақсаты жүйенің оңтайлы жəне рационалды параметрлерін көп қаражатты талап ететін эксперименттерді жүргізбей, есептік жолмен анықтау болып табылады. Компьютерлер мен қолданбалы бағдарламалардың қазіргі заманғы мүмкіндіктері «скип–тұрақты магнит–орауыш» біртұтас динамикалық жүйенің органикалық өзара байланысқан көпфакторлы динамикалық күйлерін сипаттау үшін жүйелік түрде қарастыруын толықтай жүзеге асыруға мүмкіндік береді [2, 3].

Зерттеулер барысында шахта оқпанында скип қозғалысының моделі жасалды. Берілген модель магниттік левитация эффектісіне негізделген. Бұл əдістің мəн-мағынасы келесіде: скипте немесе скиптің төменгі жағында тұрақты магниттер орналастырылады да, шахта оқпанының бойымен орауыш орамдарын орналастыру ұсынылады. Бұл жағдайда тұрақты магниттері бар скип оқпан бойымен орауыштан өтіп қозғалады. Тұрақты магниттер орауыш арқылы өткен кезде скип жылдамдығын ұлғайтып, оны жоғары қарай қозғалтатын магнит өрісі пайда болады [4, 5].

Берілген зерттеудің моделін жасау кезінде материалдардың қасиеттері ANSYS Maxwell кітапхана деректерінен алынды. Тұрақты магниттің материалы ретінде NdFeB (неодим-темір-бор) элементі таңдап алынды. Бұл жерде сирек кездесетін магниттер класынан кіретін элемент Nd2Fe14B интерметаллидінен престеу немесе құю арқылы жасалады. Берілген класс магниттерінің ерекшелігі олардың магниттік қасиеттерінің жоғары (B, H жəне (B–H)max) жəне бағасының арзан болуында. Коррозияға тұрақтылығының төмен болуына байланысты магниттің беті мыс, никель немесе мырышпен жалатылады. Біздің жағдайда магниттер никельмен жалатылған деп қарастырамыз. Орауыш орамдарының материалы ретінде мыс таңдап алынды [6, 7].

А.А. Айкеева, Б.А. Жаутиков т.б.

38

Скип пен орауыштың геометэксперимент төмен өлшемді модемəліметтер 1-кестеде, ал модельде

Имитациялы

Модель түрі Элемент

Бастапқы модель Скип

Орауыш

1 Скип

Орауыш

2 Скип

Орауыш

3 Скип

Орауыш

4 Скип

Орауыш

Имитациял

Модель түрі Скип

радиусы, см Бастапқы модель 1,4

1 1 2 0,6 3 1,8 4 2,2

Зерттеу барысында анықтал

өрісінің Н кернеулігі мен Лоренөрісінің негізгі параметрлерін көрz осі бойымен бағытталған. J пара

а) скип қозғалысын

1-сурет. Баст


триялық параметрлері əр түрлі болатын 5 модеель үшін жүргізілді. Имитациялық модельдердердің геометриялық параметрлері 2-кестеде кө

ық модельдерді жасау үшін бастапқы мəліметте

х, см у, см z, см dх, см dу, с0 0 –1 0 1,40 1,5 –2,5 0 2,50 0 –1 0 1 0 1,1 –2,5 0 2,10 0 –1 0 0,60 0,7 –2,5 0 1,70 0 –1 0 1,80 1,9 –2,5 0 2,90 0 –1 0 2,20 2,3 –2,5 0 3,3

лық модельдердің геометриялық параметрлері

Скип биіктігі, см

Орауыштың ішкі радиусы, см

Орауыштыңрадиусы

2 1,5 2,5 2 1,1 2,1 2 0,7 1,7 2 1,9 2,9 2 2,3 3,3

атын негізгі параметрлер магнит индукция Внц J күшінің көрсеткіштері болды. Біріншірсетеді. Лоренц күші орауыштың шахта оқпанаметрін анықтау бойынша есептеу мысалы 1-с

ның 2,5 с ə) скип қозғалысы

тапқы модельдің Лоренц күшін есептеу нəтижелер


ель зерттелді. Бастапқы ді жасау үшін бастапқы өрсетілген.

1 - к е с т е

ер

см dz, см tқозғ, c 4 1 8 5 2,5 0

1 8 1 2,5 0 6 1 8 7 2,5 0 8 1 8 9 2,5 0 2 1 8 3 2,5 0

2 - к е с т е

ң сыртқы ы, см

Орауыштың биіктігі, см

5 5 5 5 5

В векторының, магнит сипаттамалар магнит нында орналасуына сай уретте көрсетілген.

ының 4 с

і

Серия «Физика». № 4(84)/2016

Төменде 2- жəне 3-суреттеранықталатын модель шешімінің ктің қозғалыс уақытының 2,5 с мемоменті көрсетілген. Сол жақтсипаттаманың минимал шамасынаминимал мəні сұр түспен, ал макс

а) скип қозғалысыны

2-сурет. Бастапқы

а) скип қозғалысының

3-сурет. Бастапқы м

Бастапқы кезеңде модельдіңмассивтің шахта оқпанындағы оржағдайына байланысты өзара əсегеометриялық параметрлері əр тү

Электрмагни

рде магнит өрісінің индукциясы мен кернеукезеңдері келтірілген. Өзара əсерлесу бейнесі тен шахта оқпанының орта тұсында, яғни, қозғта орналасқан түрлі-түсті диаграммада өзаан максимал шамасына дейін мəндері көрсетілсимал мəні қара түспен берілген.

ың 2,5 с ə) скип қозға

ы модельдің В магнит индукциясын есептеу нəтиж

2,5 с ə) скип қозғал

модельдің магнит өрісінің кернеулігін есептеу нəти

ң əр секундында скип бойындағы тұрақты мрауышпен өзара əсерлесуі көрсетілген. Скиптерлесу бейнесі өзгереді. Жоғарыда сипатталүрлі 5 модель зерттелді. Табылған шешім нə

иттік көтергіш қондырғы …

39

улігінің сипаттамалары толық болу үшін скип-ғалыстың 4 с орналасу ара əсерлесу кезіндегі лген. Сипаттаманың ең

алысының 4 с

желері

ысының 4 с

ижелері

магниттерден тұратын тің модельде орналасу ған əдістеме бойынша əтижелері бойынша əр



модель үшін B, H жəне J қисықтарының жиынтықтары тұрғызылды. Бұл қисықтарды тұрғызу мəліметтері өткізілетін зерттеудің əр секундындағы максимал параметрлерінен таңдап алынды.

4-суретте Лоренц күшінің параметрлерінің барлық бес экспериментал модельдерінің уақытынан тəуелділігінің жиынтықтары келтірілген. Графиктен көріп тұрғандай, Лоренц күшінің ең жоғары жəне ең төмен мəндері 4-модель үшін байқалады. Берілген модельді шешу барысында таңдап алынған геометриялық параметрлер ең жоғары көрсеткіштерге ие болды. Лоренц күші параметр-лерінің ең төмен максимал мен минимал мəндері 2-модель үшін байқалды. Берілген модель үшін есептеу барысында ең төмен геометриялық параметрлер берілді. Сонымен, геометриялық параметр-лердің тəуелділігі Лоренц күшінің нəтижелік мəндеріне тура пропорционал. Геометриялық шама-лардың мəндері неғұрлым көп болса, соғұрлым Лоренц күшінің максимал мен минимал мəндері жоғары болады. Тура осындай жағдай 5-суретте байқалады. Онда Лоренц күшінің параметрлерінің скиптің осі бойымен орын ауыстыруынан тəуелділігі келтірілген. Скиптің геометриялық параметрлері неғұрлым жоғары болса, соғұрлым Лоренц күшінің мəндері де үлкен болады.

4-сурет. Лоренц күшінің уақыттан тəуелділіктер жиынтығы

5-сурет. Лоренц күшінің Z осі бойымен орын ауыстырудан тəуелділіктер жиынтығы

6-суретте магнит өрісінің кернеулігінің параметрлерінің барлық бес эксперименталдық модель-дердің уақытынан тəуелділіктерінің жиынтығы көрсетілген. Графиктен көріп отырғанымыздай, магнит өрісінің кернеулігі параметрлерінің ең кіші максимал мен минимал мəндері 2-модельде байқалды. Берілген модель үшін есептеу барысында геометриялық параметрлерінің ең төменгі мəндері берілді. Сонымен, геометриялық параметрлерінің тəуелділігі магнит өрісінің кернеулігінің нəтижелік мəндеріне тура пропорционал. Геометриялық шамалардың мəндері неғұрлым жоғары болса, соғұрлым Н параметрінің максимал мен минимал мəндері жоғары болады. 7-суретте бірқалыпты жағдай байқалады. Берілген жағдайда Z осі бойынша орын ауыстыру позицияларына секунданың толық үлестері сəйкес келіп, шамалардың күрт артуы секунданың жарты үлесінде

Электрмагниттік көтергіш қондырғы …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 41

орынды болғандықтан, мұнда 4-модель үшін шыңдар байқалмайды. Сондықтан берілген жағдайда тəуелділік кері пропорционал болады. Скиптің геометриялық параметрлері не артып, не кемісе, соғұрлым графиктегі магнит өрісінің кернеулігінің максимал мен минимал мəндерінің ауытқулары бірқалыпты көрсетіледі. Яғни берілген параметрлер, басқа модельдермен салыстырғанда, геометриялық мəндерінің шамаларының артық болуы бойынша, сəйкесінше екінші жəне төртінші болатын 1- мен 3-модельдер үшін жоғары болады.

6-сурет. Магнит өрісі кернеулігінің уақыттан тəуелділіктерінің жиынтығы

7-сурет. Магнит өрісі кернеулігінің Z осі бойынша орын ауыстыруынан тəуелділіктерінің жиынтығы

8-суретте магнит өрісінің индукция параметрлерінің барлық бес эксперименталдық модель-дердің уақытынан тəуелділіктерінің жиынтығы көрсетілген. Графиктен көріп отырғандай, магнит индукциясының ең жоғары жəне ең төмен мəндері 4-модель үшін байқалады. Магнит өрісі индукциясының параметрлерінің мəндерінің ең төмен максимал жəне ең төмен минимал мəндер 2-модель үшін байқалады. Сонымен, геометриялық параметрлердің тəуелділігі магнит В индук-циясының нəтижелеріне тура пропорционал. Геометриялық шамалардың мəндері неғұрлым жоғары болса, соғұрлым В параметрінің максимал мен минимал мəндері жоғары болады. 9-суретте бұдан бірқалыпты болатын жағдай байқалады. Мұнда 4-модельде шыңдар байқалмайды. Себебі шамалардың ауытқулары секунданың жарты үлесінде орынды болып, берілген жағдайда Z осі бойынша орын ауыстыру позицияларына секунданың толық үлестері сəйкес келді. Сондықтан берілген жағдайда тəуелділік кері пропорционал болады. Скиптің геометриялық параметрлері неғұрлым жоғары немесе неғұрлым төмен болса, соғұрлым графикте магнит өрісі индукция мəндерінің максимал мен минимал мəндерінің ауытқулары бірқалыптырақ көрсетіледі. Яғни берілген параметрлер, басқа модельдермен салыстырғанда, геометриялық мəндерінің шамаларының артық болуы бойынша, сəйкесінше екінші жəне төртінші болатын 1- мен 3-модельдер үшін жоғары болады.



8-сурет. Магнит өрісі индукциясының уақыттан тəуелділіктерінің жиынтығы

9-сурет. Магнит өрісі индукциясының Z осі бойынша орын ауыстыруынан тəуелділіктерінің жиынтығы

Бірнеше айнымалылардан функционалды тəуелділіктерді анықтау ANETR бағдарламасы көмегі-мен бастапқы эксперимент параметрлері негізінде Лоренц күші, магнит өрісінің магнит индукциясы мен кернеулігінің сызықты емес тəуелділіктері алынды:

J (Rc, hc, Rкат сырт, Rкат ішкі, hкат, t) = (6,62221E–02 × Rc2 – 1,17237E+00×Rc +

+5,85667E+00) × (–6,24003E–03 × hc2+ 1,86122E–02 × hc + 2,69197E+00) ×

× (2,73563E+00 – 3,85961E–02 × Rкат сырт) × (2,78227E+00 – 5,70922E–02 × Rкат ішкі) × × (–7,99830E–02 × hкат2 + 2,49417E–01 × hкат + 2,95974E+00) × (–2,48646E–02 × t2 – – 3,20559E–01 × t + 4,01304E+00) / 1,223708E+02;

H (Rc, hc, Rкат сырт, Rкат ішкі, hкат, t) = (–8,83693E–03 × Rc2 + 2,40522E+01 × Rc +

+ 1,05605E+01) × (1,84315E+01 – 5,95177E–02 × hc) × (1,83474E+01 – 6,14728E–02 × × Rкат сырт) × (1,79308E+01 – 5,74880E–02 × Rкат ішкі) × (1,81042E+01 – 4,11898E–02 × hкат) × × (1,88361E+01 – 1,00375E–01 × t) / 1,466868E+06;

B (Rc, hc, Rкат сырт, Rкат ішкі, hкат, t) = (–1,02949E–02 × Rc2 + 2,35418E–01 × Rc +

+ 4,07206E+00) × (4,45300E+00 – 1,59320E–03 × hc) × (4,81287E+00 – 7,89474E–02 × × Rкат сырт) × (4,63128E+00 – 4,13494E–02 × Rкат ішкі) × (hкат / (6,79117E–02 + 2,45307E–01 × × hкат)) × (2,50443E–02 × t2 – 5,63115E–01 × t + 5,76167E+00) / 1,734153E+03,

мұнда J — Лоренц күші; H — магнит өрісінің кернеулігі; B — магниттік индукция; Rc — скип радиусы; hc — скип биіктігі; Rкат сырт — орауыштың сыртқы радиусы; Rкат ішкі — орауыштың ішкі ра-диусы; hкат — орауыштың биіктігі; t — скиптің қозғалыс уақыты.

Электрмагниттік көтергіш қондырғы …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 43

Қорытынды

Жасалған зерттеулер негізінде келесі нəтижелер алынды: 1. Скиптің əр түрлі геометриялық параметрлері мен шахта діңгегіндегі ораманың «скип –

тұрақты магнит – орауыш» моделі үшін есептеулер жүргізілді. 2. Модельдеу нəтижесі бойынша əр модель параметрлерінен бес тəжірибелік модельдердің

динамикалық сипаттамаларының салыстырмалық талдауы жасалды. Ол əр зерттелетін модельдің (шахта діңгегінде орналасқан скип жəне орама (орауыш)) тікелей оның геометриялық параметрлеріне үш негізгі анықталатын сипаттаманың (Лоренц, магнит өрісінің индукциясы жəне магнит өрісінің кернеулігі күштері) тəуелділігін көрсетті.

3. Уақыттан жəне скиптің тік Z осі бойынша қозғалуынан барлық тəжірибелік модельдердің Лоренц, магнит өрісінің индукциясы мен магнит өрісінің кернеулігінен тəуелділік жиынтықтары құрастырылды.

Берілген мақала «Пайдалы қазбаларды өңдеу технологиялары» басым бағыты бойынша ҚР БҒМ гранттық қаржыландыру ауқымындағы № 2684/ГФЗ «Электромагниттік көтергіш қондырғысын жасау арқылы тау массасын алудың энергия үнемдеу технологиясын негіздеу мен жасау» тақырыбы бойынша, сонымен қатар «Энергетика мен машина жасау» басым бағыты бойынша № 0686/ГФ4 «Энергоүнемдеу көтергіш қондырғысының комплекстік қорғау жəне автоматты басқару жүйесін жасау» тақырыбы бойынша орындалған зерттеулер нəтижелері негізінде жазылды.

Əдебиеттер тізімі

1 Электрмагнитті көтергіш қондырғы (варианттар): Өнертабысқа инновациялық патент № 27177 ҚР ƏМ / Жаути-ков Б.А., Айкеева А.А., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А.

2 Айкеева А.А. Имитационное моделирование динамики уплотняющих устройств в шахтных пневмоподъемных уста-новках // Strategiczne pytania światowej nauki – 2008: Materiały iv międzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji. — Przemśl: Wydawca Nauka I studia, 2008. — Т. 9. — С. 30–34.

3 Казаков Ю.Б., Щелыкалов Ю.Я. Исследование магнитного поля в воздушном зазоре стартера СТ230Б: Тезисы докл. науч.-техн. конф. — Иваново: Иванов. энергетич. ин-т, 2008. — С. 129.

