1
№ 4 (23), 2017
ВЕСТИ Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute МЕЖ ДУНАРО ДНЫЙ НАУЧ НО -Т ЕХНИЧ ЕСК ИЙ Ж УРНАЛ
Учредитель и издатель: Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Главный редактор Чальцев М. Н. (д-р техн. наук, проф.)
С О Д Е РЖ А Н И Е
Зам. главного редактора Высоцкий С. П. (д-р техн. наук, проф.) Мищенко Н. И. (д-р техн. наук, проф.)
ТРАНСПОРТ…………………………………………………………...3
Ответственный секретарь Гуменюк М. М. (канд. экон. наук, доц.)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА СИЛИКАТНЫХ ХОНИНГОВАЛЬНЫХ БРУСКОВ НА КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ……………………………………....3
Редакционный совет Базаянц Г. В. (д-р техн. наук, проф.) Братчун В. И. (д-р техн. наук, проф.) Вовк Л. П. (д-р техн. наук, проф.) Мельникова Е. П. (д-р техн. наук, проф.) Полуянов В. П. (д-р экон. наук, проф.) Дудников А. Н. (канд. техн. наук, доц.) Заглада Р. Ю. (канд. экон. наук, доц.) Химченко А. В. (канд. техн. наук, доц.) Карпинец А. П. (канд. техн. наук, доц.) Курган Е. Г. (канд. экон. наук, доц.) Морозова Л. Н. (канд. техн. наук, доц.) Никульшин С. П. (канд. техн. наук, доц.) Селезнева Н. А. (канд. экон. наук, доц.) Скрыпник Т. В. (канд. техн. наук, доц.) Шилин И. В. (канд. техн. наук, доц.) Адрес: 84646, г. Горловка, ул. Кирова, 51. Телефоны: +38 (06242) 55-82-08, +38 (06224) 4-88-04, +38 (071) 331-45-58. Эл. почта: vestnik-adi@adidonntu.ru Интернет: www.vestnik.adidonntu.ru, www.adidonntu.ru
Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute 2017, № 4 (23) Свидетельство о регистрации средства массовой информации № 000051 от 20.10.2016 г. Издается с октября 2004 г. Периодичность издания 4 раза в год. Подписано к размещению на сайте и к печати 07.12.2017 г. в соответствии с решением ученого совета АДИ ГОУВПО «ДонНТУ». Протокол № 2 от 29.11.2017 г. Формат 70 х 90/16. Заказ № 395. Тираж 100 экз. Печать: АДИ ГОУВПО «ДонНТУ».
ISSN 1990-7796 Распространяется бесплатно Авторы статей, 2017 Автомобильно-дорожный институт Государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Донецкий национальный технический университет», 2017
Н. С. Виноградов
Л. П. Вовк, Е. С. Кисель ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ…………...9
СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДОРОГ…..…18 Л. П. Вовк, А. В. Лисянец ПРОБЛЕМЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ЗАДАЧАМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД И ГРУНТОВ………………………………………………………………...18
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ……………………......36 С. П. Высоцкий, В. А. Хижняк ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ АНТРАЦИТОВ, ШЛАМОВ И ПРОДУКТОВ ПЕРЕОБОГАЩЕНИЯ СУХИХ ОТХОДОВ В ЦИРКУЛИРУЮЩЕМ КИПЯЩЕМ СЛОЕ………………………...36
С. П. Высоцкий, А. С. Гавриленко, А. С. Князев ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ СЖИГАНИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА…………………………………………………….…….…...46
ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ………………………….….57 Е. М. Кравцова, А. А. Кобзий ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ЗОН В ДОНЕЦКОМ РЕГИОНЕ…….……57
В. А. Кулаков, В. Л. Гетьманская ПРОБЛЕМЫ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ В ДОНЕЦКОМ РЕГИОНЕ……………………….…............................................67
О. Л. Дариенко, Н. В. Цветкова ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ…………………………..73
И. Ф. Емельянова ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ СОЗДАНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КЛАСТЕРОВ……….…………………..81
Журнал индексируется и реферируется в базах данных: Google Академия (http://scholar.google.com.ua), Science Index (РИНЦ) (http:/elibrary.ru). Журнал содержит научные труды ведущих ученых, докторантов и аспирантов АДИ ГОУВПО «ДонНТУ», а также других высших учебных заведений, научно-исследовательских организаций и предприятий. Тематика журнала – теоретические и прикладные проблемы автомобильного транспорта, транспорта промышленных предприятий, строительства и эксплуатации дорог, охраны окружающей среды, экономики и управления.
2
№ 4 (23), 2017
ВЕСТИ Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute МЕЖ ДУНАРО ДНЫЙ НАУЧ НО -Т ЕХНИЧ ЕСК ИЙ Ж УРНАЛ
Founder and publisher: Automobile and Road Institute State Higher Education Establishment «Donetsk National Technical University» Editor-in-Chief Chaltsev M. N. (Dr. of Tech.Sc., Prof.)
TABLE OF CONTENTS
Deputy Editor-in-Chief Vysotskiy S. P. (Dr. of Tech.Sc., Prof.) Mishchenko N. I. (Dr. of Tech.Sc., Prof.)
TRANSPORT……………………………………………………………3
Executive Secretary Gumenyuk M. M. (Cand.of Econ.Sc., Assoc.Prof.)
IMPACT STUDY OF THE SILICATE HONING STONE ABRASIVE MATERIAL ON THE FRICTION SURFACE TREATMENT QUALITY OF AUTOMOBILE PARTS……………….3
Editorial Board Bazayants G. V. (Dr. of Tech.Sc., Prof.) Bratchun V. I. (Dr. of Tech.Sc., Prof.) Vovk L. P. (Dr. of Tech.Sc., Prof.) Melnikovа Е. P. (Dr. of Tech.Sc., Prof.) Poluyanov V. P. (Dr. of Econ.Sc., Prof.) Dudnikov А. N. (Cand.of Tech.Sc., Assoc. Prof.) Zaglada R. Yu. (Cand.of Econ.Sc., Assoc. Prof.) Khimchenko A. V. (Cand.of Tech.Sc.,Assoc. Prof.) Karpinets А. P. (Cand.of Tech.Sc., Assoc. Prof.) Kurgan E. G. (Cand.of Econ.Sc., Assoc. Prof.) Morozova L. N. (Cand.of Tech.Sc., Assoc. Prof.) Nikulshin S. P. (Cand.of Tech.Sc., Assoc. Prof.) Selezneva N. A. (Cand.of Econ.Sc., Assoc. Prof.) Skrypnik T. V. (Cand.of Tech.Sc., Assoc. Prof.) Shilin I. V. (Cand.of Tech.Sc., Assoc. Prof.) Adress: Kirov St., 51, Gorlovka, 84646. Tel: +380 (6242) 55-82-08, +38 (06224) 4-88-04, +38 (071) 331-45-58. E-mail: vestnik-adi@adidonntu.ru Website: www.vestnik.adidonntu.ru, www.adidonntu.ru Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute 2017, № 4 (23) Registration certificate of mass media № 000051 of 20.10.2016. Published since Oktober 2004. Frequency: 4 times per year. Signed to print 07.12.2017 according to the decision of the Academic Council of Automobile and Road Institute State Higher Education Establishment DonNTU. Protocol № 2 from 29.11.2017. Format 70 х 90/16. Order № 395. Circulation 100 copies. Printed: Automobile and Road Institute State Higher Education Establishment DonNTU.
N. S. Vinogradov
L. P. Vovk, Е. S. Kisel PECULIARITIES OF THE DYNAMIC STRENGTHENING CALCULATION OF ODD-SHAPED PARTS…………………………9
HIGHWAY CONSTRUCTION AND MAINTENANCE…..18 L. P. Vovk, А. V. Lisianets PROBLEMS OF THE ANALYTICAL APPROACH TO THE TASKS OF MULTIPHASE MEDIA DEFORMATION…………….18
ENVIRONMENT PROTECTION…………………………….…36 S. P. Vysotskiy, V. А. Khizhniak COMBUSTION PECULIARITIES OF ANTHRACITES, SLIMES AND PRODUCTS OF DRY WASTES OVERRICHING IN CIRCULATING FLUIDIZED BED.………………………………….36
S. P. Vysotskiy, А. S. Gavrilenko, А. S. Kniazev IMPROVEMENT OF ECOLOGICAL INDICATORS OF ELECTRIC AND THERMAL ENERGY GENERATION PROCESSES AT SOLID FUEL BURNING.……………………....46
ECONOMICS AND MANAGEMENT.……………………..….57 Е. М. Kravtsova, А. А. Kobzii PROSPECTS OF SPECIAL ECONOMIC ZONES CREATION IN DONETSK REGION……………………………..………………...57
V. А. Kulakov, V. L. Getmanskaia COMPETITIVENESS PROBLEMS OF METALLURGICAL ENTERPRISES IN DONETSK REGION…………………………...67
О. L. Darienko, N. V. Tsvetkova COST EFFICIENCY OF THE SOCIOECOLOGICAL RESPONSIBILITY SYSTEM OF HEAT-POWER ENGINEERING ENTERPRISES………………………………….….73
I. F. Emelianova FOREIGH EXPERIENCE OF CREATING EDUCATIONAL AND PRODUCTION CLUSTERS…………………………………....81
ISSN 1990-7796 It is distributed free of charge Authors, 2017 Automobile and Road Institute State Higher Education Establishment «Donetsk National Technical University», 2017
Journal is indexed by: Google Academy (http://scholar.google.com.ua), Science Index (RISC) (http:/elibrary.ru). Journal contains original research articles of top scientists, doctoral candidates and graduate students of Automobile and Road Institute State Higher Education Establishment DonNTU, other higher educational establishments, research organizations and enterprises. Journal subject matter is theoretical and applied problems of automobile transport, transport of industrial enterprises, highway construction and maintenance, environmental protection and economics and management.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
3
ТРАНСПОРТ УДК 621.893 Н. С. Виноградов, канд. техн. наук Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА СИЛИКАТНЫХ ХОНИНГОВАЛЬНЫХ БРУСКОВ НА КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ Приведены методика и результаты исследования влияния абразивного материала силикатных хонинговальных брусков на качество обработки поверхностей трения автомобильных деталей. Подтверждено, что для приготовления силикатных брусков можно использовать абразив различной зернистости, принимая во внимание такие показатели, как шероховатость поверхности и припуск на обработку. Даны рекомендации по применению силикатных брусков для обработки поверхностей трения автомобильных деталей из различных материалов. Ключевые слова: методика, исследование, материал абразивный, брусок силикатный, качество поверхности, припуск, поверхность трения, деталь автомобиля
Постановка проблемы За последнее время в несколько раз возросли требования к точности изготовления деталей в автомобилестроении и машиностроении. Точность размеров и геометрических форм, а также качество рабочих поверхностей деталей являются важнейшими факторами, обусловливающими надежную и долговечную работу механизмов. Высокие показатели по точности обычно достигаются в результате выполнения механической обработки. В настоящее время разработано множество технологических способов, позволяющих изменять строение и свойства поверхностных слоев металла в нужном направлении или создавать слои с заранее заданными свойствами. Применение этих способов позволяет повышать износостойкость, стойкость к усталостному разрушению и другие эксплуатационные свойства автомобильных деталей. Это в первую очередь относится к процессам чистовой и отделочной обработки гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, при правильном построении и ведении которых могут быть получены оптимальные эксплуатационные характеристики, высокая точность и качество поверхностей ответственных сопряженных деталей (гильза – поршневое кольцо). Одним из таких процессов является абразивное хонингование. Хонингование это процесс финишной обработки, обеспечивающий получение высокой точности размеров, геометрической формы и малой шероховатости обработанной поверхности. Для изготовления абразивных хонинговальных брусков используют различные синтетические абразивные материалы, к которым относят электрокорунд, карбид кремния, эльбор и др. Для закрепления абразивного материала и придания инструменту необходимых физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств используют связку. Связка влияет на геометрию рельефа рабочей поверхности инструмента, износ абразивного инструмента и параметры шероховатости обработанной поверхности. Хонинговальные бруски изготовляют, как правило, на керамической связке. Для чистового хонингования хорошие результаты дают бруски на бакелитовой связке. При хонинговании незакаленных стальных отверстий высокую стойкость и хорошую чистоту поверхности дают бруски на вулканитовой связке [1]. Применяемые для хонингования бруски на керамической и бакелитовой связке имеют ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
4 следующие недостатки: разброс по твердости, недостаточную механическую прочность, малую износостойкость. Эти недостатки вызывают надиры на обрабатываемой поверхности, в результате поколов и засаливания брусков, а также частую смену брусков вследствие их быстрого износа. Поэтому широкое применение получили алмазные бруски. Они обладают высокой стойкостью, в десятки раз превышающей стойкость абразивных брусков. Для изготовления алмазных брусков применяют зерна природных и синтетических алмазов, что приводит к резкому увеличению стоимости брусков. На основании вышесказанного предлагаем для хонингования поверхностей трения автомобильных деталей использовать силикатные абразивные бруски, одним из основных компонентов которых является силикат натрия (жидкое стекло). В качестве связки использовать эпоксидную смолу. Цель работы Исследование влияния абразивного материала силикатных хонинговальных брусков на качество обработки поверхностей трения автомобильных деталей. Изложение основного материала исследования Для достижения поставленной цели были приготовлены хонинговальные бруски с абразивом электрокорунд различной зернистости (160/125, 100/80, 63/50, 40/28, 28/20). Кроме того, для исследования влияния твердости абразивных зерен на качество поверхности были изготовлены бруски с абразивом различной твердости. В качестве таких материалов использовали: электрокорунд (микротвердость 1000–2200 кгс/мм2), карбид кремния зеленый (2850–3600 кгс/мм2), карбид титана (2980–3300 кгс/мм2), карбид бора (4000–5000 кгс/мм2). В качестве обрабатываемого материала использовали чугун СЧ 24-42 и сталь 40Х. Выбор данного материала был обусловлен его широким распространением в области автомобилестроения. Исследования проводились в лабораторных условиях на переоборудованном настольном вертикально-сверлильном станке. Данная конструкция позволяет максимально приблизить условия обработки к действительным. Частота вращения абразивных брусков составляла n1 = 34 мин-1, а образцов n2 = 10 мин-1. Направление движения было встречное. Давление брусков на образец составляло 0,8 МПа, время обработки – 120 сек. В качестве образцов использовали детали в форме дисков диаметром 50 мм, шириной 10 мм. Специально изготовленные абразивные бруски закреплялись на державке, установленной на шпинделе станка. Количество испытуемых брусков, закрепленных на державке, составляло три штуки. Нагрузка брусков на обрабатываемую поверхность создавалась гравитационным способом при помощи рычага, нагружаемого массой Р. В качестве смазывающей охлаждающей жидкости (СОЖ) использовали СОЖ на водной основе. Объем СОЖ во всех опытах фиксировался и составлял 200 мл. Съем металла определяли весовым методом, т. е. взвешиванием образцов на аналитических весах до и после испытаний. После обработки образцы промывались водой и ацетоном. Бруски были подвержены приработке на абразивном круге. Результаты испытаний определялись как среднее арифметическое по трем опытам. Одним из факторов, определяющих качество обработанных поверхностей, является микрогеометрия поверхности. Известно, что исходная шероховатость, т. е. шероховатость, полученная после обработки, оказывает существенное влияние на трение и изнашивание. Поэтому определение микрогеометрии поверхностей после обработки является необходимым условием оценки качества поверхности. Исследование шероховатости поверхности осуществлялось с помощью профилографа-профилометра модели 201. Первоначальная шероховатость поверхности образцов составляла Rа = 0,8–1,25 мкм. Лучшей работоспособностью обладали те бруски, после обработки которых образцы имели наименьшую шероховатость и наибольший съем металла. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
5 На рисунках 1 и 2 приведены результаты исследований зависимости съема металла (кривая 1) и шероховатости поверхности (кривая 2) от зернистости абразива силикатных и микротвердости абразивных зерен брусков при обработке образцов из чугуна (а) и стали (б).
Рисунок 1 – Зависимости съема металла (кривая 1) и шероховатости поверхности (кривая 2) от зернистости абразива силикатных брусков при обработке образцов из чугуна (а) и стали (б)
1 – электрокорунд (1800–2200 кгс/мм2); 2 – карбид кремния зеленый (2850–3600 кгс/мм2); 3 – карбид титана (2980–3300 кгс/мм2); 4 – карбид бора (4000–5000 кгс/мм2) Рисунок 2 – Зависимости съема металла (кривая 1) и шероховатости поверхности (кривая 2) от микротвердости абразивных зерен при обработке силикатными брусками образцов из чугуна (а) и стали (б) Из рисунка 1 видно, что при увеличении зернистости абразива съем металла (Q, мг) увеличивается, наибольшее значение Q наблюдается при обработке чугуна. Сравнивая кривые 1а и 1б (рисунок 1), можно отметить, что при обработке чугуна и стали наибольший съем металла получен для чугунных поверхностей. В зависимости от изменения зернистости абразива силикатных брусков величина съема металла для чугунных поверхностей находится в пределах от 23 мг до 40 мг, стальных поверхностей – от 9 мг до 18 мг. Полученные реISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
6 зультаты необходимо учитывать при назначении припуска на обработку. Анализируя кривые 2а и 2б, можно отметить, что с увеличением зернистости абразива шероховатость поверхности возрастает. Эти результаты согласуются с работами И. Е. Фрагина, С. И. Куликова и др. [2, 3]. Проведенные исследования показывают, что для приготовления силикатных брусков можно использовать абразив различной зернистости, но в этом случае необходимо принимать во внимание такие показатели, как шероховатость поверхности и припуск на обработку. При невысокой чистоте обработанной поверхности и большом припуске можно рекомендовать абразив большой зернистости и наоборот. Из рисунка 2 видно, что с увеличением микротвердости абразивных зерен съем металла и шероховатость поверхности увеличивается. Наименьшая шероховатость и съем металла определены при обработке стальных поверхностей силикатными брусками с абразивом электрокорунд. Аналогично предыдущим рекомендациям можно отметить, что для обработки силикатными брусками твердых поверхностей необходимо использовать абразив с высокой микротвердостью. На рисунке 3 приведены результаты исследований изменения съема металла и шероховатости поверхности в зависимости от материала обрабатываемого образца.
1 – сталь 40Х (НВ 220); 2 – сталь 40Х (HRCэ 48); 3 – чугун СЧ 24-42 (НВ 170); 4 – чугун СЧ 18-36 (HRCэ 32) Рисунок 3 – Изменение съема металла (заштриховано) и шероховатости поверхности в зависимости от материала образца при обработке силикатными брусками Из рисунка 3 видно, что наиболее трудно поддаются обработке силикатными брусками термообработанные стальные поверхности. Об этом свидетельствует малый съем металла. Поэтому при назначении припуска на обработку поверхностей необходимо принимать наименьшее значение припуска. Наибольшее значение съема металла получено при обработке чугуна (НВ 170). Характеризуя зависимость изменения шероховатости поверхности (рисунок 3), можно отметить, что шероховатость поверхностей различных материалов после обработки практически не изменяется и находится в интервале Rа = 0,10–0,15 мкм. Это наглядно подтверждает предположение, высказанное в [4]. Получение высокого класса чистоты поверхности при обработке силикатным составом, по нашему мнению, происходит за счет образования аморфного кремнезема (SiO2). ОбISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
7 разовавшийся аморфный продукт обладает полирующим действием высокодисперсного, относительно мягкого абразива [5]. Кроме этого, аморфный кремнезем может действовать не только как абразив. Даже при небольшой концентрации SiO 2 на поверхности стали его сцепление с металлом, за счет сильного изменения свойств окисного слоя, усиливается [5]. Под действием абразивных частиц SiO2 попадает во впадины обрабатываемой поверхности и сцепляется с поверхностью. При многократном воздействии частиц происходит плотная «упаковка» SiO2 глубоких впадин неровностей, что позволяет получить высокое качество поверхности. Выводы Высокое качество поверхности после обработки силикатными хонинговальными брусками обусловлено появлением в процессе обработки аморфного кремнезема, который усиливает работу абразивных зерен и приводит к уменьшению царапающего действия абразива. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать силикатные хонинговальные бруски для обработки поверхностей трения автомобильных деталей из различных материалов. Список литературы 1. Хонингование : моногр. / А. П. Бабичев [и др.] ; под ред. А. П. Бабичева / М-во образования и науки Российской Федерации ; Волгоградский гос. архитектурно-строит. ун-т ; Донской гос. техн. ун-т. – Волгоград : ВолгГАСУ, 2013. – 245 с. 2. Фрагин, И. Е. Новое в хонинговании : учеб. пособие / И. Е. Фрагин. – М. : Машиностроение, 1980. – 96 с. 3. Прогрессивные методы хонингования / С. И. Куликов [и др.]. – М. : Машиностроение, 1983. – 135 с. 4. Виноградов, Н. С. Исследование возможности использования силикатной пасты для притирки сопряженных деталей / Н. С. Виноградов // Вісті Автомобільно-дорожнього інституту : наук.-вироб. зб. – 2006. – № 1 (2). – С. 70–74. 5. Виноградов, Г. В. Противоизносные и антифрикционные свойства полиорганосилоксанов и их смесей с углеводородами / Г. В. Виноградов, Н. С. Наметкин // Новое о смазочных материалах. – М. : Химия, 1967.– С. 153–175.
Н. С. Виноградов Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка Исследование влияния абразивного материала силикатных хонинговальных брусков на качество обработки поверхностей трения автомобильных деталей Для изготовления абразивных хонинговальных брусков используют различные синтетические абразивные и связывающие материалы. Хонинговальные бруски изготавливают, как правило, на керамической, бакелитовой и вулканитовой связке. Недостатками таких брусков является недостаточная механическая прочность и малая износостойкость, что вызывает надиры на обрабатываемой поверхности в результате поколов и засаливания брусков, а также частую смену брусков вследствие их быстрого износа. Поэтому для обработки поверхностей трения автомобильных деталей широкое применение получили алмазные бруски. Для их изготовления применяют зерна природных и синтетических алмазов, что приводит к резкому увеличению стоимости брусков. На основании вышесказанного, предлагаем для хонингования поверхностей трения автомобильных деталей использовать силикатные абразивные бруски, одним из основных компонентом которых, является силикат натрия (жидкое стекло). В качестве связки предлагаем эпоксидную смолу. Для проведения исследований приготовлены хонинговальные бруски с абразивом различной зернистости и микротвердости. В качестве обрабатываемого материала использован чугун и сталь. Исследованием подтверждено, что для приготовления силикатных брусков можно использовать абразив различной зернистости, принимая во внимание такие показатели, как шероховатость поверхности и припуск на обработку. При назначении припуска на обработку термообработанных поверхностей необходимо принимать наименьшее значение припуска. Также подтверждено, что шероховатость поверхностей различных материалов после обработки практически не изменяется и находится в интервале Rа = 0,10–0,15 мкм. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
8 Высокое качество поверхности после обработки силикатными хонинговальными брусками обусловлено появлением в процессе обработки аморфного кремнезема, который усиливает работу абразивных зерен и приводит к уменьшению царапающего действия абразива. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать силикатные хонинговальные бруски для обработки поверхностей трения автомобильных деталей из различных материалов. СВЯЗКА, МАТЕРИАЛ АБРАЗИВНЫЙ, БРУСОК СИЛИКАТНЫЙ, КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ, ПРИПУСК, ПОВЕРХНОСТЬ ТРЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ, ОБРАБОТКА, ДЕТАЛЬ АВТОМОБИЛЬНАЯ
N. S. Vinogradov Automobile and Highway Institute of Donetsk National Technical University, Gorlovka Impact Study of the Silicate Honing Stone Abrasive Material on the Friction Surface Treatment Quality of Automobile Parts To make abrasive honing stones various synthetic abrasive and adhesive materials are used. Honing stones are made as a rule on the ceramic, resinoid and rubber bond. Disadvantages of these stones are inadequate mechanical strength and low durability causing guide scratches on the treating surface as a result of stone cracks and loading and also frequent replacement of stones because of their rapid wear. So to treat friction surface of automobile parts diamond stones are widely used. To make diamond stones grains of natural and synthetic diamonds are used, it leads to abrupt cost increase of stones. Based on the above we suggest to use silicate abrasive stones for friction surface honing of automobile parts. Their main component is sodium silicate (liquid glass). Epoxy resin is suggested as a bond. To carry out a study honing stones with varigrained microhardness abrasive are prepared. Cast iron and steel are used as a treating material. The study has confirmed that varigrained abrasive can be used for silicate stones making, taking into account such indicators as surface roughness and machining allowance. At the machining allowance fixing of heat-treated surfaces it is necessary to take the least value of the allowance. It is confirmed that surface roughness of various materials is not changed practically and is in the range Rа = 0,10–0,15 mкm. Surface high quality after treatment by silicate honing stones is caused by amorphous silica emergence in the treatment process strengthening the operation of abrasive grains. It leads to the reduction of the abrasive skratching. Results of the given study allow to recommend silicate honing stones for friction surface treatment of automobile parts from various materials. BOND, ABRASIVE MATERIAL, SILICATE STONE, SURFACE QUALITY, ALLOWANCE, FRICTION SURFACE, STUDY, TREATMENT, AUTOMOBILE PART Сведения об авторе: Н. С. Виноградов SPIN-код: 6801-2397 Телефон: +38 (050) 975-23-12 Эл. почта: nikolayx6m@mail.ru Статья поступила 20.12.2016 © Н. С. Виноградов, 2017 Рецензент: Н. А. Селезнева, канд. экон. наук, доц., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ»
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
9 УДК 539.3 Л. П. Вовк, д-р техн. наук, Е. С. Кисель Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ Проведено численное исследование зависимости краевых и граничных динамических эффектов от геометрических и упругих параметров, определяющих неоднородность детали. Определены особенности распределения термоупругих напряжений в зонах динамических эффектов на примере неоднородного термоупругого сечения детали сложной формы. Ключевые слова: неоднородность детали, термоупругая область, локальная концентрация напряжений, напряженно-деформированное состояние, расчет на прочность, особые точки сечения детали, собственные частоты
Введение Последние тенденции автомобилестроения направлены на улучшение качества автомобилей, безопасность, надежность и внедрение современных технологий в их конструкцию. Автомобильные компании активно внедряют инновации для повышения конкурентоспособности, поэтому на инженеров оказывается серьезное давление по ускорению разработки и поставки качественных деталей. Чтобы преуспеть, они должны разработать кратчайший по времени способ развития проекта от чертежа до производственных линий. Ключевым элементом при сокращении времени разработки является инженерное моделирование, позволяющее компаниям быстро изменять проект в зависимости от особенностей эксплуатации продукта путем предсказывания его реального поведения в виртуальной среде задолго до того, как потребуются испытания. Расчеты с помощью высококачественных верифицированных продуктов ANSYS позволяют инженерам экономически эффективно определять ходовые характеристики и надежность в широком диапазоне автомобильных задач. Автомобильная промышленность обладает огромным потенциалом для моделирования, и описанные в статье моменты ‒ это всего лишь малая часть всех возможностей, применений и задач в данной области. Рассматривая вопросы инженерного моделирования и проектирования автомобильных деталей, невозможно пренебречь тем фактом, что в течение времени из-за перераспределения и релаксации внутренних остаточных напряжений, вызванных технологическими процессами при изготовлении (литье, сварке, механической обработке и др.), теряется стабильность геометрических и механических параметров деталей автомобилей. Надежность работы таких изделий снижается, что может привести к полному отказу работоспособности или к аварийной ситуации. Поэтому открытым актуальным остается вопрос о расширении производственных технологических возможностей, направленных на внедрение новых технологий, при сохранении стоимости изделия в целом. Актуальность данной работы обоснована возможностью применения подобного рода исследований при проведении прочностных расчетов динамического напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов конструкций и деталей машиностроения со сложными физико-механическими свойствами. Особые параметры металлической детали, в частности наличие дефектов, – особых областей геометрии, т. е. зон существенного изменения некоторых ее физико-механических характеристик, могут провоцировать аномальное изменение поля температурных и механических напряжений. Вопросам и исследованиям решений задач теории упругости и термоупругости в окрестности угловых точек, принадлежащих линиям раздела нескольких разнородных сред, посвящено достаточно много научных публикаций, среди которых отметим [1–3]. Анализ ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
10 публикаций позволяет заметить, что к настоящему времени разработан значительный математический аппарат, предназначенный для решения связанных задач термоупругости. Полученные в этих работах результаты позволяют исследовать влияние температурных параметров на локальную концентрацию напряжений в сингулярных зонах сечений, чаще всего канонических областей. Наиболее распространенной и доступной для исследования, среди такого рода форм сечений, является прямоугольная область. Именно для такой прямоугольной области в [4–6] авторами ранее проводился расчет распределения напряжений в твердом термоупругом неоднородном теле с учетом локальной концентрации напряжений (ЛКН) в сингулярных точках, для случая сочетания двух сред. Как показала практика численных расчетов, примененная в [5] методика исследования может успешно использоваться и для областей с более сложной границей. Поэтому работы [4–6] стали теоретической и практической основой приведенных ниже результатов расчетов для сечений усложненной формы. Помимо этого, актуальным остается вопрос о геометрической систематизации конфигураций границ областей, что, безусловно, повышает уровень практической значимости применения предложенной численной методики расчета. При исследовании ЛКН конструкций в зонах геометрической концентрации напряжений необходим комплексный анализ, в частности численный. Для его проведения наиболее приемлемым является метод конечных элементов, широко используемый в современных программных пакетах анализа элементов конструкций, таких как ANSYS, COSMOS/Design, STAR LS Dyna и т. п. Правильно подобранный численный метод проверки прочностных характеристик позволит перейти на новый этап проектирования и эксплуатации, обеспечивающий безопасную работу отдельных деталей и автомобилей в целом, поэтому приведенный далее расчетный подход представляет собой одно из наиболее эффективных средств для исследования НДС составных конструкций в зонах геометрической концентрации напряжений и для дальнейшего учета характера границы и внутренней структуры области с целью минимизации возможных локальных напряжений. Также следует отметить, что средства термоупругого анализа программы ANSYS позволяют использовать результаты решения задачи теплообмена для проведения прочностного анализа [7]. Такая возможность удобна при определении влияния температурного поля на прочность конструкции. Пользователь может задать параметры тепловой нагрузки отдельно или в совокупности с параметрами механической нагрузки. В данном программном комплексе доступны два способа связывания теплового и прочностного анализов. Первый состоит в том, что эти два анализа проводятся друг за другом. Сначала получают температурное поле в модели для заданных граничных условий теплообмена. Значения температур затем используются в виде нагрузок на стадиях предпроцессорной подготовки и получения решения при последующем структурном анализе. Второй способ предусматривает проведение совместного термоупругого решения. В программе ANSYS это достигается использованием комбинированных конечных элементов, которые имеют как тепловые, так и деформационные степени свободы. Из этих элементов создается расчетная модель и задаются тепловые и механические граничные условия. На каждой итерации выполняется решение тепловой и упругой задач с использованием значений температур и перемещений, полученных на предыдущей итерации. Имеется возможность вводить в расчетную модель контактные элементы общего типа. Эти элементы допускают теплопередачу через поверхность контакта. Как только контактные поверхности смыкаются, становится возможным процесс теплообмена. С помощью процедуры совместного решения возможно объединение таких сложных задач теплообмена и расчета на прочность, как нестационарный тепловой и нелинейный динамический анализы. В предлагаемой работе были проведены расчеты с использованием программного комплекса ANSYS первым способом, т. е. проведение связанного термоупругого расчета последовательным способом. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
11 Цель работы Задачей программного анализа стало исследование общего НДС в особых зонах геометрической концентрации напряжений (особых точках и границах сечения) термоупругой однородной и неоднородной областей, его зависимость от геометрических параметров детали и общее исследование конструкции на прочность. Основные материалы исследования В качестве модели детали конструкции рассматривалась стальная однородная деталь с сечением, изображенном на рисунке 1, модель 1 и с сечением той же геометрии, но со сварным швом (рисунок 2). Материал сварного шва представлен аустенитной сталью [8–9]. Варьируя протяженность участка AB k , где k 1, 2, 3 , будем изменять высоту сечения при сохранении его геометрии. Координаты точек, определяющих область, зададим следующим образом: E 0,99; 0,36 , A 0,59; 0,36 , B1 1,29; 0,72 , B2 1,29; 1,08 , B3 1,29; 1,44 , C 0,99; 0,36 , D 0,99; 0,36 . Термомеханические свойства материала сечений определяются константа-
ми, для стали: 8000 кг/м 3 – плотность; E 1,9 1011 Па – модуль сдвига; ν 0,29 – коэффициент Пуассона; α t 1,8 105 K 1 – коэффициент линейного теплового расширения; λ 0 16 Вт/(м·K) – коэффициент теплопроводности; C 500Дж/К – теплоемкость. Характеристики материала сварного шва (модель 2), аустенитной стали: 7800 кг/м 3 – плотность;
E 2,06 1011 Па – модуль сдвига; ν 0,291 – коэффициент Пуассона; α t 1,7 105 K 1 – коэффициент линейного теплового расширения; λ 0 15 Вт/(м·K) – коэффициент теплопроводности; C 500Дж/К – теплоемкость. Для моделей 1 и 2 в программном комплексе ANSYS был проведен модальный анализ с учетом преднапряженного состояния области. Результатом данного расчета стало вычисление значений первых пятнадцати собственных частот, визуализация соответствующих им форм, с учетом распределения термоупругих напряжений σ xx по площади сечения, что позволило судить о деформации рассмотренной области и участках локализации максимальных значений напряжений.