4 Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: справ. пособие. — М.: Машиностроение-1, 2004. — 512 с.

5 Айкеева А.А., Жаутиков Б.А., Роговая К.С., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А. Применение компьютерного моделиро-вания для выбора параметров электромагнита // Автоматика и информатика. — Караганда: Изд. КарГТУ, 2015. — № 2(37). — С. 71–74.

6 Айкеева А.А., Жаутиков Б.А., Жанасбаева А.С., Мухтарова П.А. Исследование нагрузок на скип шахтной и карьер-ной электромагнитной подъемной установки // Вестн. Караганд. ун-та. — 2015. — № 3(79). — С. 90–95.

7 Aikeyeva A.A., Zhautikov B.A., Zhautikov F.B., Mukhtarova P.A. The research loads on the skip of mine and quarry electro-magnetic lifting installation // Eurasian Physical Technical Journal. — 2015. — No. 1(23). — P. 59–64.

А.А. Айкеева, Б.А. Жаутиков, К.С. Роговая, Ф.Б. Жаутиков, П.А. Мухтарова

Динамический анализ основных характеристик элементов электромагнитной подъемной установки

Данная работа направлена на построение имитационной модели элементов системы «скип-постоянный магнит-катушка» электромагнитной подъемной установки. Представлен и описан прин-цип работы элементов электромагнитной подъемной установки. Для моделирования использована программа ANSYS Maxwell. Выделена задача моделирования: определение основных магнитных ха-рактеристик элементов установки (силы Лоренца, напряженности магнитного поля и магнитной ин-дукции). Описаны пять экспериментов, по рассчитанным параметрам которых построены общие гра-фические диаграммы. По результатам экспериментов составлены инженерные уравнения с несколь-кими переменными. Полученные уравнения позволяют определить рассчитываемые в работе характе-ристики магнитного поля.



A.A. Aikeyeva, B.A. Zhautikov, X.S. Rogovaya, F.B. Zhautikov, P.A. Mukhtarova

The dynamic analysis of the main characteristics of electromagnetic lifting installation elements

This work concerns creation of imitating model of elements of the system «skip- constant magnet-coil» of electromagnetic lifting installation. In the work the principle of work of electromagnetic lifting installation elements is presented and described. For model operation the ANSYS Maxwell program was used. The problem of model operation is definition of the main magnetic characteristics of installation elements (Lorentz force, magnetic intensity and magnetic induction). The work describes five experiments which calculated parameters are used for construction the common graphic charts. By results of experiments engineering equations with several variables are worked-out. The received equations allow to define the characteristics of magnetic field counted in the work.

References

1 Zhautikov B.A., Aikeyeva A.A., Zhautikov F.B., Mukhtarovа P.A. Electromagnetic lifting unit (options), The innovative pa-tent number 27177 MJ RK.

2 Aikeyeva A.A. Strategic questions of world science – 2008, Materials of intern. sci.-pract. conf., Przemsl: Wydawca Nauka I studia, 2008, 9, p. 30–34.

3 Kazakov Yu.B., Shchelykalov Yu.Ya. Abstracts of sci.-techn. conf., Ivanovo: Ivanovo energy Inst., 2008, p. 129. 4 Chigarev A.V., Kravchuk A.S., Smalyuk A.F. ANSYS to engineers: Reference manual, Moscow: Mashinostroenie-1, 2004,

512 p. 5 Aikeyeva A.A., Zhautikov B.A., Rogovaya X.S., Zhautikov F.B., Mukhtarova P.A. Automatics and Informatics, Karaganda:

KSTU Publ., 2015, 2(37), p. 71–74. 6 Aikeyeva A.A., Zhautikov B.A., Zhanasbaeva A.S., Mukhtarova P.A. Bull. of the Karaganda State University, 2015, 3(79),

p. 90–95. 7 Aikeyeva A.A., Zhautikov B.A., Zhautikov F.B., Mukhtarova P.A. Eurasian Physical Technical Journal, 2015, 1(23), p. 59–

64.

Серия «Физика». № 4(84)/2016

ƏОЖ 004.942

А.А. АйкА.Е. А

Е.А. Бөкет

Скиптің қозғалысын қаэлектрмагниттердің п

Мақала электрмагнитті көтержүйені жасау үшін электрмаəзірлеу қажет. Эксперименттмоделі жасалды. Atmega328алынды. Сонымен қатар авқұрылымына кіретін драйверд

Кілт сөздер: электрмагниттіL293D микросхеманың драйве

Қазіргі уақытта магнитті

қондырғысын есептеу мен жобалжəне эксперименталдық зерттеулқозғалту үшін арқансыз көтеру қолдануда [1].

Скиптің қозғалысын горизонқондырғылардағы электрмагнитткөтергіш қондырғысының үздіксполярлығын алмастырып қосу қтудырады.

Қозғалу барысында скипке пкүштерді электрдинамикалық пқондырғыларға тəн қозғалыс жылжəне теориялық зерттеулер нəтижқозғалысына кедергі қорытынды к

Скипке ауа қабаты тарапыаэродинамикалық күштің бас вмоментімен анықталады [2].

Эксперименттерді алдын алжасалды. Ол модель бір бағыттаЭксперименталдық модельдің сұл

а

1-сур

кеева, К.М. Маханов, А.Р. Танскожанова, Аюбекова, С.С. Каппар, С.А. Изимов

тов атындағы Қарағанды мемлекеттік университеті (E-mail: [email protected])

амтамасыз ету үшін бағыттауыш қонполярлығын алмастырып қосу сұлба

ргіш қондырғысының басқару жүйесін жасауға бағытагниттердің полюстерін автоматты түрде алмастырып терді алдын ала жүргізу үшін левитациялық жүйенің микроконтроллері негізінде Arduino UNO платфорвторлар L293D драйвердің сипаттамасын келтіріп, дің жұмыс ұстанымын қарастырған.

і көтергіш қондырғы, микроконтроллер, КТ805 сериері.

левитация құбылысына негізделген элеклау кезінде қолдануға болатын жеткілікті жалер жоқ. Ұсынылатын технологияның мағынамақсатымен электрмагнит өрісінің күшін

нталь да, вертикаль бағытта да қамтамасыз ердің полярлығын реттеп алмастырып қосу қсіз жұмысын қамтамасыз ету үшін жүздегеқажет. Бұл автоматтық басқарылатын жүйе

пайда болу табиғаты мен сипаты əр түрлі күштпен механикалық деп бөлуге болады. Млдамдықтарының диапазондары үшін жүргізілжелері ауа ортасының аэродинамикалық кедкүшінің доминантты құраушысы екендігін көрынан əсер ететін күштер міндеттің жалпывекторы мен оның массалар орталығына қ

ла жүргізу үшін левитациялық жүйенің экспауыш қондырғы мен оның бойында қозғалатылбасы 1-суретте көрсетілген.

ə

рет. Эксперименталдық модельдің сұлбасы

45

ндырғылардағы аларын жасау

тталған. Мұндай қосатын жүйені

ң эксперименттік рмасы таңдалып микросұлбаның

иялы транзистор,

ктрмагнитті көтергіш алпыланған теориялық асы скипті көтеру мен (магниттік левитация)

ету үшін бағыттауыш қажет. Электрмагнитті ен электрмагниттердің ені жасау қажеттілігін

тер əсер етеді. Аталған Магнит асқышы бар лген эксперименталдық дергісінің күші скиптің рсетті. ы қойылымы кезінде қатысты болатын бас

перименталдық моделі ын арбашадан тұрады.

А.А. Айкеева, К.М. Маханов т.б.


Бағыттауыш құрылғы бағыттауыш өткізгіштен жəне электрмагниттерден тұрады. Бағыттауыш өткізгіштің бойында оңтүстік пен солтүстік полюстері алма-кезек орналастырылған электрмагниттер орнатылған. Бағыттауыш өткізгіште топсаларға (шарнир) арналған ойықтар орнатылған. Арбашада полюстері алма-кезек орналастырылған екі электрмагнит пен топсалар бар (2-сур.).

2-сурет. Левитациялық жүйенің тəжірибелік моделі

Электрмагниттерге түсірілетін электр қорек кернеуі өткізгіш пен арбашада орналасқан электрмагниттердің əр аттас полюстері бір-біріне тартылған кезде электрмагниттердің аттас полюстері тебілетіндей етіп беріледі. Осының есебінен арбаша қозғалысқа келеді. Арбашаның қозғалыс жылдамдығы электр қоректендіру кернеу шамасынан тəуелді болатын электрмагниттердің электрмагниттік күші арқылы реттеледі.

Бірқатар жүргізілген эксперименттер нəтижесінде горизонталь бағыттағы скип (арбаша) моделінің қозғалысы зерттелді (3-сур.).

а) арбашаның бастапқы күйдегі қозғалысы ə) арбашаның орта жолдағы қозғалысы

б) арбашаның соңғы күйдегі қозғалысы в) арбашаның төменгі жағында орналасқан

электрмагниттер

3-сурет. Арбашаның горизонталь бағытта қозғалысы

Скиптің қозғалысын қамтамасыз …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 47

Стендтің төменгі платформасында полярлығы алма-кезек болатын электрмагниттер орналас-тырылған. Сонымен қатар скиптің (арбаша) моделінің төменгі бөлігінде полярлығы алма-кезек болатын екі электрмагнит орналасқан. Арбаша мен платформадағы электрмагниттер олардың поляр-лығын ауыстырып қосқан кезде арбаша қозғалысқа келетіндей етіп орналастырылған. Сонымен қатар екі түрлі электрмагниттер үшін де эксперименттер жүргізілді: ферриттік өзегі бар жəне құрыштан жасалған өзегі бар [3].

Зерттеу барысында бір бағыттауыш құрылғысынан жəне оның бойымен қозғалатын арбашадан жəне бір-біріне қатысты 120 градус бұрышпен орналасқан үш бағыттауыш құрылғысынан тұратын левитациялық жүйенің бірнеше эксперименталдық стенді жасалды. Стендтің ішінде скиптің бойында полярлығы кезектесіп ауысатын жəне бір-біріне қатысты 120 градус бұрыш жасап орналасқан неодим магниттері орналастырылған. Бағыттауыш құрылғы бағыттауыш өткізгіштен жəне электрмагнит-терден тұрады. Бағыттауыш өткізгіштің ұзындығы бойымен оңтүстік пен солтүстік полюстері кезектесіп ауысқан электрмагниттер орналастырылған. Электрмагниттердің параметрлері таңдап алынды (4-сур.).

4-сурет. Скиптің тəжірибелік моделі

Қолданылатын электрмагниттердің полярлығын автоматты түрде ауыстырып қосу мəселесін шешу үшін реле, транзисторлық кілт пен жинақтағыш резисторлардан тұратын схема жасалып құрастырылды [4].

Басқару бөлігі ретінде Atmega328 микроконтроллер негізіндегі Arduino Uno платформасы таңдап алынды. Бұл таңдау, ең алдымен, берілген платаның мүмкіндіктерімен, буферлік элементтердің қолжетімділігімен (мысалы, L293D), бағдарламалау ортасының қарапайымдылығы мен қолжетім-ділігмен жəне т.б. түсіндіріледі. Бірақ берілген таңдаудың басты ерекшелігі болып ішінде орналастырылған транслятор, код компиляторының бар болуы болып табылады. Ішінде орналастырылған программатор келесі мүмкіндіктерді жүзеге асырады:

− қолданылатын микроконтроллерге монтажды платасын арнап жасауын қажет етпейді; − программаторды сатып алуды талап етпейді. Бұл жағдай қаражат пен уақытты үнемдеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар микро-

контроллердің жеке платасын монтаждау мен жасау барысы қосалқы күрделі жағдайларға ие — схеманы қолмен істеу, басып шығару, дəрілеу жəне барлық қажет тетіктерді іздеп ұйқастыру.



5-суретке сəйкес бағыттаушы құрылғылардың электрмагниттерінің полярлығын ауыстырып қосу схемасы жасалды.

5-сурет. Электрмагниттердің полярлығын ауыстырып қосудың алдын ала схемасы

Орындаушы элемент (айырып-қосқыш) ретінде SRD-5VDC-SL-C реленің бірарналы модулі қолданылды. Ол тоқ күші немесе кернеу шамасы жоғары жүктемені оңай басқаруға мүмкіндік береді. Берілген схеманың артықшылықтарымен қатар кемшіліктері де бар. Схеманың артықшылығы ретінде реле контактілерінің 100 % қосылуы, айтарлықтай жоғары тоқтардың коммутациялау мүмкіндігін жəне т.б. айтуға болады. Схеманың кемшіліктері ретінде, ең алдымен, оның көлемді болуын жəне көптеген релелерді қолдануына байланысты қымбат болуын айтуға болады [5].

Төрт транзистордан тұратын көпірлік схеманы пайдалану мүмкіндігі қарастырылды. Катушка-ның əр шықпасына əр түрлі құрылымды (p-n-p жəне n-p-n) екі транзистор қосылды. Берілген идеяның мəн-мағынасы келесіде. База өткізгіштігі əр түрлі екі қарама-қарсы транзисторды бір уақытта ашқан кезде, яғни, контроллердің екі пині арқылы басқару жүзеге асырылатын болса, онда транзисторлар жұбын ауыстыра отырып, катушканың полярлығын өзгертуге болады. Қосу уақыты мен ұзақтығы бағдарлама арқылы анықталады.

Қолданылатын тетіктер саны минимал болатын жəне микроконтроллердің басқару шықпалары 10–12 электрмагниттік катушка үшін жететіндей схеманы құрастыру қажет болды. Сол себепті схемаға көбірек пин санын қалдыруға жəне электромагниттер қосылған кезде кернеу мен тоқ күшінің күрт артуынан сақтандыруын қарастыруға мүмкіндік беретін микросхеманы қосу орынды болды [6].

Əдеби мəліметтерге шолу жасалу нəтижесінде схемасы мен жұмыс істеу логикасы қойылған мəселені жүзеге асыруға мүмкіндік беретін микросхемалардың бар екендігін көрсетті. Мұндай микросхемалардың бірі — L293D сериясының микросхемалары. Берілген серияны таңдау басқару тоғының параметрлерінің айтарлықтай жоғары болуымен түсіндіріледі. Берілген серияның техникалық сипаттамалары бойынша пик, яғни максимал мəндер, жағдайында шамасы 1,6 ампер дейін токтарды коммутациялауға болады. Берілген шама жұмыста қойылған мəселенің талаптарына жауап береді. Сонымен қатар бір микросхема шықпалар саны мен оларды қосу реті бойынша екі катушканы бір уақытта коммутациялауға мүмкіндік береді. L293D серияның микросхемаларының ерекшелігі — ішінде орналасқан диодтардың бар болуы. Диодтардың кері полярлықта қосылуы схеманың қорғанысын қамтамасыз етеді [7].

Сонымен, біз жасаған схеманың негізі ретінде 6-суретте көрсетілген үшфазалы двигательдің қосылу схемасы алынды.

Жұмыста электрмагнитті катушкалардың полярлығын алмастырып қосу имитациясы жасалды. 7-суретте көрсетілгендей, басқару тиімділігі максимал болу үшін қосу мен қөшіру уақытын дəл басқару қажет.

Шекті қосқыш

Нəтиже

Dig

ital

Скиптің қозғалысын қамтамасыз …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 49

6-сурет. ULN2803A кілтін қолдану негізіндегі қосу схемасы

7-сурет. Электрмагниттердің полярлығын ауыстырып қосуын басқару моделі

Сонымен, автоматтандырылған жүйелік талдау негізінде конструктивті-технологиялық фактор-ларды комплекстік түрде ескеретін электрмагнитті көтергіш қондырғысының конструкциясының имитациялық модельдері жасалды [8].

Электрмагниттік көтергіш қондырғысының үзіліссіз жұмысын қамтамасыз ету үшін қолданы-латын тетіктер саны оңтайлы болатын бағыттаушы қондырғылардағы электрмагниттер полярлығын ауыстырып-қосу схемалары жасалып құрастырылды. Басқару транслятор мен код компиляторы бар Atmega328 микроконтроллері мен Arduino UNO платформасы негізінде жүзеге асырылды. Қосу схемасын басқаруында сигналдың кең жолақты-импульстік модуляциясы қолданылды. Схемада шектен тыс қызып кетуден жəне шектен тыс жүктеме түсіруден қорғанысы қарастырылған.

Мақала «Пайдалы қазбаларды өңдеу технологиялары» басым бағыты бойынша ҚР БҒМ гранттық қаржыландыру ауқымындағы «Электромагниттік көтергіш қондырғысын жасау арқылы тау массасын алудың энергия үнемдеу технологиясын негіздеу мен жасау» тақырыбы бойынша, сонымен қатар «Энергетика мен машина жасау» басым бағыты бойынша «Энергоүнемдеу көтергіш қондырғысының комплекстік қорғау жəне автоматты басқару жүйесін жасау» тақырыбы бойынша орындалған зерттеулер нəтижелері негізінде жазылды.



Əдебиеттер тізімі

1 Системы автоматизированного проектирования / Под ред. И.П. Норенкова. — Кн. 4: Трудоношин В.А., Пивоваро-ва Н.В. Математические модели объектов проектирования. — М.: Высш. шк., 1986. — 140 с.

2 Александровский Н.М., Егоров С.В., Кузин Р.Е. Адаптивные системы автоматического управления сложными техно-логическими процессами. — М.: Энергия, 1973.

3 Жаутиков Б.А., Айкеева А.А., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А. Электромагнитная подъемная установка (варианты): Инновац. патент на изобр. № 27177 МЮ РК.

4 Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем. — М.: Наука, 1977. 5 Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. — М.: ДМК Пресс, 2004. —

317 с. 6 Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред. И.М. Макарова, В.М. Лохина. — М.: Физматлит,

2001. 7 Тер-Акопов А.К. Динамика быстродействующих электромагнитов. — М.-Л.: Энергия, 1965. — 167 с. 8 Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. — М.: Энергия, 1972. — 248 с.

А.А. Айкеева, К.М. Маханов, А.Р. Танскожановa, А.Е. Аюбекова, С.С. Каппар, С.А. Изимов

Разработка схемы переключения полярности электромагнитов в направляющих устройствах для обеспечения движения скипа

Данная работа направлена на разработку системы управления электромагнитной подъемной установ-кой. Для того чтобы разработать такую систему управления, необходимо создать автоматическую систему переключения полюсов. Для проведения экспериментов разработана экспериментальная мо-дель левитационной системы. Выбрана платформа Arduino UNO на базе микроконтроллера Atmega328. Представлено описание драйвера L293D и рассмотрен принцип работы драйвера, входя-щего в состав микросхемы.

A.A. Aikeyeva, K.M. Makhanov, A.R. Tanskozhanova,

A.E. Ayubekova, S.S. Kappar, S.A. Izimov

Development of polarity electromagnets switching circuit in the directing devices for ensuring skip motion

This work is directed to the development of the management system of electromagnetic lifting installation. To develop such control system it is necessary to create automatic system of switching the poles. The experiment model of levitation system is developed for carrying out prior experiments. The Arduino UNO platform on the basis of the Atmega328 microcontroller is chosen. In the work the description of L293D driver is present-ed and the principle of driver operation which is a part of the circuit is considered.

References

1 Computer aided design, Ed. by I.P. Norenkov, Book 4: Trudnoshin V.A., Pivovarova N.V. Mathematical models of design objects, Moscow: Vysshaya shkola, 1986, 140 p.

2 Aleksandrovskiy N.M., Egorov S.V., Kuzin R.E. Adaptive systems of automatic control of complex technological processes, Moscow: Energiya, 1973.

3 Zhautikov B.A., Aikeyeva A.A., Zhautikov F.B., Mukhtarova P.A. Electromagnetic lifting installation (unit): Innovative pa-tent No. 27177, MJ of RK.

4 Tsypkin Ya.Z. Fundamentals of the theory of automatic systems, Moscow: Nauka, 1977. 5 Kudryavtsev E.M. GPSS World. Basics of simulation of different systems, Moscow: DMK Press, 2004, 317 p. 6 Intelligent systems of automatic control, Ed. by I.M. Makarov, V.M. Lokhin, Moscow: Fizmatlit, 2001. 7 Ter-Akopov A.K. Dynamics of fast electromagnets, Moscow, Leningrad: Energiya, 1965, 167 p. 8 Slivinskaya A.G. Electromagnets and permanent magnets, Moscow: Energiya, 1972, 248 p.

Серия «Физика». № 4(84)/2016 51

UDC 550.4

S.E. Shnyukov1, I.I. Lazareva1, V.S. Portnov2, A.G. Aleksieienko1, L.I. Gavryliv1, D.K. Makat2, A.G. Maratova2

1Taras Shevchenko National University of Kyiv, Institute of Geology, Kyiv, Ukraine; 2Karaganda State Technical University (E-mail: [email protected])

Geochemical modeling in the evaluation of ore-forming potential of magmatic-hydrothermal systems

Quantitative geochemical modeling possibilities of ore-bearing aqueous fluids separation process from a magmatic melt are considered. Suggested procedures allow calculation of fluid/melt distribution coefficient values for trace elements, their contents in a fluid, as well as its total resources in a genetically related metasomaticaly altered rocks. Application of this approach to the geochemical modeling of real ore-generating magmatic-hydrothermal system of the Korosten pluton granitoids (Ukrainian Shield), and associ-ated hydrothermal-metasomatic formations (Suschano-Perzhanskaya area) has confirmed its efficiency. The purpose of present and future research is to obtain estimations of Ukraine and Kazakhstan regions mineral re-sources potential independent from a simple summation of previously conducted regional works.

Key words: metasomatites, granite, trace element, geochemical modeling, fluid/melt distribution coefficient, ore resources.

Introduction

Within such a huge and diverse geological regions as Ukraine and Kazakhstan mineral resource poten-tial is largely determined by magmatic-hydrothermal and magmatogenic systems of various ages. Regardless from the later, as well as the declared mineragenous amount, important role in the evaluation of ore-generating potential of such systems had, have and will have such means as the geochemical modeling. They acquire a special role when in the first place there is the need for generalizing the data, independent in their reliability from results of a primitive summation which is regional, but routine research. At the same time, geochemical modeling, studying of the magmatic series and related magmatogenic-hydrothermal systems formation processes, which is the main problem of this article, solves next tasks [1, 2, etc.]:

(1) determination of the leading magmatic series formation mechanism (fractional crystallization, par-tial melting, etc.);

(2) determination of petrogenic and trace element behavior in the magmatic evolution processes; (3) evaluation of physico-chemical conditions of formation and functioning of magmatic systems; (4) evaluation of its ore-bearing fluids generation ability and to corresponding hydrothermal-

metasomatic ore deposits formation; (5) Independent verification of the modeling results. Theoretical basis and methodology of solving tasks (1) and (2) were developed in the works and are

widely used in the study of magmatic complexes. As an organic supplement of this methodology for the tasks (3)–(5) we proposed [1, 2, etc.] complex use in modeling of petrogenic and trace elements distribution in the series of igneous rocks, experimental data of solubility in silicate melts of the common accessory min-erals (CAM — Apatite, zircon, monazite, etc.) as well as the data on the distribution of trace elements in their associations. But the solution of the problem (4) should be considered as incomplete without a quantita-tive evaluation of the elements supply from the melt in magmatogenic-hydrothermal system amount during the magmatic evolution.

The importance of obtaining such «total resource of magmatogene fluid» evaluations is emphasized by the fact that they can be simultaneously considered as a value of the maximum mineralization potential mag-nitude, what allows to use them with the searching purposes. Such task solving principle is known for a long time, but given options still require the obligatory use of additional initial parameters, first of all inde-pendently (experimentally) obtained fluid/melt distribution coefficients for the large number of elements and wide range of physical and chemical conditions. That’s why modern insufficiency of the experimental data significantly limited possibilities for quantitative calculations by proposed scheme.

The purpose of the work was to develop methods which allow to remove such limitations through the use of model fluid/melt distribution coefficients which correspond to the real specific magmatic evolution

S.E. Shnyukov, I.I. Lazareva et al.


systems conditions as they directly «derive» from the observed elements concentrations data in magmatic complexes petrotypes and from the results of geochemical modeling of their formation processes (1)-(5). Among the specific tasks of work, except for actual development of a model fluid/melt distribution coeffi-cients calculation methodology and the supply amount of elements in magmatogenic-hydrothermal system, authors have also considered its experimental approbation.

Object of research

The main principles of the proposed approach practical application are reviewed at the example of the Precambrian (1.7 to 1.8 billion years) аnorthosite-rapakivi-granite association Korosten Pluton (KP), one of the largest magmatic complexes of the Ukrainian shield (USh), localized in its Northen-Western part. The advantegeous set of condition − good enough geological study and conservation level of the complex, a wide range of petrotypes (granitoid and mafic series), as well as the presence of well-studied igneous (Ti, P), pegmatitic (chamber pegmatites) and hydrothermal-metasomatitic (Li, Be, Nb, Ta, Zr, W, Sn, Mo, Zn, Pb, Cu, Bi, Cd) ore occurrences and deposits among the rocks of Pluton and its frame (Suschano-Perzhanskaya area — SPA), has allowed the authors earlier [2–4, etc.] to demonstrate ability to solve all the mentioned geochemical modeling problems. This justifies the rationality of the KPs use as an object of study during the process of previously described tasks solving.

Methodology of research

Initial data for work tasks solution. Previously proposed geochemical model of formation of the granitoid KP series, is described in detail in [2–4, etc.]. As the dominant mechanism of magmatic evolution for the current model was accepted deep magmatic chamber fractional crystallization of granitoid melt which was provided with sufficient evidence. Additional used data: 1) originally observed data on the distribution of petrogenic and trace elements in a granitoid series of KP; 2) experimental data on the solubility of apatite, zircon, monazite [5, 6] and H2O [7] in granitoid melts; 3) temperature dependence [3] of the distribution of Y between paragenetic apatite and zircon. Trace elements behavior (Fig. 1) dependence on f (mass fraction of residual melt) was approximated by Rayleigh type equations. The model allowed to evaluate: P–T conditions and fluid mode of magmatic evolution; f = finv value, which corresponds to the inversion in the behavior of trace elements caused by the fluid segregation (Fig. 1); the effective value of their combined crystallized fracton/melt distribution coefficients before ( f > finv.) and after ( f < finv.) inversion — Di and Di′ respectively. The data which indicates genetic relationship between magmatic systems of the granitoid KP and ore-bearing hydrothermal-metasomatic formations of the SPA was also acquired [3, 4].

Model fluid/melt distribution coefficient calculation. The initial data which «magmatic model» and the cited works provide (Fig. 1), especially the beginning of the aqueous fluid segregation from the melt f value estimation ( finv. = 0,123) and effective D values in the range f > finv and f < finv, allow calculate to values of the effective fluid/melt distribution coefficient (important parameter), for elements with «inversion» type of behavior (F, Cl, Nb, Zn, Pb, etc.), which regulates the load of ore-bearing magmatic fluid and its deriva-tives — hydrothermal-metasomatic formations. Inheriting approach that has been proposed in our previous works [3, 4], but modifying it, the following principle of calculation can suggested.

If the dominant factor in the magmatic system evolution is fractional crystallization, the trace elements behavior is described by the well-known Rayleigh equation provided their combined distribution coefficients are constant: ( 1)

0DC C f −= ⋅ , (1)

where С ⎯ the concentration of the element in the residual melt; 0C — the initial concentration of the ele-

ment in the primary melt, D — the effective combined distribution coefficient of the element ( /S LD C C= , SC and LC — concentration of the element in solid phase and melt respectively), f — mass fraction of

liquid phase (residual melt) in the system. According to the «magmatic» model (Fig. 1, cited work), the magmatic system of KP granitoids represents exact case.

The f parameter of equation (1), before the emergence of the fluid component in the system, can defined as:

( )L

L S

MfM M

=+

, (2)

Geochemical modeling of the magmatic …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 53

where LM and SM — the mass of the liquid and solid phases of the system respectively. The equation for the combined distribution coefficient calculation of each of the elements under the same conditions as follows: ... ,X Y Z

i i iD xk yk zk= + + + (3) where , ,x y z — the mass fraction of each mineral ( , ,X Y Z , respectively) which forms the solid phase

of the system; , ,X Y Zi i ik k k — mineral/melt distribution coefficients of element i for these minerals

( X X Li i ik C C= , where X

iC and LiC are the concentration of element i in these minerals and the melt respec-

tively).

a — segregation of aqueous fluid from the melt during its crystallization conditions; b –concentrations of elements in residual melt of the magmatic system during its evolution shift

Figure 1. Results of geochemical modeling of the KP granitoids magmatic systems

According to the «magmatic» model (Fig. 1), the behavior of each «inversion» element is described by two equations of type (1), which correspond to the sections of the magmatic evolution until ( f > .invf ) and

after ( f < .invf ) inversion, which coincides with the beginning of the fluid segregation (as the final invf value

was accepted the Nb — element, segregated into a fluid phase last: 0,123Nbinvf = ). Concentrations of elements

in residual melt, which are calculated by the first and second equations, are rationally denoted as MC and LC and efficient combined distribution coefficients used in these cases — D and D′ respectively. In the

«magmatic model» for D and D′ values are fixed constant [2, 3, etc.]. After emergence of the fluid component in system ( f < .invf ) the equation (1) retains valid, but on the

condition that the equation (2) takes the form: ( )L

L S F

MfM M M

=+ +

, where FM is the mass of the fluid

phase of the system. Certainly, D′ is taking place of D , which values, similar to expression (3), are defined as:



F LD xD yK′ = + , (4) where x and y are the mass fractions of the solid and fluid phases, respectively, in the system excluding the

liquid phase ( 1x y+ = ), а F LK — fluid/melt distribution coefficient for element with inversion type of be-

havior ( F L F LK C C= , FC и LC — concentration of the element in the fluid and the melt, respectively).

Since 1x y= − , the final equation (4) becomes: F LD D yD yK′ = − + . Hence:

F

L D D yDKy

′ − += . (5)

Consequently there is a necessity in y parameter estimation to calculate F

LK . The given model of magmatic evolution provides such possibility (Fig. 1a, the works cited), which allows to estimate model wa-ter concentration value in the residual melt for any f and, upon reaching the solubility of water in it, to de-fine the segregation of the aqueous fluid beginning moment (Fig. 1a). This gives the opportunity to estimate the «excessive» water concentration for the range of f < invf (

2

nfH OCΔ , wt%) — aqueous fluid formation re-

source, which segregates during any period nfΔ ( 1n n nf f f−Δ = − ; 1, 2,3...n n= — a number of conventional

periods in the evolution of the system with the length of fΔ from the beginning of the segregation of the

aqueous fluid): 2 2 2

n nf f LH O H O H OC C CΔ = − , where

2

nfH OC and

2

LH OC — respectively, model water concentration in

the residual melt at the certain moment nf and H2O solubility in granitic melt (wt%) under current condi-

tions, which is buffering its actual concentration for the range f < invf . Hence: 2

0.01 nfn H O nF C fΔ = ⋅ Δ ⋅ Δ ,

where nFΔ — the proportion of the fluid phase in the system, segregated during period nfΔ .

The proportion of the solid phase in the system ( )S for any moment nf can be calculated by using the

expression: 1 ( )n n nS f F= − + , where , ,n n nS f F (1

n

n nn

F F=

= Δ ) — the fractions of solid, liquid and fluid phas-

es in the system respectively. The quantity of solid phase formed during the period nfΔ can be easily esti-

mated as: 1n n nS S S−Δ = − . It is consequently easy to estimate y (mass fraction of fluid phase in the system

excluding the liquid phase) for each period of the evolution of the system nfΔ :

n

n n

FyF S

Δ=

Δ + Δ. (6)

Substituting (6) into equation (5) and performing simple transformations, we obtain the final equation for calculation of inversion behavior elements fluid/melt distribution coefficient for any value of nf :

( )F n nL

n

S D D D FKF

′ ′Δ − + Δ=

Δ. (7)

For the elements with monotonous behaviour, such as Ba, Sr, Zr and Th (Fig. 1), the expression (7)

simplifies to the form F

LK D= , their D D′ = a-priory. The supply volume of elements into magmatogenetic-hydrothermal system calculation. Developed and

presented magmatic and magmatic-hydrothermal systems model of KP granitoids allows to estimate the total elemental resource of the fluid, i.e. the total weight of each element, extracted from the melt by the aqueous fluid, which is segregated from the magmatic system during its evolution. This opportunity is based on the fact that the proposed model provides data as about concentration of each element in the residual melt, so, using the fluid/melt distribution coefficients, in the fluid, model also estimates the mass fraction of the fluid segregated from magmatic system at any stage of its evolution: 610n

n

FF n i sistR F C MΔ = Δ ⋅ ⋅ , (8)


Серия «Физика». № 4(84)/2016 55

where nFRΔ — the fluid’s resource, segregated from the magmatic system during the period nfΔ (billion

tons); nFiC — the concentration of the element і in the fluid (ppm) at the moment nf ; sistM — the mass of

the system(billion tons). The total fluid resource can be estimated using the expression: 1

n

n

F Fn

R R=

= Δ .