Рисунок 1 – Геометрия исследуемого однородного стального сечения, модель 1
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
12
Рисунок 2 – Геометрия исследуемого неоднородного стального сечения со сварным швом, модель 2 Проведенный расчет однородного термоупругого стального сечения (рисунок 1) позволяет сделать следующие выводы: 1. Отход от канонической прямоугольной формы [6] и усложнение конфигурации сечения приводит к общему численному увеличению интенсивности концентрации напряжений. 2. Также, в отличие от прямоугольного сечения [6], наблюдается концентрация напряжений практически на всех частотах. 3. Отмечается локализация напряжений различной интенсивности в проблемных точках А и В (рисунки 3–7), а также в границах сечения (рисунок 5). Наблюдаемые эффекты отмечены стрелками на эпюрах.
σi, Па
Ωi, Гц Рисунок 3 – Зависимость значений напряжений σ i , i 115 в особой точке А от номера частоты Ωi и площади однородного сечения EAB k DF, k 1, 2, 3
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
13
Рисунок 4 – Эпюра распределения напряжений для 4-й частоты однородного сечения, эффект в точке А, модель 1
Рисунок 5 – Эпюра распределения напряжений для 9-й частоты однородного сечения, эффект на границе AB 2 , модель 1 Значительное возбуждение неоднородных волн вблизи вертикальных границ в упругих волноводах со свободными боковыми поверхностями приводит к ряду специфических волновых эффектов, проявляющихся в сильной локализации движения вблизи вертикальной границы, и особенно в зоне ее сингулярности. Примером такой локализации является краевой резонанс, который выражается в резком увеличении амплитуд смещений в окрестности торца волновода со значительным их убыванием при удалении от торца. Такой вертикальной границей в рассматриваемых моделях выступает участок ED , а участками, условно приравненными к ним, – AB k и CB k . 1. Таким образом, можно отметить наличие одной «основной» частоты – аналога частоты краевого резонанса, на которой очевиден всплеск значений напряжений. 2. Увеличение высоты сечения (протяженности участка AB k ) при сохранении его геометрии, например, при перемещении точки B1 в B 2 , приводит к смещению ЛКН из сингулярной точки А (рисунок 6) на границу AB 2 (рисунки 4, 5).
Рисунок 6 – Эпюра распределения напряжений для 5-й частоты однородного сечения, эффект в точке А, модель 1 ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
14 3. средних (рисунок ты точки
Практически полное отсутствие эффекта краевого резонанса в точке В на низких и частотах (рисунки 4–7) и некоторый всплеск на более высоких частотах 7). Причем данное явление наиболее очевидно при значительном изменении высоB k .
σi, Па
Ωi, Гц Рисунок 7 – Зависимость значений напряжений σ i , i 115 в особой точке В от номера частоты Ωi и площади однородного сечения EAB k DF, k 1, 2, 3 Следует заметить, что аналогичное исследование неоднородного сечения, содержащего сварной шов (рисунок 2), позволяет выявить некоторые существенные отличия, а именно: 1. Наблюдается концентрация напряжений по значительной области сварного шва и захват его окрестности, а не лишь в точке А, что подтверждается сравнением эпюр для 8-й частоты усложненной модели 2 и области прямоугольной формы, имеющей те же термомеханические характеристики (рисунки 8, 9).
Рисунок 8 – Эпюра распределения напряжений для 8-й частоты, модель 2
Рисунок 9 – Эпюра распределения напряжений для 8-й частоты области прямоугольной формы ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
15 2. Наличие на некоторых частотах краевого резонанса на внешней границе CB k , например CB1 (рисунок 10).
Рисунок 10 – Эпюра распределения напряжений для 8-й частоты однородного сечения, эффект на границе CB1 , модель 2 3. Более яркая ЛКН на границе сварного шва на низких резонансных частотах (рисунки 8–11).
Рисунок 11 – Эпюра распределения напряжений для 5-й частоты, модель 2 4. Аналогично однородному случаю, присутствует всплеск значений напряжений на «основной», восьмой частоте для сечения EAB k DF, k 1, 2, 3 (рисунок 12). Причем с незначительным увеличением высоты сечения отмечается увеличение максимального значения главного напряжения (точка 82 на графике) и геометрическое распространение его на внешнюю границу.
σi, Па
Ωi, Гц Рисунок 12 – Зависимость значений напряжений σ i , i 1 15 в особой точке А от номера частоты Ωi и площади неоднородного сечения EAB k DF, k 1, 2, 3 ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
16 5.
При значительном изменении высоты точки B k отмечаются стабильно высокие
значения ЛКН в точке А, также происходит увеличение количества собственных частот, на которых отмечается ЛКН (рисунок 12). Выводы Учитывая, что ЛКН в точке А имеет локальный характер, и определяется преимущественно упругими параметрами сварных областей, то выводы, сформулированные в работе, могут быть обобщены на случаи неоднородных сечений иной конфигурации с сингулярностью в точке А. Из чего следует, что предложенные методы могут найти свое применение при проведении прочностных расчетов динамического НДС элементов конструкций и деталей машиностроения со сложными физико-механическими свойствами. Дальнейшим перспективным направлением исследования может быть вопрос о геометрической систематизации конфигураций границ областей, а также рассмотрение сечений с большим количеством слоев неоднородности. Список литературы 1. Каландия, А. И. Замечания об особенности упругих решений вблизи углов / А. И. Каландия // Прикладная математика и механика. ‒ 1969. ‒ Т. 33, №. 1. ‒ С. 132–135. 2. Гринченко, В. Т. Гармонические колебания и волны в упругих телах / В. Т. Гринченко, В. В. Мелешко. ‒ К. : Наукова думка, 1981. ‒ 284 с. 3. Вовк, Л. П. Анализ локальных особенностей волнового поля в сингулярных точках составной области / Л. П. Вовк // Вісник Сумського держ. ун-ту. Сер. Фізика, математика, механіка. ‒ 2003. ‒ № 10 (56). ‒ С. 144–156. 4. Вовк, Л. П. Особенности локальной концентрации волнового поля на границе раздела упругих сред / Л. П. Вовк. ‒ Донецк : Норд-Пресс, 2004. ‒ С. 48. 5. Вовк, Л. П. Обзор основных методов решения краевых задач термоупругости / Л. П. Вовк, Е. С. Кисель. // Перспективы развития научных исследований в 21 веке : сб. материалов 9-й Междунар. науч.-практ. конф. (Махачкала, 31 окт. 2015 г.). ‒ Махачкала : ООО «Апробация», 2015. ‒ С. 8–9. 6. Вовк, Л. П. Асимптотический метод исследования краевых задач теории термоупругости в областях с негладкой границей : материалы Х Междунар. науч.-практ. конф. «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике», 26 февраля 2010 г. / Л. П. Вовк, Е. С. Кисель. ‒ Новочеркасск : ЮРГТУ (НПИ), 2010. ‒ С.4–6. 7. Леонтьев, Н. В. Применение системы ANSYS к решению задач модального и гармонического анализа / Н. В. Леонтьев. ‒ Н. Новгород, 2006. 8. Иванов, В. Н. Словарь-справочник по литейному производству / В. Н. Иванов. ‒ М. : Машиностроение, 1990. ‒ 384 с. 9. Солнцев, Ю. П. Материаловедение : учеб. для вузов / Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин, Ф. Войткун. ‒ М. : МИСИС, 1999. ‒ 600 с.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
17 Л. П. Вовк, Е. С. Кисель Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка Особенности динамического прочностного расчета деталей сложной конфигурации Проведено численное исследование зависимости краевых и граничных динамических эффектов от геометрических и упругих параметров, определяющих неоднородность детали; определение особенностей распределения термоупругих напряжений в зонах динамических эффектов на примере неоднородного термоупругого сечения детали сложной формы. Задачей программного анализа стало исследование общего НДС в особых зонах геометрической концентрации напряжений (особых точках и границах сечения) термоупругой однородной и неоднородной областей, его зависимость от геометрических параметров детали и общее исследование конструкции на прочность. В качестве модели детали конструкции рассматривалась стальная однородная деталь с однородным сечением и с сечением той же геометрии, но со сварным швом. В программном комплексе ANSYS был проведен модальный анализ с учетом преднапряженного состояния области. Результатом данного расчета стало вычисление значений первых собственных частот, визуализация соответствующих им форм, с учетом распределения термоупругих напряжений по площади сечения, что позволило судить о деформации рассмотренной области и участках локализации максимальных значений напряжений. НЕОДНОРОДНОСТЬ ДЕТАЛИ, ТЕРМОУПРУГАЯ ОБЛАСТЬ, ЛОКАЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ, РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ, ОСОБЫЕ ТОЧКИ СЕЧЕНИЯ ДЕТАЛИ, СОБСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ
L. P. Vovk, Ye. S. Kisel Automobile and Highway Institute of Donetsk National Technical University, Gorlovka Dynamic Strengthening Analysis Peculiarities of the Parts of Irregular Shape A numerical study of the edge and boundary dynamic effects dependence on the geometric and elastic parameters determining the part heterogeneity is carried out; peculiarities of thermoelastic stress distribution in zones of the dynamic effect on the example of the inhomogeneous thermoelastic complex part section are defined. The aim of the programmed analysis was the study of the general deflected mode in special stress concentration zones (specific points and section boundaries) of thermoelastic homogeneous and heterogeneous fields, its dependence on the part geometric parameters and general test of the construction on strength. As the construction part model steel homogeneous part with a uniform section and with a section of the same geometry, but with the weld joint is considered. In the software package ANSYS the modal analysis was carried out taking into account the field prestressed state. The result of this calculation was the value calculation of the first proper frequencies, visualization of their corresponding forms taking into account thermoelastic stress distribution on the sectional area. It allowed to examine the deformation of the considered field and localization areas of stress maximum values. THERMOELASTIC FIELD, LOCAL STRESS CONSENTRATION, DEFLECTED MODE, STRENGTH CALCULATION, SPECIFIC POINTS, PART SECTION, PROPER FREQUENCES Сведения об авторах: Л. П. Вовк SPIN-код: 9860-6682 Телефон: +38 (095) 382-58-93 Эл. почта: lv777@list.ru Е. С. Кисель SPIN-код: 7676-8943 Телефон: +38 (093) 136-72-36 Эл. почта: e.s.kisel@gmail.com Статья поступила 25.02.2016 © Л. П. Вовк, Е. С. Кисель, 2017 Рецензент: Е. П. Мельникова, д-р техн. наук, проф., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ»
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
18
СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДОРОГ УДК 517.2 Л. П. Вовк, д-р техн. наук, А. В. Лисянец Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка ПРОБЛЕМЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ЗАДАЧАМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД И ГРУНТОВ В первой части работы дан обзор исследований, стоящих у истоков современной теории пористых континуумов. Вторая часть посвящена научным публикациям, посвященным изучению волновых процессов в пороупругих средах. В третьей части проведен анализ современных достижений в задачах численно-аналитического изучения динамических эффектов в рассматриваемых двухфазных и почвенных средах. Ключевые слова: пороупругие двухфазные среды, волновые процессы, асимптотические методы, геомеханика, биомеханика
Введение Практически для всех гетерогенных насыщенных жидкостью континуумов механика упругих сред является грубым приближением при решении задач динамического деформирования и определения волновых характеристик. Качественное математическое исследование и моделирование пористых водонасыщенных сред началось примерно 100 лет тому назад и было связано с изучением процессов консолидации грунтовых сред. Однако усложненные физико-механические свойства континуума приходится принимать во внимание при анализе большого количества прикладных задач из различных областей человеческой деятельности: в строительстве автомобильных дорог, добыче полезных ископаемых, биомеханике, химической промышленности, геомеханике, звукопоглощении, акустике пористых зернистых сред и т. д. Отсюда интерес к разработке строгой математической теории таких процессов, которая позволит повысить эффективность проектирования, достоверно прогнозировать длительность работы объектов, их реакцию на технологические нагрузки, правильно планировать проведение экспериментальных исследований и обрабатывать их результаты. При этом существенно усложняется формулировка математических краевых задач, описывающих деформационное поведение пористо-упругих водонасыщенных сред, поскольку возникает необходимость учета многофазности среды, эффектов взаимодействия фаз, тепломассопереноса и других сопутствующих процессов. В связи с этим аналитический, в том числе и асимптотический, анализ краевых задач крайне затруднен даже в плоской постановке и при существенных упрощениях, традиционные из которых: линейность задачи, отсутствие фазовых переходов и температурных эффектов. Это связано с тем, что в элементарном объеме среды перемещения частиц жидкости в отличие от жесткого скелета могут быть сколь угодно большими. При рассмотрении динамических задач учет этого факта особенно важен, поскольку кинематическое поведение жидкости существенно зависит от характера внешней динамической нагрузки. Цель работы – дать классификацию всех известных численно-аналитических методов решения задач механики грунтов и динамической пороупругости и определить перспективные направления дальнейших исследований в динамических задачах деформирования многофазных почвенных сред, которые позволят оптимизировать характеристики технологических процессов при строительстве автомобильных дорог. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
19 1. Краткий исторический обзор основополагающих работ Возникновение механики водонасыщенных пористых сред относится к середине XIX века и связано с открытием линейного закона фильтрации однородной жидкости в пористом континууме – закона А. Дарси [100]. Основоположниками теории пороупругости по праву считаются P. Fillunger и К. Терцаги, предложившие два различных подхода к математическому описанию процессов деформирования в общем случае гетерогенных сред. Подход P. Fillunger (1913) [111], основанный на аксиомах теории континуума смесей о несмешивающихся взаимопроникающих континуумах с внутренним взаимодействием, положил начало развитию так называемой теории смесей, которая достаточно интенсивно развивается, начиная с середины прошлого века [91]. Теория смесей обеспечивает гибкий подход для описания кинематики и динамики грунтовой среды [134]. Почвенную среду можно рассматривать как сложный пористый континуум, находящийся под поверхностью земли. Как правило, это смесь большого числа органических и неорганических компонентов, которую с большой степенью точности можно моделировать смесью твердой, жидкой и газообразной фазы. Каждая из этих фаз, в свою очередь, представляет собой смесь. Например, твердая фаза представляет собой смесь многочисленных материалов, большинство из которых являются противоположно заряженными. Это является следствием процессов жизнедеятельности микроорганизмов. Так же и газообразная фаза по тем же причинам существенно отличается от состояния атмосферы. Водную среду вообще следует рассматривать в виде разбавленного жидкого раствора, уравновешивающего заряды твердых компонентов континуума. Она, в свою очередь, содержит взвешенные доли твердой и газообразной фаз. По этой причине именно в рамках теории смесей удобно описывать макроскопическое поведение почвенной среды. В большинстве задач достаточно описать поведение фазы или ее составляющей в определенной области, оставляя за рамками анализа деформационные процессы в макрообъеме [134]. Подход К. Терцаги (1923) «более интуитивен» [140] и считается основополагающим в механике грунтовых сред [147]. Именно К. Терцаги практически создал механику грунтов, описав уплотнение грунтовой среды во времени. Применяя закон Дарси и принимая скелет грунта линейно деформируемым, К. Терцаги на основе классической плоской теории упругости впервые математически смоделировал процессы фильтрации жидкости через упругую среду. Это позволило изучить различные физические и механические эффекты, происходящие при деформировании пористых водонасыщенных сред: скачки давления в поровой жидкости, изменение капиллярности, возникновение трения в процессе фильтрационной консолидации. Кроме того, впервые были введены понятия эффективного (давление в скелете грунта) и нейтрального (давление жидкости в поровой среде) давлений. Попытка распространить теорию Терцаги на трехмерный случай была предпринята Л. Рендулич [136]. Подробный обзор научных публикаций, посвященных подходам P. Fillunger и К. Терцаги, приведен, например, в работах [102, 103]. Несмотря на фундаментальный характер работ P. Fillunger и К. Терцаги, все же создание и развитие механики пористых водонасыщенных сред связано с именем М. Био, который обобщил теорию Терцаги на пространственный случай и сформулировал определяющие уравнения механики пористых сред, насыщенных вязкой жидкостью, которые, что особенно важно, содержат параметры, учитывающие взаимодействие фаз. Общепризнано [144], что теория М. Био в ХХ веке – одно из крупнейших достижений механики сплошных сред, обобщающих классическую теорию упругости на пористоупругие водонасыщенные среды. Библиографические обзоры работ М. Био и научных публикаций, посвященных рассматриваемой проблематике, можно найти в [24, 31, 144, 101]. Первые работы М. Био, посвященные трехмерной консолидации статически однородного изотропного грунта, были опубликованы в 1935 и 1941 гг. [84, 85]. На основе того, что процесс консолидации во многих случаях идентичен процессу выжимания воды из упругого ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
20 пористого скелета, были получены соотношения между напряжениями и деформациями в двухфазной среде, определен набор физических констант для определения свойств и сформулированы общие уравнения относительно перемещений жидкой и твердой фаз среды. Уже в [84] указана большая роль операционного исчисления в решении проблем трехмерной консолидации. Разработанная теория несколько раз перерабатывалась самим М. Био [83, 86–88] и в конечном итоге была обобщена на случаи анизотропного [5] и вязкоупругого [4] скелета. Следует отметить, что в обобщенной формулировке закона Гука для анизотропной пористой среды присутствует 28 независимых констант, тогда как в упругой анизотропной среде таких констант 21. В дальнейшем в [94, 145], в результате микромеханического анализа пороупругой среды, был введен тензор коэффициентов Био. В [4] был развит принцип соответствия, согласно которому уравнения для упругих систем могут быть сведены к уравнениям вязкоупругости и пороупругости, если заменить упругие коэффициенты на соответствующие операторы. Далее рассматриваемая теория была развита в многочисленных работах, среди которых можно отметить [148] (специальная теория механики грунтов), [137] (связь пороупругих параметров Био с традиционными параметрами механики горных пород и упрощенная интерпретация асимптотических состояний пороупругих сред), работы, использующие формализм теории смесей [97, 124, 79, 91, 121]. Макроскопические уравнения пороупругости, полученные с помощью математически строгой методики осреднения, представлены в [92] (размер поры считается малым по сравнению с макроскопическим масштабом, вследствие чего возможно использование двумерного метода гомогенизации для вывода макроскопических уравнений), [82] (в предположении малых возмущений характеристик среды получены линеаризованные уравнения движения пористой среды, содержащей как жидкость, так и газ), [132] (использован метод прямого объемного усреднения уравнений движения и уравнений состояния каждой фазы при условии пренебрежения инерционными эффектами). В цикле работ [150–152] традиционная процедура усреднения приводит к уравнению движения и уравнению непрерывности, выражаемому через усредненное по объему давление и скорость. Проведенный асимптотический анализ уравнений позволил выделить члены малого порядка и указать условия, при которых ими можно пренебречь. В монографии [56] теория усреднения уравнений в частных производных применяется для анализа деформационных процессов в «резко неоднородных средах», в частности, в перфорированных пористых континуумах. В приложениях предлагаемой методики основное внимание уделено задачам дифракции и рассеяния волн. В работе В. Н. Николаевского [55] упор сделан на рассмотрение эффектов изменения пустотности при сдвиге и насыщении пор и трещин жидкостью. Приведена теория фильтрации в деформируемом коллекторе, рассмотрены процессы диффузии и переноса. Выборочные представления волновых уравнений движения пористых флюидонасыщенных сред рассмотрены и систематизированы в [32]. В ранних исследованиях теория Био использовалась чаще всего в ультразвуковом диапазоне изменения частот. В низкочастотной области были отмечены несовпадения в теоретических и экспериментальных исследованиях характеристик затухания и рассеяния акустических волн. В [32] с этой точки зрения проанализированы два варианта определяющих уравнений, которые можно использовать для низких частот. Однако на практике оказалось, что все модификации конфигурации не имеют принципиального преимущества перед теорией Био [137, 121, 101, 77] и дают эффект только в определенных предельных ограничениях, накладываемых на механические параметры среды и характер внешней нагрузки. Резюмируя результаты представленных выше работ, можно сформулировать основные постулаты, на которых основана теория Био [31, 93]: 1) возможность применения к исследованиям методов механики сплошных сред; 2) уравнения движения линейны в предположении малых амплитуд смещений, деформаций и скоростей частиц среды; 3) описания полей Эйлера и Лагранжа совпадают; 4) длина волны колебаний λ должISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
21 на быть много больше среднего размера пор и много меньше линейного размера элементарного объема, по которому производится осреднение механических характеристик; 5) жидкая фаза предполагается непрерывной; 6) температурное поле не зависит от времени; 7) материал твердой фазы в исходной конфигурации считается изотропным. В рамках этих ограничений теория Био позволяет учитывать неоднородность эффективной пористости, диссипацию, анизотропию скелета. Отметим некоторые специфические параметры волнового процесса в пористых средах, фигурирующие в теории Био. Поскольку свойства пороупругих сред при разрушении зависят от величины эффективных напряжений, в [4] введен коэффициент эффективных напряжений и их определение для сжимаемого и несжимаемого скелета. Также большое значение имеет такая введенная характеристика, как извилистость (действительное расстояние, проходимое жидкостью по пространству пор), входящая в выражение для кинетической энергии континуума. Зависимость большинства характеристик от частоты требует отдельного анализа энергетических характеристик и уравнений движения среды в низкочастотной и высокочастотной области. Например, зависимость коэффициента проницаемости от частоты требует отдельного исследования [4, 78, 117, 98]. Сложные физико-механические процессы, происходящие в рассматриваемом континууме, и их зависимость от частоты потребовали введения характеристики вязкой силы межфазного взаимодействия и разделения частотного диапазона на три области: 1) течение жидкости внутри скелета описывается как течение Пуайзеля; 2) доминирование вязких сил взаимодействия над инерционными при нарушении течения Пуайзеля; 3) учет только инерционных сил. Отметим также появление в теории Био такой геометрической характеристики, как структурный коэффициент – параметр среды на макроуровне, зависящий от пористости, формы пор и их ориентации [108, 64]. Необходимость учета такого коэффициента привела к необходимости введения понятия двойной пористости [80]. 2. Акустические волновые процессы в пороупругих средах Первыми важными задачами пороупругости стали задачи определения характеристик волнового поля и анализ закономерностей распространения акустических волн в двухфазных средах. Первые работы в этой области [154, 71] появились в 1944 г. и были связаны с изучением деформационного и сейсмоэлектрического эффектов при возбуждении акустических волн в пористо-упругой водонасыщенной среде. Предложенные в этих работах модели качественно верно описывали волновые эффекты, но пренебрегали либо сжимаемостью [154], либо инерционными эффектами [71]. Уже в [71], а позднее в работах М. Био [89, 90], было отмечено существенное усложнение волнового поля в пористой среде по сравнению с чисто упругой, а именно существование вместе с продольной и поперечной волной третьего типа волны – продольной волны II рода (медленной продольной волны или волны Био). Эти фундаментальные результаты, полученные исходя из теории Био, при анализе упругих волновых полей в пористых средах остаются базовыми для линейной акустики пористых сред и в настоящее время. Впервые экспериментальное обнаружение в искусственной водонасыщенной пористой среде, содержащей стеклянные сферические включения, второй объемной волны сжатия произведено по методике [130]. Исследование проводилось в ультразвуковом режиме. Скорость волны Био в образце с пористостью 28,3 % составила 1040 м/с. Экспериментально были измерены пористость и отношение амплитуды медленной волны к амплитуде быстрой волны при нормальном падении и установлено снижение скорости волны Био с уменьшением пористости среды. Позднее изучалось распространение волн в песчаной пористой колонке методом ударной трубки [146]. Количественная информация об амплитудах порового давления, скоростях волн и демпфировании сравнивается с теоретическими прогнозами. Хорошее согласие получено для наполненных воздухом пор. Для водонасыщенных пор наблюдаISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
22 ется двухволновая структура, и соответствующее соотношение давления и амплитуды согласуется только с наблюдаемой скоростью первой волны. Распространение акустических волн в слабогазонасыщенной среде рассматривалось в [142]. Предполагалось, что объемы газа имеют сферическую форму и однородно распределены по объему. В дальнейшем медленная продольная волна изучалась в газонасыщенных средах, естественных водонасыщенных пористых средах и средах с воздушным заполнением [114, 95, 115, 76, 125, 120]. Качественному и количественному исследованию кинематических характеристик всего волнового поля в различных флюидонасыщенных пористых средах и их сравнению с теоретическими результатами теории Био посвящено большое количество научных работ [97, 109, 115, 116, 123, 129, 139, 46, 133, 141, 149]. Краткий обзор работ, посвященных экспериментальному исследованию свойств медленной волны Био, содержится в [24]. В реальных пористоупругих средах, насыщенных вязкой жидкостью, волновые процессы диссипативны. Следствием этого является то, что все три типа волн в рассматриваемом континууме обладают дисперсией, а их фазовые скорости зависят не только от механических характеристик скелета и жидкости, но и от частоты. Бездисперсионными волны будут только тогда, когда вязкостью поровой жидкости пренебрегают [76]. Критическое сравнение значений затухания, полученных экспериментально, с результатами, предсказываемыми теорией Био, для природных камней дано в [112]. Основное количество работ посвящено исследованию характеристик затухания всех трех типов волн в рассматриваемой среде. В ранней работе Л. Я. Косачевского [33] рассматривалась задача анализа волнового поля на границе раздела жидкости и пороупругого однородного изотропного полупространства, насыщенного вязкой жидкостью. При помощи метода Вейля – Бреховских [7] впервые были проанализированы возникающие поверхностные волны и доказано существование магнитозвуковых волн вблизи границы раздела. Николаевский В. Н. в [55] рассматривал статические и динамические деформационные процессы в водонасыщенных пористых средах. Особое внимание было уделено учету динамики изменения пористости и водонасыщенности пор и изучено влияние этих факторов в формировании волновой структуры в водонасыщенных грунтах. Позднее в [128] этот же автор провел литературный обзор научных публикаций российских ученых, посвященных вопросам динамического деформирования водонасыщенных почвенных сред и горных пород. Изучению распространения волн в двухкомпонентных средах посвящены работы «ташкентской школы» механиков. В [47, 69, 70] для вывода теории двухкомпонентных сред предложена специальная методика применения интегральных преобразований и теории специальных функций. На ее основе решена плоская задача распространения одномерных волн в неоднородных пористых средах. Вопросы корректной постановки задачи математического моделирования деформационного поведения водонасыщенной пористой среды с учетом эффективных свойств каждого компонента рассмотрены в [72]. Автор использует законы сохранения массы, импульса и модифицированный закон сохранения энергии в микроподходе к поведению каждого компонента среды. Далее используется методика осреднения по фазам в пределах элементарного объема, что позволяет получить замкнутую систему уравнений относительно макропараметров среды. Показано, что учет упругости твердой фазы и вязкости жидкости позволяет уточнить известные ранее уравнения фильтрации. Дисперсионное поведение кинематических характеристик упругих волн в водонасыщенных пористых средах рассматривалось в [39]. Здесь же были затронуты вопросы экспериментального подхода к изучению зависимости физических параметров теории Био от параметров внешнего нагружения для песчаных почвенных сред. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
23 При помощи численно-аналитического подхода в [45] изучены зависимости фазовых скоростей и коэффициентов затухания продольных волн Био от частоты. Рассмотрены два типа пористых континуумов: среда, насыщенная слабосжимаемой жидкостью и газонасыщенная среда. Аналитически определено предельное значение частоты, при котором обе продольные волны совпадают. Такой эффект достижим только при определенном соотношении механических параметров скелета и поровой жидкости. Указан интересный эффект смены типа относительного движения фаз в газонасыщенной среде на некоторой частоте и исследованы различия характеристик затухания волн в средах обоих типов. Отметим, что ранее подобные проблемы были рассмотрены в [76]. В [139] были проведены измерения скорости и затухания звуковой волны в среде водонасыщенных стеклянных сфер. В выводах работы однозначно подчеркнута обоснованность теории Био при изучении звуковых волн в пористых водонасыщенных средах. Следует отметить также изменение характера поверхностных волн на границе пороупругого полупространства, что связано с существованием двух типов продольных волн в двухфазной среде. Кроме того, течение вязкой жидкости внутри упругого скелета обусловливает затухание поверхностных волн. По-видимому исследование поверхностных волн вдоль свободной границы пороупругого полупространства впервые отражено в [118], где проанализированы скорости распространения поверхностных волн типа Рэлея в пороупругом, водонасыщенном насыщенном твердом теле. Введены достаточно жесткие ограничения: инерционная связь между жидкостью и твердым телом отсутствует, а коэффициент Дарси считается не зависящим от частоты. Примерно в это же время появились работы [105−107] также посвященные изучению распространения поверхностных волн в пороупругих континуумах. В этой серии работ впервые были предложены граничные условия на границе раздела между жидкостью и водонасыщенным пористым материалом. Очевидно, что эти условия определяют деформационную динамику точек границы раздела. Самым главным отличием от упругого случая является наличие второй продольной волны, которая добавляет дополнительную степень свободы и, следовательно, требует введения дополнительного граничного условия, необходимого для полного описания волнового процесса. Авторы [107] связали это дополнительное граничное условие с непрерывностью давления жидкости на границе и ввели понятие проницаемости поверхности, который определяет неоднородность давления на границе. Постановка граничных условий для корректной формулировки краевых задач – важнейшая составляющая дальнейшего решения. Не касаясь подробно этого вопроса, отметим также [113, 153, 141], где изучено поведение волнового поля на границе раздела пористо-упругих полупространств, в том числе и при предположении, что одно из них обладает двойной пористостью или является жидкой средой. Существование поверхностной волны Рэлея для проницаемой и непроницаемой границы пороупругого полупространства доказано в [143]. Доказано, что фазовые скорости этой волны в [118] найдены неверно. Отдельно проанализирована зависимость фазовой скорости волны от значения коэффициента Пуассона изотропного упругого скелета. Недостатком данной работы является предположение отсутствия затухания. Существенные качественные результаты при анализе поверхностных волн в окрестности границы раздела пороупругого полупространства и жидкости получены в [110]. Теория Био здесь используется для численного определения фазовых скоростей различных поверхностных волн в окрестности границы раздела сред. В зависимости от соотношений механических параметров сред доказано существование от одного до трех типов поверхностных волн: «действительной» волны Био – Плона (ее скорость меньше скорости объемных волн), волны псевдо-Стоунли и волны псевдо-Рэлея. Рассмотрение проведено для высокочастотного диапазона частот. Отмечено, что картина волнового поля и количество распространяющихся мод зависит от того открыты или закрыты поры упругого скелета полупространства. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
24 Контакт пороупругого, насыщенного воздухом полупространства и воздуха изучался в [80]. Если рассматривать полупространство как сухой грунт, то соответствующее дисперсионное уравнение определяет три поверхностных моды колебаний. Проанализированы зависимости кинематических характеристик этих мод от пористости и механических параметров полупространства. Задача решалась в плоской постановке. Проанализированы некоторые волновые характеристики слоистого пороупругого полупространства. Дисперсионным свойствам поверхностных волн в пороупругих средах посвящена монография [96]. Математическая формулировка задач основана на двумерной теории Био и включает в себя рассмотрение частотно-зависимой связи между твердой и жидкой фазами. Исследована зависимость проницаемости среды от волновых харектеристик. Рассмотрены вопросы взаимного влияния поверхностных мод колебаний. Приведено экспериментальное подтверждение полученных теоретических результатов. 3. Анализ современных достижений Обзор современных работ, посвященных изучению динамического деформирования пористо-упругих водонасыщенных сред начнем с цикла работ представителя киевской школы механики Н. С. Городецкой. В работах этого автора (1998–2010 гг.) исследовались различные важнейшие особенности волнового поля в пористо-упругих континуумах. В первых работах этого цикла [19, 20] рассматривались два варианта граничных условий на свободной поверхности среды с открытыми порами [19] и с закрытыми порами [20]. В этих работах получены и исследованы дисперсионные уравнения, позволяющие изучить процесс зависимости затухания от частоты. В [21] изучались некоторые особенности затухания волнового поля в пороупругом слое, поверхность которого свободна от нагрузок. Как известно [84, 64], общее затухание волн в пороупругой среде представляет собой суперпозицию потерь энергии от диссипации в упругом скелете и поровой жидкости и от относительного движения этих двух фаз, обусловленного силой их взаимодействия. Именно вторая причина появления диссипации является предметом рассмотрения в [21]. Доказано, что учет затухания существенно трансформирует дисперсионный спектр, структура которого позволяет разделить дисперсионные кривые на «упругоподобные» и «жидкоподобные» − соответствующие упругому и жидкому слою. Проведен подробный качественный анализ обеих типов дисперсионных кривых, позволяющий изучить закономерности изменения затухания от вязкости поровой жидкости и частоты и сравнить полученные результаты с диссипативными процессами в чисто упругих или жидкостных волноводах. Особенности отраженного волнового поля от свободной границы пороупругого водонасыщенного полупространства изучались в [22]. Проведен энергетический анализ отражения всех трех типов волн от проницаемой и непроницаемой границ. Отмечено, что в общем случае энергия падающей волны не равна энергии, которая переносится внутрь полупространства отраженными волнами, вследствие чего нарушается принцип суперпозиции по энергии. Еще более подробный анализ изменения характеристик поверхностных волн проведен в [23, 25] для проницаемой и непроницаемой свободных границ полупространства. Проанализированы области сосредоточения энергии, переносимой разными типами возникающих поверхностных волн. Например, для проницаемой границы выделена одна поверхностная волна, слабо зависящая от частоты. Переносимая ею энергия в основном сосредоточена в упругой фазе среды. Для непроницаемой границы существуют две поверхностные волны – слабо- и сильнозатухающие. Первая из них переносит энергию в упругий скелет, вторая – в жидкую фазу. Обобщение полученных результатов для случая контакта пороупругого и жидкого полупространств проведено в [27]. Установлено, что при некоторых зависимостях механичеISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
25 ских параметров обеих сред в рассматриваемом континууме возможно существование уже трех типов волн, локализованных вдоль границы раздела пороупругого и жидкостного полупространства. Изучены их энергетические характеристики. Обзорная статья [24], уже упоминавшаяся ранее, содержит анализ литературных источников с момента возникновения первых теорий консолидации пористых сред, прежде всего теории Био, их развития и некоторых их приложений к исследованию волновых процессов в двухкомпонентных средах. Упор при этом делается на полученные результаты, а не на методы их получения. В историческом аспекте рассмотрены определяющие уравнения теории Био, их модификации, а также механические характеристики, определяющие процесс динамического деформирования двухфазной среды. Кратко дан обзор моделей, учитывающих затухание, теории пористых сред, экспериментальные методики определения волновых характеристик, граничные условия для различных типов пористых континуумов. Отдельно рассмотрены работы, посвященные исследованию поверхностных волн на свободной границе пороупругого полупространства. Наконец, в [28] проанализированы ветви дисперсионных уравнений для свободной границы пороупругого полупространства, насыщенного вязкой сжимаемой жидкостью. Отдельно рассмотрены случаи проницаемой и непроницаемой границ и доказана сильная частотная зависимость скорости медленной продольной волны. Большую практическую значимость имеют работы Л. А. Собисевича [57−63], посвященные математическому моделированию гармонических волновых процессов в неоднородных пористых геологических средах. Пожалуй, впервые в этих работах установлена связь между природой волновых движений в пористой среде и резонансных факторов, обусловленных локальной и глобальной неоднородностью структуры континуума. Это в свою очередь требует индивидуального нетрадиционного подхода к каждой конкретной задаче и, соответственно, применения различных математических, асимптотических методов и экспериментальных технологий исследования. В частности отмечено, что вблизи от источника волн возможен расчет с применением прямых численных методов, а в отдалении – необходимо применение асимптотических методов исследования. Интересна применяемая в анализе математическая модель пористой среды как упругого тела, внутренняя структура которого содержит полости сферической или эллипсоидальной формы [37, 59]. Математически корректно сформулированы краевые динамические контактные задачи для многослойных почвенных и геологических сред и разработана методика сведения их в общем случае к системам интегральных уравнений. Это позволило рассчитать поле контактных напряжений во всем диапазоне частот. Традиционно изучение резонансных эффектов в слоистых пористых средах проводится при помощи построения их амплитудно-частотных характеристик. Если в слоистой среде имеются неоднородности, размер которых мал по сравнению с длиной волны, возможно проявление локальных резонансных явлений, порождающих отклик и после снятия вибронагрузки. Важным приложением полученных результатов является разработка на основе проведенных исследований резонансного метода контроля спектра собственных частот очага магматических структур вулканов, что дает возможность прогнозировать изменение происходящих в них динамических явлений. В работах Л. Б. Маслова [40–44] разработана методика применения уравнений пороупругости Био для изучения деформационных процессов в опорно-двигательном и мышечном аппарате человека. Поведение костной ткани моделируется уравнениями анизотропной пороупругости, на основе которых исследовано динамическое напряженно-деформированное состояние элементов костной ткани под воздействием гармонически изменяющегося во времени нагружения. Особенно интересен вопрос изменения давления в порах губчатого вещества на резонансных частотах. Для случая принятия гипотезы трансверсальной изотропии среды разработана математическая методика расчета механических характеристик биологических тканей. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
26 Цикл работ Л. А. Кукарских [34–36] посвящен применению обобщенной математической теории разрывов к исследованию волнового поля в водонасыщенных упруго-вязкопластических средах. Получены аналитические выражения для фазовых скоростей всех трех типов волн. Если учитывать вязкость жидкости, то амплитуда затухания волн зависит от геометрических параметров волновой поверхности, пористости среды, частоты и температуры. Переходим к обзору работ Ростовской школы механиков, посвященных различным аспектам проблемы динамического деформирования пороупругих сред и грунтов. В работах А. О. Ватульяна основным методом изучения прямых и обратных задач для пороупругих и жидко-слоистых сред служит метод граничных интегральных уравнений. В [8] в плоской постановке изучались вынужденные колебания слоистой полубесконечной области, состоящей из идеальной жидкости, которая ограничена на верхней границе чисто упругим слоем. Контактная нижняя поверхность слоя предполагается в общем случае неровной. На границе контакта упругого слоя и жидкости задаются условия непротекания, а верхняя граница слоя находится под воздействием гармонически изменяющейся по времени нормальной нагрузки. Неровность задается в виде гладкой финитной функции, содержащей в виде множителя малый параметр. Это дает возможность применить при решении прямой задачи методы теории возмущений, что возможно только для малой амплитуды неровности. Для решения прямой задачи применяется также метод граничных уравнений, приводящий к определяющей системе интегральных уравнений, для решения которой предлагается численная методика метода граничных элементов. Результаты расчетов сравниваются с численными решениями, полученными при помощи теоремы взаимности. В рамках этого подхода перемещения в верхнем слое выражаются через вектор перемещений и потенциал скоростей на возмущенном участке границы контакта (приближение Борна), что позволяет не решать систему интегральных уравнений. Обратная задача для определения конфигурации границы контакта сведена к интегральному уравнению Фредгольма первого рода относительно функции, характеризующей неровность. Результаты численных расчетов представлены для различных частот и справедливы только для малой амплитуды неровности. Следует отметить также, что обратные задачи восстановления значений механических параметров пороупругих и функционально-градиентных сред решены в [13 и 16]. Работа [9] посвящена изучению возможностей математического моделирования систем, встречающихся в биомеханике. Методом конечных элементов проведен анализ амплитудно-частотных характеристик системы, состоящей из кости человека и аппарата Елизарова. Показаны возможности создания экспертной системы резонансных методов диагностики динамики регенерации костной ткани. В [10], в двумерной постановке методом граничных интегральных уравнений, рассмотрена краевая задача о гармонических колебаниях пороупругой, в общем случае слоистой среды со сложной внутренней структурой, включающей включения и полости произвольной формы. Представлен вывод обобщенной теоремы взаимности. Фундаментальные решения для двухкомпонентной среды Био получены также в плоском случае, а неизвестными функциями являются векторы смещения каждой фазы. Вариационный подход к изучению задач пороупругости реализован в [11], где при определенных ограничениях на механические свойства пороупругой среды сформулирован обобщенный вариационный принцип Лагранжа. В качестве приложения полученных краевых задач рассчитаны амплитудно-частотные характеристики продольных колебаний изотропной пороупругой колонны. Установившиеся колебания изотропного неоднородного по толщине пороупругого слоя с пустыми порами рассмотрены в [12]. Верхняя граница слоя подвержена гармонически изменяющейся нагрузке, а нижняя – сцеплена с абсолютно жестким основанием. Исходная краевая задача сформулирована в терминах перемещений и функции относительного изменения объема. Рассматриваемые волновые процессы описываются системой уравнений в ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
27 частных производных с переменными коэффициентами. Для вывода определяющей системы интегральных уравнений Фредгольма второго рода применяется по одной из координат интегральное преобразование Фурье. Разработана численная методика решения полученной системы относительно трансформант преобразования Фурье на основе методов коллокаций и численного интегрирования. При частных случаях неоднородности построены графики исходных неизвестных перемещений и относительного изменения объема. Работа [14] посвящена анализу установившихся колебаний пористо-упругой колонны при помощи модифицированного метода Бубнова-Галеркина и метода пристрелки. Методом линеаризации получены интегральные уравнения для решения обратной задачи по определению коэффициента проницаемости континуума. Вынужденные колебания трансверсально изотропного неоднородного по толщине пороупругого слоя в рамках гипотез плоской деформации рассмотрены в [15]. К верхней границе слоя приложена равномерно распределенная вибронагрузка. При решении задачи на этот раз применена методика численного обращения преобразования Фурье. Рассмотрены частные случаи изменения закона неоднородности по толщине слоя. Для восстановления значений пороупругих характеристик неоднородного пороупругого полого цилиндра, после решения прямой задачи, в [17] принимаются измеренные перемещение и поровое давление на боковой поверхности цилиндра. После задания начального приближения восстанавливаемые характеристики определялись из интегральных уравнений Фредгольма первого рода при помощи метода А. Н. Тихонова. Приведены расчеты восстановленных параметров в частных случаях неоднородности. В сферу научных интересов А. А. Ляпина входит разработка и обобщение моделей гетерогенных континуумов, в частности математическое моделирование и последующее численно-аналитическое исследование деформационного поля пороупругих, многослойных и грунтовых сред. При моделировании грунтовой среды слоистой неоднородной упругой полуплоскостью в [29], при помощи метода суперпозиции, рассмотрена задача определения характеристик волнового поля от заглубленного внутреннего источника колебаний. Определяющие интегральные представления для каждого слоя найдены при помощи интегрального преобразования Фурье с последующим удовлетворением трансформант Фурье условиям сопряжения разнородных слоев среды. Представленные численные результаты свидетельствуют о развитии интенсивных волновых движений внутри слоя, содержащего источник колебаний, на порядок превышающих по амплитуде колебания, генерируемые поверхностным источником. В [6] в рамках теории Био изучаются гармонические колебания пороупругой трансверсально-изотропной водонасыщенной плоскости под воздействием сосредоточенного усилия. Применение интегрального преобразования Фурье по обеим координатам дает возможность получить аналитическое представление решения задачи в квадратурах. Представленные численные результаты позволяют оценить существенный вклад жидкой фракции в общую деформационную картину. Полученные результаты носят достаточно общий характер и позволяют исследовать неоднородные объекты сложной внутренней структуры, например, при помощи метода граничных интегральных уравнений. Похожий подход реализован и в [18], где исследуется двумерная краевая задача установившихся колебаний пороупругой многослойной полуплоскости. Решения для каждого слоя находятся, как и ранее, в трансформантах преобразования Фурье, а общее решение для всего пакета представлено в виде их суперпозиции. В диссертации А. А. Ляпина мл. (2013 г.) «Динамические задачи для пороупругих сред» [38] проанализирована природа динамического поведения водонасыщенных пороупругих объектов и исследовано влияние параметра связанности на волновые характеристики. На основе решения обратных задач предложена методика восстановления значений термоупругих характеристик среды. Разработана методика построения специального итерационного ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
28 процесса, каждый шаг которого включает в себя решение прямой задачи и определение поправок из интегральных уравнений Фредгольма первого рода. В цикле работ Е. А. Усошиной и Т. В. Суворовой [2, 3, 65–68] впервые предложены существенно новые математические модели пористых сред, состоящих из ранее не исследованных комбинаций многофазных континуумов. В частности, исследованы случаи слоистых гетерогенных оснований, пакет которых содержит жидкостные и вязкоупругие слои. Способ внешнего нагружения не ограничивается только гармоническими нагрузками, но допускает и произвольные возмущения. Отдельно рассмотрены случаи динамического деформационного поля, возникающего при движении железнодорожного транспорта по неоднородному слоистому основанию. На основе обобщения интегрального подхода к решению смешанных задач для многослойных оснований, развитого в работах научной школы В. А. Бабешко [1, 30], получены аналитические выражения динамических характеристик напряженно-деформированного состояния для многофазных оснований сложной структуры, что позволяет изучать локальные динамические эффекты на границах сопряжения слоев. Различные аспекты конечно-элементного моделирования пористых сред рассмотрены в работах А. В. Наседкина, А. А. Наседкиной [48, 49, 126, 138, 50–54, 127]. На основе технологий метода конечных элементов рассмотрены различные подходы к определению эффективных модулей многофазных пористых сред, исследуются возможности усовершенствования моделей конечных элементов для конкретных задач пористой электроупругости. Особое внимание уделено созданию аналитико-численных моделей сложных процессов фильтрации жидкости в многофазных пористых средах, в частности, в многослойных угольных пластах. На основе разработанных связанных пороупругих пространственных моделей рассмотрены процессы повышения трещиноватости и разрушения угольных пластов под воздействием внешней гидродинамической нагрузки с целью изучения динамики их дегазации. Основой создания расчетных схем численного моделирования в программном комплексе ANSYS являются принципиально новые разработанные программы на языке АРDL. Следует отметить, что применение прямых численных методов к задачам динамической пороупругости является широко распространенным подходом и проблемы, возникающие в таких подходах, требуют отдельного исследования. Заключение Как показывает анализ литературных источников и направлений исследований, основным направлением усовершенствования теории Био будет, очевидно, все более полный учет реальных свойств двухфазных, а в перспективе и трехфазных континуумов. Это не означает ограничение рассмотрения только учетом анизотропии и вязкости твердой фазы. Прежде всего интересны и практически значимы вопросы динамики грунтов и дорожных одежд, связанные с изменением состояния скелета и с историей внешнего воздействия на среду [122], вопросы изменения кинематических характеристик жидкой фазы грунтовой среды, что в свою очередь потребует учета реальной геометрии пор (структурный коэффициент!) и структуры различных марок асфальтобетонных смесей. Большое количество факторов влияет и на такую акустическую характеристику среды, как затухание волн. В теории Био предполагается, что общее затухание – это совместное действие эффекта диссипации в твердом скелете и жидкости и эффекта относительного движения фаз [89]. Но кроме этих «традиционных» механизмов затухания существует также рассеивание на микродефектах среды [119], затухание, связанное с термомеханическими факторами [98, 104]. В высокочастотной области, когда соизмеримы длина волны и средний размер пор, необходимо принять во внимание макроскопические неоднородности и микротечения [24]. Все это существенно влияет на усталостные и прочностные характеристики дорожных одежд и грунтов. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
29 Список литературы 1. Бабешко, В. А. Динамика неоднородных линейно-упругих сред / В. А. Бабешко, Е. В. Глушков, Ж. Ф. Зинченко. − М. : Наука, 1989. − 344 с. 2. Беляк, О. А. Математическое моделирование задачи о динамическом воздействии массивного объекта на неоднородное гетерогенное основание / О. А. Беляк, Т. В. Суворова, Е. А. Усошина // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. – 2014. – № 1. − С. 34–39. 3. Беляк, О. А. Волновое поле, генерируемое в слоистом пористоупругом полупространстве движущейся осциллирующей нагрузкой / О. А. Беляк, Т. В. Суворова, С. А. Усошин // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. − 2008. − № 1. − С. 53–61. 4. Био, М. А. Механика деформирования и распространения акустических волн в пористой среде / М. А. Био // Механика : периодический сб. переводов иностр. статей. – 1963. – Т. 6, № 82. – С. 103–134. 5. Био, М. А. Теория упругости и консолидации анизотропной пористой среды / М. А. Био // Механика : периoдический сб. переводов иностр. статей. – 1957. – Т. 1, № 35. – С. 140–147. 6. Богачев, И. В. Воздействие сосредоточенного усилия на анизотропную пороупругую плоскость / И. В. Богачев, В. В. Дударев, А. А. Ляпин // Инженерный вестник Дона : электрон. науч. журн. – 2013. – № 3. 7. Бреховских, Л. М. Волны в слоистых средах / Л. М. Бреховских. ‒ Рипол Классик, 1957. – 501 с. 8. Ватульян, А. О. Обратная геометрическая задача для упруго-жидкой среды / А. О. Ватульян, П. С. Углич // Акустичний вісник. – 2005. – Т. 8, № 4. – С. 20–28. 9. Ватульян, А. О. Акустические методы контроля регенерации костной ткани / А. О. Ватульян, Т. А. Аникина // Экологический вестник ЧЭС. – 2007. – № 3. – С. 10–17. 10. Ватульян, А. О. Динамическая теорема взаимности и фундаментальные решения для пороупругих сред / А. О. Ватульян, А. А. Ляпин // Экологический вестник ЧЭС. – 2010. – № 4. – С. 23–28. 11. Ватульян, А. О. О вариационной постановке задач пороупругости в случае установившихся колебаний / А. О. Ватульян, А. А. Ляпин // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Сер. Естественные науки. – 2011. – № 4 .– С. 25–28. 12. Ватульян, А. О. Колебания неоднородного пороупругого слоя с пустыми порами / А. О. Ватульян, Д. С. Шведов // Вестник ДГТУ. – 2013. – №1–2. – С. 49–57. 13. Ватульян, А. О. Об обратных коэффициентных задачах пороупругости / А. О. Ватульян, А. А. Ляпин // Изв. РАН. МТТ. – 2013. – № 2. – С. 114–121. 14. Ватульян, А. О. О колебаниях функционально-градиентной пороупругой колонны / А. О. Ватульян, А. А. Ляпин, Ю. А. Святко // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Сер. Естественные науки. – 2014 .– № 4 (182). – С. 12–17. 15. Ватульян, А. О. Колебания неоднородного пористоупругого слоя / А. О. Ватульян, Д. В. Гусаков // Экологический вестник научных центров. – 2014. – № 4. – С. 21–28. 16. Ватульян, А. О. Об обратных коэффициентных задачах для функционально-градиентных материалов / А. О. Ватульян, С. А. Нестеров // Математический форум. Сер. Итоги науки. Юг России. ‒ Владикавказ, 2015. – С. 48‒58. 17. Ватульян, А. О. Об особенностях идентификации неоднородных пороупругих характеристик полого цилиндра / А. О. Ватульян, С. А. Нестеров // Проблемы прочности и пластичности / Нац. исслед. Нижегородский гос. ун-т им. Н. И. Лобачевского. – 2016. – Т. 78, № 1. – С. 22–29. 18. Волкова, Е. А. Об одном методе построения решений в динамических задачах для многослойного пороупругого полупространства / Е. А. Волкова, А. А. Ляпин // Инженерный вестник Дона : электрон. науч. журн. – 2013. – № 4. 19. Городецкая, Н. С. Симметричные колебания пористо-упругой полосы со свободными поверхностями для случая закрытых пор / Н. С. Городецкая // Акустичний вісник. – 1998. – Т. 1, № 1. – С. 17–24. 20. Городецкая, Н. С. Нормальные волны в пористо-упругом слое со свободными поверхностями для случая открытых пор / Н. С. Городецкая // Акустичний вісник. – 1998. – Т. 1, № 2. – С. 65–72. 21. Городецкая, Н. С. Затухание волн при симметричных колебаниях пористо-упругого слоя со свободными поверхностями / Н. С. Городецкая // Акустичний вісник. – 1998. – Т. 1, № 4. – С. 4–18. 22. Городецкая, Н. С. Отражение волн от свободной границы пористо-упругого насыщенного жидкостью полупространства / Н. С. Городецкая // Акустичний вісник. – 2002. – Т. 5, № 4. – С. 5–14. 23. Городецкая, Н. С. Волны на границе пористо-упругого полупространства. Ч. I. Свободная граница / Н. С. Городецкая // Акустичний вісник. – 2005. – Т. 8, № 1–2. – С. 28–41. 24. Городецкая, Н. С. Волны в пористо-упругих насыщенных жидкостью средах / Н. С. Городецкая // Акустичний вісник. – 2007. – Т. 10, № 2. – С. 43–63. 25. Городецкая, Н. С. Особенности поверхностных волн на свободной границе пористо-упругого полупространства / Н. С. Городецкая, Т. В. Соболь // Акустичний вісник. – 2008. – Т. 11, № 1. – С. 3–11. 26. Городецкая, Н. С. Отражение волн от границы раздела жидкости и пористо-упругого насыщенного жидкостью полупространства / Н. С. Городецкая, Т. В. Соболь, Л. И. Косовец // Акустичний вісник. – 2008. – Т. 11, № 2. – С. 24–35. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
30 27. Городецкая, Н. С. Волны на границе пористо-упругого полупространства. Ч. II. Граница пористо-упругого и жидкого полупространств / Н. С. Городецкая, Т. В. Соболь, Л. П. Зубарева // Акустичний вісник. – 2008. – Т. 11, № 3. – С. 50–64. 28. Городецкая, Н. С. Влияние вязких потерь на акустические характеристики поверхностной волны в пористо-упругой среде / Н. С. Городецкая, Т. В. Соболь // Акустичний вісник. – 2010. – Т. 13, № 3. – С. 15–22. 29. Кадыров, Р. Р. Особенности динамического возбуждения слоистых сред внутренними источниками колебаний / Р. Р. Кадыров, А. А. Ляпин // Инженерный вестник Дона : электрон. науч. журн. – 2012. – № 2. 30. Калинчук, В. В. Динамика поверхности неоднородных сред / В. В. Калинчук, Т. И. Белянкова. − М. : Физматлит, 2009. – 312 с. 31. Князьков, Н. Н. Акустика пористо-упругих насыщенных жидкостью сред (обзор теории Био) / Н. Н. Князьков, Б. П. Шарфарец // Научное приборостроение. ‒ 2016. – Т. 26, № 1. – С. 77–84. 32. Ковтун, А. А. Об уравнениях модели Био и их модификациях / А. А. Ковтун // Вопросы геофизики. ‒ 2011. – Вып. 44. – С. 3–26. 33. Косачевский, Л. Я. О распространении упругих волн в двухкомпонентных средах / Л. Я. Косачевский // Прикладная математика и механика. – 1959. – Т. 23, № 6. – С. 1115–1123. 34. Кукарских, Л. А. К распространению волн в насыщенной жидкостью упруго-вязкопластической пористой среде / Л. А. Кукарских, В. С. Поленов // Физико-математическое моделирование : вестник ВГТУ. ‒ 2012. ‒ № 9 (8). ‒ С. 57‒60. 35. Кукарских, Л. А. О распространении упругих волн в насыщенной жидкостью пористой среде / Л. А. Кукарских, В. С. Поленов // Вестник ВГУ. Сер. Физика, математика. ‒ 2012. ‒ № 2. – С. 146‒150. 36. Кукарских, Л. А. Моделирование волновых процессов в пористой среде / Л. А. Кукарских, М. А. Артемов // Физико-математическое моделирование : вестник ВГТУ. ‒ 2013. ‒ № 2 (9). ‒ С. 123‒127. 37. Механико-математические модели в задачах активной сейсмологии / А. А. Ляпин, М. Г. Селезнев, Л. Е. Собисевич, А. Л. Собисевич. – М. : ГНИЦ ПГК (МФ) Минобразования России, 1999. – 299 с. 38. Ляпин, А. А. Динамические задачи для пороупругих сред : дис. … канд. физ.-мат. наук / А. А. Ляпин. – Ростов н/Д., 2013. – 127 с. 39. Ляховицкий, Ф. М. Применение теории Френкеля – Био для вычисления скорости и поглощения упругих волн в насыщенных пористых средах / Ф. М. Ляховицкий, Л. И. Рапопорт // Прикладная геофизика. – 1972. – Вып. 66. – С. 52–64. 40. Маслов, Л. Б. Пороупругие модели колебаний биологических тканей / Л. Б. Маслов // Вестник Нижегородского ун-та им. Н. И. Лобачевского. – 2011. – № 4 (2). – С. 499–501. 41. Маслов, Л. Б. Математическое моделирование колебаний пороупругих систем / Л. Б. Маслов. – Иваново : Изд-во ИГЭУ, 2010. – 264 с. 42. Маслов, Л. Б. Алгоритм численного анализа биологических тканей на основе модели двухфазной среды / Л. Б. Маслов // Вестник ИГЭУ. – 2005. – № 3. – С. 62–70. 43. Маслов, Л. Б. Численное моделирование вибрационных потоков жидкости в системе пор большеберцовой кости / Л. Б. Маслов, Д. Г. Арсеньев, А. В. Зинковский // Вестник С.-Петерб. ун-та. Сер. 1. – 2009. – Вып. 3. – С. 119–126. 44. Маслов, Л. Б. Параметрические исследования гармонических колебаний пороупругого стержня / Л. Б. Маслов // ПММ. – 2011. – Т. 75, Вып. 1. – С. 61‒71. 45. Михайлов, Д. Н. Различие продольных волн Френкеля – Био в водонасыщенной и газонасыщенной пористых средах / Д. Н. Михайлов // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. – 2006. – № 1. – С. 121–130. 46. Молотков, Л. А. Исследования распространения волн в пористых и трещиноватых средах на основе эффективных моделей Био и слоистых сред /Л. А. Молотков. ‒ СПб. : Наука, 2001. – 347 с. 47. Наримов, Ш. Н. Волновые процессы в насыщенных пористых средах / Ш. Н. Наримов // Ташкент : Мехнат, 1988. – 303 с. 48. Наседкин, А. В. Моделирование эффективных модулей для различных типов пористых пьезокерамических материалов / А. В. Наседкин, М. С. Шевцова // Вестник ДГТУ. – 2013. – № 3–4 (72‒73). – С. 16–26. 49. Наседкин, А. В. Конечно-элементное моделирование пористых термоупругих композитов с учетом микроструктуры // Вычислительная механика сплошных сред /А. В. Наседкин, А. А. Наседкина, В. В. Ремизов. ‒ 2014. – Т. 7, № 1. – С. 100–109. 50. Наседкина, А. А. Конечно-элементное моделирование процесса гидродинамического расчленения многослойного угольного пласта / А. А. Наседкина, В. Н. Труфанов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2006. – № 1. – С. 61–70. 51. Наседкина, А. А. Моделирование нестационарного воздействия на многослойный пороупругий пласт с нелинейными геомеханическими свойствами / А. А. Наседкина, А. В. Наседкин, Ж. Иоване // Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2009. – № 4 – C. 23–33. 52. Наседкина, А. А. Моделирование нестационарных процессов фильтрации в пороупругих средах с физическими нелинейностями / А. А. Наседкина // Вестник Нижегородского ун-та им. Н. И. Лобачевского. Сер. Механика жидкости и газа. – 2011. – № 4 (3). – C. 1006–1008. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