As it follows from the expression (8), important and usually difficult for quantitative evaluation initial parameter in such calculations is the total mass of the parental magmatic system sistM . In this case,

200000sistM ≥ billion tons was accepted the square of KP granitoids at the present level of erosion — 7800 km2, the average density of 2.6 g/cm3, the prevalent depth of ≈10 km). According to the lack of data on KP and its frame deep structure, the authors consider this estimation to be approximate, but realistic.

Additional, but quite an important parameter in the elements behavior analysis during evaluation of ore-generating potential of magmatic-hydrothermal systems is total resource of the parent magmatic system ( MR ), that is, the total weight of each element in the system at the beginning of its evolution. Its calculation, taking into account existing data, is straightforward: 6

(0) 10M i sistR C M= ⋅ ,

where MR — total resource of the parent magmatic system (billion tons); (0)iC — concentration of the ele-

ment і in the initial melt (ppm); sistM — mass of the system (billion tons). Model estimations were used as the initial concentrations of the studied elements used in the initial melt of parent magmatic system of the KP granitoids.

The obtained results and their discussion

The calculation results obtained by the proposed approach, are presented in Figure 2. Thus, the total el-emental resource comparison in the fluid, segregated from the magmatic system of the KP granitoids during the process of its evolution with a total resource of all parent magmatic system allows to confidently distin-guish three groups. among these elements.

The first group of elements (P, Ba, Sr) is characterized by high magmatic system resource with a low fluid-resource, i.e., their total fluid extraction degree from the melt does not exceed 0.2 %.

Besides, they behave as typically compatible elements in the process of magmatic evolution (Fig. 1), which results in their low concentrations in the residual magmatic system melt at the moment of the segrega-tion of fluid (most of them «sealed» in the composition of crystallized material and are not available for ex-traction by the fluid). Therefore, despite the high overall magmatic system resource and relatively high val-ues of the fluid/melt distribution coefficients (>2), P, Ba and Sr under no circumstances show large-scale concentrations in the form of ore-occurrences.

Opposite to the first, is the third group, which is composed of Th, Nb to Rb and F elements. All of them are characterized by a high extraction to the fluid (>5 %), because of their typically incompatible behavior in the process of crystallization differentiation. This grants their substantial accumulation in the residual melt rate and high concentration in the fluid efficiency even with moderate (<1) values of the fluid/melt distribu-

tion coefficients (F is also characterized by a high F

LK despite its inverse behavior). But as the total re-source of a fluid, so the magmatic system resource vary for them within a wide range (more than tenfold).

The correlation of these parameters (Fig. 2 a) proves that both potential and scale of accumulation in industrial scale is dominant by primary concentration in the magmatic system (i.e. magmatic system re-source).

Finally, the second group, which includes a number of elements from Ga to Ca, is transitional between the first and third groups. Regular decrease of the extraction to the fluid degree with increase of magmatic system resource (Fig. 2 b) demonstrates a wide variety of the influence of considered factors with preserved significant role of magmatic system resource as a factor that controls the potential of hydrothermal-metasomatic deposits formation.

At the same time, the obtained evaluations of the total magmatic fluid resource might be considered as a parameter that provides a maximum estimation of the mineralization likelihood potential extent of individual elements and their natural groups. Such evaluations might be only used as the premise of differentiated magmatic complexes potential ore-generation, because the possibility of its application is completely con-trolled by the geological conditions.



a — the comparison of the total elemental resource in fluid with the total elemental resource in a whole parent magmatic system; b — extraction of elements with different resource in the magmatic system to the fluid

Figure 2. The total element wise resource of magmatic fluid segregated from the magmatic system of the KP granitoids in the process of its evolution, and the extraction degree of elements

from the melt (model evaluation). Explanations see in the text


Серия «Физика». № 4(84)/2016 57

Figure 3. Total element wise magmatic fluid resource as a criterion for the maximum extent of potential mineralization evaluation (the total resource Be was evaluated for stoichiometry of genthelvite — SPZ

dominant Be containing mineral). Black-filled bars correspond the elements which industrial mineralization presence is confirmed by geological exploration works. See explanations in the text

However it is supported by a rather positive correlation (Fig. 3) of the calculated (model) data obtained in this work results with existing information on real ore bodies that are discovered within the SPZ, applica-tion of such assessments, as long as the geochemical modeling, is able to greatly complement methodology of regional geological surveys.

Conclusions

The calculation methodology of the model fluid/melt distribution coefficients, which directly derives from the observed data on the contents of elements in magmatic complexes petrotypes and mostly corre-sponds to the real conditions of the magmatic evolution of specific magmatic systems, was developed. Ele-ment wise total magmatic fluids resource (supply of elements in magmatic-hydrothermal system volume) evaluation method based on geochemical modeling of parent magmatic systems was proposed. Obtained positive developed methodology approbation results, at the example of the Korosten Pluton and ore-bearing hydrothermal-metasomatic Sushano-Perganskaya area formations, allows to consider it as a promising way of regional geological surveys. Possibility of the further proposed methodology application requires addi-tional development of proposed geochemical modeling means and their extended approbation at the example of geological objects such as Ukrainian shield etc. Kazakhstan also represents an object of a great interest as it possesses the huge fund of magmatic complexes of different age, formation conditions and metal-genetic specializations, which have been studied in detail in material aspect and are supported with the wide specter of ore deposits [8–10].

References

1 Шнюков С.Е. Распределение иттрия в апатит-цирконовых парагенезисах: зависимость от температуры и возмож-ность ее использования в геохимическом моделировании магматических процессов // Кристаллогенез и минералогия: мате-риалы междунар. конф. — СПб., 2001. — С. 352.

2 Шнюков С.Є. Наскрізні акцесорні мінерали в геохімічному моделюванні магматичних процесів // Збірник наукових праць УкрДГРІ. — 2001. — № 1–2. — С. 41–53.

3 Шнюков С.Е. Геохимические модели эволюции магматических систем и земной коры: потенциальный источник пет-рофизической и рудогенетической информации // Геофизический журнал. — 2002. — Т. 24, № 6. — С. 201–219.

4 Шнюков С.Є., Лазарева І.І. Геохімічне моделювання в дослідженні генетичного зв’язку магматичних комплексів та просторово асоціюючих з ними гідротермально-метасоматичних рудних родовищ // Зб. наук. праць УкрДГРІ. — 2002. — № 1–2. — С. 128–143.

5 Harrison T.M., Watson E.B. The behavior of apatite during crustal anatexis: equilibrium and kinetic considerations // Geochim. et Cosmochim. Acta. — 1984. — Vol. 48, No. 7. — P. 146–147.

6 Holtz F., Johannes W., Tamic N., Behrens H. Maximum and minimum water contents of granitic melts generated in the crust: a reevaluation and implications // Litos. — 2001. — Vol. 56. — P. 1–14.



7 Montel J.M. A model for monazite/melt equilibrium and application to the generation of granitic magmas // Chemical Geolo-gy. — 1993. — Vol. 110. — P. 127–145.

8 Серых В.И., Габов Ю.А., Новичкова А.П. и др. Минеральный и химический состав ультракислых гранитоидов Цен-трального Казахстана: сб. анализов. — Алма-Ата: Наука Каз ССР, 1976. — 195 с.

9 Серых В.И., Новичкова А.П., Егорычев Л.Г., Рыбалтовский Е.В. Балхашский сегмент. Петрология гранитоидов. (Ми-неральный и химический состав гранитоидов северной части Балхашского сегмента земной коры: сб. анализов.). — Алма-Ата: Наука КазССР, 1987. — 184 с.

10 Серых В.И. Геология, петрология и металлогения ультракислых гранитоидов Центрального Казахстана. — Караган-да, 2009. — 315 с.

С.Е. Шнюков, И.И. Лазарева, В.С. Портнов, А.Г. Алексиейенко, Л.И. Гаврилив, Д.К. Макат, А.Г. Маратова

Магматогенді-гидротермалды жүйелердегі кенжасаушы потенциалдарды бағалаудағы геохимиялық модельдеу

Мақалада магмалық балқымадан кенді су флюидін бөліп алу процесінің сандық геохимиялық модельдеу мүмкіндігі қарастырылған. Ұсынылған рəсімдер микроэлементтердің флюид/ерітіндіге бөлу коэффициентін, олардың флюидтегі санын, сонымен қатар оның элементтердің жиынтықтағы ресурсын есептеуге мүмкіндік береді. Геохимиялық модельдеу нақты кенқалыптастырушы Коростенск плутоны (Украин қалқаны) магмалы-гидротермалды жүйесіндегі гранитоидтар жəне онымен ассоциация болатын гидротермалды-метасоматикалық түзілімдер (Сущано-Пержанск аймағы) қолдануға ұсынылған тəсілдің тиімділігін растады. Осы кездегі өңірлік жұмыстардың қарапайым есебіне қарамастан, берілген жұмыстың қазіргі жəне болашақ зерттеулері мақсаты Украина мен Қазақстанның минералды-шикізат базасының əлеуеті болып табылады.

С.Е. Шнюков, И.И. Лазарева, В.С. Портнов, А.Г. Алексиейенко, Л.И. Гаврилив, Д.К. Макат, А.Г. Маратова

Геохимическое моделирование в оценке рудогенерирующего потенциала магматогенно-гидротермальных систем

Рассмотрены возможности количественного геохимического моделирования процесса отделения ру-доносного водного флюида от магматического расплава. Предложенные процедуры позволяют рас-считать значения коэффициента распределения флюид/расплав для микроэлементов, их содержание во флюиде, а также его суммарный поэлементный ресурс. Применение предложенного подхода к гео-химическому моделированию реальной рудогенерирующей магматогенно-гидротермальной системы гранитоидов Коростенского плутона (Украинский щит) и ассоциирующих с ним гидротермально-метасоматических образований (Сущано-Пержанская зона) подтвердило его эффективность. Целью настоящих и будущих исследований является получение оценок минерально-сырьевого потенциала регионов Украины и Казахстана, независимых от простого суммирования уже выполненных регио-нальных работ.

References

1 Shnyukov S.E. Crystal genesis and mineralogy: Materials of intern. conf., Saint Petersburg, 2001, 352 p. 2 Shnyukov S.E. Coll. of sci. articles of UkrDGRI, 2001, 1–2, p. 41–53. 3 Shnyukov S.E., Geophysical journal, 2002, 24(6), p. 201–219. 4 Shnyukov S.E., Lazareva I.I. Coll. of sci. articles of UkrDGRI, 2002, 1–2, p. 128–143. 5 Harrison T.M., Watson E.B. Geochim. et Cosmochim. Acta, 1984, 48(7), p. 146–147. 6 Holtz F., Johannes W., Tamic N., Behrens H. Litos, 2001, 56, p. 1–14. 7 Montel J.M. Chemical Geology, 1993, 110, p. 127–145. 8 Seryh V.I., Gabov Yu.A., Novichkova A.P. et al. Mineral and chemical composition of Central Kazakhstan ultra-acid

granitoids: analysis collection, Alma-Ata: Nauka, 1976, 195 p. 9 Seryh V.I., Novichkova A.P., Egorychev L.G., Rybaltovckiy E.V. Balhash segment. Granitoid petrology. (Mineral and

chemical composition of the Balhashskij earth’s crust segment northern part. Analysis collecrion, Almma-Ata: Nauka, 1987, 184 p. 10 Seryh V.I. Geology, petrology and metallogeny of Cantral Kazakhstan ultra-acid granitoids, Karaganda, 2009, 315 p.

Серия «Физика». № 4(84)/2016 59

ФИЗИКАНЫ ОҚЫТУ ƏДІСТЕМЕСІ МЕТОДИКА ФИЗИКИ METHODOLOGY OF PHYSICS

УДК 37:372.8

В.В. Архипов, А.С. Кудусов, П.А. Кисабекова

Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова (E-mail: [email protected])

Кейс по теоретической механике на тему «Законы сохранения»

Представленная работа посвящена внедрению кейсовой технологии в образовательный процесс при изучении дисциплины «Теоретическая механика». Проведен анализ содержания понятия «кейс-технология» в приложении к дисциплинам теоретического цикла. В качестве конкретного примера представлен кейс на тему «Законы сохранения». Теорема Нётер рассмотрена как единый базис для вывода законов сохранения исходя из имеющихся симметрий системы. Сформулирован ряд заданий для развития и закрепления навыков студентов в плане самостоятельного формулирования задач и выбора методов их решения.

Ключевые слова: кейсовая образовательная технология, кейс-метод, теоретическая механика, законы сохранения, теорема Нётер.

Введение

Кейс, представляющий собой описание конкретной реальной ситуации и подготовленный по определенному формату, предназначен для обучения учащихся анализу разных видов информации, ее обобщению, навыкам формулирования проблемы и выработки возможных вариантов ее решения в соответствии с установленными критериями. Суть кейс-метода состоит в том, что усвоение знаний и формирование умений есть результат активной самостоятельной деятельности учащихся по разреше-нию противоречий, в результате чего и происходит творческое овладение профессиональными зна-ниями, навыками, умениями и развитие мыслительных способностей [1]. Преимуществом кейсов яв-ляется возможность оптимально сочетать теорию и практику, что представляется достаточно важным при подготовке специалиста. Метод кейсов способствует развитию умения анализировать ситуации, оценивать альтернативы, выбирать оптимальный вариант и планировать его осуществление. И если в течение учебного цикла такой подход применяется многократно, то у обучающегося вырабатывается устойчивый навык решения практических задач [2].

В представленной работе мы предлагаем набросок кейса для изучения законов сохранения в рамках теоретической механики. В отличие от общепринятого подхода мы предлагаем рассмотрение законов сохранения импульса, энергии и момента импульса на единой основе теоремы Нётер, яв-ляющейся одной из фундаментальных теорем теоретической физики, устанавливающей связь между свойствами симметрии физической системы и законами сохранения [3].

Целью представленной работы является исследование возможности использования кейсовой об-разовательной технологии при изучении дисциплины «Теоретическая механика». Задачи работы: анализ содержания понятия «кейс-технология» в приложении к дисциплинам теоретического цикла; разработка методического материала по законам сохранения импульса, энергии и момента импульса на основе теоремы Нётер, для использования в рамках кейсовой технологии.



1 Теорема Нётер

В 1918 г. Эмми Нётер была доказана теорема, из которой следует, что если некоторая система инвариантна относительно некоторого глобального преобразования, то для нее существует опреде-ленная сохраняющаяся величина. Если группа содержит n параметров, то из инвариантности функ-ционала будет следовать существование n законов сохранения. Теорема Нётер, доказанная ею во время участия в работе целой группы по проблемам общей теории относительности как бы побочно, стала важнейшим инструментом теоретической физики, утвердившей особую междисциплинарную роль принципов симметрии при построении физической теории. Можно сказать, что теоретико-инвариантный подход, развитый в математике, суть которого состоит в систематическом применении групп симметрии к изучению конкретных геометрических объектов, так называемый эрлангенский принцип, проник в физику и определил целесообразность формулирования физических теорий на языке лагранжианов. То есть в основу построения теории должен быть положен лагранжев подход, или лагранжев формализм.

Наличие входящих в требуемую теоремой Нётер группу преобразований симметрии зависит от природы физической системы. Для рассматриваемых замкнутых систем действие должно быть инва-риантным относительно десятимерной параметрической группы преобразований: одного сдвига по времени, трех параметров пространственных сдвигов, трех параметров вращения пространства и трех параметров преобразований Галилея. В соответствии с этим у всякой замкнутой системы должны существовать 10 сохраняющихся величин, отвечающих указанным преобразованиям. Если система такова, что она допускает еще и другие преобразования симметрии, то сохраняющихся величин мо-жет оказаться больше [4].

Практическое значение теоремы Э. Нётер не ограничивается только тем, что она устанавливает связь классических законов сохранения с видами симметрии, имеющими геометрическую природу. При наличии в физической системе симметрии другого рода, например динамической (математиче-ской), данные симметрии прогнозируют частные законы сохранения, которые также обладают функ-цией запрета на локальные явления саморазвития [5].

Ниже мы приводим краткий вывод теоремы Нётер, освоение которого студентами предполагает-ся в ходе работы над кейсом.