31 53. Наседкина, А. А. Распределенная модель расчета фильтрации жидкости в угольном пласте / А. А. Наседкина, Д. С. Орлов, К. С. Пономаренко // Вектор науки Тольяттинского гос. ун-та. – 2012. – № 4 (22). – С. 104–107. 54. Наседкина, А. А. Моделирование пороупругого цилиндрического слоя с кольцевой внутренней трещиной / А. А. Наседкина // Эвристические алгоритмы и распределенные вычисления в прикладных задачах ; под ред. Б. Ф. Мельникова. ‒ Тольятти : ТГУ, 2012. – С. 261–272. 55. Николаевский, В. Н. Механика пористых и трещиноватых сред / В. Н. Николаевский. ‒ М. : Недра, 1984. – 233 с. 56. Санчес-Паленсия, Э. Неоднородные среды и теория колебаний / Э. Санчес-Паленсия. ‒ М. : Мир, 1984. – 472 с. 57. Собисевич, А. Л. Математические модели активного мониторинга геофизической среды / А. Л. Собисевич // Развитие методов и средств экспериментальной геофизики : сб. науч. тр. – М. : ОИФЗ РАН, 1996. – Вып. 2. – С. 116–130. 58. Собисевич, А. Л. О некоторых аномальных явлениях, возникающих при активном воздействии на реальную геофизическую среду / А. Л. Собисевич // Развитие методов и средств экспериментальной геофизики. – М. : ОИФЗ РАН, 1996. – Вып. 2. – С. 164–173. 59. Собисевич, А. Л. О развитии механико-математических технологий моделирования волновых процессов в неоднородной геофизической среде / А. Л. Собисевич // Сб. науч. тр. – М. : ОИФЗ РАН, 2001. – С. 142–148. 60. Собисевич, А. Л. О трансформации инфразвуковых полей на границах раздела гетерогенных структур / А. Л. Собисевич // Сб. науч. тр. – М. : ОИФЗ РАН, 2001. – С. 149–152. 61. Собисевич, Л. Е. Волновые процессы и резонансы в геофизике / Л. Е. Собисевич, А. Л. Собисевич // М. : ОИФЗ РАН, 2001. – 297 с. 62. Собисевич, А. Л. Мониторинг слоистых неоднородных сред / А. Л. Собисевич // М. : ОИФЗ РАН, 2001. – 354 с. 63. Собисевич, А. Л. Математические модели волновых процессов в неоднородных геологических структурах дис. … д-ра физ.-мат. наук / А. Л. Собисевич. – М. : Объед. ин-т физ. Земли им. О. Ю. Шмидта, 2002. – 331 с. 64. Столл, Р. Д. Акустические волны в водонасыщенных осадках / Р. Д. Столл // Акустика морских осадков. – М., 1977. – С. 28–46. 65. Суворова, Т. В. Волновое поле, возбуждаемое в двухфазном пористо-упругом полупространстве осциллирующей нагрузкой / Т. В. Суворова // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Сер. Естественные науки. − 2002. – № 4. − С. 22–26. 66. Суворова, Т. В. Колебания составного гетерогенного слоя / Т. В. Суворова, Е. А. Усошина // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. – 2010. – № 2. – С. 74–79. 67. Усошина, Е. А. Колебания штампа на составной гетерогенной полосе / Е. А. Усошина // «Современные проблемы механики сплошной среды» : сб. тр. ХVI междунар. конф. – 2012. − С. 230–233. 68. Усошина, Е. А. Математические модели динамических систем, включающих слоистые обводненные пористоупругие основания / Е. А. Усошина, Т. В. Суворова, А. Н. Соловьев // Вестник Донского государственного технического университета. − 2016. – № 3 (86). − С. 10–16. 69. Филиппов, И. Г. Некоторые двухмерные волны в двухкомпонентных средах / И. Г. Филиппов, Б. М. Бахрамов // Изв. АН Уз ССР. – 1977 – № 2. – С. 34–53. 70. Филиппов, И. Г. Волны в однородных и неоднородных средах / И. Г. Филиппов, Б. М. Бахрамов. – Ташкент : Фан, 1978. – 149 с. 71. Френкель, Я. И. К теории сейсмических и сейсмоэлектрических явлений во влажной почве / Я. И. Френкель // Изв. АН СССР. Сер. География и геофизика. – 1944. – Т. 8, № 4. – С. 133–149. 72. Хорошун, Л. П. К основам термомеханики пористых насыщенных сред / Л. П. Хорошун // Прикладная механика. – 1988. – Т. 24, № 4. – С.3–13. 73. Кадыров, Р. Р. Особенности динамического возбуждения слоистых сред внутренними источниками колебаний [Электронный ресурс] / Р. Р. Кадыров, А. А. Ляпин // Инженерный вестник Дона : электрон. науч. журн. ‒ 2012. ‒ № 3. ‒ Режим доступа : http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/981 . 74. Волкова, Е. А. Об одном методе построения решений в динамических задачах для многослойного пороупругого полупространства [Электронный ресурс]/Е. А. Волкова, А. А. Ляпин//Инженерный вестник Дона: электрон. науч. журн. ‒ 2013. ‒ № 4. ‒ Режим доступа : http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2117 . 75. Богачев, И. В. Воздействие сосредоточенного усилия на анизотропную пороупругую плоскость [Электронный ресурс] / И. В. Богачев, В. В. Дударев, А. А. Ляпин // Инженерный вестник Дона : электрон. науч. журн. ‒ 2013. ‒ № 3. ‒ Режим доступа : http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1795 . 76. Albert, D. G. A Comparison between Wave Propagation in Water-Saturated and Air-Saturated Porous Materials / D. G. Albert // J. Appl. Phys. – 1993. – Vol. 73, № 1. – P. 28– 36. 77. Allard, J. F. Propagation of Sound in Porous Media / J. F. Allard, N Atalla. ‒ 2nd ed. – Wiley, 2009. – 358 pp. 78. Allard, J. F. New Empirical Equations for Sound Propagation in Rigid Frame Fibrous Materials / J. F Allard, Y. Champoux // J. Acoust. Soc. Amer. – 1992. – Vol. 91, № 6. – P. 3346–3353. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
32 79. Atkin, R. J.Continuum Theories of Mixtures: Basic Theory and Historical Development / R. J. Atkin, R. E Craine // Q. J. Mech. Appl. Math. – 1976. – Vol. 29, № 2. – Р. 209–244. 80. Attenborough, K. Surface Waves at an Interface between Air and an Air-Filled Poroelastic Ground / K. Attenborough, Yu. Chen // J. Acoust. Soc. Amer. – 1990. – Vol. 87, № 3. – P. 1010–1016. 81. Berryman, J. G. The Elastic Coefficients of Double-Porosity Models for Fluid Transport in Jointed Rock / J. G. Berryman, H. F. Wang // J. Geophys. Research. – 1995. – Vol. 100. – P. 24611–246246. 82. Berryman, J. G. Linear Dynamic Poroelasticity with Microstructure for Partially Saturated Solids / J. G. Berryman, L. Thigpen // J. Appl. Mech. – 1985. – Vol. 52. – P. 345–350. 83. Biot, M. A. General Solutions of the Equations of Elasticity and Consolidation for a Porous Material / M. A. Biot // J. Appl. Mech., Trans. ASME. ‒ 1956. – Vol. 78. – Р. 91–96. 84. Biot, M. A. General Theory of Three-Dimensional Consolidation / M. A. Biot // J. Appl. Phys. – 1941. – Vol. 12. – P. 155– 164. 85. Biot, M. A. Le problème de la consolidation des matières argileuses sous une charge / M. A. Biot // Ann. Soc. Sci. Bruxelles. – 1935. – Vol. 55. – Р.110–113. 86. Biot, M. A. Mechanics of Deformation and Acoustic Propagation in Porous Media / M. A. Biot // J. Appl. Phys. – 1962. – Vol. 33. – Р. 1482–1498. 87. Biot, M. A. Thermoelasticity and Irreversible Thermodynamics / M. A. Biot // J. Appl. Phys. – 1956. – Vol. 27. – Р. 240–253. 88. Biot, M. A. Theory of Elasticity and Consolidation for a Porous Anisotropic Solid / M. A. Biot // J. Appl. Phys. – 1955. – Vol. 26. – P. 182–185. 89. Biot, M. A. Theory of Propagation of Elastic Waves in Fluid-Saturated Porous Solid. Pt. I. Low Frequency Range / M. A. Biot // J. Acoust. Soc. Amer. – 1956. – Vol. 28, № 2. – P. 168–178. 90. Biot, M. A. Theory of Propagation of Elastic Waves in Fluid-Saturated Porous Solid. Pt. II. Higher Frequency Range / M. A. Biot // J. Acoust. Soc. Amer. – 1956. – Vol. 28, № 2. – P. 179–191. 91. Bowen, R. M. Compressible Porous Media Models by Use of the Theory of Mixtures / R. M. Bowen // J. Engin. Sci. – 1982. – Vol. 20. – P. 697–735. 92. Burridge, R. Poroelasticity Equations Derived from Microstructure / R. Burridge, J. Keller // J. Acoust. Soc. Amer. – 1981. – Vol. 70. – P. 1140–1146. 93. Carcione, J. M. Wave Fields in Real Media: Wave Propagation in Anisotropic, Anelastic, Porous and Electromagnetic Media / J. M. Carcione. – Elsevier Science, 2014. – Vol. 38. – 690 рр. 94. Carroll, M. M. An Effective Stress Law for Anisotropic Elastic Deformation / M. M. Carroll // J. Geophys. Res. – 1979. – Vol. 84. – P. 7510‒7512. 95. Chandler, R. N. The Equivalence of Quasistatic Flow in Fluid-Saturated Porous Media and Biot’s Slow Wave in the Limit of Zero Frequency / R. N. Chandler, D. L. Johnson // J. Appl. Phys. – 1981. – Vol. 52, № 5. – P. 3391–3395. 96. Chao, G. E. Dispersive Surface Acoustic Waves in Poroelastic Media / G. E. Chao. – Eindhoven : Universiteitsdrukkerij TU Eindhoven, 2005. – 143 pp. 97. Chotiros, N. P. Normal Incidence Reflection Loss from Sandy Semident / N. P. Chotiros , A. P. Lyons, N. G. Pace // J. Acoust. Soc. Amer. – 2002. – Vol. 112, № 5, Pt. 1. – P. 1831–1840. 98. Coussy, O. Poromechanics / O. Coussy. – New York : John Wiley & Sons, 2004. – 298 pp. 99. Crochet, M. J. On Constitutive Equations for Flow of Fluid through an Elastic Solid / M. J. Crochet, P. M. Naghdi // Int. J. Engng. Sci. – 1966. – Vol. 4. – Р. 383–401. 100. Darcy, H. Les fontaines publiques de la ville de Dijon: ex-position et application des principes à suivre et des formules à employer dans les questions de distribution d'eau / H. Darcy. – Paris : V. Dalmont, 1856. – 647 p. 101. Detournay, E. Fundamentals of Poroelasticity / E. Detournay, A. H.-D. Cheng // Comprehensive Rock Engineering: Principles, Practice and Projects. Chap. 5, Vol. II Analysis and Design Method / ed. C. Fairhurst. ‒ Pergamon Press, 1993. – P. 113–171. 102. De Boer, R. Highlights in the Historical Development of the Porous Media Theory: toward a Consistent Macroscopic Theory / R. de Boer // Appl. Mech. Rev. ASME. – 1996. – Vol. 49, № 4. – P. 201–262. 103. De Boer, R. Theory of Porous Media. Highlights in Historical Development and Current State / R. de Boer. – Berlin : Springer, 2000. – 618 pp. 104. De la Cruz, V. Thermomechanical Coupling during Seismic Wave Propagation in a Porous Medium / V. de la Cruz, T. J. T. Spanos // J. Geophys. Research. – 1989. – Vol. 94. – P. 637–642. 105. Deresiewicz, H. The Effect of Boundaries on Wave Propagation in a Liquid-Filled Porous Solid. Pt. I. Reflection of Plane Waves at a Free Plane Boundary (Non- Dissipative Case) / H. Deresiewicz // Bull. Seism. Soc. Am. – 1960. – Vol. 50. – Р. 599–607. 106. Deresiewicz, H. The Effect of Boundaries on Wave Propagation in a Liquid-Filled Porous Solid. Pt. II. Love Waves in a Porous Layer / H. Deresiewicz // Bull. Seism. Soc. Am. – 1961. – Vol. 51. ‒ Р. 51–59. 107. Deresiewicz, H. On Uniqueness in Dynamic Poroelasticity / H. Deresiewicz, R. Skalak // Bull. Seism. Soc. Am. – 1963. – Vol. 53. – Р. 783–788. 108. Domenico, S. N. Elastic Properties of Unconsolidated Sand Reservoirs / S. N. Domenico // Geophys. – 1977. – ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
33 Vol. 42. – P. 1339–1368. 109. Emerson, M. Laboratory P-Wave Measurements in Dry and Saturated Sand / M. Emerson, P. Foray // Acta Geotech. – 2006. – № 1. – P. 167–177. 110. Feng, S. High-Frequency Acoustic Properties of a Fluid/Porous Solid Interface. Pt. I. New Surface Mode / S. Feng, D. L. Johnson // J. Acoust. Soc. Amer. – 1983. – Vol. 74, № 3. – P. 906–914. 111. Fillunger, P. Der Auftrieb von Talsperren. T. I– III / P. Fillunger // Osterr. Wochenschrift fur den offentlicen Baudients. – 1913. – № 7.– P. 510–532. 112. Gist, Grant A. Fluid Effects on Velocity and Attenuation in Sandstones / Grant A. Gist // J. Acoust. Soc. Am. – 1994. – Vol. 96. – Р. 1158–1173. 113. Geertsma, J. Some Aspect of Elastic Wave Propagation in Fluid-Saturated Porous Solid / J. Geertsma, D. C. Smit // Geophys. – 1961. – Vol. 26, № 2. – P. 169–181. 114. Johnson, D. L. Equivalence between Fourth Sound in Liquid He II at Low Temperature and the Biot Slow Wave in Consolidated Porous Media / D. L. Johnson // Appl. Phys. Lett. – 1980. – Vol. 37. – P. 1065–1067. 115. Johnson, D. L. Acoustic Slow Waves and the Consolidation / D. L. Johnson, T. J. Plona // J. Acoust. Soc. Amer. – 1982. – Vol. 72, № 2. – P. 556–565. 116. Johnson, D. L. Probing Porous Media with First and Second Sound. Pt. II. Acoustic Properties of Water-Saturated Porous Media / D. L. Johnson, T. J. Plona // J. Appl. Phys. – 1994. – Vol. 76, № 1. – P. 115–125. 117. Johnson, D. L. Theory of Dynamic Permeability and Tortuosity in Fluid-Saturated Porous Media / D. L. Johnson, J. Koplin, R. Dashen // J. Fluid Mech. – 1987. – Vol. 179. – P. 379–402. 118. Jones, J. P. Rayleigh Waves in a Porous, Elastic, Saturated Solid / J. P. Jones // J. Acoust. Soc. Amer. – 1961. – Vol. 33, № 7. ‒ P. 959–962. 119. Jungman, A. Elastic Property Measurements in Fluid-Filled Porous Materials / A. Jungman, G. Quentin, Q. Xue // J. Appl. Phys. – 1988. – Vol. 66, № 11. – P. 5179– 5184. 120. Kelder, O. Observation of the Biot Slow Wave in Water-Saturated Nivelsteiner Sandstone / O. Kelder, D. M. J. Smeulders // Geophys. – 1997. – Vol. 62, № 6. – P. 1794–1796. 121. Katsube, N. The Modified Mixture Theory for Fluid-Filled Porous Materials: Theory / N. Katsube, M. M. Carroll // J. Appl. Mech. – 1987. – Vol. 54. – Р. 35–40. 122. Lee, W. M. Modified Biot – Gassmann Theory for Calculating Elastic Velocities for Unconsolidated and Consolidated Sediments / W. M. Lee // Marine Geophys. Research. – 2002. – Vol. 23. – P. 403–412. 123. Murphy, W. F. Acoustic Measures of Partial Gas Saturation in Tight Sandstone / W. F. Murphy // J. Geophys. Research. – 1984. – Vol. 89. – P. 11549–11559. 124. Morland, L. W. A Simple Constitutive Theory for a Fluid-Saturated Porous Solid / L. W. Morland // J. Geophys. Res. – 1972. – Vol. 77. – Р. 890–900. 125. Nagy, P. B. Slow Wave Propagation in Air-Filled Porous Materials and Natural Rocks / P. B. Nagy, L. Adler, B. P. Bonnet // Appl. Phys. Lett. – 1990. – Vol. 56, № 25. – P. 2504–2506. 126. Nasedkin, A. V. Finite Element Modeling and Computer Design of Porous Composites / A. V. Nasedkin, A. A. Nasedkina // Poromechanics V : Proceedings of the Fifth Biot Conference on Poromechanics, July 10‒12, 2013, Vienna, Austria / Eds. : C. Hellmich, B. Pichler, D. Adam. ‒ ASCE, 2013. – P. 608–617. 127. Nasedkina, A. A. A Model for Hydrodynamic Influence on a Multi-Layer Deformable Coal Seam / A. A. Nasedkina, A. V. Nasedkin, G. Iovane // Computational Mechanics. ‒ Springer, 2008. – Vol. 41, № 3. – P. 379–389. 128. Nikolaevskiy, V. N. Biot – Frenkel Poromechanics in Russia (Review) / V. N. Nikolaevskiy // J. Eng. Mech. – 2005. – Vol. 13, № 9. – P. 888–897. 129. Oqushwitz, P. R. Applicability of the Biot Theory / P. R. Oqushwitz // J. Acoust. Soc. Amer. – 1985. – Vol. 77, № 2. – P. 429–464. 130. Plona, T. J. Observation of Second Bulk Compressional Wave in a Porous Medium at Ultrasonic Frequencies / T. J. Plona // Appl. Phys. Lett. – 1980. – Vol. 36, № 4. – P. 259–261. 131. Philip, J. R. Macroscopic Analysis of the Behavior of Colloidal Suspensions / J. R. Philip, D. E. Smiles // Adv. Colloid Interface Sci. – 1982. – Vol. 17. – P. 83–103. 132. Pride, S. R. Deriving the Equations of Motion for Porous Isotropic Media / S. R. Pride, A. F. Gangi, F. D. Morgan // J. Acoust. Soc. Am. – 1992. – № 6. – P. 3278–3290. 133. Pride, S. R. The Role of Biot Slow Waves in Electroseismic Wave Phenomena / S. R. Pride, S. Garambois // J. Acoust. Soc. Amer. – 1985. – Vol. 111, № 2. – P. 697–706. 134. Raats, P. A. C. Applications of the Theory of Mixtures in Soil Science / P. A. C. Raats // Math: Modelling. – 1987. – Vol. 9, № 12. – P. 849‒856. 135. Raats, P. A. C. Applications of the Theory of Mixtures in Soil Physics / P. A. C. Raats // Rational Thermodynamics / C. Truesdell. ‒ 2nd ed. – New York ; Berlin ; Heidelberg ; Tokyo. – 1984. – 578 pp. 136. Rendulic, L. Porenziffer und Porenwasserdrunk in Tonen / L. Rendulic // Der Bauingenieur. – 1936. – Vol. 17. – P. 559‒564. 137. Rice, J. R. Some Basic Stress-Diffusion Solutions for Fluid Saturated Elastic Porous Media with Compressible Constituents / J. R. Rice, M. P. Cleary // Rev. Geophys. Space Phys. – 1976. – Vol. 14. –P. 227–241. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
34 138. Optimization of Finite Element Models for Porous Ceramic Piezoelements by Piezoelectric Resonance Analysis Method / A. N. Rybyanets [et al.] // Advanced Materials – Studies and Applications ; eds. : I. A. Parinov, S.-H. Chang, S. Theerakulpisut. ‒ New York : Nova Science Publishers, 2015. – Chap. 11. – P. 147–168. 139. Salin, D. Acoustics of Water Saturated Packed Glass Spheres / D. Salin, W. Schon // J. Phys. Lett. – 1981. – Vol. 42. – P. 477–480. 140. Schanz, M. A Comparative Study of Biot’s Theory and the Linear Theory of Porous Media for Wave Propagation Problem / M. Schanz, S. Diebels // Acta Mech. – 2003. – Vol. 161. – P. 213–235. 141. Low Frequancy Asymptotic Analysis of Seismic Reflection from a Fluid-Saturated Medium / D. Silin, V. A. Korneev, G. Goloshubin, T. W. Matzek // Transp. Por. Media. – 2006. – Vol. 62. – P. 283–305. 142. Smeulders, D. M. J. Wave Propagation in Porous Media Containing a Dilute Gas-Liquid Mixture: Theory and Experiments / D. M. J. Smeulders, M. E. H. van Dongen //J. Fluid Mech. – 1997. – Vol. 343. ‒ P. 351–373. 143. Tajuddin, M. Rayleigh Waves in a Poroelastic Half-Space / M. Tajuddin // J. Acoust. Soc. Amer. – 1984. – Vol. 75, № 3. – P. 682–684. 144. Tolstoy, I. Acoustics, Elasticity and Thermodynamics of Porous Media: Twenty-one papers by M. A. Biot / I. Tolstoy. ‒ New York : AIP Press, 1992. – 272 p. 145. Thompson, M. A Reformulation of the Equations of Anisotropic Poroelasticity / M. Thompson, J. R. Willis // J. Appl. Mech. ASME. – 1991. – Vol. 58. – P. 612‒616. 146. Van der Grinten, J. G. A Shock Tube Technique for Studying Pore-Pressure Propagation in a Dry and WaterSaturated Porous Medium / J. G. van der Grinten, M. E. H. van Dongen, H. van der Kogel // J. Appl. Phys. – 1985. – Vol. 58. – P. 2937–2942. 147. Von Terzaghi, K. Die Berechnung der Durchlassigkeit des Tones aus dem Verlauf der hydromechanischen Spannungserscheinungen / K Von Terzaghi // Sitzungsber. Akad. Wissensch. Math.-Naturwiss. Klasse. – 1923. – Vol. 132. – P. 125–128. 148. Verruijt, A. Elastic Storage of Aquifers / A Verruijt // Flow through Porous Media / ed. R. J. M. de Wiest. ‒ New York : Academic Press, 1969. – 524 pp. 149. While, J. E. Computed Seismic Speed and Attenuation in Rocks with Partial Gas Saturation / J. E. While // Geophys. – 1975. – Vol. 40. – P. 224–232. 150. Whitaker, S. Flow in Porous Media. Pt. I. A Technical Derivation of Darcy’s Law / S. Whitaker // Transport in Porous Media. – 1986. – Vol. 1. – P. 3–25. 151. Whitaker, S. Flow in Porous Media. Pt. II. The Governing Equations for Immiscible, Two-Phase Flow / S. Whitaker // Transport in Porous Media. – 1986. – Vol. 1. – P. 105–125. 152. Whitaker, S. Flow in Porous Media. Pt. III. Deformable Media / S. Whitaker // Transport in Porous Media. – 1986. – Vol. 1. ‒ P. 127–154. 153. Dai, Zhi-Jun. Reflection and Transmission of Elastic Waves from the Interface of a Fluid-Saturated Porous Solid and a Double Porosity Solid / Zhi-Jun Dai, Zhen-Bang Kuang, She-Xu Zhao // Transp. Por. Media. – 2006. – Vol. 65. – P. 237–264. 154. Zwikker, C. Extended Theory of the Absorption of Sound by Compressible Wall-Coverings / C. Zwikker, C. Kosten // Physica. ‒ 1941. ‒ Vol. 8, № 9. – P. 968–978.
Л. П. Вовк, А. В. Лисянец Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка Проблемы аналитического подхода к задачам деформирования многофазных сред и грунтов Проведен детальный анализ литературных источников, посвященных проблемам динамического деформирования пороупругих двухфазных сред. Обзор состоит из трех частей. В первой части дан обзор исследований, стоящих у истоков современной теории пористых континуумов, в результате которых возникли модели Био и теория смесей. Указаны преимущества и недостатки обоих подходов. Вторая часть посвящена научным публикациям прикладного характера, которые в большинстве своем посвящены изучению особенностей волновых процессов в пороупругих средах. Отдельно рассмотрены различные модификации математических краевых задач теории Био, позволяющие исследовать отдельные характерные черты волновых процессов. Указаны работы экспериментального характера, подтверждающие теоретические результаты, полученные в рамках теории Био. Отдельное внимание уделено работам, формулирующих граничные условия на свободных поверхностях и на границах раздела сред. Этот вопрос актуален как сам по себе, так и в рамках полного описания волновых полей, локализованных в окрестности границы. В третьей части проведен краткий анализ современных достижений в задачах численно-аналитического изучения динамических эффектов в рассматриваемых двухфазных средах, в том числе имеющих слоистую структуру. Дан обзор основных асимптотических методов изучения напряженно-деформированного состояния пористых сред – метода интегральных преобразований, метода возISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
35 мущений, метода разрывов и численных методов – граничных интегральных уравнений, граничных элементов, метода конечных элементов, конечных разностей. Особым классом выделены обратные задачи по восстановлению значений параметров пористых сред и формы внутренних дефектов среды по характеристикам решения обратной задачи. В третьей части рассмотрены достижения ростовской и киевской школ механики. Отмечена связь задач термоупругости с задачами пороупругости, что позволяет расширить методики исследования динамики пористых сред. Указаны перспективы дальнейших исследований по данной тематике, среди которых наиболее интересными будут работы, посвященные изучению высокочастотных волновых полей и анализу локальных динамических эффектов типа граничного и краевого резонансов в пористых средах, что особенно актуально для задач геомеханики. ПОРОУПРУГИЕ ДВУХФАЗНЫЕ СРЕДЫ, АСИМПТОТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ, ГЕОМЕХАНИКА, БИОМЕХАНИКА
L. P. Vovk, А. V. Lisianets Automobile and Highway Institute of Donetsk National Technical University, Gorlovka Problems of the Analytical Approach to Tasks of Multiphase Media and Soil Deformation Detailed analysis of literary sources devoted to problems of the dynamic deformation of poroelastic two-phase media is carried out. Review consists of three parts. The first part gives an overview of researches standing at the sources of the modern theory of porous continuums as a result of which the Bio models and the theory of mixtures emerged. Advantages and disadvantages of both approaches are indicated. The second part is dedicated to scientific publications of applied nature that are mostly devoted to the study of wave processes features in poroelastic media. Various modifications of mathematical boundary problems of the Bio theory allowing to study separate characteristics of wave processes are considered separately. Experimental works confirming theoretical results obtained within the Bio theory are indicated. Particular attention is paid to works formulating boundary conditions on free surfaces and on the media interface. This question is actual both itself and within complete description of wave fields located in the vicinity of the border. The third part gives brief analysis of modern achievements in the tasks of numerical-analytical study of dynamic effects in considered two-phase media including those with layer structures. The review of basic asymptotic methods of the porous media deflected mode – integral transformation method, perturbation method, fracture method and numerical method - boundary integral equations, boundary elements, finite element method, finite difference method is given. A special class identifies inverse problems for restoring values of porous media parameters and the form of medium internal defects according to characteristics of the inverse problem solution. The third part considers achievements of Rostov and Kiev schools of mechanics. The connection between thermoelasticity problems and problems of poroelasticity is marked. It allows to expand the research methods of porous media dynamics. Prospects for further researches on this topic are indicated. The most interesting will be works devoted to the study of high-frequency wave fields and to the analysis of local dynamic effects of the boundary and edge resonance type in porous media that is especially important for the problems of geo mechanics. POROELASTIC TWO-PHASE MEDIA, ASYMPTOTIC METHODS, WAVE PROCESSES, GEOMECHANICS, BIOMECHANICS Сведения об авторах: Л. П. Вовк SPIN-код: 9860-6682 Телефон: +38 (095) 382-58-93 +38 (071) 301-98-55 Эл. почта: lv777@list.ru А. В. Лисянец SPIN-код: 5360-8121 Телефон: +38 (095) 38-38-172 +38 (071) 360-40-53 Эл. почта: annuta-3991@mail.ru Статья поступила 17.10.2017 © Л. П. Вовк, А. В. Лисянец, 2017 Рецензент: Т. В. Скрыпник, канд. техн. наук, доц., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ» ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
36
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ УДК 621.438 С. П. Высоцкий, д-р техн. наук, В. А. Хижняк ГОУВПО Донецкая национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ АНТРАЦИТОВ, ШЛАМОВ И ПРОДУКТОВ ПЕРЕОБОГАЩЕНИЯ СУХИХ ОТХОДОВ В ЦИРКУЛИРУЮЩЕМ КИПЯЩЕМ СЛОЕ Ограниченность топливно-энергетических ресурсов, увеличение массы топливных отходов, снижение их теплотворной способности и изменчивость состава горючих компонентов вызывают необходимость применения новых технологий сжигания. Перспективной технологией, которая уже нашла применение на Старобешевской ТЭС, является сжигание топлива в циркулирующем кипящем слое. Рассмотрены особенности использования для указанной технологии мелких отходов различных углей. Стабильные режимы горения антрацитовых шламов на опытной установке получены в диапазоне температур 859–906 °С. Достигнут достаточно низкий уровень эмиссии диоксида серы и оксидов азота (NOx). Ключевые слова: котел, циркуляционный кипящий слой, сжигание, уголь, переобогащенные отходы, ожижение
Введение Основой эволюции цивилизации в XXI веке является во многом эффективное получение и применение энергии. Значительную часть энергии в мире получают за счет использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Исчерпание ресурсов высокореакционных топлив (нефти и природного газа), увеличение количества отходов в производствах обогащения твердого топлива, а также необходимость более широкого использования возобновляемых источников энергии, в связи с климатическими изменениями, вызвали необходимость изменения технологии сжигания топлива [1–3]. Кумулятивное потребление топлива описывается логистической зависимостью с предельным значением, определяемым суммой извлекаемых запасов ТЭР, перспективных запасов возобновляемых ресурсов и возможностями использования разных видов топлива и технологий получения энергии с учетом экономических, геологических и климатических условий данной территории [4]. В соответствии с прогнозами высокореакционные топлива обеспечат примерно 50 % энергопотребления в мире к 2050 г. и лишь около 10 % – к концу столетия [5]. При генерации электрической энергии на тепловых электростанциях с использованием твердого топлива в настоящее время доминирующей технологией является сжигание топлива в пылеобразном состоянии. Однако, в последние годы значительная часть введенного на электростанциях оборудования работает с использованием технологий циркулирующего кипящего слоя (ЦКС). Это обусловлено следующими преимуществами указанной технологии: возможностью применения углей низкого качества, использования смесевых видов топлив, включая разнообразные отходы, и реализацией возможностей применения относительно малозатратных технологий снижения эмиссии диоксида серы и оксидов азота. Сжигание топлива в ЦКС осуществляется следующим образом. Частицы топлива после грубого измельчения и частицы известняка поступают в топку котлоагрегата. Частицы взвешиваются (ожижаются) восходящими потоками воздуха (60–70 % от общего расхода воздуха), который попадает через форсунки в нижней части топки (на поду). Скорость ожижающего воздуха составляет 3,7–9 м/с. Для полного сжигания топлива осуществляется подаISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
37 ча вторичного воздуха над подом топки. Сжигание топлива происходит при температуре 840–900 °С. Мелкие частицы топлива (< 450 мкм) выносятся дымовыми газами из топки при скорости газового потока 4–6 м/с. Эти частицы улавливаются в циклонах-сепараторах и рециркулируют обратно в топку. Благодаря высоким уровням рециркуляции твердых частиц, достигающим 50–100 кг на 1 кг сжигаемого топлива, обеспечиваются малые потери топлива в результате недожога. По ряду преимуществ технологий ЦКС относительно такой пылеугольной технологии (технология нетребовательна к содержанию золы в сжигаемом топливе), однако ЦКСкотлоагрегаты все же имеют свои ограничения относительно качества топлива. Дело в том, что в ЦКС-котлоагрегатах сжигают не пылевидное, а дробленое топливо. Топливо для ЦКС должно иметь значительную долю крупной фракции (характерный размер от 1–3 мм до 1–6 мм) для поддержания кипящего слоя в нижней части топки, и часть средней фракции (характерный размер 0,1–1,0 мм), достаточной для поддержания циркулирующего потока. КПД циклона ЦКС-котлоагрегата также зависит от гранулометрического состава входного топлива. При недостатке частиц средней фракции КПД циклона по пылеобразной мелочи резко снижается, а унос недогоревшей мелочи и механический недожог соответственно возрастают. Цель исследования Целью исследования является обоснование достоинств и недостатков технологий сжигания топлива, отходов углеобогащения и коксования, условий их применения в котлоагрегатах с циркулирующим кипящим слоем. Изложение основного материала исследований Отходы мокрого обогащения (шламы) отличаются малым размером (0–0,3 мм) частиц, что, на первый взгляд, делает их непригодными для использования в ЦКС без добавления дробленого угля крупной фракции. Однако при сушке, за счет большого содержания в шламе глинистых включений, которые выступают в роли связующего вещества, происходит агломерация мелких частиц. При этом наблюдается значительное изменение фракционного состава в сторону его укрупнения. Причем эффект агломерации тем существеннее, чем выше зольность исходного шлама. На рисунке 1 приведена зависимость содержания индивидуальных частиц трех диапазонов размеров: ≤ 0,1 мм, 0,1–1,0 мм, > 1 мм. Данные получены путем мокрого рассева исходного шлама на стандартных ситах. У всех шламов по всему диапазону зольности частицы размером >1 мм практически отсутствуют. Частицы размером 0,1–1,0 мм составляют около 40 % массовой доли у шлама с зольностью Ad = 35,1 %. Массовая доля этих частиц монотонно уменьшается с ростом зольности до 8 % у шлама с зольностью Ad = 59,4 %. Основную массовую долю шламов составляют частицы размером ≤ 0,1 мм, причем она увеличивается с ростом зольности. На рисунке 2 приведена аналогичная зависимость для подготовленного шламового топлива. Подготовка включала в себя естественно-воздушную сушку исходного шлама до Wtr = 4–8 % и мягкое дробление до размера частиц 0–5 мм. Данные получены с помощью сухого рассева на стандартных ситах. Из данных рисунка видно, что за счет эффекта агломерации, начиная с зольности Ad = 48–52 %, содержание новообразованной фракции > 1 мм превышает 18 % от общей массы шлама, что является вполне достаточным для создания и поддержания кипящего слоя. С дальнейшим ростом зольности массовая доля частиц крупной фракции продолжает возрастать и достигает 43 % у шлама с зольностью Ad = 59,4 %. В то же время содержание новообразованной средней фракции (0,1–1,0 мм) на всем диапазоне зольности шламов находится в пределах 40–60 %, что вполне достаточно для поддержания стабильной циркуляции. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
38 Масса, % 100 90
80 70
‹ 0,1 мм
60 50
0,1-1,0 мм
› 1,0 мм
40
30 20 10 0 30
35
40
45
50
55
60
зольность 65 топлива A , %
Рисунок 1 – Массовая доля фракции частиц исходного шламового топлива в зависимости от зольности Масса, %
‹ 0,1 мм
80
0,1-1,0 мм
70
› 1,0 мм
60 50 40
30 20 10 0 30
35
40
45
50
55
60
зольность65 топлива A, %
Рисунок 2 – Массовая доля фракции подготовленного агломераций топлива в зависимости от зольности частиц Таким образом, благодаря вышеописанному эффекту агломерации при сушке мелкий размер исходного шлама не является серьезным препятствием для его использования в качестве основного топлива в котлах ЦКС, что подтверждается также данными зарубежных исследователей [6, 7]. Процесс горения твердого топлива в очень большой степени зависит не только от химической природы угольного вещества, но и от пористости горючего вещества, что определяет диффузионные, прочностные, термические и многие другие свойства твердого топлива. В связи с этим были проведены исследования удельной поверхности и объема пор дробленого угля и шламовых частиц с целью сопоставления их пористой структуры. Пористая струкISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
39 тура угольных частиц определялась сорбционным методом. Для исследования были взяты образцы различных марок исследуемого топлива, приведенные в таблице 1, с приблизительно одинаковой зольностью (Ad = 45–55 %). Для определения пористой структуры были отсеяны частицы с размером 0,4–0,63 мм. В таблице 1 также представлены результаты по измерению пористой структуры исследуемых образцов топлива. Из таблицы видно, что во всех случаях удельная поверхность и объем пор у шламов различных марок углей больше, чем у дробленого угля той же марки при одинаковой зольности. Увеличение удельной поверхности и объема пор у шламов по сравнению с исходными углями может быть вызвано процессами их частичного окисления, а также вымыванием различных минеральных составляющих золы во время пребывания шламов под водой. Увеличение удельной поверхности и объема пор у шламов всех типов исследованных углей, по сравнению с исходными углями тех же марок, является положительным качеством, так как это приводит к увеличению поверхности при реакции горения топлива. Таблица 1 – Характеристики пористой структуры исследуемых топлив Наименование образца Шлам Шахтерской ЦОФ (А) Шлам Луганской ЦОФ (Д) Шлам Селидовской ЦОФ (Г) Шлам Павлоградской ЦОФ (Г) Постниковская ЦОФ исх. (А) ЦОФ «Украина» исх. (Д) Лисичанскуголь исх. (Г) Павлоградуголь исх. (Г)
Ad, % 50,4 48,3 47,1 49,1 47,9 43,1 45,8 52,1
Vd, % 6,8 24,24 22,6 21,8 6,0 23,8 22,2 19,9
SH2O, м2/г 122 116 100 81 99 87 57 49
VS 105, м3/кг 6,55 10,1 12,6 9,79 4,82 7,6 4,4 3,2
Примечание – Марки угля: А – антрацит, Д – длиннопламенный, Г – газовый.
Основой технологии ЦКС является процесс псевдоожижения дисперсного материала. Переход свободно лежащего неподвижного слоя мелкозернистого материала в подвижное состояние при заданном фракционном составе определяется гидродинамикой потока газа, движущегося в межкусковых каналах слоя. Этот переход осуществляется при вполне определенной скорости потока Wk′, называемой критической скоростью кипящего слоя. Дальнейшее возрастание скорости потока приводит к увеличению объема кипящего слоя. При некоторой скорости Wk″, называемой предельной скоростью или скоростью выноса, кипящий слой переходит во взвешенное состояние и вместе с потоком выносится из аппарата. В пределах от Wk′ до Wk″ кипящий слой находится в устойчивом состоянии. Следует отметить, что в промышленных аппаратах кипящего слоя из-за полидисперсности частиц, их различной формы, плотности, шероховатости, а также по другим причинам, унос частиц слоя может начинаться при скоростях газа, значительно ниже расчетных. В связи с этим была проведена серия экспериментов на холодной аэродинамической модели, позволившая эмпирически установить скорости начала уноса частиц углей и шламов определенного размера. Для исследования были отобраны рядовой уголь антрацита и газового угля, а также шламы энергетических углей. Все пробы были разделены по размерам частиц на: 0,315; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 3,0 мм путем просеивания через лабораторные сита. Такой размер частиц был выбран из тех соображений, что частицы именно этих размеров принимают участие в формировании кипящего слоя и создании циркулирующего потока в установке ЦКС. Результаты исследований по всем фракциям для всех изученных видов углей и шламов представлены на рисунке 3. Из рисунка видно, что самая высокая скорость, при которой происходит унос частиц во всем диапазоне размеров имеет место у частиц дробленого антрацита. Это объясняется ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
40
Скорость газового потока, м/с
его наибольшей плотностью. Следующим более «легким» углем оказался газовый уголь. Шламы имели меньшие скорости уноса из-за меньшей плотности относительно углей аналогичной марки. 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4
дробленый «Г» шлам «Г» дробленый «А» шлам «А» 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Диаметр частиц, мм
Рисунок 3 – Зависимость скорости газового потока, обеспечивающего унос частиц соответствующего размера, от их диаметра Проведена также серия экспериментов по определению кинетических характеристик взаимодействия коксов отходов углеобогащения с кислородом воздуха на установке РСК-1-Д. Исследования проводились с целью сопоставления кинетических характеристик коксов шламов и дробленого угля. Для изучения были взяты основные марки энергетических углей Украины, а также их отходы мокрого обогащения. Все эксперименты по определению кинетических характеристик взаимодействия коксов энергетических углей, а также их отходов углеобогащения, с кислородом воздуха проводились в одинаковых условиях при атмосферном давлении и при температуре в реакторе tc = 550 °C. Типичные зависимости удельной скорости взаимодействия коксов энергетических углей, а также их шламов, представлены на рисунках 4, 5. Таблица 2 – Технический анализ углей и шламов, использованных в экспериментах Тип угля
Фракция, мм
Влажность Wa, %
Зольность Ad, %
А Г Легковоспламеняющийся (Г) Шлам А Шлам Г Шлам легковоспламеняющийся (Г)
0,4–0,63 0,4–0,63 0,4–0,63 0,4–0,63 0,4–0,63 0,4–0,63
3,7 3,1 2,6 8,2 10,39 14,2
46,1 47,2 43,1 48,3 47,4 51,7
Примечание – Марки угля: А – антрацит, Г – газовый.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
Содержание летучих веществ Vd, % 4,9 25,2 23,4 7,6 21,02 18,9
41
Рисунок 4 – Зависимость текущей скорости окисления коксов антрацитового шлама и дробленого антрацита кислородом воздуха от степени конверсии (M(масса пробы) = 0,08 г, d = 0,4–0,63 мм, tср = 550 °С) Для подтверждения вышеизложенных предположений было проведено тестовое сжигание шламов и сухих отходов на пилотной установке ЦКС-0,02 производительностью по твердому топливу до 20 кг/ч. Целью экспериментов было определение потенциальной возможности сжигания в ЦКС отходов сухого углеобогащения и шламов, а также нахождение оптимальных экологических и технологических параметров процесса горения. Характеристики топлив, отобранных для сжигания, представлены в таблице 3. Таблица 3 – Характеристики углей и шламов, использованных в экспериментах Тип топлива ПОСОА СОА Л1 Ш1 Ш2 К1 К2
Диаметр частиц, мм 0–3 0–3 0–5 0–5 0–5 0–5 0–5
Wrt, % 3,63 2,61 6,64 8,27 5,9 3,01 5,84
Ad, % 37,8 73,1 35,07 58,04 59,41 48,36 54,41
Vd, % 4,64 1,75 24,24 8,22 7,61 8,52 8,45
Примечание – Здесь и далее ПОСОА – переобогащенные сухие отходы антрацита; СОА – сухие отходы антрацита; Л1 – легковоспламеняющийся 1; Ш1 – шлам 1; Ш2 – шлам 2; К1 – коксовый 1; К2 – коксовый 2.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
42
Рисунок 5 – Зависимость текущей скорости окисления коксов шлама газового угля (Шлам Г) и дробленого газового угля (ДГ) кислородом воздуха от степени конверсии (M(масса пробы) = 0,1 г, d = 0,4–0,63 мм, tср = 550 °С) Топливоподготовка сухих отходов антрацита (СОА) заключалась в следующем. Предварительно отобранные на обогатительной фабрике (ОФ) куски сухих отходов размером = 50–150 мм пропускались через молотковую дробилку. Полученные после дробления куски просеивались через сито 3 мм. При повышении влажности отходов они подверглись сушке в шкафах до влажности Wrt = 2,5–3,5 %. Подготовка продуктов переобогащения сухих отходов антрацита велась следующим образом. Отобранные сухие отходы класса 0–25 мм были высушены до Wir = 2,1–2,4 %, раздроблены на молотковой дробилке и просеяны через сито 3 мм. Просеянный через сито материал был разделен в смеси воды с магнетитом при плотности разделяющей среды ж = 1800 кг/м3. В результате этого было получено два продукта обогащения: первый продукт – всплывшие частицы с Ad = 36–38 %, Vd = 4,0–4,7 %, Std = 1,4–1,8 %, которые были использованы в экспериментах, и второй продукт – утонувшие частицы с Ad = 83,9–91,2 %. При подготовке шламов к сжиганию они подвергались только длительной естественно-воздушной сушке в тонком слое до влажности Wr = 3–8 %. Из высушенного исходного шлама отсеивалась фракция 0–5 мм, затем остаток дробился вручную и также отсеивался до размера 0–5 мм. В результате такой подготовки получалось топливо, имеющее достаточную долю крупных частиц для формирования слоя и стабилизации циркуляции при сжигании в ЦКС. В качестве стартового инертного материала использовалась ранее наработанная зола от сжигания антрацита в ЦКС фракции 0–3 мм. Стабильные режимы сжигания ОА были получены в диапазоне температур от 880 до 900 °С, которые соответствуют температурам сжигания местных антрацитов. При оптимальных режимах, когда отношение первичного воздуха к вторичному 80 % и 20 %, достигается максимальная степень конверсии топлива 90 %, при отношении Са/S = 2,5 степень связывания серы составляла 90 %. Выбросы NOх не превышают 280 мг/нм3, а выбросы SO2 достигают 390 мг/нм3. Не удалось получить стабильных режимов ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
43 горения при температуре ниже 870 °С из-за постепенного затухания процесса горения. Стабильные режимы горения продуктов вторичного обогащения антрацита удалось получить в диапазоне температур 860–940 °С, при нагрузке установки 45–100 %, отношении первичного воздуха к вторичному 80–20 % к 50–50 %, то есть обеспечивался более широкий диапазон режимов горения по сравнению с диапазоном сухих необогащенных отходов. В оптимальных режимах, при диапазоне температур 880–900 °С, отношении первичного воздуха к вторичному 70 % к 30 %, была достигнута степень конверсии топлива 90–96 % и при соотношении СаS = 2,5 степень связывания серы до 95 %. Выбросы NOх были равны 260 мг/нм3, а выбросы SO2 – 200 мг/нм3. Стабильные режимы сжигания для антрацитовых шламов были установлены в диапазоне измеренных среднетопочных температур 859–906 °С. В указанном диапазоне температур при сжигании антрацитовых шламов выбросы NO x составляли 189–236 мг/нм3, что не превышает уровня выбросов NOx при сжигании в ЦКС каменных углей при более низких температурах. Минимальные уровни эмиссии SO2 (170–344 мг/нм3) достигались для антрацитовых шламов при температурах 880–900 °С, в связи с чем указанный диапазон температур следует считать оптимальным для сжигания в ЦКС антрацитовых шламов. Результаты расчетов материального баланса, степени конверсии угля и связывания серы по проведенным экспериментам представлены в таблице 4. Основываясь на результатах исследований, разработаны практические рекомендации по подготовке топлив из сухих отходов и отходов мокрого обогащения антрацитов и каменных углей, а также по их сжиганию в котлах ЦКС. Таблица 4 – Результаты экспериментов по сжиганию в ЦКС шламов и сухих отходов антрацита Топливо d
A,% Sdt, % Ca/S UГ, м/с B’/B” T, °C SO2, мг/нм3 NOх, мг/нм3 Степень конверсии угля, X, % Степень связывания серы, KS, %
ПОСОА СОА Л1 Ш1 Ш2 37,82 73,11 35,07 58,04 59,41 1,64 1,18 2,14 0,72 0,84 2,0 2,5 2,4 3,2 2,5 4,6 5,2 5,3 5,3 5,3 70/30 80/20 50/50 65/35 65/35 900 880–900 865–885 885–895 870–880 240 350 480 170 190 195 220 315 190 190
К1 48,36 1,61 1,8 4,5 65/35 875–885 470 210
К2 54,41 1,34 1,8 4,6 75/25 915 350 220
94,2
90,3
86,1
83,5
81,2
68,8
90,5
90,7
94,7
93,7
95,0
95,4
93,8
93,7
Выводы 1. Сухие отходы антрацита и каменных углей при существующем уровне зольности могут быть утилизированы в ЦКС-котлоагрегатах без предварительного переобогащения. Учитывая относительно узкий, по сравнению с аналогичными углями, диапазон варьирования температуры в зоне горения в случае сжигания сухих отходов, следует ожидать и меньшие возможности по изменению температуры при регулировании производительности установок ЦКС на отходах. 2. Положительным качеством топлива из шламов является то, что в отличие от угля, оно не требует больших капиталовложений на добычу. Однако увеличиваются затраты на тран-спортировку необычного топлива. Показано, что процесс горения принципиально не отличается от сжигания высокозольного угля в циркулирующем кипящем слое. 3. При условии организации надлежащей топливоподготовки шламов, которая должISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
44 на включать сушку до Wrt 10 % и «мягкое» дробление в дробилках валкового типа до размера частиц 0–5 мм, сжигание илошламового топлива в ЦКС подобно сжиганию высокозольного угля тех же марок с размером частиц 0–3 мм. 4. Шламовые отходы с зольностью Ad = 35–65 % могут быть использованы как основное топливо для специально спроектированных ЦКС-котлоагрегатов или как дополнительное – для обычных ЦКС-котлоагрегатов. При проектировании котлоагрегатов, сжигающих шламовые отходы, необходимо учитывать требования к повышению эффективности циклонов и увеличению пропускной способности контура циркуляции для стабилизации слоя и циркулирующего потока. Список литературы 1. Qian, Zhu. Development in Circulating Fluidized Bed Combustion / Zhu Qian / IEA Clean Coal Centre. ‒ April 2013. – 60 p. 2. Современное состояние и развитие технологий циркулирующего кипящего слоя в энергетике и ее применение для снижения выброса парниковых газов / Г. А. Рябов, О. М. Фоломеев, Д. А. Санкин, Д. А. Мельников // Горение твердого топлива : VIII Всероссийская конференция с международным участием, 13–16 ноября 2012 г., Новосибирск. ‒ Новосибирск : Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 2012. – C. 87.1–87.10. 3. Johnsson, Filip. Fluidized Bed Combustion for Clean Energy / Filip Johnsson // New Horizons in Fluidization Engineering : Refereed Proceedings of the 12th International Conference on Fluidization, 2007. – P. 47–62. 4. Разработка и внедрение новых технологий сжигания топлива в энергетике / Ф. А. Серант, И. О. Будилов, В. В. Стропус, А. А. Смышляков // Инновационная энергетика : междунар. науч.-практ. конф., 2005. – C. 1–8. 5. Клименко, В. В. Мировая энергетика и климат планеты в XXI веке в контексте исторических тенденций / В. В. Клименко, А. Г. Терешин, О. В. Микушина // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева). ‒ Иваново, 2008. ‒ Т. LII, № 6. – C. 11–17. 6. Niemeld, Karl. Experience of Fluidized Bed Technology for Biomass Plants in Different Applications and Development towards New Applications in RDF Burning / Karl Niemeld // Power-Gen Europe Conference, May 2003, Dusseldorf, Germany. – P. 14–16. 7. Agglomeration in Fluidized Bed Combustion System / V. Dillibab, N. Azavindhan, M. Kzighnakumari, C. Bibin // International Journal for Scientific Research and Development. ‒ 2017. ‒ Vol. 5, № 3. – P. 103–107.
С. П. Высоцкий, В. А. Хижняк ГОУВПО Донецкая национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка Особенности сжигания антрацитов, шламов и продуктов переобогащения сухих отходов в циркулирующем кипящем слое Ограниченность топливно-энергетических ресурсов, увеличение массы отходов топлива, снижение их теплотворной способности и изменчивость состава топлива вызывают необходимость применения новых технологий сжигания топлива. Перспективной технологией, которая уже нашла применение на Старобешевской ТЭС, является сжигание топлива в циркулирующем кипящем слое. Это обусловлено следующими преимуществами указанной технологии: возможностью использования углей низкого качества, использованием смесевых видов топлива, включая разнообразные отходы и возобновляемые ресурсы, а также реализацией возможностей применения относительно малозатратных технологий снижения эмиссии диоксида серы и окислов азота. Отходы мокрого обогащения угля (шламы) отличаются малым размером частиц, что ограничивает возможность их использования в технологии ЦКС без добавления угля крупной фракции. При сушке шламов, за счет наличия в них глинистых включений, происходит агломерация частиц угля, что обеспечивает возможность использования этих видов топлива для сжигания в ЦКС. Процесс горения твердого топлива в значительной степени зависит от пористости горючего вещества. Приведена характеристика пористой структуры шести типов отходов обогатительных фабрик и двух типов углей Украины. Эксперименты по определению скорости псевдоожижения частиц угля на аэродинамической модели показали, что для взвешивания частиц при равной дисперсности самая высокая скорость необходима для дробленого антрацита и самая низкая для шламов газовых углей. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
45 Кинетические характеристики скорости окисления коксов, антрацитового шлама и дробленого антрацита, а также коксов шлама газового угля (Г) и дробленого газового угля (ДГ) зависят от степени конверсии. В пределах степени конверсии от 20 до 60 % скорость окисления остается практически постоянной. Для шламов скорость окисления примерно в 2 раза больше по сравнению с дробленым углем. КОТЕЛ, ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КИПЯЩИЙ СЛОЙ, СЖИГАНИЕ, УГОЛЬ, ПЕРЕОБОГАЩЕННЫЕ ОТХОДЫ, ОЖИЖЕНИЕ
S. P. Vysotskiy, V. А. Khizniak Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture, Makeyevka Combustion Peculiarities of Anthracites, Slimes and Products of Dry Wastes Overriching in Circulating Fluidized Bed As fuel and energy resources are limited, an increase in the mass of fuel waste, reduction of their fuel efficiency and variability of fuel composition cause the need for application of new fuel combustion technologies. Perspective technology having applied at the Starobeshevskaya thermal power station is the fuel combustion in the circulating fluidized bed. It is due to the following advantages of the indicated technology: possibility of low quality coals usage, usage of mixed fuels including various wastes and renewable resources and implementation of application possibilities relatively to low-cost technologies of emission liquefaction of the sulfur dioxide and nitrogen oxides. Wastes of the coal washing (slimes) differ in small size of particles that limits the possibility of their using in the technology of circulating fluidized bed (CFB) without adding coarse coal. When drying slime agglomeration of coal particles takes place due to the presence of clay inclusions in them that provides possibility of these fuels usage for combustion in CFB. The process of the solid fuel combustion significantly depends on the porosity of the combustion agent. Porous structure characteristics of concentrator wastes of six types and Ukrainian coals of two types is given. Experiments to determine the rate of coal particles pseudo fluidization in the aerodynamic model have shown that for particle weighing at equal dispersity the highest rate is necessary for crushed anthracite and the lowest one is for slimes of gas coal. Oxidation rate kinetic characteristics of cokes, anthracite slime and crushed anthracite and also cokes of gas coal slimes (G) and crushed gas coal (CG) depend on the conversion level. Within the conversion level from 20 to 60 % oxidation rate remains practically constant. For slimes, oxidation rate is approximately twice as large as crushed coal. BOILER, CIRCULATING FLUIDIZED BED, COMBUSTION, COAL, OVERRICHED WASTES, LIQUEFACTION Сведения об авторах: С. П. Высоцкий SPIN-код: 7497-0100 Телефон: +38 (050) 649-84-36 Эл. почта: sp.vysotsky@gmail.com В. А. Хижняк Телефон: +38 (095) 446-78-41 Эл. почта: Khizhnyak1995@list.ru Статья поступила 24.10.2017 © С. П. Высоцкий, В. А. Хижняк, 2017 Рецензент: А. П. Карпинец, канд. хим. наук, доц., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ»
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
46 УДК 628.51:621.311.182 С. П. Высоцкий, д-р техн. наук1, А. С. Гавриленко2, А. С. Князев1 1 – ГОУВПО Донецкая национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка, 2 – Автомобильно-дорожный институт Донецкого национального технического университета, г. Горловка ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ СЖИГАНИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Электро-и теплогенерирующие установки промышленных предприятий, а также теплофикационные котельные, работающие на твердом топливе, являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды в селитебных районах. Основными загрязнителями атмосферы являются частицы пыли и диоксида серы. Определены факторы, влияющие на эффективность процессов очистки газовых выбросов от частиц пыли в циклонных сепараторах и от диоксида серы в адсорберах с использованием в качестве сорбента известняковой суспензии. Ключевые слова: пыль, циклонный сепаратор, флокуляция частиц, эффективность очистки, диоксид серы, адсорбер, емкость сбора, концентрационный напор
Введение В техногенных регионах существует высокая нагрузка на окружающую среду. Это обуславливается в первую очередь загрязнением воздушного бассейна выбросами энергетических, металлургических и коммунальных предприятий. Основными компонентами в газовых выбросах являются частицы пыли (при сжигании твердого топлива), диоксид серы SO2, окислы азота NOx. Опасность выбросов высокодисперсных частиц пыли состоит в том, что они обладают высокой пористостью (соответственно, высокой удельной поверхностью) и способны концентрировать на своей поверхности многие высокотоксичные компоненты (например, ртуть и ее соединения, хром, сера и бенз(α)пирен и др.). Высокую опасность представляют выбросы расположенных в селитебных зонах многочисленных котельных, сжигающих твердое топливо. Для очистки запыленных газовых потоков широко используются циклонные сепараторы, которые являются одними из самых простых и дешевых пылеуловителей. Из-за своей высокой эффективности, приспособляемости – способности быть использованными даже при ограничениях в месте расположения, а также относительной экономии энергии на процесс очистки, циклоны находят применение во многих технологических процессах [1]. При сжигании твердого топлива в энергетических установках циклоны используются для сепарации крупных частичек угля, направленных на рециркуляцию для дополнительного измельчения, и относительно редко – для очистки дымовых газов от пыли. В последнем случае наиболее широко используются электрофильтры и рукавные фильтры. Однако в котельных установках небольшой и средней производительности на производственных и теплофикационных котельных циклоны находят достаточно широкое применение. Необходимость применения мер по совершенствованию их работы обусловливается тем, что котельные установки малой и средней производительности расположены в основном в селитебных районах, в которых загрязнение атмосферы пылью вносит существенный вклад в общую экологическую обстановку в регионе. Целью исследования является выбор путей совершенствования существующих технологий очистки газовой пыли в циклонных сепараторах и от диоксида серы с использованием мокрой известняковой технологии. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
47 Изложение основного материала исследования Циклонные сепараторы являются устройствами, не содержащими движущихся частей, (кроме очищаемой среды) и практически не требуют обслуживания. Они способны удалять из газовых потоков частицы в микрометровом диапазоне при скорости потока примерно 15 м/с без значительных перепадов давления и, соответственно, при умеренных энергозатратах. Первый патент на циклонный сепаратор был выдан в Соединенных Штатах Америки Джону Финку в 1885 г. Принцип работы был основан на использовании центробежных сил для отделения частиц пыли из газового потока. Несмотря на то, что циклоны не обеспечивают строгие стандарты на показатели эмиссии пылевых частиц очень малого диаметра, низкие капитальные затраты, простота конструкции и надежность в эксплуатации обусловили их широкое применение в технических системах. В отличие от рукавных фильтров циклоны хорошо подходят для очистки газа при повышенных давлениях. Принцип отделения частиц пыли в циклонных сепараторах состоит в том, что процесс осаждения частиц интенсифицируют за счет центробежной силы, обеспечиваемой тангенциальным вводом потока в устройство. Под действием центробежной силы частицы отбрасываются к стенке циклона, где они теряют свою кинетическую энергию и движутся вниз. Эффективность работы циклонных сепараторов, характеризующихся степенью улавливания частиц пыли, зависит от значительного количества факторов. В таблице 1 приведены основные показатели, влияющие на степень задержки частиц пыли. Таблица 1 – Параметры работы циклонов Параметр Dц, м Q∙103, м3/с Нц/ Dц Вц/ Dц D0/ Dц Sц/ Dц (Lц+Zц)/ Dц Lц /Dц DвDц dч, м
Циклоны большого диаметра Нижний Верхний предел предел 0,18 0,4 43 240 0,25 0,7 0,15 0,3 0,3 0,58 0,35 3,5 3 6 0,5 3,5 0,38 1 -6 1∙10 1∙10-4
Циклоны малого диаметра Нижний Верхний предел предел 0,01 0,05 0,15 4,8 0,21 0,59 0,15 0,32 0,2 0,8 0,4 1,64 2,3 4,3 1,1 2,1 0,3 0,69 1∙10-6 1∙10-4
Примечания 1 Dц – диаметр циклона; 2 Q – расход газового потока; 3 D0 и Sц – диаметр и глубина погружения патрубка для отвода очищенного газа; 4 Lц – длина цилиндрической части циклона; 5 Нц и Вц – высота и ширина отверстия для подвода очищенного потока; 6 Zц – длина конической части циклона; 7 dч – диаметр (размер) удаляемых частиц пыли.
Согласно литературным данным [1] при увеличении диаметра циклона эффективность удаления частиц пыли снижается. Возрастание же Q, S ц, Lц, Dв, dч приводят к повышению эффективности сепарации пыли. Обычно процесс сепарации пыли описывается относительно простой моделью. Частица пыли в газовом вихре испытывает n вращений.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
48 n
Z 1 (L ц ц ). Нц 2
(1)
Для того, чтобы быть задержанной в циклоне, частица в течение времени τ должна находиться в пристенной части циклона (внешней части вихря). При этом:
τ πDц
n , Vц
(2)
где τ – время спирального движения частицы, с; Vц – скорость ввода газа, м/с.
Vц =
Q . Bц H ц
(3)
Предельная скорость частицы Vп по преодолению расстояния В за время составляет:
Vп
В .
(4)
Последняя зависит от размера частиц. Приняв стоксовский режим течения, когда сопротивление движения частиц Fч = 3 d ч , и центробежную силу «Fц» при движении частиц mV D массой «m» со скоростью Vц, получаем Fц . Для r . Приравняв обе силы, получаем: r 2
(п г ) d 2ч Vц2 V , 9D
(5)
где п , г – плотность частицы и плотность газа, кг/дм 3; – вязкость газа, кг/мс. Подставив значение « » из уравнения (2) в (4) и, приравняв два уравнения для Vп , после перегруппировки величин, получаем уравнение для определения размера задерживаемых в циклоне частиц. 1/ 2
9μВ dч = πnVц (ρг ρп )
.
(6)
Теоретически, все частицы размером больше dч должны быть уловлены в циклоне со 100 %-ной эффективностью. При расчете циклонных сепараторов определяют «точку отсечки», которая численно равна аэродинамическому эквивалентному диаметру частицы, которая улавливается с 50 %-ной эффективностью. Указанное значение определяется по формуле (6). Анализ литературных данных [2–4] показал, что эффективность удаления или циклонной сепарации частиц в зависимости от их диаметра описывается S-образной кривой или логистической кривой, которая представлена уравнением:
1 1 е а ( х b )
,
где а – параметр, характеризующий кривизну кривой; b – константа половинного значения, при b = d.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
(7)
49 Учитывая то, что в уравнении (5)
1 1 е а ( db ) , логическая зависимость имеет вид:
1 ln( 1) a (b d) .
(8)
Обработав данные, авторы [3] получили зависимость эффективности сепарации частиц от их диаметра:
1 1 е
0, 29( d 9 , 05)
.
(9)
Зависимость представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Зависимость эффективности улавливания частиц пыли от их диаметра Согласно приведенным данным, имеет место значительное снижение эффективности сепарации при уменьшении размера частиц улавливаемой пыли. Так, для d ч = 20 мкм 0,96 ; dч = 10 мкм 0,57 и dч = 7,5 мкм 0,39. При диаметре частиц пыли 9,05 мкм (константа половинного значения) 0,5 . Интересно проследить влияние сечения отверстия подвода газового потока на эффективность улавливания частиц пыли. На рисунке 2 представлены данные, показывающие, что проскок неуловленных частиц пыли значительно возрастает при увеличении сечения входного газового потока. При этом увеличение скорости ввода существенно компенсирует снижение эффективности сепарации частиц. Так как диаметр улавливаемых частиц оказывает существенное влияние на эффективность их сепарации, для ее повышения целесообразно воздействие на просачивание частиц путем их флокуляции через циклон. Флокуляция частиц может быть реализована электростатическим способом и с использованием растворов флокулянтов. На рисунках 3 и 4 показаны способы реализации флокуляции частиц с частичной рециркуляцией очищенного газового потока.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
50
Рисунок 2 – Зависимость эффективности улавливания пыли от скорости ввода в циклон и сечения α входного отверстия
Рисунок 3 – Повышение эффективности сепарации пыли с использованием электростатической флокуляции частиц Следует отметить, что в случае, показанном на рисунке 4, необходимо учитывать заряд частиц пыли и в соответствии с этим использовать анионный или катионный флокулянт.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
51
1 – бак флокулянт; 2 – насос подачи флокулянта; 3 – циклон; 4 – сборник пыли Рисунок 4 – Схема очистки запыленных газовых потоков с рециркуляцией При очистке газовых выбросов от гомогенных загрязняющих веществ (SO 2 и NOх) основным компонентом в выбросах при сжигании твердого топлива является диоксид серы. Для удаления последнего (очистки газовых потоков) используются три наиболее распространенных технологии: мокрая, полусухая и аддитивная. Достоинства и недостатки указанных технологий приведены в таблице 2. Таблица 2 – Достоинства и недостатки систем очистки газов от диоксида серы Достоинства 1
Недостатки 2
Мокрая технология 1. Наличие высоко минерализированных 1. Недорогой и относительно дешевый сорбент стоков 2. Продукт десульфуризации может быть использован в строительстве и при произ2. Высокая стоимость оборудования водстве цемента 3. Необходимость дополнительного подо3. Высокая степень очистки газов грева очищенных газов перед подачей в дымовую трубу 4. Высокая степень загрязнения продуктов 4. Обеспечивает высокую степень десульфу- десульфуризации тяжелыми металлами, ризации в широком диапазоне нагрузки что ограничивает возможность использования отходов Полусухая технология 1. Многокомпонентный состав отходов: 1. Относительная высокая степень очистки СаСО3, СаSО3, СаSО4 и СаО, что огранигазов от диоксида серы чивает область их применения 2. Большая растворимость отдельных ком2. Отсутствие сточных вод понентов отходов в воде 3. Большая стоимость сорбента (извести) 3. Меньшие капитальные затраты по сравнепо сравнению с мокрой известняковой нию с мокрой технологией технологией ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
52 Продолжение таблицы 2 1
2 4. Необходимость использования двухста4. Возможность применения отходов для дийного удаления взвешенных веществ технологических целей при реализации возможности рационального использования отходов Сухая технология 1. Низкая степень улавливания диоксида 1. Низкие капитальные затраты серы (не превышает 50 %) 2. Малая степень использования сорбента 2. Низкая стоимость сорбента (не превышающая 30 %) 3. Возможное повышение степени десульфу3. Значительное увеличение удельной ризации за счет впрыска воды перед рукавнагрузки на электрофильтры ными или электрофильтрами В случае применения в качестве сорбента извести в (полусухой технологии) применяют 20 %-ный раствор Ca(OH)2 , значение рН изменяется в пределах 10–12. При использовании в качестве сорбента известняка величина рН суспензии составляет 7. Важным параметром процесса десульфуризации является соотношение объема жидкости и очищаемого газа. В мокрой известняковой технологии оно изменяется в пределах 8–16 л/м3. В полусухой технологии суспензия извести с размерами капель 20–40 мкм впрыскивается в поток загрязненных дымовых газов. При движении потока газов в скруббер жидкость испаряется и в нижней части скруббера температура снижается до 65–80 °С при исходном потоке 120–160 °С, время пребывания сорбента (время реакции) от 5–50 секунд. Важным эксплуатационным параметром является степень очистки газов и эффективности использования известняка. Последний параметр влияет также на показатели, характеризующие возможность использования отходов процесса десульфуризации дымовых газов в строительной отрасли, промышленности и при производстве цементных вяжущих. Зависимость степени утилизации известняка « η » от объема емкости для сбора продуктов десульфуризации «V» показана на рисунке 5.
Рисунок 5 – Зависимость степени утилизации известняка от объема емкости сбора продуктов десульфуризации дымовых газов Аналитическое описание зависимости имеет следующий вид:
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
53
98 . 1,57 V
(10)
Представленные данные показывают, что прирост степени использования известняка пропорционален квадрату разности максимальной емкости, при которой →100 %, и текущей емкости:
d k (Vmax V) 2 . dV
(11)
Эффективность использования сорбента зависит также от показателя поглотительной суспензии известняка. На рисунке 6 показано изменение концентрации ионов сернистой кислоты гидросульфита и сульфита от уровня рН.