Пусть система описывается функцией Лагранжа обычного вида

( ), ,i iL L q q t= ,

где iq и iq — обобщенные координаты и обобщенные скорости соответственно. Форма уравнения Лагранжа-Эйлера, получаемая из вариационного принципа с такой функцией

Лагранжа,

0i i

d L Ldt q q

∂ ∂− =∂ ∂

,

не меняется при преобразованиях общего вида:

( ) ( )' , , 'i i jq f q t t f t= = . (1)

Однако конкретный вид для нового действия, как функционала новых координат, зависящих от ново-го времени, может претерпеть при этом преобразовании существенные изменения.

Теорема Нётер рассматривает преобразования, относительно которых действие не меняет своего вида. То есть имеются в виду преобразования, отражающие некоторую симметрию системы.

Введем обозначение ( )Λ λ для совокупности преобразований (2), зависящих от некоторого од-

ного параметра λ: ( ){ } ( ) ( ){ } ( ){ }, , ', ' 'i i it q t t q t t q t Λ λ = (2)

или, с учетом обозначения (1),

( ){ } ( ) ( ){ }, , ; , ;i i jt q t f t f q t λ λ .

Пусть преобразования ( )Λ λ такие, что

( ) ( ) ( )( ) ( )2 1 3 1 2, , 0 1Λ λ Λ λ = Λ λ λ λ Λ = .

Кейс по теоретической механике …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 61

То есть совокупность всех ( )Λ λ образует однопараметрическую группу. Рассмотрим инфините-

зимальное, т.е. бесконечно малое, преобразование, отвечающее параметру 0λ → . Тогда

( ) ( ) ( )

' ,

' ; ; ii i i j i

ft t t t t

fq t q f q t q t

∂ = + δ δ = λ∂λ∂ = λ = + λ∂λ

. (3)

Собственно вариации обобщенных координат, происходящие при рассматриваемом преобразо-

вании, — это разность значений ( )' 'iq t новых координат в некоторый момент нового времени и зна-

чений старых координат ( )iq t в соответствующий момент старого времени:

( ) ( )* ' ' ii i i

fq q t q t ∂δ = − = λ∂λ

. (4)

Наряду с ними удобно ввести в рассмотрение вариации формы

( ) ( )'i i iq q t q tδ = −

зависимости координат от времени, которые отличны от нуля, только если наше преобразование не затрагивает время, а лишь координаты.

Между двумя введенными видами вариаций можно ввести следующее соотношение:

( ) ( )* ' ·i i i i iq q q t t q t q tt

∂δ − δ = + δ − = δ∂

,

где ( )iq t t′ + δ была разложена в ряд по малому значению tδ с точностью до первого порядка малости. Таким образом, имеем: * i i iq q q tδ = δ + δ . (5)

Отметим, что вариации без звездочек, относящиеся к одному значению времени, перестановоч-ны с дифференцированием по времени, т.е.

i i id dq q qdt dt

δ = δ = δ .

В то же время для вариаций со звездочками это, вообще говоря, неверно. Соответствующие два вида вариаций можно ввести и для любой динамической переменной. На-

пример, для функции Лагранжа:

( ) ( ) ( ) ( )* ( ' ' , ' ' , ') ( , , )L L q t q t t L q t q t tδ = − , (6)

причем

*dLL L tdt

δ = δ + δ ,

где полная производная по времени ddt

включает в себя дифференцирования как по явно входящему

времени, так и по времени, входящему неявно, через обобщенные координаты и скорости. Потребуем теперь, чтобы интеграл действия не менялся при преобразовании, т.е. чтобы было

( ) ( ) ( ) ( )'

* ' ( ' ' , ' ' , ') ( , , ) 0T T

S dt L q t q t t dtL q t q t tδ = − = , (7)

где Т' — та же область интегрирования, что и Т во втором интеграле, но выраженная через новые пе-ременные. Это и будет условием симметрии системы, описываемой действием S , относительно вве-денных преобразований. Подставив (6) в (7), получим: ( ) ( ) ( ) ( )

'

* '[ ( , , ) * ] ( , , ) 0T T

S dt L q t q t t L dtL q t q t tδ = + δ − = .

Выразим * Lδ через Lδ с помощью (6) и учтем соотношение

'

1dt d tdt dt

= + δ .



Переходя к интегрированию по t вместо t', получим:

( ) ( )( ) ( ) ( )( )

( ) ( )( ) ( ) ( )( )

( ) ( )( ) ( ) ( )( )

'

* ' , , , ,

1 , , , ,

, , , ,

T T

T

T

dLS dt L q t q t t L t dtL q t q t tdt

d ddt t L q t q t t L t L q t q t tdt dt

dL d d d dLdt L q t q t t L t L t t L t t L q t q t tdt dt dt dt dt

dL ddt L t L tdt dt

δ = + δ + δ − =

= + δ + δ + δ − =

= + δ + δ + δ + δ δ + δ δ − =

= δ + δ + δ

.T

Учитывая, что

( )d dL d tL t t Ldt dt dt

δδ = δ + ,

получим:

( )*T

dS dt L L tdt

δ = δ + δ . (8)

Принимая во внимание, что

i ii ii i

L LL q qq q

∂ ∂δ = δ + δ∂ ∂

, (9)

найдем дифференциал:

( )d L d L L d d L Lq q q q qdt q dt q q dt dt q q ∂ ∂ ∂ ∂ ∂δ = δ + δ = δ + δ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂

.

Таким образом,

L d L d Lq q qq dt q dt q

∂ ∂ ∂δ = δ − δ ∂ ∂ ∂

. (10)

Подставив (10) в (9), получим:

i ii ii i i

L d L d LL q qdq dt q dt q

∂ ∂ ∂ δ = − δ + δ ∂ ∂

.

Под знаком первой суммы стоит уравнение движения Лагранжа, т.е.

0i i

L d Ldq dt q

∂ ∂− = ∂ .

Таким образом, имеем:

ii i

d LL qdt q ∂∂ = δ ∂

.

Подставив полученное значение вариации функции Лагранжа в (8), получим:

( ) ( )* i ii ii iT T T

d d L d d LS dt L L t dt q L t dt L t qdt dt q dt dt q

∂ ∂ δ = δ + δ = δ + δ = δ + δ ∂ ∂

.

Из (5) выразим iqδ через * iqδ и tδ :

*i i iq q q tδ = δ − δ . Тогда вариация действия принимает следующий вид:

* * *i i i ii i i ii i i iT T

d L L d L LS dt L t q q t dt L q t qdt q q dt q q

∂ ∂ ∂ ∂δ = δ + δ − δ − = − δ + δ ∂ ∂ ∂ ∂

.


Серия «Физика». № 4(84)/2016 63

Мы должны потребовать равенства этой вариации нулю. В силу произвольности области интег-рирования Т, из равенства нулю интеграла следует равенство нулю подынтегрального выражения, т.е. мы приходим к тому, что необходимым и достаточным условием инвариантности действия относи-тельно преобразования (3) служит удовлетворение уравнения

* 0i ii ii i

d L LL q t qdt q q ∂ ∂− δ + δ = ∂ ∂

.

После замены tδ и * iqδ , с использованием соотношений (3) и (4), получим:

* 0ii i i

i i i ii i i i

fd L L d L f LL q t q L qdt q q dt q q ∂∂ ∂ ∂ ∂ ∂− δ + δ = − λ + λ = ∂ ∂ ∂ ∂λ ∂ ∂λ

.

Вынесем λ за скобки и разделим на нее обе части уравнения. Окончательно получим необходимое условие:

0ii

i ii i

fd L f LL qdt q q ∂∂ ∂ ∂− + = ∂ ∂λ ∂ ∂λ

.

Другими словами, из инвариантности действия относительно (3) мы получили следствие, что вели-чина

constii

i ii i

fL f LL qq q

∂∂ ∂ ∂Λ = − + = ∂ ∂λ ∂ ∂λ

(11)

остается постоянной во времени. Это и есть точное утверждение теоремы Нётер.

2 Симметрии механических систем

Полученное выше выражение будет использоваться в дальнейшем для вывода основных законов сохранения физических систем, обусловленных симметриями пространства и времени. По ходу из-ложения будут сформулированы задания для самостоятельного выполнения студентами.

2.1 Трансляции

Простейший вид симметрии, которым обладает любая замкнутая система в плоском евклидовом пространстве, — это трансляционная симметрия, т.е. симметрия относительно произвольных сдвигов системы как целого. Другими словами, симметрия пространства, в котором определена физическая система, индуцирует симметрию самой системы.

Сдвиги системы относительно однородного плоского пространства можно рассматривать как сдвиги введенной на пространстве системы координат на некоторый постоянный вектор.

В математических формулировках практически всех аспектов теоретической механики обычно подчеркивается широкий произвол в выборе системы отсчета, что отражается введением обобщен-ных координат qi, отвечающих только минимуму требований. Однако при рассмотрении конкретных задач выбор системы отсчета может играть очень существенную роль. В частности, декартова систе-ма отсчета обладает тем замечательным преимуществом, что все три координаты, соответствующие трем измерениям, совершенно равноправны в математическом плане, что соответствует равноправию измерений пространства. Ввиду этого исследование произвольных сдвигов пространства логично

рассматривать именно с использованием декартовых систем координат. Вектор сдвига R

при этом следует понимать как элемент постоянного векторного поля, заданного на всем пространстве.

Новая, штрихованная система координат (рис. 1) связана со старой выражением r = r’ + R.

Пусть рассматриваемые преобразования носят инфинитезимальный характер. То есть

( , , )x y zR = ε ε ε

, где все iε бесконечно малы и независимы. Таким образом, речь идет о трех независи-

мых преобразованиях сдвига. Новые координаты точек системы связаны со старыми следующим образом:

'a a xx x= − ε , 'a a yy y= − ε , 'a a zz z= −ε .



Рисунок 1. Преобразования сдвига

Рассматривая xε как параметр преобразования λ , введенный в формулах (3) и (11), получим для

функций / (1,0,0)if∂ ∂λ = и 0f = . Таким образом, из общей формулы (11) имеем сохраняющийся интеграл движения вида

consta a

Lx

∂Λ = − =∂

.

Обобщая результат на измерения y и z и вводя стандартные обозначения, получим выражения для обобщенных импульсов в декартовой системе координат:

xa a

LPx

∂=∂

, ya a

LPy

∂=∂

, za a

LPz

∂=∂

. (12)

Сдвиги в обобщенных координатах iq определяются аналогичным образом:

ai ai iq q→ + ε . Соответственно, выражения для компонент обобщенного импульса системы определяются аналогич-ным образом:

ia ai

LPq∂=

∂ .

Однако вопрос о том, является ли это выражение интегралом движения, т.е. сохраняющейся ве-личиной, увязан с наличием симметрии системы относительно указанных сдвигов.

Задание. Найти обобщенные импульсы для следующих функций Лагранжа [6]:

1) 22

1 1

1 2

n ni i

i ii i i

q q tL a qcos q t= =

+= −

, ( ia const= );

2) ( )2 2 2

2

m x yL x y z mg zx y

= + + − + +

;

3) ( )2 2 2 2 20 1 2 31 /L m c x x x c= − − + + ;

4) 2

2

mv eL e vAc

= + ϕ +

, где ( ), ,v x y z= ; ( ), ,x y zϕ = ϕ ; ( ), ,A A x y z=

.

Задание. Найти преобразования для импульса, при добавлении к функции Лагранжа полной производной по времени некоторой функции ( , )f r t :

dfL Ldt

→ + .

y’

y

x’

x 0

0’

r r’

R


Серия «Физика». № 4(84)/2016 65

2.2 Повороты

Другой простейшей симметрией замкнутой системы является симметрия относительно про-странственных поворотов. Как и в предыдущем случае, поворот системы как целого можно заменить преобразованием поворота системы координат в какой-либо плоскости. Для конкретности рассмот-рим повороты в плоскости xOy (рис. 2).

Рисунок 2. Преобразование поворота системы координат в плоскости xOy

Преобразования поворота в плоскости xOy имеют вид 'cos 'sinx x y= ϕ + ϕ ,

'sin 'cosy x y= − ϕ + ϕ . Инфинитезимальные преобразования, когда sin ϕ ≈ ϕ и cos 1ϕ ≈ , соответственно принимают вид

' 'x x y= + ϕ , ' 'y x y= − ϕ + .

Обратные преобразования ' cos sinx x y= ϕ − ϕ , ' sin cosy x y= ϕ + ϕ в инфинитезимальном виде принимают вид 'x x y= − ϕ , 'y x y= ϕ + .

Рассматривая угол ϕ как инфинитезимальный параметр преобразования λ, для функций if , вве-денных в определении (3), получим:

( , ,0)if y x∂ = −∂λ

.

Таким образом, интеграл движения (11), связанный с рассматриваемым преобразованием, принимает вид

( ) ( )L Ly xx y

∂ ∂Λ = − +∂ ∂

.

Учитывая полученные выше определения импульса в декартовой системе координат (12), полу-чаем выражение для z -компоненты момента импульса: z y xL xP yP= − .

Задание 1. Найти компоненты момента импульса xL и yL .

2. Найдите интегралы движения, обусловленные симметрией относительно поворотов, исполь-зуя сферическую систему координат.

y’ y

x’

x

φ

φ 0



2.3 Сдвиги по времени

Идея об однородности времени предполагает симметрию любой замкнутой системы относи-тельно сдвигов времени: t t→ + ε . Рассматривая ε как параметр λ преобразования, из (3) будем иметь: / 1f∂ ∂λ = , / 0if∂ ∂λ = . Таким образом, из (11) следует интеграл движения

ii i

LL qq

∂Λ = −∂

,

имеющий физический смысл энергии системы со знаком минус:

ii i

LE q Lq

∂= −∂

.

Задание. Найти выражения для энергии систем, описываемых следующими функциями Лагран-жа [6]:

1) 22

1 1

1 2

n ni i

i ii i i

q q tL a qcos q t= =

+= −

, ( ia const= );

2) ( )2 2 2

2

m x yL x y z mg zx y

= + + − + +

;

3) ( )2 2 2 2 20 1 2 31 /L m c x x x c= − − + + ;

4) 2

2

mv eL e vAc

= + ϕ +

, где ( ), ,v x y z= ; ( ), ,x y zϕ = ϕ ; ( ), ,A A x y z=

.

Знания и навыки, полученные в результате освоения представленного кейса, основанного на ис-пользовании фундаментальной теоремы Нётер, непосредственным образом будут полезны студентам при освоении других дисциплин и спецкурсов теоретической физики, таких как «Электродинамика» и «Теория поля».

В заключение отметим, что кейс-метод позволяет заинтересовать обучающихся в изучении предмета, способствует активному усвоению знаний и умений сбора, обработки и анализа информа-ции, характеризующей различные ситуации. Технология работы с кейсом в учебном процессе вклю-чает в себя индивидуальную самостоятельную работу обучающихся с материалами кейса. В ходе вы-полнения заданий у обучаемых формируются практические умения и навыки работы со справочной литературой, расчетными формулами, таблицами и графиками в конкретных задачах.


1 Пожитнева В.В. Кейс-технологии для развития одаренности // Химия в школе. — 2008. — № 4. — С. 13–17. 2 Архипов В.В., Кисабекова П.А. Кейс на тему «Принцип наименьшего действия» // В мире образования. — 2015. —

№ 2. — С. 19–22. 3 Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания. Тезаурус. — Ростов н/Д., 2006. 4 Арынгазин К.М., Мусенова Э.К. Дидактические проблемы преподавания теоретической физики // Инновации в

образовании: ориентиры и тенденции: материалы V междунар. науч.-метод. конф. — Алматы, 2013. — С. 185–187. 5 Балакшин О.Б. Гармония саморазвития в природе и обществе: подобие и аналогии. — М.: Изд-во ЛКИ, 2008. —

112 с. 6 Пятницкий Е.С., Трухан Н.М., Ханукаев Ю.И., Яковенко Г.Н. Сборник задач по аналитической механике: учеб.

пособие. — М.: Наука, 1980. — 320 с.


Теориялық механика бойынша «Сақталу заңдары» тақырыбына кейс

Мақала «Теориялық физика» пəнін оқыту барысында білім беру үдерісіне кейс технологиясын енгізуге арналған. Теориялық цикл пəндерінің қосымшасында «кейс-технология» ұғымының мазмұнына талдау жасалды. Нақты мысал ретінде «Сақталу заңдары» тақырыбына кейс ұсынылған.


Серия «Физика». № 4(84)/2016 67

Нётер теоремасы жүйелердің бар симметрияларына негізделіп, сақталу заңдарын шығаруға арналған бірыңғай базис ретінде қарастырылды. Тапсырмаларды өздігімен тұжырымдау жəне оларды шешу əдістерін таңдау тұрғысында студенттердің дағдысын дамыту мен бекітуге арналған тапсырмалар қатары тұжырымдалған.

V.V. Arkhipov, A.S. Kudusov, P.A. Kisabekova

The case on theoretical mechanics on the theme conservation laws

The present work is devoted to introducing of the case technology into the educational process during study-ing the discipline Theoretical Mechanics. The analysis of the concept of «case-technology» in the annex to the theoretical cycle disciplines. As a concrete example the case on the theme Conservation Laws is present-ed. Noether theorem is considered as a common basis for derivation of conservation laws beginning from sys-tem symmetries. A set of tasks is formed for development and training student skills in independent problem defining and choosing the methods for its solution.

References

1 Pozhitneva V.V. Chemistry in the school, 2008, 4, p. 13–17. 2 Аrkhipov V.V., Кisabekova P.А. In the world of education, 2015, 2, р. 19–22. 3 Savchenko V.N., Smagin V.P. The beginning of modern science. Thesaurus, Rostov-on-Don, 2006. 4 Aryngazin K.M., Musenova E.K. Innovations in Education: guidelines and tendencies: Collection of articles of III Intern. sci.

conf., Almaty, 2013, p. 185–187. 5 Balakshin O.B. The harmony of self-development in nature and society: the concept and analogy, Мoscow: LCI Publ., 2008,

112 p. 6 Pyatnitsky E.S., Truhan N.M., Khanukaev Yu.I., Yakovenko G.N. Collection of tasks on analytical mechanics: Textbook,

Moscow: Nauka, 1980, 320 p.


UDC 378.147:372.853

L.F. Ilyina, A.B. Ishmukhametova

Ye.A. Buketov Karaganda State University (E-mail: [email protected])

Scientific bases of elementary physics course as an example of electrostatics

The article describes a technique of teaching of electrostatics on the first and second stages learning the stu-dents of physics at school. To improve the quality of education offered to use complex methods and means of activating the cognitive activity of students and develop their cognitive interest. For better quality and assimi-lation, the theme given of high complexity tasks. The use of interactive equipment increases the visibility of the material, raises the interest of students can improve memorization of educational material. The above arti-cle analyzes the theoretical material allows you to organize a new, non-traditional learning activities, depend-ing on the task in class.

Key words: electrostatics, Coulomb's law, Gauss theorem, polarization of dielectrics, electrostatic field.

Development of informative interest of the problem is caused by problems of modern society, preoccu-

pied with preparing the younger generation to the active life. Physics as a subject forms the primary idea of the modern picture of the world is able to develop cognitive interests and creative abilities of students, their attitudes and beliefs, i.e., It promotes the education of highly moral person.

Relevance of the thesis consists in need of development of the receptions and means, which are stirring up cognitive activity of pupils. In a concrete case for studying of the subject «Electrostatics» use of the inter-active equipment and the software corresponding to him is offered during studying of all subject in general. Both for carrying out lessons of lectures, and for lessons the solution of tasks, fixing and generalizations of material, laboratory researches. At the second stage of studying of this section there is a need provided by the program, considerations of some more difficult subjects of an electrostatics at the level of physical and math-ematical, i.e. profile classes. What demands use of high school literature and its processing.

Work purpose: development of a technique of carrying out classes in an electrostatics as on the first and at the second step of studying of subjects I have undressed, and in higher education institution, with applica-tion of interactive technologies of the school students who are stirring up cognitive activity at lessons.

The novelty of the work consists in new role of the teacher in the classroom: he becomes organizer of independent informative activity of pupils, a competent advisor and assistant, helping students to overcome the difficulties encountered in the work.

Section «Electrostatics» in a school course of physics — this is one of the difficult parts. After a detailed analysis of the topic «Electrostatics» in the basic physics course, we have selected and

organized the relevant topic theoretical material studied in the first phase of training of pupils in schools. In the first stage of the study of electrostatics, special importance is attached to the visibility of the ma-

terial, since no serious laws can be no question. The concepts of electrodynamics, the electric charge and its main characteristics, types of charges and their interaction; the concept of electrification, electrifying ways. Considered one of the basic laws of electrostatics — the law of conservation of electric charge and Cou-lomb's law.

One of the fundamental laws of nature is the law of conservation of electric charge. This law estab-lished experimentally for the electrically isolated (closed) systems. Electrically isolated system is a system of bodies, electric charges are not communicating with the surrounding space.

The law of conservation of electric charge is formulated as follows: in a closed system, the algebraic sum of the charges of bodies remains constant [1]. The law is a mathematical expression: 1 2 3 const.nq q q q+ + +… = (1)

The law of interaction of electric charges has been experimentally established French physicist Charles Coulomb in 1785. In their experiments, Coulomb measured the force of attraction and repulsion of light charged beads through their specially designed instrument — torsion balance (Fig. 1). Torsion balance is an extremely high sensitivity. For example, the balance beam by a force of about 10–9 N is rotated to 1°.

Scientific bases of elementary …

Серия «Физика». № 4(84)/2016 69

Using the method was performed weighing charge changes sev-eral times. If a charged ball brought into contact with the exact same unloaded ball, the first ball the charge is divided equally between the two balls. In experiments measured the interaction between pendant balls with dimensions much smaller than the distance between them (for example, 1 mm in radius). If the distance between the bodies is many times their size, any shape, size or charged substances is not significantly affect the interaction between them. These charged bod-ies are called point charges.

If you change the value of the charge of beads it was found that the strength of the interaction is proportional to the product of the module values of the charges:

1 2F q q≈ ⋅ . (2)

When you change the distance between the interacting charged balls in two to three times the force of interaction has decreased or increased in four, nine times that It varies inversely with the square of the distance between the points charged bodies:

2

1Fr

≈ . (3)

Comparing both results, Pendant set the following pattern: the force between two electric charges is di-rectly proportional to the product of modules interacting point charges and inversely proportional to the square of the distance between them, i.e.

1 2

2

q qF

r⋅

≈ . (4)

This wording expresses the interaction between the fixed point electric charges, which was later called Coulomb's law [2]. Mathematically, Coulomb's law is written in a vacuum in the form of:

1 20 2

,q q

F kr⋅

= (5)

where 0F — the force of interaction of point charges in a vacuum; 1q and 2q — modules interacting

charges; r — the distance between the charges; k — coefficient of proportionality depending on the choice of the system of units used in the formula.

Coulomb's law — the fundamental law of electrostatics. Electrostatics — electrodynamics section in which we study the properties and interactions of fixed relative to the selected frame or bodies charged parti-cles. With the help of modern experimental methods scientists have determined that at distances of 10–15 me-ters to tens of kilometers and violation of Coulomb's law is not observed.

Concepts of electrostatic field and its main characteristics — strength and capacity, the relationship be-tween power and energy characteristics of the electrostatic field, a graphical representation of an electrostatic field. Electrostatic field — is a special kind of matter through which passed the action charged substances to others.

The power characteristic of the field produced by the charge of q, is the ratio of the force acting on the charge to the amount of this charge is called electrostatic voltage, i.e.,

3

. 0

,4test

F qE rq r

= = ⋅πε

(6)

where E

— the intensity of the electrostatic field; F

— the force exerted by the electrostatic field on the test charge testq .

In order to describe the electric field strength vector must be set in each point of the field. This can be done graphically or analytically. To do this, use the power lines — a line tangential to that at any point of the

field coincides with the direction of tension E

(Fig. 2). Typically, when a graphic image of the field lines of force density determines the magnitude of the intensity vector. This one line of force per unit area perpen-dicular to the line corresponds to a unit of tension.

a —small metal ball; b — ball fixed on a rod attached to the lid of the balance;

c — counterweight

Figure 1. Model of the torsion balance



Figure 2. The lines of force of the electrostatic field

The power line is credited a certain direction — from the positive to the negative charge, or to infinity (Fig. 3).

(а) (b) (c)

a — uniform electrostatic field; b — electrostatic field positive and negative charges; c — electrostatic field of two opposite charges

Figure 3. The direction of the force lines of the electrostatic field

Concludes the study of electrostatics on the first stage of familiarity with the concept of the capacitor, its types and main characteristics (Fig. 4).

Figure 4. Types of capacitors

Selected and systematized relevant topic theoretical material studied in the second phase of training of pupils. The concept of flow strength, Gauss theorem, we study its application.

The lines penetrating element S, and S0 penetrates the element, which is a projection of S on a plane

perpendicular to the vector of the E

(Fig. 5) of the element. The flow field vector — scalar quantity. It can be both positive and negative [2].

Figure 5. Determination of the flow of the vector field through the area S

We consider the electrostatic field in the presence of conductors and dielectrics, capacitors and connec-tion types of energy charged capacitor.

E

Серия «Физика». № 4(84)/2016

Electrical conductors — are sutors that they always have a large nu

Figure 6.

Due to the redistribution of chfore, this field strength inside the co

Figure 7.

When placing a dielectric in an1. The intensity of the electric f2. Bulk density of the charge in3. The tension lines are not per4. Different points of the dielec

of the dielectric» is not necessary. Offset electrical charges of m

ability for the polarization of the ma

a

Figure 8

The polarization of the dielectFigure 9 illustrates polarization mec

Scient

ubstances that are well-conducting. A characteristumber of free charge carriers, i.e. free electrons or

0E

–σ΄ +σ΄

The electrical conductor placed in an external field

arges in the conductor, it creates its own field strnductor E = 0 and the potential is the same at all p

a b

Parallel (a) and series (b) connection of capacitors

n electric field does not occur directional traffic chfield inside the dielectric may not be equal to zeron the insulator can be different from zero. rpendicular to the surface of the dielectric. ctric may have a different capacity. Therefore, to

matter under the influence of an electric field is ain properties of the dielectric (Fig. 8).

b

8. The weakening of the field inside the dielectric

tric components comprises — electronic, ionic achanisms of these kinds of [3].

1E

tific bases of elementary …

71

tic feature of the conduc-r ions (Fig. 6).

rength 1 0 Е Е↑↓

. There-points (Fig. 7).

harges. o.

talk about «the potential

called polarization. The

and orientation (dipole).


72

Electronic polarizab

Ionic polarizability

Orientation polarizab

It picks up on the theme and teof the problem. For example, select

Figure 10. Graphical represen

It is known that the electrostatifine the intensity of a point lying onpoint in 81 time decreases during th

formula 2

0

/4

qE r=πεε

. If we negle

of lines of force. When solving vari

vector tension E

on the border b

them, we introduce a new vector D

,

You can now finalize the Gaus

through any closed surface is propoface of the electrostatic field through

where ε — dielectric constant of the


ility

bility

Figure 9. Polarization of dielectrics

ested quality and experimental tasks, as well as tone of these tasks (Fig. 10, 11).

ntation task Figure 11. Solution

ic field is often depicted with the help of the pown the boundary between two media: air (ε = 1) anhe transition from air to water, the electric field in

ect the water conductivity, then as many times w

ious problems in the calculation of fields because

etween the media and dielectrics are certain in

, which is called electrostatic induction vector:

0D E= εε

.ss theorem: the flow of N vector of the electrostrtional to the total charge q, located i.e. the flow h a closed surface can be found by the formula:

0

qN =εε

,

e medium [4].


the increased complexity

n of the task

wer lines. Suppose we de-nd water (ε = 81). At this ntensity according to the

will decrease the number

e of the continuity of the

nconveniences. To avoid

(7) tatic field in a vacuum E vector of the inside sur-

(8)

Серия «Физика». № 4(84)/2016

We apply the Gauss theorem (F

Figure 12. Graphical repres

In the study section «Electrosttrification of dielectrics and conducelectrometer, the same name to obtaon the surface of the conductor, Coelectric capacity. The proposed demeo clips.

Based on the above, we can ma1. The study of the topic «Elec

physics. 2. Differences in the method o

are determined, first of all, the select3. At the first stage of studyin

enough on: electrification, charges sacteristics, tensions, potential capacthe topics we studied not only the cotice, solving problems, such as Couand other.

4. In the second stage of the smaterial studied in the 8th grade, anthe increased complexity of the probis, for example, the Gauss theorem —this consideration of the theorem ining of the physics and facilitates the

1 Кронгарт Б., Кем В. Физика: уче383 с.

2 Кравченко Н.С., Лисичко Е.В., ТТомск: Изд. Нац. исслед. Томск. политехн

3 Калашников С.Г. Электричество. —4 Тамм И.Е. Основы теории электри

Scient

Fig. 12, 13).

sentation Figure 13. Solution of th

tatics» in high school should consider the followctors, the interaction of electrified bodies, structuain of opposite and equal charges when an electrifoulomb's law, electric field lines, equipotential

monstration in today's schools can be shown to stu

ake the following conclusions: ctrostatics» is included in the mandatory training

f presentation of electrostatics on the first and setion of the material content.

ng in the 8th grade students familiarize with baspecies and their properties, electrostatic field, itscitor. The number is theoretical familiarization choncept but also practiced the skills of applicationlomb's law, electric capacity capacitors, electrost

tudy of this subject in the 10th grade repetition nd then repetition of those requiring more in-depthblem, a number of topics being studied for the fi— it is a hard material that requires careful study

n high school is necessary, because this largely imsolution of problems.

References

ебник для 10 кл. естеств.-мат. напр. общеобраз. шк. —

Твердохлебов С.И. Физика 2. Электричество и магнетин. ун-та, 2010. — 157 с. — 6-е изд. — М.: Физматлит, 2003. — 624 с. ичества. — М.: Физматлит, 2003. — 616 с.

tific bases of elementary …

73

he task of the task

wing demonstration: elec-ure and operation of the fying charge distribution surfaces, the concept of

udents in the form of vid-

program for students of

econd stages of the study

asic concepts and simple s main features and char-haracter. In a number of

n study of matter in prac-tatic field strength, work

is performed before the h approach. We consider irst time. One such topic

y and time, but in spite of mproves the understand-

— Алматы: Мектеп, 2010. —

изм: учеб-метод. компл. —



Л.Ф. Ильина, А.Б. Ишмухаметова

Электростатика мысалы негізінде қарапайым физика бағдарламасының ғылыми негіздері

Мақалада мектеп оқушыларына физиканы оқытудың бірінші жəне екінші кезеңдерінде электростати-каны оқытудың əдістемесі ұсынылған. Білім беру сапасын арттыру үшін оқушының танымдық қызметін белсендіру жəне олардың танымдық қызығушылығын əзірлеудің кешенді əдістері мен құралдарын пайдалану қарастырылған.Тақырыпты жақсы жəне сапалы игеру үшін күрделігі жоғары есептер берілген. Интерактивті жабдықтарды қолдану берілген материалдың ұсынуын күшейтеді, оқушылардың қызығушылығы мен берілген материалдың есте сақтауын арттырады. Мақалада ұсынылған теориялық материалдың талдауы сыныпта шешілетін есептерге байланысты жаңа, дəстүрлі емес оқытуды ұйымдастыруға мүмкіндік береді.

Л.Ф. Ильина, А.Б. Ишмухаметова

Научные основы элементарного курса физики на примере электростатики

В статье рассмотрена методика преподавания электростатики на первом и втором этапах обучения учащихся физике в школе. Для улучшения качества образования предложено использование в ком-плексе приемов и средств, активизирующих познавательную деятельность школьников и развиваю-щих их познавательный интерес. Для лучшего и качественного усвоения темы даны задачи повышен-ной сложности. Применение интерактивного оборудования усиливает наглядность изложенного мате-риала, повышает заинтересованность учащихся, позволяет улучшить запоминание учебного материа-ла. Проведенный в статье анализ теоретического материала позволяет организовывать новые, нетра-диционные виды учебной деятельности в зависимости от решаемых на уроке задач.

References

1 Krongart B., Kem V. Physics. The textbook for grade 10 course natural and math. sciences in secondary schools, Almaty: Mektep, 2010, 383 p.

2 Kravchenko N.S, Lisichkо E.V., Tverdokhlebov S.I. Physics 2. Electricity and magnetism, Educ.-method. complex, Tomsk: Tomsk Polytechnic University Publ., 2010, 157 p.

3 Kalashnikov S.G. Electricity, 6th ed., Moscow: Fizmatlit, 2003, 624 p. 4 Tamm I.E. Basics of theory of electricity, Moscow: Fizmatlit, 2003, 616 p.

Серия «Физика». № 4(84)/2016 75

АВТОРЛАР ТУРАЛЫ МƏЛІМЕТТЕР СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ INFORMATION ABOUT AUTHORS

Aikeyeva, A.A. — Associate professor, Candidate of technical sciences, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Aleksieienko, A.G. — PhD student, Taras Shevchenko National University of Kyiv, Institute of Geology, Kyiv, Ukraine.