Рисунок 6 – Изменение концентрации ионов сернистой кислоты гидросульфита и сульфита в зависимости от величины рН Естественно, что понижение уровня рН обеспечивает увеличение растворяющей способности поглотительного раствора и повышение степени использования известняка. Однако, при этом понижается концентрационный напор «∆С» поглотительного раствора и уменьшается эффективность очистки дымовых газов от диоксида серы. Поэтому рН суспензии поглотительного раствора поддерживают на уровне 4,2–4,5. Существует еще одно ограничение, касающееся опасности кристаллизации гипса на стенки трубопроводов и насосов контуров рециркуляции поглотителя. Часть сорбированного SO3 окисляется до SO2-4 -иона за счет барботажа воздуха в емкости сбора поглотителя. Имеются экспериментальные данные, которые свидетельствуют о том, что при увеличении доли окисленного сульфита более 15 % происходит интенсивная инкрустация (кристаллизация) трудноудаляемого гипса на поверхности циркуляционных корпусов. Отложения гипса вызывают уменьшение скорости циркуляции поглотительного раствора и, соответственно, снижение эффективности процесса десульфуризации дымовых газов [5]. Степень окисления сульфита зависит также от концентрации диоксида серы в дымовых газах. На рисунке 7 представлены данные, показывающие, что существует экспоненци1 С альная зависимость «концентрационного напора» от текущей концентрации С0 С диоксида серы.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
54
Рисунок 7 – Зависимость степени окисления сульфита в сульфат от концентрации диоксида серы в дымовых газах Значение «α» по полученной авторами зависимости с коэффициентом корреляции 0,99 описывается следующим уравнением:
α=
1 . 1+1,09 ехр(0,51 С)
(12)
Выводы 1. На основе анализа основных показателей, влияющих на эффективность работы циклонных сепараторов, показано, что эффективность удаления частиц пыли описывается логистической зависимостью. Доля «проскочивших» через циклон частиц пыли возрастает при снижении скорости ввода потока и увеличении сечения ввода потока газа. 2. Для повышения эффективности улавливания частиц пыли целесообразно применять флокуляцию частиц в очищенном потоке с электростатическим методом или с использованием флокулянтов с рециркуляцией части потока. 3. При очистке газовых выбросов от диоксида серы на котельных установках, сжигающих твердое топливо, степень утилизации поглотителя известняка зависит от объема емкости сбора продуктов десульфуризации дымовых газов. При этом прирост степени утилизации пропорционален квадрату используемого объема – разности между максимальным и текущим значением объема емкости. 4. Степень окисления сульфита в сульфат и, соответственно, опасность гипсования коммуникаций в системе мокрой известняковой технологии десульфуризации газовых потоков описывается экспоненциальной зависимостью от газового потока. Список литературы 1. Marinuc, M. The Effect of Particle Size and Input Velocity on Cyclone Separation Process / M. Marinuc, F. Rus // Bulletin of the Transylvania University of Brasov. Series II: Forestry Wood Industry. Agricultural Food Engineering. ‒ 2011. ‒ Vol. 4 (53), № 2. ‒ P. 117‒122. 2. Kucharavy, Dmitry. Application of S-Shaped Curves / Dmitry Kucharavy, Roland de Guio // Etria TRIZ Future Сonference. – Frankfurt, 2007.‒ P. 11. 3. Mathematical Modeling of Cyclones – Dust Collectors for Air Pollution Control / Marcia Peixoto Vega, Thiago Ferreira de Souza Ribeiro, Frederico Ribeiro Belfort Viera, Claudia Miriam Sheid // Chemical Engineering Transactions. ‒ 2013. ‒ Vol. 32. – P. 2167‒2171. 4. Han, Sang Won. Study on the Particle Removal Efficiency of Multi Inner Stage Cyclone by CFD Simulation / Sang Won Han, Won Joo Lee, Sang Jun Lee // International Journal of Environmental, Chemical, Ecological, Geological and Geophysical Engineering. ‒ 2012. ‒ Vol. 6, № 7. ‒ P. 386‒390. 5. Effects of Boiler Operation on Wet Flue Gas Desulphurization System / Manyin Hu [et al.] // Chemical Society Division of Fuel Chemistry. – 2004. ‒ P. 931‒933. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
55 С. П. Высоцкий1, А. С. Гавриленко2, А. С. Князев1 1 – ГОУВПО Донецкая национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка, 2 – Автомобильно-дорожный институт Донецкого национального технического университета, г. Горловка Повышение экологических показателей процессов генерации электрической и тепловой энергии при сжигании твердого топлива Электро- и теплогенерирующие установки промышленных предприятий, а также теплофикационные котельные, работающие на твердом топливе, являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды в селитебных районах. Основными загрязнителями атмосферы являются частицы пыли и диоксида серы. Показано, что сечение подводящего патрубка в циклонах оказывает большое влияние на эффективность сепарации частиц. Увеличение сечения приводит к снижению эффективности сепарации. Последнее может быть компенсировано возрастанием скорости входного потока газа. Эффективность работы циклонных сепараторов, характеризующихся степенью улавливания частичек пыли, зависит от значительного количества факторов. Влияние размера частиц пыли на степень улавливания описывается логистической зависимостью. Приведены параметры этой зависимости для одного из циклонов. Поскольку диаметр улавливаемых частиц оказывает существенное влияние на эффективность их сепарации, для ее повышения целесообразно воздействие на частицы просачивания через циклон путем их флокуляции. Флокуляция частиц может быть реализована электростатическим способом и с использованием растворов флокулянтов. При очистке газовых выбросов от гомогенных загрязняющих веществ (SO2 и NOх) основным компонентом в выбросах при сжигании твердого топлива является диоксид серы. Для удаления последнего – очистки газовых потоков используются три наиболее распространенных технологии: мокрая, полусухая и аддитивная. Для повышения эффективности и надежности работы скрубберов при очистке газовых выбросов мокрым известняковым методом важным параметром, кроме плотности орошения, является выбор объема емкости сбора продуктов десульфуризации. Последний влияет на степень утилизации известняка. Определена аналитическая зависимость степени утилизации от объема емкости. Другим важным параметром, влияющим на надежность десульфуризационной установки, является степень окисления сульфита в сульфат. Повышенная концентрация сульфатов вызывает инкрустацию гипса в коммуникациях установки. Показано, что степень окисления сульфита зависит от концентрационного напора, на который, в свою очередь, влияет содержание серы в топливе. ПЫЛЬ, ЦИКЛОННЫЙ СЕПАРАТОР, ФЛОКУЛЯЦИЯ ЧАСТИЦ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ, ДИОКСИД СЕРЫ, АДСОРБЕР, ЕМКОСТЬ СБОРА, КОНЦЕНТРАЦИОННЫЙ НАПОР
S. P. Vysotskiy1, А. S. Gavrilenko2, А. S. Knyazev1 1 – Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture, Makeyevka, 2 – Automobile and Highway Institute of Donetsk National Technical University, Gorlovka Improvement of Ecological Indicators of Electric and Thermal Energy Generation Processes at Solid Fuel Burning Electro-and heat generating plants of industrial enterprises and heating boiler plants running on solid fuels are the only sources of environmental pollution in residential areas. Major air pollutants are dust and sulfur dioxide particles. It is shown that inlet branch cross section in cyclones has a great influence on the efficiency of particle separation. An increase in the cross section leads to a decrease in separation efficiency. The latter can be compensated by an increase in the speed of inlet gas flow. Operating efficiency of cyclone separators characterized by the degree of dust particles trapping depends on significant number of factors. The influence of dust particles size on the trapping degree is described by the logistical dependence. Parameters of this dependence for one of cyclones are given. Since the diameter of trapped particles has a significant effect on their separation efficiency it is advisable for its improvement to influence on the particle leakage through the cyclone by the flocculation. Particle flocculation can be realized electrostatically and with the use of flocculant solution. At the purification of gas emissions from homogenous pollutants (SO2 и NOх) the main component in emissions at the solid fuel burning is sulfur dioxide. To remove the last one at gas flow purification three most common technologies are used: wet, semidry and additive. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
56 To improve efficiency and reliability of scrubber operation at gas emissions purification by wet limestone method the important parameter except water concentration is the capacity selection of desulfurization products collection. The latter influences on the degree of the limestone utilization. The analytical dependence of the utilization degree on the capacity volume is determined. Another important parameter effected on the reliability of desulfurization plant is the degree of sulfite oxidation to sulfate. Increased concentration of sulfates leads to gypsum incrustation in the plant communications. It is shown that the degree of sulfite oxidation depends on the concentration pressure that in turn influences on the sulfur content in fuel. DUST, CYCLONE SEPARATOR, PARTICLE FLOCCULATION, PURIFICATION EFFICIENCY, SULFUR DIOXIDE, ABSORBER, COLLECTION CAPACITY, CONCENTRATION PRESSURE Сведения об авторах: С. П. Высоцкий SPIN-код: 7497-0100 Телефон: +38 (050) 649-84-36 Эл. почта: sp.vysotsky@gmail.com А. С. Гавриленко Телефон: +38 (099) 384-04-30 Эл. почта: list.angel@mail.ru
С. А. Князев Телефон: Эл. почта:
+38 (050) 856-93-16 droi.2013@yandex.ua
Статья поступила 20.10.2017 © С. П. Высоцкий, А. С. Гавриленко, С. А. Князев, 2017 Рецензент: А. П. Карпинец, канд. хим. наук, доц., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ»
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
57
ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ УДК [332.122+339.923]/339.5 Е. М. Кравцова, канд. экон. наук, А. А. Кобзий ГО ВПО «Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского» г. Донецк ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ЗОН В ДОНЕЦКОМ РЕГИОНЕ Выявлены некоторые особенности развития СЭЗ в Российской Федерации, Республике Беларусь и Республике Казахстан в 2013–2015 гг.; проанализирован промышленный потенциал Донецкого края и обоснована его целостность; предложены концептуальные направления развития СЭЗ в Донецком регионе; приведена модель таможенного склада в приграничной зоне с РФ и Консалтингового Центра по ВЭД. Ключевые слова: свободные экономические зоны, особые экономические зоны, Донбасс, внешнеторговая зона, таможенный склад, консалтинговый центр
Актуальность Географическое положение Донбасса, его природно-климатические условия, мощный топливно-сырьевой, энергетический и производственно-технический потенциал указывают на необходимость создания в регионе таких образований, как специальные экономические зоны (СЭЗ). Мировая практика показала, что СЭЗ являются эффективным методом реализации региональной экономической политики, который используется для придания стимула развитию определенной территории путем активизации внутренних источников роста, а также привлечения в регион внешних факторов производства, прежде всего капитала и технологий. Создание СЭЗ – это также одна из форм реализации территориальных приоритетов в том случае, если в данном географическом месте складываются благоприятные условия для эффективного приложения капитала и развития внешнеэкономических связей. Целью работы является обоснование целесообразности создания СЭЗ на территории Донбасса и разработка первоочередных шагов в этом направлении. Анализ последних исследований и публикаций Исследованием проблематики создания, функционирования и эффективности СЭЗ занимаются многие зарубежные и отечественные ученые и практики. Так, Б. Ш. Абакарова отводит особую роль особым экономическим зонам (ОЭЗ) в экономическом развитии страны [1]. Архипов А. Ю. уделяет внимание развитию институтов ОЭЗ и приграничной торговли как структуры эффективного развития международной инвестиционной деятельности [2]. Бабаев Х. С. описывает кластерную модель конкурентных отношений в СЭЗ [3]. Задорина А. М. подчеркивает важность правового статуса СЭЗ на территории Республики Беларусь и ОЭЗ Российской Федерации, рассматривая их в системе мер поддержки евразийской интеграции [4]. Вместе с тем, разнообразие форм, путей реализации СЭЗ и их особенностей в рамках различных территориальных комплексов позволяют утверждать, что тема не утратила актуальности и требует дальнейшего исследования. Изложение основного материала Со времен СССР Донецкий регион был одним из мощнейших территориальнопроизводственных комплексов (ТПК – аналоги нынешних кластеров). На современном этапе ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
58 Донбасс сохранил потенциал к восстановлению ТПК, в том числе посредством создания свободных экономических зон. Практика показывает, что функционирование и развитие СЭЗ способствует интеграции в мировое экономическое пространство и укрепляет внешнеэкономические связи. Так, на территории стран Евразийского экономического союза (ЕАЭС) деятельность СЭЗ расширяется, привлекается все большее количество резидентов, им предоставляются льготные налоговые условия, преференции и государственные гарантии. К важнейшим целям развития СЭЗ относятся: стимулирование создания и развития производств, основанных на новых и передовых технологиях; увеличение занятости населения и объема экспорта путем создания экспортно-ориентированных производств; привлечение инвестиций; развитие отстающих (в том числе депрессивных) регионов и решение их социальных проблем и т. д. На территории Российской Федерации СЭЗ начали создаваться в конце 80-х гг. Действующие ОЭЗ для России – это масштабные территории, работающие на развитие регионов путем привлечения прямых российских и иностранных инвестиций в высокотехнологичные отрасли экономики, импортозамещающие производства, судостроение и туризм. Для российских компаний ОЭЗ – это возможность реализации амбициозных проектов и выхода на внешние рынки. В Республике Беларусь первые СЭЗ начали создавать в конце 1990-х гг., в Республике Казахстан СЭЗ – в начале 1990-х гг. (таблица 1). Таблица 1 – Основные СЭЗ Российской Федерации, Республики Беларусь и Республики Казахстан [5, 6, 7] ОЭЗ Российской Федерации 1) промышленные СЭЗ – «Липецк», «Алабуга», «Тольятти», «Титановая долина», «Моглино», «Калуга», г. Астрахань, г. Владивосток; 2) технологические СЭЗ – «Зеленоград», «Дубна», «Томск», «СанктПетербург», «Иннополис»; 3) туристические (рекреационные) СЭЗ – «Байкальская гавань», «Ворота-Байкала», «Бирюзовая Катунь»; 4) логистические (портовые) СЭЗ – «Ульяновск»
СЭЗ Республики Беларусь «Могилев», «Минск», «Гомель-Ратон», «Гродноинвест», «Витебск», «Брест»
СЭЗ Республики Казахстан «Астана – новый город», «Морпорт Актау», «Парк информационных технологий» (г. Алматы), «Онтустик» (Южно-Казахстанская область), «Бурабай» (Акмолинская область), «Национальный индустриальный нефтехимический технопарк» (Атырауская область), «Хоргос – Восточные ворота» (Алматинская область), «Павлодар» (Павлодарская область), «Сарыарка» (Карагандинская область), «Химический парк Тараз»
По данным Федерального агентства по управлению особыми экономическими зонами (РОСОЭЗ), Департамента особых экономических зон, проектов развития регионов и моногородов Министерства экономического развития РФ, по состоянию на 2016 г. в России функционирует семнадцать федеральных ОЭЗ, из них восемь – промышленных, пять – технологических, три – туристических и одна – портовая ОЭЗ. По данным Министерства экономики Республики Беларусь на территории государства функционируют шесть СЭЗ: первой была создана СЭЗ «Брест» в 1996 г., последней – СЭЗ «Могилев» в 2002 г. Согласно данным Министерства экономики Республики Казахстан в стране создано десять СЭЗ различных видов деятельности. Для определения тенденций деятельности СЭЗ на территориях Российской Федерации, Республики Беларусь и Республики Казахстан проанализируем данные за 2013–2015 гг. (таблица 2). ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
59 Таблица 2 – Основные показатели деятельности СЭЗ в России, Республике Беларусь и Республике Казахстан в период 2013–2015 гг. [5, 6, 7, 8] Показатель Количество зон Количество зарегистрированных резидентов Количество созданных рабочих мест Количество осуществленных инвестиций
ОЭЗ Российской Федерации 2013 2014 2015 27 28 17
СЭЗ Республики Беларусь 2013 2014 2015 6 6 6
СЭЗ Республики Казахстан 2013 2014 2015 10 10 10
344
453
365
375
439
494
424
398
459
10987 13608 18520 120000 124200 118500 180000 210000 233000 31430 49090 31481 млн млн млн руб. руб. руб.
Объем выручки, за вычетом НДС и (или) сумма доходов
48069 53447 64654 млн млн млн руб. руб. руб.
279,4 млн долл. 82,5 трлн бел. руб.
234,4 млн долл. 74,4 трлн бел. руб.
193 млн долл. 70,8 трлн бел. руб.
147 млрд тенге
215 млрд тенге
375,5 млрд тенге
760 млрд тенге
792 млрд тенге
816,3 млрд тенге
Анализ таблицы 2 показывает, что на территории Российской Федерации, Республики Беларусь и Республики Казахстан – трех стран Евразийского экономического пространства – функционирует 33 СЭЗ (ОЭЗ). В Российской Федерации по состоянию на 2015 г. в семнадцати ОЭЗ зарегистрировано 439 резидентов, которые обеспечили занятость более 18520 человек. Объем полученной российскими ОЭЗ выручки в 2015 г. увеличился по сравнению с 2014 г. на 21 % и составил 64654 млн рублей, несмотря на то, что в 2015 г. в ОЭЗ было инвестировано на 35,9 % меньше, чем в 2014 г. (31481 млн рублей и 49090 млн рублей, соответственно). Сокращение капиталовложений связано, прежде всего, с введением санкций стран Запада в отношении России, вследствие чего был закрыт доступ иностранным инвестициям на национальный рынок РФ. Кроме того, сырьевая экономика России до 2014 г. была нацелена на экспорторасширяющий рост, что при высокой волатильности и ниспадающем тренде мировых цен на нефть ухудшило условия торговли страны. Значительные внутренние инвестиции были направлены на импортозамещение, что способствовало структурной перестройке национальной экономики, запуску новых, в том числе высокотехнологических проектов, росту национального производства во многих отраслях, а также развитию региональной интеграции. Переход РФ от экспорторасширяющего типа экономического роста к импортозамещающему в условиях санкций прямо и косвенно способствует ускоренному развитию ОЭЗ и эффективности деятельности их резидентов. Согласно данным Министерства экономики Республики Беларусь по состоянию на 2015 г. зарегистрировано 424 резидента на территории шести СЭЗ, которые обеспечили занятость более 124200 человек. В 2015 г. объем выручки белорусскими СЭЗ составил 70,8 трлн бел. руб., а на развитие белорусских СЭЗ в 2015 г. инвестировано 193 млн долларов. Сокращение капиталовложений в 2015 г. на 17,7 % по сравнению с 2014 г. и уменьшение числа резидентов СЭЗ в Республике Беларусь вызвали снижение объемов выручки на 4,8 %, а также уменьшение количества рабочих мест на 4,6 % по сравнению с 2014 г. Данные Министерства по инвестициям и развитию Республики Казахстан свидетельствуют о том, что в стране по состоянию на 2015 г. было зарегистрировано 459 резидентов на территориях десяти СЭЗ, которые обеспечили работой 233 тыс. человек. В 2015 г. объем выручки казахстанских СЭЗ составил 816,3 млрд тенге (на 3,1 % больше, чем в 2014 г.). В развитие казахстанских СЭЗ в 2015 г. инвестировано 375,5 млрд тенге (на 74,7 % больше, чем в 2014 г.). Положительная динамика показателей казахстанских СЭЗ свидетельствует о том, что правительство Республики стремится динамично развивать территории, привлекая ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
60 иностранных инвесторов и предоставляя налоговые льготы и государственные гарантии резидентам на территории СЭЗ. В целом можно отметить, что в Российской Федерации наблюдается избирательный подход к созданию СЭЗ, а в Республиках Беларусь и Казахстан – комплексный подход к созданию СЭЗ (посредством кластеров). Анализ свободных экономических зон на евразийском пространстве подтверждает, что СЭЗ (ОЭЗ) являются эффективным инструментом экономического развития территорий и решения региональных проблем: увеличивается экспортная база, валютные поступления в регион, занятость населения, повышается жизненный уровень населения. Донбасс имеет все предпосылки для восстановления ТПК посредством создания СЭЗ. Так, свободные экономические зоны будут способствовать восстановлению промышленности региона, оживлению депрессивных районов с закрытыми в 90-х шахтами (городов Шахтерск, Торез, Снежное), развитию приграничной торговли путем создания терминалов, оптовых складов. Научно-технический потенциал донецких вузов следует использовать для создания технико-внедренческих зон, в т. ч. технополисов. Учитывая нестабильные экономические, политические и социальные условия, которые сложились на современном этапе на территории Донецкого региона, целесообразным представляется начать с создания внешнеторговой свободной экономической зоны по типу «Таможенный склад» («Таможенный терминал») на границе Донецкого региона с Российской Федерацией (в приграничной зоне). Внешнеторговые зоны, в частности «Таможенные склады» и «Таможенные терминалы», создаются с целью либерализации и активизации внешнеэкономической деятельности региона. Для создания подобных СЭЗ не требуется больших капиталовложений, срок их окупаемости небольшой. Основными признаками внешнеторговых СЭЗ является: упрощение таможенных формальностей при ввозе-вывозе товаров из СЭЗ; упрощение таможенных процедур при обработке внешнеторговых грузов; снижение (или полная отмена) таможенных пошлин и сборов за хранение товаров. Рост внешней торговли с Российской Федерацией с каждым годом усиливает неравномерность инфраструктурного развития между внутренними и приграничными субъектами нашего региона, обостряет проблему чрезмерной транспортной нагрузки. Данная проблема может решиться с помощью создания и развития таможенно-логистической инфраструктуры преимущественно в местах, приближенных к государственной границе (рисунок 1).
Рисунок 1 – Модель таможенного склада на территории Донецкого региона и России На рисунке 1 показано, что таможенные склады на границе Донецкого края и Российской Федерации могут представлять собой транзитные или консигнационные склады для ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
61 хранения, упаковки и незначительной обработки товаров. Таможенные склады освобождаются от таможенных пошлин на ввоз и на вывоз товаров. Таможенным складом признается специально определенное и обустроенное сооружение, помещение и (или) открытая площадка, предназначенные для хранения товаров в соответствии с таможенной процедурой таможенного склада. Контроль за остатками и движением товаров на таможенном складе осуществляют таможенные органы. На территории таможенных постов Донецкого региона и Российской Федерации предлагается создать таможенные склады открытого типа, со сроком хранения товаров до трех лет. Товары, имеющие ограниченный срок годности и (или) реализации, должны быть помещены под иную таможенную процедуру не позднее, чем за 180 календарных дней до истечения указанного срока. Товары, срок хранения которых на таможенном складе истек, задерживаются таможенными органами. С помощью создания таможенных складов на территории таможенных постов Российской Федерации и Донецкого региона обе стороны могут успешно решить следующие задачи: активизировать деятельность предприятий, расположенных на их территории; модернизировать региональную промышленность; насытить внутренний рынок качественными товарами; развить внешнеэкономические связи; расширить объемы и ассортимент экспорта и импорта; привлечь инвестиции; освоить новые технологии; развить экономически отсталые районы; повысить квалификацию рабочей силы и т. д. Для Российской Федерации создание «Таможенного склада» также является актуальным, поскольку одной из главных научно-практических задач развития российской экономики является ее коренная модернизация в целях повышения конкурентоспособности на основе интеграционных инновационных проектов, реализуемых правительством РФ, например таких, как создание и формирование ОЭЗ. Создание таможенного склада на границе Донецкого региона с Российской Федерацией, безусловно, облегчит доступ нашим отечественным предприятиям на российский рынок, сблизит экономики двух государств, расширит внешнеэкономические связи региона, усилит конкуренцию и, вследствие этого, повысит качество выпускаемой продукции. Согласно официальному каталогу предприятий «Промышленный потенциал Донецкой Народной Республики», на территории Донбасса, по состоянию на 2016 г., функционируют 193 предприятия и частных предпринимателей (рисунок 2). Наибольшее количество предприятий функционирует в пищевой промышленности (44 предприятия), в машиностроении (37 предприятий) и в химической промышленности (25 предприятий). Уникальность потенциала Донбасса состоит в том, что его экономика представляет собой замкнутую энергонезависимую систему, в которой отечественные предприятия производят продукцию, являющуюся как готовым продуктом для внутреннего рынка, так и полуфабрикатом (сырьем) для других предприятий Донецкого края (рисунок 3). Внутренний рынок полностью обеспечивается электроэнергией и теплоэнергией, продуктами питания и т. д.; излишки могут быть предметом экспорта. Наглядно прослеживаются технологические цепочки «Добыча энергетического угля – выработка электроэнергии – энергетическая независимость – обеспечение внутреннего рынка + экспорт излишков электроэнергии», «Добыча коксующегося угля – производство кокса и вспомогательных продуктов для нефтехимической отрасли (альдегиды, кислоты, нафталин и т. д.) – производство металла – машиностроение, в т. ч. сельскохозяйственной техники – сельское хозяйство – продукты питания», «Производство металла – изготовление метизов, в т. ч. проволоки, канатов, труб стальных – обеспечение внутреннего рынка + экспорт излишков».
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
62
Рисунок 2 – Промышленный потенциал Донбасса Кроме того, в марте 2017 г. введено внешнее управление на промышленных гигантах, таких как Енакиевский металлургический завод и его Макеевский филиал, Харцызский трубный завод, Харцызский сталепроволочно-канатный завод, Ясиновский коксохимический завод, Докучаевский флюсо-доломитный комбинат, «Концерн Стирол», предприятиях компании ДТЭК, «Донецксталь-Металлургический завод», шахта «Комсомолец Донбасса», шахта им. А. Ф. Засядько, Зуевская ТЭС, многие из них – градообразующие. В связи с этим появилась возможность получать давальческое сырье из Российской Федерации, Республики Беларусь, Республики Казахстан и других стран евразийского пространства, перерабатывать его на данных предприятиях и передавать готовую продукцию заказчикам (таможенный режим «Переработка на таможенной территории» или «Переработка под таможенным контролем»).