Arhipov, V.V. — Candidate of physical and mathematical sciences, Docent, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Ayubekova, A.E. — Student, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Bakhtybekova, A.R. — Graduate student, M.O. Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent.

Dosanov, T.S. — Candidate of physical and mathematical sciences, Assisted Professor, S. Toraigyrov Pav-lodar State University.

Dyusembaeva, A.N. — Teacher, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Gavryliv, L.I. — PhD student, Taras Shevchenko National University of Kyiv, Institute of Geology, Kyiv, Ukraine.

Ilyina, L.F. — Candidate of physical and mathematical sciences, Docent, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Ishmukhametova, A.B. — Student, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Izimov, S.A. — Student, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Kappar, S.S. — Student, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Kisabekova P.A. — Graduate student, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Kudusov, A.S. — Candidate of physical and mathematical sciences, Docent, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Kussaiynova, A.K. — Graduate student, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Lazareva, I.I. — Candidate of geological sciences, Docent, Taras Shevchenko National University of Kyiv, Institute of Geology, Kyiv, Ukraine.

Makat, D.K. — PhD student, Karaganda State Technical University.

Makhanov, K.М. — Candidate of physical and mathematical sciences, Docent, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Maratova, A.G. — Graduate student, Karaganda State Technical University.

Mukhtarova, P.A. — Assistant, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Muratova, A.K. — Student, Karaganda State Technical University.

Ospanova, D.A. — Senior teacher, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Pavlov, A.V. — Master's degree of natural sciences, Research worker, S. Amanzholov East Kazakhstan State University, Ust-Kamenogorsk.

Portnov, V.S. — Doctor of technical sciences, Professor, Karaganda State Technical University.

Rakhadilov, B.К. — PhD, Senior staff scientist, Institute of nuclear-power of the National nuclear center of Republic of Kazakhstan, Kurchatov; D. Serykbaev East Kazakhstan State Technical University, Ust-Kamenogorsk.


Razinkin, V.P. — Doctor of engineering sciences, Professor, Novosibirsk State Technical University, Rus-sia.

Rogovaya, X.S. — Graduate student, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Serikov, T.G. — K. Satpaev National Research-Technical University, Аlmaty.

Shnyukov, S.E. — Неad of the department, Professor, Doctor of geological sciences, Taras Shevchenko Na-tional University of Kyiv, Institute of Geology, Kyiv, Ukraine.

Shrager, E.R. — Doctor of physical and mathematical sciences, Professor, Tomsk State University, Russia.

Tanasheva, N.K. — PhD, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Tanskozhanova, A.R. — Graduate student, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Tleukenov, S.K. — Doctor of physical and mathematical sciences, Professor, L.N. Gumilyov Eurasian Na-tional University, Astana.

Vishenkova, Yu.A. — Graduate student, S. Toraigyrov Pavlodar State University.

Wieleba, W.K. — Professor, Director of laboratory, Wroclaw Polytechnical University, Poland.

Yakubova, M.Z. — Doctor of engineering sciences, Professor, Almaty University of Power Engineering and Telecommunications.

Zhautikov, B.A. — First vice-rector, Professor, Doctor of technical sciences, Kh. Dosmukhamedov Atyrau State University.

Zhautikov, F.B. — Engineer, Ye.A. Buketov Karaganda State University.

Zhurerova, L.G. — PhD, Junior scientist, Scientifically research institute «Nanotechnology and new mate-rials», D. Serykbaev East Kazakhstan State Technical University, Ust-Kamenogorsk.

Серия «Физика». № 4(84)/2016 77

2016 жылғы «Қарағанды университетінің хабаршысында» жарияланған мақалалардың көрсеткіші.

«Физика» сериясы № б.

КОНДЕНСАЦИЯЛАНҒАН КҮЙДІҢ ФИЗИКАСЫ

Акилбеков А.Т., Мурзалинов Д.О. Фотолюминесценция өнімділігін барынша арттыру мақсатында стехиометриялық емес нитрид кремний таспаларын өндіру үшін оңтайлы əдісті зерттеу .......... 2 8

Акылбеков А.Т., Усеинов А.Б., Сокабаева А.Ш., Ерболатова Г.Ж., Абуова Ф.У. Мырыш оксидінің өткізгіштігінің кванттық-химиялық есептеулері .............................................................................. 1 8

Ерболатұлы Д., Буйткенов Д.Б., Тусупжанов А.Е., Қантай Н. Əр түрлі термиялық өңдеуге ұшыраған жəне графит қосылған полиуретанның қасиеттерін зерттеу ......................................... 3 8

Еремин Е.Н., Юров В.М., Гученко С.А., Лауринас В.Ч. Металл жабындардың пайдалану қасиет-терін болжау ......................................................................................................................................... 3 15

Жұмабаева Г.М., Жүкенов М.К., Тлеукенов С.К., Досанов Т.С. Кластары 622, 6mm, 6m2, 6mmm гексагоналды сингониялы магнитэлектрлік кристалдың бетінен электрмагниттік ТЕ-тол-қынның шағылуы туралы мəселесіне ................................................................................................ 3 21

Ильясов Б.Р., Ибраев Н.Х. Перовскитті күн ұяшықтарындағы жаңа жетістіктер ................................... 2 16 Ильясов Б.Р., Алексеев А.М., Ыбыраев Н.Х., Сериков Т.М., Едрисов А.Т. Органикалық күн ұяшық-

тарының деградациясын зерттеу ........................................................................................................ 3 27 Кокетай Т.А., Лущик А.Ч., Тусупбекова А.К., Балтабеков А.С., Мусенова Э.К., Ганюкова А.А.,

Ибрагимов А. Өтпелі металдар иондарымен белсендірілген калий сульфаты кристалдарында қоспа радиациялық ақауларын зерттеу .............................................................................................. 2 26

Лауринас В.Ч., Еремин Е.Н., Сыздыкова А.Ш., Гученко С.А., Юров В.М. Құрылым мен компози-циялық жабындылардың қасиеттеріне лазерлік сəулелендірудің əсері ......................................... 1 18

Мaнтель A., Шаутенбаева Н., Ланг A., Иргибаева И., Алдонгаров А., Барашков Н., Мукатаев И. Полисилоксан матрицасындағы перилен негізді бояғыштардың алтын нанобөлшектері қатысындағы люминесценция ............................................................................................................ 1 25

Мaханов К.М., Ермаганбетов К.Т., Скубневский Э.В., Чиркова Л.В., Аринова Е.Т. Жасыл жапы-рақтарға күміс нанобөлшектерін енгізу технологиясы жəне фотошағылу үрдістерін зерттеу .... 3 34

Рaхaдилов Б.К., Журеровa Л.Г., Пaвлов A.В., Виелеба В.К. 65Г жəне 20ГЛ төмен легірленген болaттaрды электролитті-плaзмaлық беттік шынықтыру ................................................................ 4 8

Рахадилов Б.К., Скаков М.К., Туленбергенов Т.Р., Виелеба В.К. Плазмалық шоқпен сəулеленген кезде вольфрам бетінің өзгеруі ........................................................................................................... 3 40

Сергеев Д.М. Туннельдік режимде джозефсон типті əлсіз байланысқан асқын өткізгіштердің dI/dV-сипаттамасын модельдеу .................................................................................................................... 2 32

Сергеев Д.М., Оспанова Г.Т., Жұмахан А.О., Шүңкеев Қ.Ш. Екі зоналы асқын өткізгіштерде аралық жəне аралас күйлердің қатар болу мүмкіндігі туралы (магний дибориді негізінде) ........ 2 41

Солдатхан Д., Баймұханов З.Қ. K2SO4 кристалындағы ақаулардың қалыптасуына екі валентті Pb2+ қоспасының əсері ................................................................................................................................. 3 47

Темирбаева Д., Селиверстова Е., Ибраев Н.Х., Ищенко А. Цианинді бояғыштың спектрлі-люми-несценттік қасиеттерін тəжірибелік тұрғыдан зерттеу жəне есептеу ............................................. 3 52

Тлеукенов С.К., Досанов Т.С., Вишенкова Ю.А. Кластары 222, mm2, mmm ромбылық сингониялы пьезомагнитті кристалл мен изотропты серпімді ортаның шекарасындағы электромагниттік ТЕ-толқынның шағылу есебі туралы ................................................................................................. 4 14

Чиркова Л.В., Скубневский Э.В., Ермағанбетов К.Т., Аринова Е.Т. Шалаөткізгіштердегі бейсызық құбылыстар жəне орнықсыздықтар ................................................................................................... 1 39

ЖЫЛУ ФИЗИКАСЫ ЖƏНЕ ТЕОРИЯЛЫҚ ЖЫЛУ ТЕХНИКАСЫ

Курмангалиев А.Ш., Құсайынов Қ., Ахмадиев Б.А., Нургалиева Ж.Г., Карабекова Д.Ж. Əр түрлі геологиялық қималы ұңғыларды бұрғылауда электргидроимпульстік əдісті қолданудың тиімділігі ............................................................................................................................................... 2 56

Кусаиынов К.К., Сатыбалдин А.Ж., Саденова К.К., Сағымбекова М.Н., Қажығали Д.А. Атасу-Алашанькоу мұнай қалдықтарының физика-химиялық сипаттамаларын жақсарту үшін электргидроимпульстік технологияны қолдану ............................................................................... 1 46

Указатель статей


Кусаиынов К.К., Танашева Н.К., Дюсембина А.Г., Тургунов М.М., Шуюшбаева Н.Н. Ашық кеңістікте жел ағынын тудыратын қондырғының аэродинамикалық параметрлерін зерттеу ...... 1 57

Кусаиынов К.К., Танашева Н.К., Тлеубергенова А.Ж., Шуюшбаева Н.Н., Алпысова Г.К. Сулы-көмірлі отынды шашырату үшін аэродинамикалық бұрауышпен жасалған ошақ құрылғы-сының құрылымы ................................................................................................................................ 1 52

Құсайынов Қ., Танашева Н.Қ., Шуюшбаева Н.Н., Рыжих Ю.Н., Степанова Ю.О., Бағдатова С.Б. Ауаның ағынымен екі айналмалы цилиндрлерді орап ағуын модельдеу ....................................... 2 50

Нусупбеков Б.Р., Куритник И.П., Карабекова Д.Ж., Хасенов А.К., Шаймерденова Г.М., Ахмето-ва А.К. Жылу желілерін сынақтан өткізудің құрылғысы ................................................................. 2 61

Сакипова С.Е., Камбарова Ж.Т., Тургунов М.М., Алькенова А.М. Желкенді желқозғалтқышының екі макетінің тиімділіктерін жəне аэродинамикалық сипаттамаларын талдау .............................. 1 62

Танашева Н.К., Шрагер Э.Р., Дюсембаева А.Н., Кусаиынова А.К., Оспанова Д.А., Бактыбеко-ва А.Р. Қысымның таралуын анықтаған желтурбина қалақшаларын орап ағудың көрнекілік моделі .................................................................................................................................................... 4 20

ТЕХНИКАЛЫҚ ФИЗИКА

Айкеева А.А., Жаутиков Б.А., Роговая К.С., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А. Электрмагниттік кө-тергіш қондырғы элементтерінің негізгі сипаттамаларының динамикалық талдауы ................... 4 37

Айкеева А.А., Маханов К.М., Танскожанова А.Р., Аюбекова А.Е., Каппар С.С., Изимов С.А. Скиптің қозғалысын қамтамасыз ету үшін бағыттауыш қондырғылардағы электромагниттердің поляр-лығын алмастырып қосу сұлбаларын жасау ..................................................................................... 4 45

Секретарев Ю.А., Мехтиев А.Д., Югай В.В., Калиаскаров Н.Б., Есенжолов У.С. Жылу станция-ларындағы жөндеу жəне қалпына келтіру процестерін басқару модельдері ................................. 1 69

Семенов А.А., Кожушко Г.М., Сахно Т.В. Ультракүлгін сəуле көмегімен ауыз суды бактерицидті залалсыздандыру құрылғысы ............................................................................................................ 1 77

Торегельдин М.М., Сельдюгаев О.Б., Танашева Н.Қ. Қатпарлы бөгеттерді қолдану арқылы көмір шахталарында шаң-жарылыстан қорғаныс ....................................................................................... 2 66

Шнюков С.Е., Лазарева И.И., Портнов В.С., Алексиейенко А.Г., Гаврилив Л.И., Макат Д.К., Мара-това А.Г. Магматогенді-гидротермалды жүйелердегі кенжасаушы потенциалдарды бағалау-дағы геохимиялық модельдеу ............................................................................................................. 4 51

Якубова М.З., Сериков Т.Г. IP PBX Asterisk NOW телекоммуникация желісі жəне шабуыл жасау үшін құралдарды таңдау. Wi-Fi негізінде құрастырылған клиент–сервер желісіне шабуыл жасау үшін схемаларды өңдеу жəне зерттеу .................................................................................... 2 73

РАДИОФИЗИКА ЖƏНЕ ЭЛЕКТРОНИКА

Якубова М.З., Разинкин В.П., Сериков Т.Г., Муратова А.К. «Asterisk» базасының негізінде IP-теле-фония жүйесін деректерді ұстап қалудан қорғау .............................................................................. 4 24

Якубова М.З., Разинкин В.П., Сериков Т.Г., Муратова А.К. Микрожолақты антеннаның сипаттама-ларына өндірістік қателердің əсерін зерттеу ..................................................................................... 4 31

ФИЗИКАНЫ ОҚЫТУ ƏДІСТЕМЕСІ

Акимбеков Е.Т., Мусатаева А.Б. Физика пəнінен практикалық сабақ жүргізудің бір əдісі туралы ..... 3 60 Архипов В.В., Кудусов А.С., Кисабекова П.А. Теориялық механика бойынша «Сақталу заңдары» та-

қырыбына кейс ..................................................................................................................................... 4 59 Арынғазин Қ.М., Мусенова Э.К., Сейсембекова Т.Е., Омарова Г.С., Утепова А.С. Физикадағы

диалектикалық логикалар мен ұстанымдардың қазіргі заманғы əдістері ...................................... 3 66 Ильина Л.Ф., Ишмухаметова А.Б. Электростатика мысалы негізінде қарапайым физика бағдарла-

масының ғылыми негіздері ................................................................................................................. 4 68 Маханов К.М., Хуанбай Е., Редько С., Телман Е. TL494 CN микросхемасының негізінде вакуумдық

жүйені коммутациялау үшін электрондық сұлбаны өңдеу .............................................................. 2 81

Ғалым жайлы естелік.................................................................................................................................... 2 88

Серия «Физика». № 4(84)/2016 79

Указатель статей, опубликованных в «Вестнике Карагандинского университета» в 2016 году.

Серия «Физика» № с.

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Акилбеков А.Т., Мурзалинов Д.О. Исследование оптимального метода получения пленок нестехио-метрического нитрида кремния с целью максимального выхода фотолюминесценции .............. 2 8

Акылбеков А.Т., Усеинов А.Б., Сокабаева А.Ш., Ерболатова Г.Ж., Абуова Ф.У. Квантово-хими-ческие расчеты проводимости оксида цинка .................................................................................... 1 8

Ерболатұлы Д., Буйткенов Д.Б., Тусупжанов А.Е., Кантай Н. Исследование свойств полиуретана, модифицированного графитом и термообработанного с различной выдержкой .......................... 3 8

Еремин Е.Н., Юров В.М., Гученко С.А., Лауринас В.Ч. Прогнозирование эксплуатационных свойств металлических покрытий ...................................................................................................... 3 15

Жумабаева Г.М., Жукенов М.К., Тлеукенов С.К., Досанов Т.С. К вопросу отражения электромаг-нитной ТЕ-волны от поверхности магнитоэлектрического кристалла гексагональной синго-нии классов 622, 6mm, 6m2, 6mmm ................................................................................................... 3 21

Ильясов Б.Р., Алексеев А.М., Ибраев Н.Х., Сериков Т.М., Едрисов А.Т. Исследования деградации органических солнечных ячеек .......................................................................................................... 3 27

Ильясов Б.Р., Ибраев Н.Х. Новые достижения в перовскитных солнечных ячейках ............................. 2 16 Кокетай Т.А., Лущик А.Ч., Тусупбекова А.К., Балтабеков А.С., Мусенова Э.К., Ганюкова А.А.,

Ибрагимов А. Исследование примесных радиационных дефектов в кристаллах сульфата ка-лия, активированных ионами переходных металлов ....................................................................... 2 26

Лауринас В.Ч., Еремин Е.Н., Сыздыкова А.Ш., Гученко С.А., Юров В.М. Влияние лазерного облу-чения на структуру и свойства композиционных покрытий ........................................................... 1 18

Мaнтель A., Шаутенбаева Н., Ланг A., Иргибаева И., Алдонгаров А., Барашков Н., Мукатаев И. Люминесценция перилен производных красителей в полисилоксановой матрице в присутст-вии наночастиц золота ........................................................................................................................ 1 25

Маханов К.М., Ермаганбетов К.Т., Скубневский Э.В., Чиркова Л.В., Аринова Е.Т. Технология вне-дрения наночастиц серебра в зеленые листья и исследование процессов фотоизлучения ........... 3 34

Рaхaдилов Б.К., Журеровa Л.Г., Пaвлов A.В., Виелеба В.К. Электролитно-плaзменнaя поверхност-нaя зaкaлкa низколегировaнных стaлей 65Г и 20ГЛ......................................................................... 4 8

Рахадилов Б.К., Скаков М.К., Туленбергенов Т.Р., Виелеба В.К. Изменение поверхности вольфрама при облучении плазменным пучком .................................................................................................. 3 40

Сергеев Д.М. Моделирование dI/dV-характеристик слабосвязанных сверхпроводников джозефсо-новского типа в туннельном режиме ................................................................................................. 2 32

Сергеев Д.М., Оспанова Г.Т., Жумахан А.О., Шункеев К.Ш. О возможном сосуществовании проме-жуточного и смешанного состояний в двузонных сверхпроводниках (на примере диборида магния) .................................................................................................................................................. 2 41

Солдатхан Д., Баймуханов З.К. Влияние примеси двухвалентного свинца (Pb2+) на дефекто-образование в кристаллах K2SO4 ........................................................................................................ 3 47

Темирбаева Д., Селиверстова Е., Ибраев Н.Х., Ищенко А. Экспериментальное исследование и рас-чет спектрально-люминесцентных свойств цианинового красителя .............................................. 3 52

Тлеукенов С.К., Досанов Т.С., Вишенкова Ю.А. Об отражении электромагнитной ТЕ-волны на гра-нице раздела изотропной упругой среды и пьезомагнитного кристалла ромбической синго-нии классов 222, mm2, mmm .............................................................................................................. 4 14

Чиркова Л.В., Скубневский Э.В., Ермаганбетов К.Т., Аринова Е.Т. Нелинейные явления и неустой-чивости в полупроводниках ................................................................................................................ 1 39

ТЕПЛОФИЗИКА И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА

Курмангалиев А.Ш., Кусаиынов К., Ахмадиев Б.А., Нургалиева Ж.Г., Карабекова Д.Ж. Эффектив-ность применения электрогидроимпульсного способа бурения при различных геологических разрезах скважин ................................................................................................................................. 2 56

Кусаиынов К., Танашева Н.К., Шуюшбаева Н.Н., Рыжих Ю.Н., Степанова Ю.О., Багдатова С.Б. Моделирование картины обтекания двух вращающихся цилиндров потоком воздуха ................ 2 50



Кусаиынов К.К., Сатыбалдин А.Ж., Саденова К.К., Сагимбекова М.Н., Кажыгали Д.А. Использо-вание электрогидроимпульсной технологии для улучшения физико-химических характе-ристик нефтяного шлама Атасу-Алашанькоу ................................................................................... 1 46

Кусаиынов К.К., Танашева Н.К., Дюсембина А.Г., Тургунов М.М., Шуюшбаева Н.Н. Исследование аэродинамических параметров установки по созданию потока ветра в открытом пространстве 1 57

Кусаиынов К.К., Танашева Н.К., Тлеубергенова А.Ж., Шуюшбаева Н.Н., Алпысова Г.К. Конструк-ция горелочного устройства с аэродинамической закруткой для распыления водоугольного топлива ................................................................................................................................................. 1 52

Нусупбеков Б.Р., Куритник И.П., Карабекова Д.Ж., Хасенов А.К., Шаймерденова Г.М., Ахме-това А.К. Прибор для испытания трубопроводов тепловых сетей ................................................ 2 61

Сакипова С.Е., Камбарова Ж.Т., Тургунов М.М., Алькенова А.М. Анализ аэродинамических харак-теристик и эффективности двух макетов ветротурбины парусного типа ...................................... 1 62

Танашева Н.К., Шрагер Э.Р., Дюсембаева А.Н., Кусаиынова А.К., Оспанова Д.А., Бактыбеко-ва А.Р. Иллюстрационное моделирование обтекания лопасти ветротурбины с выявлением распределения давления ...................................................................................................................... 4 20

ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

Айкеева А.А., Жаутиков Б.А., Роговая К.С., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А. Динамический ана-лиз основных характеристик элементов электромагнитной подъемной установки ...................... 4 37

Айкеева А.А., Маханов К.М., Танскожановa А.Р., Аюбекова А.Е., Каппар С.С., Изимов С.А. Разра-ботка схемы переключения полярности электромагнитов в направляющих устройствах для обеспечения движения скипа.............................................................................................................. 4 45

Секретарев Ю.А., Мехтиев А.Д., Югай В.В., Калиаскаров Н.Б., Есенжолов У.С. Модели управле-ния ремонтно-восстановительными процессами на тепловых станциях ....................................... 1 69

Семенов А.А., Кожушко Г.М., Сахно Т.В. Устройство бактерицидного обеззараживания питьевой воды ультрафиолетовым излучением ................................................................................................ 1 77

Торегельдин М.М., Сельдюгаев О.Б., Танашева Н.К. Пылевзрывозащита на угольных шахтах с ис-пользованием сланцевых заслонов .................................................................................................... 2 66

Шнюков С.Е., Лазарева И.И., Портнов В.С., Алексиейенко А.Г., Гаврилив Л.И., Макат Д.К., Ма-ратова А.Г. Геохимическое моделирование в оценке рудогенерирующего потенциала магма-тогенно-гидротермальных систем ...................................................................................................... 4 51

Якубова М.З., Сериков Т.Г. Телекоммуникационная сеть IP PBX Asterisk NOW и выбор инстру-ментальных средств для проведения атак. Разработка и исследование схемы атаки на разра-ботанную сеть клиент–сервер на базе Wi-Fi ..................................................................................... 2 73

РАДИОФИЗИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Якубова М.З., Разинкин В.П., Сериков Т.Г., Муратова А.К. Защита сетей IP-телефонии на базе Asterisk от перехвата данных .............................................................................................................. 4 24

Якубова М.З., Разинкин В.П., Сериков Т.Г., Муратова А.К. Исследование влияния производствен-ных погрешностей на характеристики микрополосковой антенны ................................................ 4 31

МЕТОДИКА ФИЗИКИ

Акимбеков Е.Т., Мусатаева А.Б. Один из методов проведения практических занятий по физике ....... 3 60 Архипов В.В., Кудусов А.С., Кисабекова П.А. Кейс по теоретической механике на тему «Законы

сохранения» .......................................................................................................................................... 4 59 Арынгазин К.М., Мусенова Э.К., Сейсембекова Т.Е., Омарова Г.С., Утепова А.С. Современные

методы диалектической логики и принципов в физике ................................................................... 3 66 Ильина Л.Ф., Ишмухаметова А.Б. Научные основы элементарного курса физики на примере элек-

тростатики ............................................................................................................................................ 4 68 Маханов К.М., Хуанбай Е., Редько С., Телман Е. Разработка электронной схемы коммутации ваку-

умной системы на базе микросхемы TL494 CN................................................................................ 2 81

Памяти ученого ............................................................................................................................................. 2 88

Серия «Физика». № 4(84)/2016 81

Index of articles published in «Bulletin of the Karaganda University» in 2016.

«Physics» Series № р.

PHYSICS OF THE CONDENSED MATTER

Akylbekov A.T., Murzalinov D.O. Investigation of the optimal method for producing films non-stoichiometric silicon nitride in order to maximize yield of photoluminescence .................................. 2 8

Akylbekov A.T., Usseinov A.B., Sokabaeva A.Sh., Erbolatova G.Zh., Abuova F.U. Quantum chemical cal-culations of the conductivity of zinc oxide ............................................................................................ 1 8

Chirkova L.V., Skubnevskyi E.V., Ermaganbetov K.T., Arinova E.T. Nonlinear phenomena and instability in semiconductors .................................................................................................................................. 1 39

Erbolatuly D., Buytkenov D.B., Tusupzhanov A.E., Kantay N. Investigation of polyurethane, modified graphite and heat-treated with different shutter speeds.......................................................................... 3 8

Eremin E.N., Yurov V.M., Guchenko S.A., Laurynas V.Ch. Prognosis performance properties of metallic coatings .................................................................................................................................................. 3 15

Ilyassov B.R., Alekseev А.M., Ibrayev N.Kh, Serikov T.M., Yedrissov A.T. The study of degradation of organic solar cells .................................................................................................................................. 3 27

Ilyassov B.R., Ibrayev N.Kh. Recent achievements in perovskite solar cells .................................................. 2 16 Koketai Т.А., Lushchik А.Ch., Tussupbekova А.K., Baltabekov А.S., Mussenova E.K., Ganyukova А.А.,

Ibragimov А. Research of radiation impurity defects in the crystals of potassium sulphate activated by ions of the transitional metals ........................................................................................................... 2 26

Laurynas V.Ch., Eremin E.N., Syzdykova A.Sh., Guchenko S.A., Yurov V.M. Effect of laser irradiation on structure and properties of composite coatings ..................................................................................... 1 18

Makhanov K.М., Ermaganbetov K.Т., Skubnevskyi E.V., Chirkova L.V., Arinova E.Т. Technology of in-troduction of nanoparticles of silver in green leaves and research of processes of photoradiation........ 3 34

Mantel A., Shautenbaeva N., Lang A., Irgibaeva I., Aldongarov A., Barashkov N., Mukatayev I. Perylene derivative dyes luminescence in polysiloxane matrix in presence of gold nanoparticles ...................... 1 25

Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Pavlov A.V., Wieleba W.K. Electrolyte-plasma surface hardening of 65G and 20GL low-alloy steels ............................................................................................................. 4 8

Rakhadilov B.К., Skakov M.K., Tulenbergenov T.R., Wieleba W.К. Change the tungsten surface when irradiated by plasma beam ..................................................................................................................... 3 40

Sergeyev D.M. Modeling of dI/dV-characteristics of weakly coupled superconductors of Josephson type in tunnel regime ..................................................................................................................................... 2 32

Sergeyev D.M., Ospanova G.T., Zhumakhan А.O., Shunkeyev K.Sh. About possible existence of interme-diate and mixed states in the two-band superconductors (on example of magnesium diboride) ........... 2 41

Soldathan D., Baimukhanov Z.K. Influence divalent a impurity Pb2+ on the defect formation in crystals K2SO4..................................................................................................................................................... 3 47

Temirbaeva D., Seliverstova E., Ibrayev N.Kh., Ishchenko A. Experimental study and calculations of spec-tral-luminescence properties of cyanine dye .......................................................................................... 3 52

Tleukenov S.K., Dosanov T.S., Vishenkova Yu.A. About the reflection of electromagnetic TE-wave at the interface between isotropic elastic medium and piezo-crystal orthorhombic classes 222 mm2, mmm . 4 14

Zhumabayeva G.M., Zhukenov M.K., Tleukenov S.K., Dosanov T.S. About the problem of reflection of the electromagnetic TE-wave from the surface of the magnetoelectric crystal hexagonal system of clas-ses 622, 6mm, 6m2, 6mmm ................................................................................................................... 3 21

THERMOPHYSICS AND THEORETICAL THERMOENGINEERING

Kurmangaliyev A.Sh., Kussayinov K., Akhmadiyev B.A., Nurgaliyeva Zh.G., Karabekova D.Zh. Efficiency of application of method electrohydropulse drilling for different geological a well section 2 56

Kussaiynov K.K., Satybaldin A.Zh., Sadenova K.K., Sagimbekova M.N., Kazhygali D.А. The use of electrohydropulse technologies to improve physico-chemical characteristics of oil sludge Atasu-Alashankou ............................................................................................................................................ 1 46



Kussaiynov K.K., Tanasheva N.K. Dyussembina A.G., Turgunov M.M., Shuyushbayeva N.N. The study of aerodynamic parameters of the production setup of the wind flow in open space................................ 1 57

Kussaiynov K.K., Tanasheva N.K., Tleubergenova A.Zh., Shuishbayeva N.N., Alpysova G.K. The construction of the burner with the wind swirling spray water-coal fuel ....................................... 1 52

Kussayinov K., Tanasheva N.K., Shuyushbayeva N.N., Ryzhykh Yu.N., Stepanova Yu.O., Bagdatova S.B. Simulation of airflow pattern of two rotating cylinders ......................................................................... 2 50

Nussupbekov B.R., Kuritnik I.P., Karabekova D.Zh., Khassenov A.K., Shaimerdenova G.M., Akhmetova A.K. Device for the testing of pipelines of thermal networks ............................................. 2 61

Sakipova S.E., Kambarova Zh.T., Turgunov M.M., Alkenova A.M. Analysis of aerodynamic characteris-tics and effectiveness of two models of sail type wind turbine .............................................................. 1 62

Tanasheva N.K., Shrager E.R., Dyusembaeva A.N., Kussaiynova A.K., Ospanova D.A., Bakhtybekova A.R. Simulation of flow of the blade wind turbine ......................................................... 4 20

TECHNICAL PHYSICS

Aikeyeva A.A., Makhanov K.M., Tanskozhanova A.R., Ayubekova A.E., Kappar S.S., Izimov S.A. Devel-opment of polarity electromagnets switching circuit in the directing devices for ensuring skip mo-tion ......................................................................................................................................................... 4 45

Aikeyeva A.A., Zhautikov B.A., Rogovaya X.S., Zhautikov F.B., Mukhtarova P.A. The dynamic analysis of the main characteristics of electromagnetic lifting installation elements............................................... 4 37

Sekretarev Yu.A., Mekhtiev A.Dzh., Yugay V.V., Kaliaskarov N.B., Esenzholov U.S. The management models of the repair-regenerative processes at the thermal stations ...................................................... 1 69

Semenov A.А., Kozhushko G.M., Sakhno Т.V. Device for germicidal disinfection of drinking water by using ultraviolet radiation ...................................................................................................................... 1 77

Shnyukov S.E., Lazareva I.I., Portnov V.S., Aleksieienko A.G., Gavryliv L.I., Makat D.K., Maratova A.G. Geochemical modeling in the evaluation of ore-forming potential of magmatic-hydrothermal sys-tems ........................................................................................................................................................ 4 51

Toregеldin M.M., Seldyugaev O.B., Tanasheva N.K. Protection against dust explosions in coal mines using shale barriers ................................................................................................................................ 2 66

Yakubova M.Z., Serikov T.G. IP PBX Asterisk NOW telecommunication network and choice of tools for carrying out attacks. Development and research of the attack scheme to the developed client–server network on the basis of Wi-Fi................................................................................................................ 2 73

RADIOРHYSICS AND ELECTRONICS

Yakubova M.Z., Razinkin V.P., Serikov T.G., Muratova A.K. Protection of IP-telefony networks on the basis of Asterisk from interception of data ............................................................................................ 4 24

Yakubova M.Z., Razinkin V.P., Serikov T.G., Muratova A.K. Research of production errors' influence on characteristics of the microstrip antenna ................................................................................................ 4 31

METHODOLOGY OF PHYSICS

Akimbekov E.T., Musataeva A.B. One of the methods of practical training in the discipline of physics ........ 3 60 Arkhipov V.V., Kudusov A.S., Kisabekova P.A. The case on theoretical mechanics on the theme conserva-

tion laws ................................................................................................................................................. 4 59 Aryngazin K.M., Mussenova E.K., Seyssembekova T.E., Omarova G.S., Utepova A.S. Modern methods of

dialectical logic and principles in physics ............................................................................................. 3 66 Ilyina L.F., Ishmukhametova A.B. Scientific bases of elementary physics course as an example of electro-

statics ..................................................................................................................................................... 4 68 Makhanov K.M., Khuanbay E., Redko S., Telman E. Development of an electronic switching circuit of the

vacuum system based on the chip TL494 CN........................................................................................ 2 81

Scientist memory ............................................................................................................................................ 2 88

ISSN 2518-7198 - vestnik.ksu.kzvestnik.ksu.kz/files_vestnik/Physics/Physics_4_84_2016.pdf · ISSN...

Documents

Transcript of ISSN 2518-7198 - vestnik.ksu.kzvestnik.ksu.kz/files_vestnik/Physics/Physics_4_84_2016.pdf · ISSN...