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
63
Рисунок 3 – Целостность производственного потенциала Донецкого региона Применение толлинговых операций, а также создание таможенного склада поможет решить проблему получения сырья, а также реализации продукции для предприятий, находящихся под внешним управлением, обеспечит занятость, ускорит продвижение донецких товаров на рынок Российской Федерации, позволит облегчить доступ российских товаров на наш внутренний рынок. Это, в конечном счете, укрепит внешнеэкономические связи региона и расширит внешнюю торговлю; оживит депрессивные районы; создаст больше рабочих мест для населения приграничных территорий и будет способствовать росту экономики регионов в целом. В перспективе, после создания правового поля для функционирования СЭЗ (научнотехнических, рекреационных, промышленно-производственных типов) в Донецком регионе, предлагается организовать Консалтинговый Центр по вопросам внешнеэкономической деятельности и международных экономических отношений (рисунок 4), аккредитованный Министерством экономического развития. Консалтинговый Центр будет информировать и консультировать резидентов СЭЗ, обрабатывать информацию и оформлять статистические отчеты; контролировать функционирование СЭЗ в регионе и представлять аналитические обзоры непосредственно Министерству экономического развития.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
64
Рисунок 4 – Модель Консалтингового Центра по вопросам ВЭД и МЭО Выводы На основании вышеизложенного материала можно сделать следующие выводы: Донецкий край нуждается в ускорении социально-экономического развития, привлечении инвестиций, расширении внешнеэкономических связей и приграничных отношений. Создание СЭЗ является одним из методов реализации региональной экономической политики, который используется для придания стимула развитию определенной территории путем активизации внутренних факторов ее развития, а также привлечения в регион внешних источников: инвестиций, технологий, человеческого капитала и т. д.; анализ свободных экономических зон Российской Федерации, Республики Беларусь и Республики Казахстан демонстрирует, что созданные СЭЗ являются эффективным инструментом экономического развития территорий и решения региональных проблем, поскольку увеличиваются валютные поступления в регион, повышается уровень занятости населения, а также расширяются и укрепляются внешнеэкономические связи; Донбасс имеет огромный потенциал к восстановлению территориально-производственного комплекса. В силу нестабильных условий, которые сложились в регионе, целесообразным представляется начать с создания внешнеторговой свободной экономической зоны по типу «Таможенный склад» на границе Донецкого региона с Российской Федерацией. В перспективе предлагается организовать Консалтинговый Центр по вопросам внешнеэкономической деятельности и международных экономических отношений, аккредитованный Министерством экономического развития, для оказания помощи резидентам СЭЗ. Полученные результаты работы могут найти применение: 1) при формировании Министерством экономического развития (Департамент ВЭД) концептуальных направлений создания и развития СЭЗ в Донецком регионе; 2) при создании центров приграничной торговли в виде «Таможенных складов»; 3) при организации деятельности коммерческих структур, способствующих развитию внешнеэкономических связей, поддержки резидентов СЭЗ – Консалтингового Центра ВЭД и МЭО.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
65 Список литературы 1. Абакарова, Б. Ш. Роль и место особых экономических зон в экономическом развитии страны [Электронный ресурс] / Б. Ш. Абакарова // Гуманитарные, социально-экономические и общественные науки. – 2015. – № 11. – Режим доступа : http://cyberleninka.ru/article/n/rol-i-mesto-osobyh-ekonomicheskih-zon-vekonomicheskom-razvitii-strany . 2. Архипов, А. Ю. Институты особой экономической зоны и приграничной торговли как структуры эффективного развития международной инвестиционной деятельности [Электронный ресурс] : моногр. / А. Ю. Архипов, П. В. Павлов, А. В. Татарова. – Таганрог : Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – 294 с. – Режим доступа : http://www.aup.ru/books/m1497/ . 3. Бабаев, Х. С. Кластерная модель конкурентных отношений в СЭЗ [Электронный ресурс] / Х. С. Бабаев, Р. А. Каримов // Вестник ТГУПБП. – 2013. – № 4 (56). – Режим доступа : http://cyberleninka.ru/article/n/klasternaya-model-konkurentnyh-otnosheniy-v-sez . 4. Задорина, А. М. Правовой статус свободных экономических зон Республики Беларусь и особых экономических зон Российской Федерации к системе мер поддержки евразийской интеграции [Электронный ресурс] / А. М. Задорина // Международное сотрудничество евразийских государств: политика, экономика, право. – 2015. – № 2 (3). – Режим доступа : http://cyberleninka.ru/article/n/pravovoy-status-svobodnyhekonomicheskih-zon-respubliki-belarus-i-osobyh-ekonomicheskih-zon-rossiyskoy-federatsii-k-sisteme-mer . 5. РОСОЭЗ // RUSSEZ.RU : официальный сайт [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.russez.ru/oez/ . 6. Министерство экономики республики Беларусь // ECONOMY.GOV.BY : официальный сайт [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.economy.gov.by/ru . 7. Министерство экономического развития Российской Федерации // ECONOMY.GOV.RU : официальный сайт [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://economy.gov.ru/minec/main/ . 8. Министерство по инвестициям и развитию Республики Казахстан // MID.GOV.KZ : официальный сайт [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://mid.gov.kz . 9. Иванков, В. В. Международные технологии краудсорсинга для развития инновационных кластерных зон [Электронный ресурс] / В. В. Иванков, А. Н. Коробкова // Российский внешнеэкономический вестник. – 2012. – № 2. – Режим доступа : http://cyberleninka.ru/article/n/mezhdunarodnye-tehnologii-kraudsorsinga-dlya-razvitiyainnovatsionnyh-klasternyh-zon . Е. М. Кравцова, А. А. Кобзий ГО ВПО «Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского» г. Донецк Перспективы создания специальных экономических зон в Донецком регионе Географическое положение Донбасса, его природно-климатические условия, мощный топливносырьевой, энергетический и производственно-технический потенциал указывают на необходимость создания в регионе таких образований, как специальные экономические зоны (СЭЗ). Мировая практика показала, что СЭЗ являются эффективным методом реализации региональной экономической политики, который используется для придания стимула развитию определенной территории путем активизации внутренних источников роста, а также привлечения в регион внешних факторов производства, прежде всего капитала и технологий. Создание СЭЗ будет способствовать интеграции региона в мировое экономическое пространство и укреплению внешнеэкономических связей, то есть может стать инструментом его социально-экономического роста. Поэтому изучение данного вопроса представляется актуальным. Обоснована целесообразность создания СЭЗ на территории Донбасса и разработка первоочередных шагов в этом направлении. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: выявлены некоторые особенности развития СЭЗ в Российской Федерации, Республике Беларусь и Республике Казахстан в 2013–2015 гг.; проанализирован промышленный потенциал Донецкого края и обоснована его целостность; предложены концептуальные направления развития СЭЗ в Донецком регионе; приведена модель таможенного склада в приграничной зоне с РФ; разработаны направления функционирования Консалтингового Центра по вопросам внешнеэкономической деятельности и международным экономическим отношениям. Проведенный анализ свободных экономических зон Российской Федерации, Республики Беларусь и Республики Казахстан демонстрирует, что созданные СЭЗ являются эффективным инструментом экономического развития территорий и решения региональных проблем, поскольку увеличиваются валютные поступления в регион, повышается уровень занятости населения, расширяются и укрепляются внешнеэкономические связи. Донбасс имеет огромный потенциал к восстановлению территориально-производственного комплекса. В силу нестабильных условий, которые сложились в регионе, целесообразным представляется начать с создания ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
66 внешнеторговой свободной экономической зоны по типу «Таможенный склад» на границе Донецкого региона с Российской Федерацией. В перспективе предлагается организовать Консалтинговый Центр по вопросам внешнеэкономической деятельности и международных экономических отношений, аккредитованный Министерством экономического развития, для оказания помощи резидентам СЭЗ. Результаты исследования авторов основываются на анализе законодательной базы Российской Федерации, Республики Беларусь, Республики Казахстан, официальных сайтов Министерства экономики республики Беларусь, Министерства экономического развития Российской Федерации, Министерства по инвестициям и развитию Республики Казахстан и Министерства экономического развития ДНР, что позволяет подтвердить их обоснованность и значимость. СВОБОДНЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЗОНЫ, ОСОБЫЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЗОНЫ, ДОНБАСС, ВНЕШНЕТОРГОВАЯ ЗОНА, ТАМОЖЕННЫЙ СКЛАД, КОНСАЛТИНГОВЫЙ ЦЕНТР Е. М. Kravtsova, А. А. Kobziy Donetsk National University of Economics and Trade Named After Mikhail Tugan-Baranovsky, Donetsk Prospects of Special Economic Zones Creation in Donetsk Region Geographical position of the Donets Basin, its natural climatic conditions, powerful fuel and raw materials, energy and production and technical potential indicate the need to create special economic zones (SEZ) in the region. World practice showed that special economic zones are effective techniques for implementation of the regional economic policy used to stimulate the development of the certain area by activation of internal sources of growth and efforts to attract external factors of production first of all capital and technologies. Creation of SEZ will facilitate the integration of the region in world economic space and consolidation of foreign economic relations that is it will be able to become the instrument of its social and economic growth. Therefore, the study of this question is actual now. SEZ reasonability on the Donets Basin area and development of first steps in this direction is justified. To achieve stated goals the following tasks are solved: some SEZ development features in Russian Federation, Republic of Belarus and Republic of Kazakhstan in 2013-2015 are revealed; industrial potential of the Donetsk region is analyzed and its integrity is justified; conceptual directions of the SEZ development in Donetsk region are suggested; customs warehouse model in the frontier zone with Russian Federation is given; directions of the Consulting Centre operation on issues of foreign economic relations and international economic relations are developed. Conducted analysis of the Russian Federation, Republic of Belarus and Republic of Kazakhstan free economic zones shows that created SEZ are an effective instrument of the economic development of territories and solution of regional problems because currency earnings and employment level are increasing, foreign economic relations are growing and consolidating. Donbas has huge potential for the renewal of territorially production complex. Due to unstable conditions prevailing in the region, it is sensible to begin with the foreign trade free economic zone creation by type «Customs Warehouse» on the border of the Donetsk region with Russian Federation. In perspective, it is suggested to organize Consulting Centre on issues of foreign economic relations and international economic relations accredited by the Ministry of Economic Development to assist residents of SEZ. Results of the authors study are based on the analysis of the Russian Federation, Republic of Belarus and Republic of Kazakhstan legislative framework, official sites of the Ministry of Economics of Republic of Belarus, Ministry of Economic Development of Russian Federation, Ministry of Investment and Development of Republic of Kazakhstan and Ministry of Economic Development of DPR. It allows to confirm their reasonableness and significance. FREE ECONOMIC ZONES, SPECIAL ECONOMIC ZONES, DONETS BASIN, FOREIGN TRADE ZONE, CUSTOMS WAREHOUSE, CONSULTING CENTRE Сведения об авторах: Е. М. Кравцова SPIN-код 6626-4643 ORCID (ID) 0000-0002-6855-251X Эл. почта kravtsovaem1@mail.ru А. А. Кобзий ORCID (ID) 0000-0003-3033-1831 Эл. почта anastasiia.kobzii@gmail.com Статья поступила 15.05.2017 © Е. М. Кравцова, А. А. Кобзий 2017 Рецензент: Н. А. Селезнева, канд. экон. наук, доц., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ» ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
67 УДК 338.45 В. А. Кулаков, канд. техн. наук, В. Л. Гетьманская Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка ПРОБЛЕМЫ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ В ДОНЕЦКОМ РЕГИОНЕ Приведены определения термина «конкурентоспособность» в зависимости от ее экономической сущности. Выделены проблемы конкурентоспособности металлургических предприятий в Донецком регионе. Приведена сравнительная характеристика факторов конкурентных преимуществ в черной и цветной металлургии. Ключевые слова: конкурентоспособность, промышленное производство, черная металлургия, цветная металлургия, проблемы конкурентоспособности
Постановка проблемы Металлургические предприятия Донецкого региона, успешно функционировавшие в сегментах геоэкономического пространства еще до недавнего времени, в настоящий момент утратили свою конкурентоспособность как на внешних, так и на внутренних рынках. Это объясняется сложившимися в настоящее время конкурентными условиями экономической среды, а также нестабильной экономической и политической ситуацией в регионе. Анализ последних достижений и публикаций Вопросам конкурентоспособности уделили внимание такие авторитетные ученые, как А. Смит, И. Ансофф, Э. Деминг, Б. Олин, С. Брю, К. Ишикава. Вопросам формирования и развития конкурентоспособности посвящены труды отечественных ученых: А. Л. Денисовой, Т. М. Уляхина, Л. И. Абалкина, Л. Г. Азоева, Е. В. Еремеевой, В. В. Леонтьева, А. Н. Литвиненко, И. А. Соловьева, Р. А. Фатхутдинова (таблица 1). Цель работы Проанализировать термин «конкурентоспособность» в зависимости от его экономической сущности. Рассмотреть проблемы конкурентоспособности металлургических предприятий в Донецком регионе. Определить факторы конкурентных преимуществ черной и цветной металлургии. Основные материалы исследования Понятие конкуренции составляет основу рыночной экономики и является главной движущей силой эволюции взаимоотношений субъектов, функционирующих в данной среде. Конкурентоспособность является универсальным показателем, который может применяться во многих сферах жизнедеятельности, является критерием, наиболее полно отражающим эффективность деятельности экономического субъекта. Изучение понятия «конкурентоспособность» дало основание заключить, что в зарубежной и отечественной науке нет однозначного толкования данной категории, в результате чего существуют различные точки зрения на их содержание и природу. Проблема повышения конкурентоспособности предприятия является актуальной для любого предприятия, особенно на современном этапе. Конкуренция является очень тонким и гибким механизмом. Конкуренция выступает мощным фактором концентрации производства, характер ее зависит от развитости и степени монополизации производства. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
68 Современная экономика определяет конкретные требования к повышению уровня конкурентоспособности предприятий: необходимо оперативное реагирование на изменение хозяйственной ситуации с целью поддержания устойчивого финансового состояния и постоянного совершенствования организации деятельности в соответствии с изменением конъюнктуры рынка. Таблица 1 – Определения термина конкурентоспособность Автор
Определение Конкурентоспособность как способность выдерживать конкуренцию на рынке Способность предприятия бороться за рынок (увеличивать, уменьшать либо сохранять занимаемую долю рынка в зависимости от стратегии предприятия). Это достигается на Зиннуров У. Г., основе внедрения инновационной техники и технологий (дающей экологические, соИльясова Л. Р. циальные и экономические эффекты), максимально эффективного использования резервов предприятия, достижения высокого уровня инвестиционной привлекательности, что в совокупности обеспечивает выпуск конкурентной продукции [1] Состязательность хозяйствующих субъектов, предпринимателей, когда их самостоятельные действия эффективно ограничивают возможности каждого из них воздейКотлер Ф. ствовать на общие условия обращения товаров на данном рынке и стимулируют производство тех товаров на данном рынке, которые требуются потребителям [2] Конкурентоспособность как сравнительная характеристика Сравнительная характеристика фирмы по отношению к другим фирмам данной Градов А. П. отрасли внутри страны и за ее пределами [2] Относительная характеристика, отражающая отличие процесса производства данного производителя от производителя-конкурента как по степени удовлетворения Ермолов М. О. своими товарами или услугами конкретной общественной потребности, так и по эффективности производственной деятельности [3] Относительная характеристика, которая выражает отличия развития данной фирмы Мескон М. Х., от развития конкурентных фирм по степени удовлетворения своими товарами поАльберт М., требности людей и по эффективности производственной деятельности. КонкуренХедоури Ф. тоспособность предприятия характеризует возможности и динамику его приспособления к условиям рыночной конкуренции [4] Конкурентоспособность как степень удовлетворения конкретной потребности Европейский фо- Отражает реальные и потенциальные возможности разрабатывать, проектировать, рум по проблепроизводить и сбывать с достаточно высокой прибылью в тех условиях, в которых ему мам управления приходится действовать, товары и услуги, по своим ценовым и неценовым характери(Женева) стикам, взятым в комплексе, более привлекательные, чем товары его конкурентов [2] Характеризуется степенью реального или потенциального удовлетворения им конкретной потребности по сравнению с аналогичными объектами, представленными Фатхутдинов Р. А. на данном рынке. Определяет способность выдерживать конкуренцию в сравнении с аналогичными объектами на данном (внутреннем или внешнем) рынке [5] Конкурентоспособность как степень эффективности использования ресурсов предприятия Азоев Г. Л., Возможность эффективно распоряжаться собственными и заемными ресурсами в Челенков А. П. условиях конкурентного рынка [6] Возможность эффективной хозяйственной деятельности и ее практической приПерцовский Н. И., быльной реализации в условиях конкурентного рынка. Производство и реализация Спиридонов И. А., конкурентоспособных товаров и услуг – обобщающий показатель жизнестойкости Барсукова С. В. предприятия, его умения эффективно использовать свой финансовый, производственный, научно-технический и трудовой потенциал [7] Способность предприятия производить конкурентоспособную продукцию за счет Сергеев И. В. его умения эффективно использовать финансовый, производственный и трудовой потенциал [8] Конкурентоспособность как свойство предприятия занимать определенную долю рынка Беренс В., Все то, что способствует расширению производителем своей рыночной доли за счет Хавранек П. М. конкурентов, а также расширению рыночной доли его продуктов производства [9] Текущее положение предприятия на рынке (в первую очередь занимаемая доля Глухов А. Л. рынка – объем продаж в сопоставлении с общими по рынку и объемами продаж предприятий-конкурентов) и тенденции его изменения [10] ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
69 Проблема конкурентоспособности предприятий в Донецком регионе в последние годы стала одной из наиболее активно обсуждаемых тем в развитии экономической науки (рисунок 1). Если в экономически развитых странах причины столь значительного интереса к этой проблеме заключаются в огромных производственных потенциалах, накопленных этими странами, интернационализации и глобализации экономики, которые привели к ужесточению конкурентной борьбы на внутренних и международных рынках, то причины чрезвычайной актуальности этой проблемы в Донецком регионе несколько иные. В настоящее время на мировом рынке высокотехнологичной продукции Донецкий регион находится на низких позициях, так как не принадлежит ни к одной из ведущих групп поставщиков высокотехнологичной продукции и не имеет достаточно развитого внутреннего механизма рыночного и государственного регулирования данного рынка.
Рисунок 1 – Проблемы конкурентоспособности предприятий Донецкого региона Конкурентоспособность национальной экономики в современном мире во многом определяется способностью промышленного производства вводить новшества и модернизироваться. От уровня ее развития зависят темпы научно-технического обновления, рост производительности труда в других сферах и отраслях, уровень благосостояния населения. Мировая металлургия является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей мировой экономики, характеризующейся высокими темпами инновационного развития (таблица 2). Кроме сырьевого фактора, т. е. непосредственного нахождения и добычи руд цветных металлов, важным элементом формирования стоимости является территориальное размещение производств и конечных потребителей. Так нередко именно в отрасли цветной металлургии удаленность мощностей производств от складов конечного потребителя формирует значительную долю транспортных расходов сторон сделки. Однако в большинстве случаев данная проблема напрямую не устранима ввиду особенностей природного характера и может быть частично нивелирована за счет рационально построенных логистических процессов. В такой ситуации важным решением может стать направленность на реализацию технологических инноваций. Под технологическими инновациями в данном контексте понимается возможность максимально удешевить стоимость произведенной продукции. Такая стратегия может быть реализована за счет извлечения и использования в дополнительном производственном процессе многокомпонентного состава добываемых руд.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
70 Таблица 2 – Сравнительная характеристика отрасли черной и цветной металлургии Признак
Факторы, влияющие на размещение предприятий отрасли
Сырьевая база
Особенности сырьевой базы
Основные отрасли
Черная металлургия сырьевой (близость к месторождениям руды); топливный (наличие источника коксующегося угля); транспортный (особенно важный для предприятий, работающих на привозном сырье, вдали от источников руды и угля); экологический (предприятия черной металлургии, особенно устаревшие и использующие доменный процесс, являются одними из самых «грязных» производств); потребительский (наличие потребителей стали – крупных машиностроительных центров)
железорудная продукция; нерудные материалы и огнеупоры; коксующийся уголь; лом и отходы черных металлов
сырье характеризуется относительно большим содержанием полезного компонента от 17 % в сидеритовых рудах до 53–55 % в магнетитовых железняках; разнообразие сырья в видовом отношении, что дает возможность использовать разнообразную технологию и получать металл с самыми различными свойствами; различные условия добычи (как шахтная, так и открытая, на долю которой приходится до 80 % всего добываемого в черной металлургии сырья); использование руд, сложных по своему составу добыча и обогащение руд черных металлов (железная, хромовая и марганцевая руда); добыча и обогащение нерудного сырья для черной металлургии (флюсовых известняков, огнеупорных глин и т. п.); производство черных металлов (чугуна, углеродистой стали, проката, металлических порошков черных металлов); производство стальных и чугунных труб; коксохимическая промышленность (производство кокса, коксового газа); вторичная обработка черных металлов
Цветная металлургия энергетический фактор (обычно производственные центры приближают к размещению гидроэлектростанций, которые производят самую дешевую электроэнергию); сырьевой фактор (этот фактор размещения учитывается для предприятий, занимающихся производством тяжелых цветных металлов (никель, цинк, свинец, медь); экологический фактор (несмотря на то, что предприятия цветной металлургии с экологической точки зрения достаточно опасны, этот фактор при размещении предприятий практически не учитывается) тяжелые – медь, свинец, цинк, олово, никель; легкие – алюминий, магний, титан, литий и др.; малые – висмут, кадмий, сурьма, мышьяк, кобальт, ртуть; благородные – золото, серебро, платина и платиноиды крайне низкое в количественном отношении содержание полезных компонентов в сырье (медные от 1 до 5 %, свинцово-цинковые от 1,5 % до 5,5 % и т. д.). Т. е. для получения одной тонны меди требуется переработать не менее 100 тонн руды; исключительная многокомпонентность сырья (например: уральские колчеданы содержат медь, железо, серу, золото, кадмий, серебро и другие компоненты, в общей сложности до 30 элементов); высокая топливоемкость и энергоемкость сырья в процессе его обработки алюминиевая промышленность; медеплавильная или медная промышленность; свинцово-цинковая промышленность; никель-кобальтовая промышленность; оловодобывающая промышленность; золотодобывающая промышленность; алмазодобывающая промышленность
Также отрасль цветной металлургии является мощным потребителем топливноэнергетических ресурсов. Внедрение технических инноваций позволит максимально эффекISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
71 тивно использовать в работе ресурсы, необходимые для организации процесса производства. Другим вариантом снижения стоимости производимой продукции может стать использование более дешевых, альтернативных источников энергии. Заключение Таким образом, конкурентоспособность металлургического предприятия – это способность предприятия удерживать существующие и завоевывать новые позиции на рынке на основе более выгодного размещения производственных мощностей, создания и предоставления потребителям инновационной продукции, обладающей более высокой ценностью в сравнении с продукцией конкурентов. Несмотря на то, что отечественные предприятия отрасли металлургии пока имеют относительную конкурентоспособность за счет достаточного запаса сырья, умеренных тарифов, удобной территориальной концентрации производств и достаточной подготовки кадров при невысокой оплате труда, данная тенденция не может быть долгосрочной. Авторы рекомендуют расширить возможности по переработке и использованию вторичного сырья. Рост собственной ресурсной базы позволит снизить себестоимость продукции. Важным фактором остается организация грамотной логистики как внутри предприятия, так и на пути к конечному потребителю. Использование бенчмаркинга позволит адекватно оценивать свои позиции на рынке, сравнивая и анализируя ключевые показатели аналогичных производств. Использование этих рекомендаций при формировании стратегии конкурентоспособности промышленных предприятий отрасли металлургии позволит уменьшить затратную часть при добыче, обогащении и обработке руд цветных металлов, обеспечить возможность гибкого ценообразования на готовую продукцию, извлекать и использовать в производстве элементы многокомпонентного состава, расширять рынки сбыта продукции, создавать и укреплять внешнеэкономические связи с иностранными партнерами. Список литературы 1. Зиннуров, У. Г. Проблемы оценки конкурентоспособности товаропроизводителей / У. Г. Зиннуров, Л. Р. Ильясова // Экономика и управление. – 1997. – № 4. – С. 27–32. 2. Царев, В. В. Оценка конкурентоспособности предприятий (организаций). Теория и методология / В. В. Царев. – М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2008. – 799 с. 3. Чайникова, Л. Н. Конкурентоспособность предприятия / Л. Н. Чайникова. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 192 с. 4. Мескон, М. Х. Основы менеджмента / М. Х. Мескон, А. Альберт, Ф. Хедоури ; пер. с англ. – М. : Дело, 1993. – 702 с. 5. Фатхутдинов, Р. А. Конкурентоспособность: экономика, стратегия, управление / Р. А. Фатхутдинов. – М. : ИНФРА-М, 2000. – 312 с. 6. Азоев, Г. Л. Конкурентные преимущества фирмы / Г. Л. Азоев, А. П. Челенков. – М. : Новости, 2000. – 256 с. 7. Перцовский, Н. И. Международный маркетинг: учеб. пособие / Н. И. Перцовский, И. А. Спиридонов, С. В. Барсукова ; под ред. Н. И. Перцовского. – М. : Высшая школа, 2001. – 239 с. 8. Сергеев, И. В. Экономика предприятия [Электронный ресурс] / И. В. Сергеев. – Режим доступа : http://bibliotekar.ru/economika-predpriyatiya-5/index.htm . 9. Беренс, В. Руководство по подготовке промышленных технико-экономических исследований / В. Беренс, П. М. Хавранек ; пер. с англ. – М. : АОЗТ «Интерэксперт», 1995. – 343 с. 10. Глухов, А. Л. Оценка конкурентоспособности товара и способы ее обеспечения / А. Л. Глухов // Маркетинг. – 1999. – № 2. – С. 56–64. В. А. Кулаков, В. Л. Гетьманская Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка Проблемы конкурентоспособности металлургических предприятий в Донецком регионе Рассматриваются актуальные проблемы конкурентоспособности металлургических предприятий в Донецком регионе, в том числе конкурентные преимущества черной и цветной металлургии. Определены причины снижения конкурентоспособности предприятий рынка металлургии. ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
72 Приведен развернутый анализ понятия конкурентоспособности по следующим экономическим категориям:
конкурентоспособность как способность выдерживать конкуренцию на рынке; конкурентоспособность как сравнительная характеристика; конкурентоспособность как степень удовлетворения конкретной потребности; конкурентоспособность как степень эффективности использования ресурсов предприятия; конкурентоспособность как свойство предприятия занимать определенную долю рынка. Проанализированы текущие позиции на мировом рынке, научно-технический и инновационный потенциал, сырьевой фактор, территориальное размещение производств и конечных потребителей предприятий рынка металлургии Донецкого региона. Приведена сравнительная характеристика особенностей черной и цветной металлургии. Анализ позволяет сделать вывод, что внедрение технических инноваций позволит максимально эффективно использовать в работе ресурсы, необходимые для организации процесса производства. Другим вариантом снижения стоимости производимой продукции, по мнению авторов, может стать использование более дешевых, альтернативных источников энергии. Рассмотренные вопросы являются актуальными в текущей экономической и политической ситуации Донецкого региона и могут быть приняты к рассмотрению при составлении плана развития отрасли металлургической промышленности региона. КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ, ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО, ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, ЦВЕТНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, ПРОБЛЕМЫ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ
V. А. Kulakov, V. L. Getmanskaya Automobile and Highway Institute of Donetsk National Technical University, Gorlovka Competitiveness problems of Metallurgical Enterprises in Donetsk Region Actual problems of the metallurgical enterprises competitiveness in Donetsk region including competitive advantages of ferrous and non-ferrous metallurgy are considered. Reasons for competitiveness declining of metallurgy market enterprises are determined. Detailed analysis of the competitiveness concept is given according to following economic categories: competitiveness as an ability to withstand market competition; competitiveness as a comparison characteristic; competitiveness as a satisfaction degree of the competitive need; competitiveness as an efficiency degree of the enterprise resource usage; competitiveness as an enterprise feature to occupy a certain market share. Current positions in the world market, scientific, technical and innovative potential, raw material factor, territorial location of productions and ultimate consumers of metallurgy market enterprises in Donetsk region are analyzed. The comparison characteristic of ferrous and non-ferrous metallurgy peculiarities is given. The analysis allows to conclude that implementation of technical innovations will maximize the use of resources in the work necessary for organization of the production process. According to authors, another variant to reduce costs of manufactured products can be the use of cheaper, alternative sources of energy. Considered issues are actual in current economic and political situation of Donetsk region and can be taken into consideration when working out the development plan of the metallurgical industry in the region. COMPETITIVENESS, INDUSTRIAL PRODUCTION, FERROUS METALLURGY, NON-FERROUS METALLURGY, COMPETITIVENESS PROBLEMS Сведения об авторах: В. А. Кулаков SPIN-код: 2020-0343 Телефон: +38 (050) 817-21-98 В. Л. Гетьманская SPIN-код: 1437-6386 Телефон: +38 (095) 257-15-11 Эл. почта: vici_2405_@mail.ru Статья поступила 17.10.2017 © В. А. Кулаков, В. Л. Гетьманская, 2017 Рецензент: Р. Ю. Заглада, канд. экон. наук, доц., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ» ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
73 УДК 620.9:334.716 О. Л. Дариенко, Н. В. Цветкова Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ Предложен методический подход к оценке социально-экономической эффективности системы обеспечения социально-экологической ответственности предприятий теплоэнергетики. Установлено, что наиболее тесная связь между индексом социально-экологической ответственности предприятия и его гудвиллом проявляется с лагом времени в четыре года. Ключевые слова: теплоэнергетика, социально-экологическая ответственность, гудвилл, времени лаг
Введение Ряд международных документов, в частности Глобальный договор ООН, Глобальная программа по ликвидации бедности до 2030 года и обеспечению устойчивого будущего Генеральной Ассамблеи ООН, а так же исследования отечественных и зарубежных ученых определяют роль ответственности бизнеса перед обществом и будущими поколениями как стратегические приоритеты развития мирового сообщества. При этом важным фактором является разработка реально действующей системы организационно-экономического обеспечения социальной ответственности бизнеса. Опыт работы успешных предприятий свидетельствует об идентичности большинства организационно-экономических механизмов реализации мероприятий по социальной и экологической ответственности бизнеса, поэтому целесообразно рассматривать эти вопросы в комплексе и говорить о социально-экологической ответственности предприятий. Взаимосвязь социальной и экологической ответственности бизнеса приобретает особое значение для предприятий теплоэнергетики, поскольку они являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды и значимым фактором повышения социальной напряженности, катализатором инфляционных процессов в экономике в целом из-за роста тарифов на тепло и электроэнергию. Вопросы социальной и экологической ответственности бизнеса исследованы в научных трудах отечественных и зарубежных ученых, таких как С. Банержи, А. Ф. Балацкий, И. К. Быстряков, В. В. Дергачева, А. Кэрролл, Н. Н. Крупина, Л. Г. Мельник, М. Портер, К. Ван дер Линде, Н. Н. Пусенкова, Б. Харви, С. Шелтеггер, М. Шефер и др. Вместе с тем анализ научной литературы свидетельствует о необходимости дальнейшего исследования вопросов, связанных с оценкой реализации мероприятий социальноэкологической ответственности на предприятиях теплоэнергетического комплекса, что обусловило актуальность настоящего исследования. Цель исследования Целью данного исследования является разработка подходов к оценке эффективности внедрения мероприятий социально-экологической ответственности на предприятиях теплоэнергетики.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
74 Основной материал исследования Внедрение принципов социально-экологической ответственности на предприятии (далее – СЭОП) предусматривает разработку системы организационно-экономического обеспечения. Эта система включает организационную и мотивационную составляющие, и отличается циклическим характером двусторонней взаимосвязи предприятия со стейкхолдерами различных уровней иерархии. Внедрение социально-экологической ответственности бизнеса имеет два вида эффектов: корпоративный и региональный (рисунок 1). Корпоративный эффект рассматривается как внутренний эффект предприятия, возникающий вследствие воздействия мер по социально-экологической ответственности бизнеса на финансовые результаты предприятия. В свою очередь, повышение уровня СЭОП положительно влияет на социально-экологическую безопасность региона. Это проявляется в уменьшении экологической нагрузки на окружающую среду и минимизирует эколого-экономический ущерб. Этот эффект определяется как региональный.
Рисунок 1 – Экономические эффекты от внедрения социально-экологической ответственности предприятия Корпоративный эффект от внедрения мероприятий СЭОП имеет несколько составляющих (рисунок 1). Как правило, он проявляется в виде: 1) уменьшения экологических налогов и штрафов в результате внедрения программ и мероприятий социально-экологической ответственности бизнеса. В результате наблюдается ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
75 уменьшение расходов, что приводит к увеличению прибыли предприятия; 2) уменьшения рентных платежей, а именно уменьшение платы за топливные ресурсы путем их частичной замены на возобновляемые с целью производства электроэнергии предприятиями теплоэнергетики. Уменьшение рентных платежей ведет к снижению операционных расходов, что, в свою очередь, приводит к увеличению прибыли предприятия; 3) уменьшения внутреннего эколого-экономического ущерба, то есть ущерба, который предприятие наносит самому себе вследствие повышения уровня заболеваемости персонала предприятия, повышения износа основных фондов и т. д. Внутренний эколого-экономический ущерб предприятия включает дополнительные операционные расходы и потери дохода, что приводит к потерям части прибыли; 4) роста гудвилла предприятия, который рассматривается как нематериальный актив. Стоимость гудвилла не подлежит амортизации и не учитывается в валовых расходах налогоплательщика. Элементами гудвилла являются накопленный деловой опыт, положительная репутация предприятия, выгодное экономико-географическое положение, высококвалифицированные сотрудники и менеджмент, хорошо отлаженная система управления предприятием, а также другие факторы, влияющие на прибыльность предприятия и его стоимость [1, 2, 3]. Рост деловой репутации предприятия – это косвенный материальный эффект, который в дальнейшем проявляется в увеличении объемов продаж и росте прибыли предприятия. Региональный эффект внедрения социально-экологической ответственности бизнеса является внешним эффектом по отношению к предприятию. Он проявляется в росте валового регионального продукта (далее – ВРП), который происходит вследствие повышения уровня социально-экологической безопасности региона и конкурентоспособности региона. В результате увеличивается инвестиционная привлекательность региона, растет инвестиционный потенциал территории и растет поток инвестиций. Еще одной составляющей регионального эффекта можно считать предотвращение внешнего эколого-экономического ущерба в регионе, в результате чего в регионе уменьшаются дополнительные расходы и повышаются доходы местных бюджетов и домохозяйств, повышается уровень социально-экологической безопасности региона. Уровень социальноэкологической безопасности региона может быть оценен с использованием модели «pressurestate-response» [4]. Еще одной составляющей регионального эффекта является привлечение трудовых ресурсов в регион путем иммиграции. Ожидать роста трудовой иммиграции в регион можно именно в результате повышения уровня социально-экологической безопасности региона, а, следовательно, улучшения уровня жизни его населения. Указанные выше составляющие регионального эффекта от внедрения СЭОП влияют на повышение его конкурентоспособности, что в дальнейшем проявляется в росте ВРП. Рост ВРП сопряжен с увеличением доходов местных бюджетов, а следовательно, и бюджетных расходов на содержание социальной сферы и развитие экономики региона [5]. Кроме того, стоит заметить, что на конкурентоспособность региона влияет конкурентоспособность предприятий, расположенных на данной территории, а последняя, в свою очередь, растет в результате корпоративного эффекта от внедрения социально-экологической ответственности бизнеса. Таким образом, предлагается оценивать эффективность системы социально-экологической ответственности бизнеса по двум видам эффектов – корпоративному и региональному. Эффективность системы СЭОП ( EСЭОП ) предлагается рассчитывать по формуле:
EСЭОП
Э1 Э2 Э3 Э4 , ЗСЭОП
(1)
где Э1 – эффект от прироста прибыли предприятия в результате уменьшения эколоISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
76 гических налогов и штрафов, руб.; Э2 – эффект от прироста прибыли предприятия в результате уменьшения рентных платежей, руб.; Э3 – эффект от прироста прибыли предприятия в результате уменьшения внутреннего эколого-экономического ущерба, руб.; Э4 – эффект от прироста прибыли предприятия в результате роста гудвилла предприятия, руб. ЗСЭОП – затраты предприятия на программы и мероприятия по повышению уровня социально-экологической ответственности, руб. Эффективность системы социально-экологической ответственности в регионе ( Е Р ), в свою очередь, предлагается рассчитывать по формуле:
EР
ВРП1 ВРП2 ВРП3 ВРП4 , ЗСЭОП
(2)
где ВРП1 – прирост ВРП в результате повышения уровня социально-экологической безопасности региона, руб.; ВРП2 – прирост ВРП в результате роста инвестиционных потоков в регион, руб.; ВРП3 – прирост ВРП в результате роста трудовой иммиграции в регион, руб.; ВРП4 – прирост ВРП в результате предотвращения внешнего эколого-экономического ущерба в регионе, руб. Предложенный подход позволяет определить влияние мероприятий по повышению уровня социально-экологической ответственности бизнеса одновременно на экономику самого предприятия и на развитие социально-экономической системы региона. Вместе с тем, указанные выше факторы напрямую влияют на корпоративный или региональный эффекты. Что касается гудвилла, то он оказывает косвенное воздействие на финансовые результаты предприятия. Повышение деловой репутации фирмы увеличивает объем продаж и, соответственно, доход от реализации, а следовательно, и прибыль предприятия. Наличие связи между гудвиллом и финансовыми результатами предприятия подтверждают исследования [6, 7, 8]. Таким образом, эффективность внедрения мероприятий социально-экологической ответственности бизнеса, которые влияют на гудвилл предприятия ( ЕG ), можно определить по формуле:
EG
G , I СЭОП
(3)
где G – изменение стоимости гудвилла предприятия, руб.; I СЭОП – изменение уровня социально-экологической ответственности предприятия, %. Анализ зависимости стоимости гудвилла предприятия от интегрального индекса социально-экологической ответственности предприятия целесообразно проводить с учетом лага времени, через который проявляется данное влияние [7, 9, 10]. Применяя метод распределенного лага, можно рассчитать как изменяются показатели гудвилла с учетом лага времени определенного периода. Пример расчета зависимости гудвилла предприятия от интегрального индекса социально-экологической ответственности для Государственного предприятия «Донецкоблэнерго» приведены в таблице 1.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
77 Таблица 1 – Анализ зависимости гудвилла предприятия от интегрального индекса социально-экологической ответственности для ГП «Донецкоблэнерго» Лаг времени y y-1 y-2 y-3 y-4 y-5
Функциональная зависимость
y 12724 х 15836 y 20387 х 19467 y 12652 х 16011 y 24421х 278,34 y 18378х 2017,6 y 10298х 5378,4
Коэффициент детерминации 0,1731 0,2967 0,1087 0,7732 0,8329 0,5264
Коэффициент корреляции –0,41741 –0,54537 –0,33153 0,77504 0,87192 0,52649
Согласно анализу, приведенному в таблице 1, наибольший коэффициент корреляции между гудвиллом предприятия и интегральным индексом социально-экологической ответственности наблюдается при учете лага времени в четыре года. При этом лаг времени в пять лет значительно уменьшает коэффициент корреляции. Так для компании ГП «Донецкоблэнерго» коэффициент корреляции с лагом времени в четыре года составляет 0,97, а с лагом времени в пять лет – 0,73 (рисунок 2).
Рисунок 2 – Коэффициент корреляции зависимости стоимости гудвилла предприятия от индекса социально-экологической ответственности для ГП «Донецкоблэнерго» Функциональная зависимость стоимости гудвилла предприятия от интегрального индекса социально-экологической ответственности для ГП «Донецкоблэнерго» с лагом в четыре года представлена на рисунке 3. Проведя корреляционный анализ зависимости гудвилла предприятия от индекса социально-экологической ответственности для некоторых теплоэнергетических компаний, можем сделать вывод, что лаг времени в четыре года соответствует наибольшему коэффициенту корреляции (таблица 2).
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
78
Рисунок 3 – Корреляционно-регрессионная зависимость стоимости гудвилла предприятия от индекса социально-экологической ответственности для ГП «Донецкоблэнерго» с четырехлетним временным лагом Таблица 2 – Результаты корреляционного анализа зависимости гудвилла предприятия от индекса социально-экологической ответственности для некоторых теплоэнергетических компаний Название компании Компания «Д.Э.С.» (Россия) ГП «Донецкоблэнерго» (ДНР) ГКП Костанайская Теплоэнергетическая Компания (Казахстан) ГП «Энергорынок» (Украина) АО «Кахетинская энергодистрибуция» (Грузия) Среднее значение
Коэффициент корреляции с учетом лага времени в 3 года 0,896 0,775
Коэффициент корреляции с учетом лага времени в 4 года 0,987 0,871
0,726
0,855
0,709
0,863
0,516
0,564
0,7464
0,8482
Таким образом, доказано наличие четырехлетнего временного лага между моментом осуществления социально-экологических инициатив и моментом проявления корпоративного эффекта в виде увеличения гудвилла предприятия, представленного в статистической отчетности. Это позволило эмпирически подтвердить наличие не только репутационных, но и финансово-экономических мотивов у предприятий для реализации мероприятий социальноэкологической ответственности. Социально-экологическую ответственность бизнеса предлагается рассматривать как весомый фактор увеличения стоимости бизнеса. Это смещает акценты в трактовке социально-экологической ответственности предприятия от вынужденных (обусловленных экологическим или трудовым законодательством) или благотворительно-имиджевых инициатив к эффективной долгосрочной стратегии, которая формирует «новое качество» в отношениях со стейкхолдерами, минимизирует риски, способствует росту результативности бизнеса и воспроизводству человеческого и природного капитала.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
79 Выводы 1. Предложен методический подход к оценке социально-экономической эффективности системы обеспечения социально-экологической ответственности, который в отличие от существующих, базируется на определении корпоративного и регионального эффектов от внедрения мероприятий социально-экологической ответственности бизнеса. 2. Проведенный корреляционно-регрессионный анализ с применением метода распределенного лага показал, что наиболее тесная связь между индексом социально-экологической ответственности предприятия и его гудвиллом проявляется с лагом времени в четыре года. Это означает, что внедрение мероприятий социально-экологической ответственности предприятия имеет экономический эффект в долгосрочной перспективе, а расходы на мероприятия социально-экологической ответственности бизнеса можно рассматривать как инвестиции. Список литературы 1. Волков, Л. Деловая репутация промышленных предприятий: сущность и содержание экономической категории / Л. Волков // Вестник Московского государственного областного университета. – 2012. –№ 3. ‒ С. 132–138. 2. Пучкова, Т. Д. Особенности определения стоимости гудвилла / Т. Д. Пучкова // Вестник научных конференций. – 2017. – № 2–6 (18). – С. 92–93. 3. Диденко, Э. Н. Оценка стоимости гудвилла на примере компании ОАО «Татнефть» / Э. Н. Диденко // Экономика. Управление. Право. – 2013. – № 8 (44). – С. 35–37. 4. Тарасова, Н. П. Индексы и индикаторы устойчивого развития / Н. П. Тарасова, Е. Б. Кручина // Устойчивое развитие: ресурсы России ; под общ. ред. акад. РАН Н. П. Лаверова. – М. : Издательский центр РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2004. – С. 43–76. 5. Чистова, М. В. Валовой региональный продукт в системе показателей социально-экономического развития региона: методы управления ростом / М. В. Чистова // Актуальные вопросы экономических наук. – 2011. – № 19. – С. 189–194. 6. Попова, Т. Д. Гудвилл – показатель эффективности деятельности предприятия / Т. Д. Попова, А. В. Петрушко // Экономика и бизнес: теория и практика. – 2017. – № 6. – С. 88–90. 7. Григорьева, Т. Л. Отражение величины гудвилла в бухгалтерской отчетности и бухгалтерском учете предприятия / Т. Л. Григорьева, Д. О. Еронтьева // Молодежный научный форум: общественные и экономические науки. – 2016. – № 10 (39). – С. 214‒219. 8. Chauvin, K. W. Goodwill, Profitability and the Market Value of the Firm / K. W. Chauvin, M. Hirschey // Journal of Accounting and Public Policy. – 1994. – Vol. 13, Iss. 2. – P. 159–180. 9. Holtbrugge, D. How International is Corporate Environmental Responsibility? A Literature Review / D. Holtbrugge, C. Dogl // Journal of International Management. – 2012. – Vol. 18. – P. 180–195. 10. Nik Ramli, N. A. R. Environmental Corporate Social Responsibility (ECSR): Exploring its Influence on Customer Loyalty / N. A. R. Nik Ramli // Procedia Economics and Finance. – 2015. – Vol. 31. – P. 705–713. О. Л. Дариенко, Н. В. Цветкова Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Горловка Экономическая эффективность системы социально-экологической ответственности предприятий теплоэнергетики В последнее время энергетический сектор сталкивается с новыми вызовами необходимости сокращения негативного воздействия на окружающую среду. Реализация про-экологической деятельности становится одной из основных задач ввиду того, что вопрос обеспечения экологической безопасности приобретают все большую актуальность. Подчеркивая важность реализации программ и мероприятий социально-экологической ответственности на предприятиях теплоэнергетики, возникает вопрос оценки возможностей предприятия к внедрению социально-экологической ответственности, то есть наличия на предприятии соответствующих ресурсов, а также его готовности к внедрению таких программ. Реализация социально-экологической ответственности бизнеса проявляется в виде двух эффектов: корпоративного и регионального. Корпоративный эффект возникает вследствие воздействия мер по социальноэкологической ответственности бизнеса на финансовые результаты работы предприятия. В свою очередь, повышение уровня социально-экологической ответственности предприятия положительно влияет на социальноэкологическую безопасность региона, что проявляется в уменьшении экологической нагрузки на окружающую ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
80 среду и предупреждении эколого-экономического ущерба. Этот эффект определяется как региональный. В связи с этим предлагается оценивать эффективность системы социально-экологической ответственности предприятия с учетом двух указанных эффектов. Предложенный подход позволяет определить влияние мероприятий по повышению уровня социальноэкологической ответственности бизнеса одновременно на экономику самого предприятия и на развитие социально-экономической системы региона. Эти факторы напрямую влияют на корпоративный или региональный эффекты. Установлено, что такой нематериальный актив как гудвилл опосредованно влияет на финансовые результаты предприятия. Повышение деловой репутации увеличивает объем продаж и прибыль предприятия. Наличие связи между гудвиллом и финансовыми результатами компании подтверждают проведенные исследования. Анализ зависимости стоимости гудвилла предприятия от интегрального индекса социальноэкологической ответственности предприятия целесообразно проводить с учетом лага времени, через который эта зависимость проявляется. Исследование показало наличие четырехлетнего временного лага между моментом осуществления социально-экологических инициатив и моментом проявления корпоративного эффекта в виде увеличения гудвилла предприятия. Это позволило эмпирически подтвердить наличие репутационных и финансово-экономических мотивов у предприятий для реализации мероприятий социально-экологической ответственности. При этом социально-экологическую ответственность бизнеса предлагается рассматривать как весомый фактор увеличения стоимости бизнеса. ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ, ГУДВИЛЛ, ВРЕМЕНИ ЛАГ
О. L. Darienko, N. V. Tsvetkova Automobile and Highway Institute of Donetsk National Technical University, Gorlovka Cost Efficiency of the Socioecological Responsibility System of Heat-power Engineering Enterprises Lately energy sector has been facing new necessity challenges of the negative impact reduction on the environment. Implementation of the pro-ecological activity is becoming one of the main tasks because the issue of the ecological security ensuring is taking on more and more urgency. Emphasizing the implementation importance of programs and measures of socioecological responsibility at heat-power engineering enterprises, we raise the issue of the enterprise capability assessment to implement socioecological responsibility, i.e. availability of relevant resources at enterprises and its readiness to implement these programs. Implementation of business socioecological responsibility appears in the form of two effects: corporate and regional. Corporate effect appears due to the impact of business socioecological responsibility measures on financial results of the enterprise work. In turn, the increase of the socioecological responsibility level influences positively on the region socioecological security, which is manifested in reduction of ecological load on the environment and prevention of the environmental and economic damage. This effect is defined as a regional one. In this connection we suggest to assess system effectiveness of the enterprise socioecological responsibility taking into account two specified effects. Suggested approach allows to determine the impact of measures on the level increase of the business socioecological responsibility simultaneously on the economy of the enterprise itself and development of the region social and economic system. These factors affects directly on corporate and regional effects. It is determined that such intangible assets as goodwill influences indirectly on financial results of the enterprise. Business reputation improvement increases sales volume and enterprise profit. Connection between goodwill and financial results is confirmed by conducted studies. Dependence analysis of the enterprise goodwill cost upon the integral index of the enterprise socioecological responsibility is advisable to carry out taking into account the lag time through which this dependence is manifested. The study showed the four-year time lag between the moment of the socioecological initiatives and moment of corporate effect manifestation in the form of the enterprise goodwill increase. This allowed to confirm empirically reputational, financial and economic motives of the enterprise to implement measures of socioecological responsibility. In this case business socioecological responsibility is proposed to consider as a significant factor for business cost increase. HEAT-POWER ENGIEERING, SOCIOECOLOGICAL RESPONSIBILITY, GOODWILL, TIME LAG Сведения об авторах: О. Л. Дариенко SPIN-код: 4259-2959 Телефон: +38 (050) 624-18-24 Эл. почта: osnovi.ekologiyi@gmail.com Н. В. Цветкова Телефон: +38 (071) 330-85-05 Статья поступила 29.09.2017 © О. Л. Дариенко, Н. В. Цветкова, 2017 Рецензент: Н. А. Селезнева, канд. экон. наук, доц., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ» ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
81 УДК 378.6: 330.341 И. Ф. Емельянова, канд. экон. наук ОО ВПО «Горловский институт иностранных языков, г. Горловка ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ СОЗДАНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КЛАСТЕРОВ Исследована проблема создания образовательно-производственных кластеров как центров интеграции производственных предприятий, научных учреждений и образовательных организаций. Рассмотрены особенности их формирования и функционирования в США, странах Западной Европы, Азии, Российской Федерации, а также возможность применения данного опыта при формировании данного типа кластеров в отечественной экономике. Ключевые слова: кластер, развитие регионов, зарубежные страны, кластерная политика, образовательно-производственный кластер
Постановка проблемы В современных условиях актуальным фактором обеспечения устойчивого развития региональной экономики и повышения уровня ее конкурентоспособности является тесное взаимодействие образовательных учреждений, предпринимательских структур и государства. Одной из наиболее развитых форм интеграции науки, образования и реального сектора экономики являются образовательно-производственные кластеры, призванные обеспечить благоприятные условия для концентрации интеллектуального и технологического потенциала крупных промышленных компаний, НИИ и университетов. В связи с этим возникает объективная необходимость анализа зарубежного опыта создания образовательно-производственных кластеров, который имеет теоретическую и практическую ценность с точки зрения выявления преимуществ конкретной кластерной модели развития, а также адаптации отделенных ее элементов к отечественной экономике. Анализ последних исследований и публикаций, в которых начато решение проблемы Теоретико-методические подходы к созданию и функционированию инновационных, в том числе и образовательно-производственных кластеров рассмотрены в научных исследованиях О. В Антипова [1], Т. И. Максимовой [2], Г. У. Матушанского [3], А. М. Сагдатуллина [4], Е. И. Соколовой [5], А. И. Шинкевича [6], А. А. Шполянской [7] и др. Несмотря на наличие многих исследований по данной тематике, стоит отметить, что значительная часть вопросов, связанных с формированием и развитием образовательнопроизводственных кластеров, до сих пор остается неосвещенной, а именно зарубежные модели формирования и развития данного типа кластера, что и предопределяет дальнейшие исследования в этом направлении. В этой связи целью исследования является определение сущности понятия «образовательно-производственный кластер», анализ, сравнительная характеристика зарубежного опыта создания и функционирования образовательно-производственных кластеров, а также возможность применения данного опыта при формировании данного типа кластеров в нашей стране. Изложение основного материала Образовательно-производственные кластеры представляют новую форму интеграции, перспективной институциональной траекторией которой является актуальная, как для экономически развитых, так и для развивающихся стран, трехспиральная модель инновационноISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
82 го развития, объединяющая в качестве агентов развития науку (образование), государство и бизнес [6]. Образовательно-производственный кластер по мнению автора – это многостороннее договорное объединение образовательных учреждений, предприятий промышленности, научных и проектных организаций, имеющих совпадающие долгосрочные цели совместной деятельности в области разработки, внедрения в производство и коммерциализации новых технологий и видов инновационной конкурентоспособной продукции; профессиональной целевой подготовки и повышения квалификации кадров в интересах участников кластера. Анализ научной литературы по данной проблематике [1, 3, 4, 6, 8, 9] позволяет выделить следующие характеристики данного типа кластерных образований: 1. Отличительной чертой образовательно-производственного кластера является интеграция образования, науки и производства. 2. Элементы кластера взаимодействуют между собой, обмениваются потоками ресурсов и создают информацию (образовательная сфера), технологии (предпринимательские структуры) и знания (научная сфера). 3. В кластере все элементы взаимодействия регулируют многоуровневую систему подготовки специалистов необходимой квалификации. Работодатель определяет требования к образованию, учебные заведения – подходы к обучению, а государственные органы власти обеспечивают интеграцию образования с производством. 4. Научно-исследовательские институты и производственные учреждения региона становятся базой практик и получают возможность участвовать в формировании специалиста на собственной научно-учебной базе в соответствии со своими потребностями и перспективами развития. 5. За счет создания образовательно-производственного кластера появляется возможность подъема депрессивных регионов [9]. Мировая экономика имеет положительный опыт в создании и использовании образовательно-производственных кластеров на региональном уровне. Мировой опыт формирования образовательно-производственных кластеров свидетельствует о том, что образование кластеров происходит как под влиянием рыночных сил, так и в результате реализации целенаправленной государственной политики, что отражает суть двух сложившихся в мировой практике моделей кластерной политики: либеральной (США, Канада) и дирижистской (страны Европы, Япония, Южная Корея, Гонконг, Тайвань, Китай и др.). Основной принцип либеральной модели состоит в том, что кластер представляет собой рыночный организм и роль государственных органов состоит в том, чтобы убрать барьеры, мешающие его естественному развитию, и не предполагает прямого государственного вмешательства. Следует подчеркнуть, что либеральная кластерная стратегия характерна для тех стран, которые по традиции проводят либеральную экономическую политику. Дирижистская политика предполагает активную роль государства (прежде всего федеральных властей) в развитии кластеров. Эта политика включает в себя комплекс мер выбора приоритетных кластеров и финансирования проектов по разработке стратегий и программ развития кластеров [2]. Таким образом, представители дирижистского направления самостоятельно выбирают регион для создания кластера, целенаправленно создают инфраструктуру для приоритетных кластеров, а также определяют объем его финансирования. Каждая из них отличается своими особенностями и удовлетворяет интересы развития социально-экономических систем и общества в целом. Анализ зарубежного опыта создания образовательно-производственных кластеров позволяет выделить основные их модели: североамериканскую, европейскую, восточноазиатскую, в рамках которых осуществляется кластерная политика в отдельных странах мировой экономики. Сравним характеристики этих моделей (таблица 1). ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
83 Таблица 1 – Сравнительная характеристика основных моделей создания образовательнопроизводственных кластеров Критерии Субъекты взаимодействия
Североамериканская Научные центры, университеты, крупные промышленные объединения
Европейская Университеты и исследовательские центры, крупные, промышленные объединения, средние и малые предприятия
Восточноазиатская Университеты, исследовательские лаборатории, крупные промышленные объединения
Либеральная
Дирижистская
Дирижистская
В результате реализации целенаправленной политики государства Инициатором выступают органы государственной власти. Государственные Целевые программы. Высокий объем государственных инвестиций в образование. Целевые дотации на научно-исследовательские разработки
В результате реализации целенаправленной политики государства Кластеры формируются с целью продвигать приоритетные направления научно-технического прогресса. Создание инфраструктуры экономического страхования кластерных структур. Ориентация на заимствование технологий и экспорт высокотехнологичной продукции Расходы финансируются государственным и частным секторами. Расходы частного сектора преобладают. Льготное налогообложение университетов и НИИ
Модель кластерной политики
Под влиянием рыночных Способ образования сил кластера Характеристика
Инициатором выступают научные центры и университеты вместе с компанией-лидером. Отсутствие официально оформленной государственной политики в отношении кластеров. Стимулирование технологического развития и коммерциализации результатов НИОКР
Особенности финансирования НИОКР
Расходы на НИОКР распределяются примерно поровну между государственным и частным секторами (США)
Страны
США, Канада
Европейские страны активно стимулируют инновационное предпринимательство. В системе государственного финансирования НИОКР сочетаются как прямые формы, так и косвенные формы (налоговые льготы, льготный правительственный кредит) Германия, Австрия, Япония, Южная Корея, Франция, Италия Гонконг, Тайвань, Китай
Источник: авторская разработка
Устойчивым лидером на данном рынке остаются США, именно здесь расположены наиболее конкурентоспособные образовательные кластеры (в штатах Калифорния, Нью-Йорк, Массачусетс, Пенсильвания, Нью-Джерси и др. – по данным Института стратегии и конкурентоспособности гарвардской школы бизнеса, реализующего проект кластерного картирования на территории США) [3]. Американская модель образовательно-производственного кластера была детально исследована М. Портером на примере образовательного кластера Массачусетса, лидерами которого являются Массачусетский и Гарвардский университеты. Ученым подробно показана ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
84 роль кластера в образовательной сфере страны в сравнении с другими штатами (прежде всего с Калифорнией) и другими странами [5]. Образовательная деятельность в Массачусетском технологическом институте или Гарварде – успешный бизнес. Эти вузы привлекают большое число студентов из всех штатов США и других стран. Их научная деятельность щедро финансируется государством и частными структурами. Секрет успеха Массачусетского кластера состоит в том, что вся инновационная деятельность формируется в рамках тесного взаимодействия и коллаборации, т. е. действует модель «тройной спирали» [4]. В американской модели сильна поддержка со стороны государства (особенно в плане фундаментализации знаний), а бизнес активно участвует в финансировании научных исследований и обучения на договорной основе, а также в развитии системы подготовки и переподготовки кадров под заказ. Наиболее успешным примером американской модели образовательно-производственного кластера является Нью-Йоркский корпоративный университет и, в частности, его Школа непрерывного и профессионального образования, созданная в 1934 г. Нью-Йоркский корпоративный университет является одним из лучших вузов США (подготовил 31 Нобелевского лауреата), а Школа непрерывного и профессионального образования в 2002 г. стала первым учебным заведением, получившим оценку качества образования «Е», присваиваемую Президентом США. Связь с промышленностью Нью-Йоркский корпоративный университет и Школа непрерывного и профессионального образования осуществляют через Совет Попечителей, в который входят руководители ведущих корпораций США: Boston Properties Company, Wasserman Media Group, Conti Goup Companies Inc., Нью-Йоркская фондовая биржа и др. Для обеспечения экспорта образования при Школе создан Виртуальный университет, который предоставляет дистанционные образовательные услуги студентам по всему миру. Обучение в Виртуальном университете основывается на программных продуктах, разработанных компанией Centra [6]. Заслуживают внимания и европейские образовательно-производственные кластеры. Европейская система ориентирована на удешевление стоимости подготовки персонала для промышленности, что реализуется посредством повышения мобильности кадров из соседних регионов (например, в рамках Болонской системы). В соответствии с исследованиями Европейской кластерной обсерватории, на территории стран Европейского Союза функционирует 69 образовательных кластеров, имеющих различный уровень инновационного развития, объемов экспорта, заработной платы и т. д. [3]. К наиболее развитым относятся образовательные кластеры на территории таких европейских городов, как Оксфорд, Варшава, Амстердам, Лондон, Париж, Билефельде и т. д. В этой связи интересен опыт Германии. Германия является достаточно высокоразвитой в технологическом отношении страной, которая усиленно продолжает работу в направлении инновационного развития своей экономики. Страна является мировым лидером по научным публикациям, количеству патентов в Европе, объему расходов компаний на научноисследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР). Ответственность за научную политику разделяют Министерство образования и науки и Министерство экономики – Совместная научная конференция (GWK) [10]. Центральное правительство внедряет большое число программ поддержки отдельных регионов и областей технологий, но более специфическое планирование развития кластера осуществляется местными властями, что позволяет учитывать особенности каждого региона. Важным примером инновационного образовательно-производственного кластера является немецкий Билефельдский университет, созданный в 1969 г. Все факультеты университета построены как институты опережающих проектных разработок по ключевым сферам общественной деятельности. Проектная работа сопровождается организацией междисциплиISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
85 нарных и межведомственных диалогов, для обеспечения чего в составе Билефельдского университета был создан Центр междисциплинарных исследований [7]. Активно идет процесс формирования кластеров и в Юго-Восточной Азии и Китае, в частности, в Сингапуре (нефтехимия), в Японии (автомобилестроение) и в др. странах. В Китае сегодня существует более 60 особых зон-кластеров, в которых находится около 30 тыс. фирм с численностью сотрудников 3,5 млн чел. и уровнем продаж на сумму примерно 200 млрд долл. в год [11]. Кластерная политика связана с формированием муниципальными властями с одобрения центрального правительства особых зон высокотехнологичных отраслей. Центральное правительство отбирает фирмы, которые пользуются исключительными привилегиями. Кроме того, оно всячески поощряет сотрудничество бизнеса и университетов, сознавая его важность в появлении собственных технологических инноваций, повышении технологического уровня продукции. Крупнейшими образовательно-производственными кластерами в Китае являются кластеры, созданные на базе Пекинского университета, Университета Цинхуа, Харбинского инженерно-технологического университета, Северо-восточного университета сельского хозяйства, Цзилиньского и Синьцзянского университетов [12]. В России в настоящее время проблема создания образовательно-производственных кластеров находится на стадии становления. Формирование крупнейших научно-образовательно-производственных кластеров проводится на базе передовых университетов. Сотрудничество в таких кластерах осуществляется с помощью институтов, проводящих НИОКР, и государственных учреждений. Большинство наукоемких кластеров являются технологическими генераторами и могут быть классифицированы по областям прикладной науки, по интеграции с секторами экономики и времени возникновения [6]. Одним из регионов-пионеров создания образовательно-производственных кластеров в Российской Федерации является Татарстан. В Татарстане кластерный подход признается основным перспективным инструментом повышения эффективности республиканской экономики. В Республике Татарстан на сегодняшний день подписано 14 соглашений о государственно-корпоративном партнерстве в области подготовки кадров в рамках образовательных кластеров. Всего в республике функционирует 8 научно-образовательных кластеров на базе Казанского (Приволжского) государственного университета, Казанского национального исследовательского технологического университета и др., где им принадлежит определяющая роль. Одним из последних в 2013 г. был создан НОК ПАО «Татнефть им. В. Д. Шашина», в котором такая же определяющая роль отведена крупному бизнесу, что принципиально отличает этот кластер от всех уже существующих. [1]. Проведенный сравнительный анализ зарубежных моделей создания и функционирования образовательно-производственных кластеров позволяет сделать вывод, что для отечественной экономики наиболее эффективным является применение «смешанной» модели формирования инновационных кластеров, предполагающей с одной стороны, активную роль самих бизнес-структур региона в формировании кластеров, с другой – поддержку кластерных инициатив со стороны органов власти. Смешанная модель создания образовательно-производственных кластеров заключается в том, что государство организует конкурс на оказание финансовой поддержки инициаторов создания кластерного объединения в регионе, устанавливая отраслевые приоритеты, требования к структуре формируемого кластера. Одновременно бизнесу остается достаточно широкое пространство для проявления инициативы. Выводы. Перспективы дальнейших исследований в данном направлении Таким образом, зарубежный опыт создания образовательно-производственных кластеров весьма многообразен. Систематизированные в статье данные о развитии кластеров в ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
86 различных государствах позволяют утверждать, что единого общепринятого подхода и схем создания и функционирования образовательно-производственных кластеров нет. Различия определяются историческими, демографическими, географическими особенностями развития государства. Каждое государство разрабатывает свои собственные подходы к образованию кластеров и их управлению, и по-своему организует деятельность государственных органов, ответственных за реализацию национальной промышленной стратегии конкурентоспособности территории. Несмотря на экономические особенности каждой страны, опыт зарубежных стран по развитию инновационных кластеров показателен с точки зрения успехов, которых может достичь страна и отдельные ее регионы, проводя продуманную политику стимулирования инновационной деятельности предприятий в приоритетных отраслях экономики. Мировой опыт свидетельствует, что образовательно-производственные кластеры – это особый тип взаимодействия учебных заведений с субъектами и институтами рынка труда, региональными органами исполнительной власти и общественными организациями. Создание и функционирование образовательных кластеров оказывает непосредственное влияние на повышение конкурентоспособности как учебных заведений, так и предприятий, входящих в кластер. Дальнейшие исследования будут направлены на разработку теоретико-методологических основ образовательно-производственного кластера как формы государственно-частного партнерства учреждения высшего профессионального образования и работодателя. Список литературы 1. Антипова, О. В. Модель оценки научно-образовательного кластера в регионе / О. В. Антипова, О. В. Киселева // Наука Красноярья. – 2016. – № 4 (37). – С. 122‒138. 2. Максимова, Т. И. Формирование конкурентных преимуществ региональных экономических кластеров : дис. ... канд. экон. наук : 08.00.05 / Т. И. Максимова. ‒ Волгоград, 2014. ‒ 166 с. 3. Матушанский, Г. У. Инновационные территориальные образовательные кластеры: зарубежный и отечественный опыт / Г. У. Матушанский, Р. Р. Гарифуллина, Р. Ф. Бакеева // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. – № 1. – С. 354–359. 4. Сагдатуллин, А. М. Исследование модели синергетической экосистемы инновационных образовательных кластеров как основы повышения конкурентоспособности региона / А. М. Сагдатуллин // Альма Матер : вестник высшей школы. – 2015. – № 12. ‒ С. 78–83. 5. Соколова, Е. И. Термин «образовательный кластер» в понятийном поле современной педагогики / Е. И. Соколова // Непрерывное образование: XXI век. – 2014. – № 2 (6). – С. 153‒160. 6. Шинкевич, А. И. Логистический подход к формированию образовательных кластеров с участием учреждений профессионального образования преимущественно химической направленности / А. И. Шинкевич, С. С. Кудрявцева // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – № 6. – С. 316‒322. 7. Шполянская, А. А. Инновационные кластеры ‒ взаимодействие бизнеса и науки. Опыт Германии / А. А. Шполянская // Известия УрГЭУ. – 2016. – № 3 (65). ‒ С. 106‒114. 8. Буреш, О. В. Кластерный подход к формированию научно-образовательного и экономического информационного пространства региона / О. В. Буреш, М. А. Жук, А. В. Фролов // Вопросы экономики и права. – 2011. – № 34. – С. 135‒139. 9. Ковальов, Ю. Кластери як новий інструмент модернізації економіки / Ю. Ковальов // Схід. – 2007. – № 5 (83). – С. 9‒13. 10. Бережная, Г. С. Организация научных исследований в Германии / Г. С. Бережная // Балтийский Регион. – 2012. – № 3. – С. 149‒160. 11. Ленчук, Е. Б. Кластерный подход в стратегии инновационного развития зарубежных стран / Е. Б. Ленчук, Г. А. Власкин // Проблемы прогнозирования. – 2010. – № 5. – С. 38–51. 12. Иваненко, Л. В. Зарубежный и отечественный опыт создания и функционирования социальных кластеров /Л. В. Иваненко, Ю. В. Ярунгина // Основы ЭУП. ‒ 2013. – № 6 (12). – С. 18‒22.
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
87 И. Ф. Емельянова ОО ВПО «Горловский институт иностранных языков», г. Горловка Зарубежный опыт создания образовательно-производственных кластеров В работе проведено исследование проблемы создания образовательно-производственных кластеров как центров интеграции производственных предприятий, научных учреждений и образовательных организаций. Рассмотрены особенности их формирования и функционирования в США, странах Западной Европы, Азии, Российской Федерации, а также возможность применения данного опыта при формировании данного типа кластеров в отечественной экономике. Научную новизну исследования составляют авторские выводы, авторское толкование термина «образовательно-производственный кластер», систематизация зарубежных моделей создания образовательно-производственных кластеров. Анализ зарубежного опыта создания образовательно-производственных кластеров, имеет практическую ценность с точки зрения возможности применения полученных в ходе исследования выводов и результатов для разработки управленческого механизма создания образовательно-производственных кластеров, выявления преимуществ конкретной кластерной модели развития, а также адаптации отдельных ее элементов к отечественной экономике. КЛАСТЕР, РАЗВИТИЕ РЕГИОНОВ, ЗАРУБЕЖНЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КЛАСТЕР
СТРАНЫ,
КЛАСТЕРНАЯ
ПОЛИТИКА,
I. F. Emelianova Educational Establishment of Higher Professional Education «Gorlovka Institute of Foreign Languages», Gorlovka Foreign Experience of Creating Educational and Production Clusters The article deals with the problem of creating educational and production clusters as centers of integration of manufacturing enterprises, scientific institutions and educational organizations. We have considered the peculiarities of their formation and functioning in the USA, Western Europe, Asia, the Russian Federation, as well as the possibility to apply this experience in forming clusters of the above type in the domestic economy. The scientific novelty of the research is the author's conclusions, the author's interpretation of the term «educational and production cluster», and arrangement of foreign models to create educational and production clusters. The analysis of foreign experience in creating educational and production clusters is of practical value from the point of view of the possibility to apply the findings and results obtained for developing a management mechanism to create educational and production clusters, to identify the advantages of a particular cluster development model, and to adapt its separated elements to the domestic economy. CLUSTER, DEVELOPMENT OF REGIONS, FOREIGN COUNTRIES, CLUSTER POLICY, EDUCATIONAL AND PRODUCTION CLUSTER Сведения об авторе: И. Ф. Емельянова Телефон: +38 (050) 992-47-90 Эл. почта: rena108@rambler.ru Статья поступила 11.10.2017 © И. Ф. Емельянова, 2017 Рецензент: Н. А. Селезнева, канд. экон. наук, доц., АДИ ГОУВПО «ДонНТУ»
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
88 АВТОРЫ ЖУРНАЛА Виноградов Н. С. Вовк Л. П. Высоцкий С. П. Гавриленко А. С. Гетьманская В. Л. Дариенко О. Л. Емельянова И. Ф. Кисель Е. С. Князев А. С. Кобзий А. А. Кравцова Е. М. Кулаков В. А. Лисянец А. В. Хижняк В. А. Цветкова Н. В.
Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка ГОУВПО Донецкая национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка ОО ВПО «Горловский институт иностранных языков, г. Горловка Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка ГОУВПО Донецкая национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка ГО ВПО «Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского» г. Донецк ГО ВПО «Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского» г. Донецк Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка ГОУВПО Донецкая национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «ДонНТУ», г. Горловка
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
89 Редакционная коллегия международного научно-технического журнала «Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute» приглашает к сотрудничеству ученых, научных cотрудников, аспирантов, докторантов, преподавателей учебных заведений и специалистов производства. К опубликованию принимаются научные статьи, посвященные широкому спектру теоретических и практических проблем автомобильного транспорта; транспорта промышленных предприятий; строительства и эксплуатации автомобильных дорог; охраны окружающей среды; экономики и управления. Основные параметры издания: периодичность – 4 раза в год; языки издания – русский, английский, украинский; Требования к рукописям научных статей Текст статьи должен содержать следующие элементы: постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими заданиями; анализ последних дострижений и публикаций, в которых начато решение поставленой проблемы, выделение нерешенных ранее частей общей проблемы, которым посвящена статья; формулирование цели статьи; изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных научных результатов; выводы и перспективы дальнейших исследований в данном направлении. В редакционную коллегию подаются: статья; реферат на русском языке (объем – 2000 знаков) с ключевыми словами; экспертное заключение; сопроводительное письмо (с указанием того, что статья ранее не была опубликована); сведения об авторах, где указываются: фамилия, имя и отчество, ученое звание, ученая степень, должность, место работы, контактные телефоны, е-mail. Оформление рукописи статьи Материалы подаются на листах формата А4. Поля зеркальные: внутри и снаружи – 20 мм, верхнее и нижнее – 25 мм. Шрифт: Times New Roman, 12 пт. Междустрочный интервал – одинарный. Объем статьи – 5–10 страниц. Номера ссылок на литературные источники указываются в квадратных скобках в порядке упоминания. Формулы печатаются в редакторе формул MS Equation – 3.0 или более поздней версии. Номера выставляются в круглых скобках с выравниванием по правому краю. Нумерация формул – в пределах статьи. Стиль: переменная печатается курсивом; вектор-матрица – полужирным; шрифт Times New Roman; греческие символы – обычным шрифтом. Размеры: основные символы – 12 пт; крупный индекс – 7 пт; мелкий индекс – 5 пт; крупный символ – 18 пт; мелкий символ – 12 пт. Запрещается выполнять формулы с помощью MathCAD или других аналогичных программ. Рисунки располагаются после упоминания в тексте. Растровые иллюстрации, штриховые графические объекты, графики, диаграммы подаются в форматах *.wmf, *.jpg, *.tif. Эти иллюстрации дополнительно сохраняются в виде отдельных файлов. При использовании форматов *.jpg, *.tif разрешительная способность должна составлять 300–600 dpi. Не допусISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru
90 кается создавать рисунки в MS Word. Запрещается внедрять графические материалы в виде объектов, связанных с другими программами, например с КОМПАС, MS Excel и т.п. Таблицы выполняются в MS Word и должны помещаться не более чем на одной странице без переноса. Заголовки таблиц включают номер в пределах статьи и название. Таблицы располагаются после ссылки в тексте. Список литературы. В списке литературы должно быть не менее 3-х литературных источников, опубликованных за последние 5 лет, а также не менее 3-х – из зарубежных (англоязычных и др.) источников. Библиографический список составляется в порядке упоминания документов в тексте и выполняется в соответствии с ГОСТ 7.1–2003. Ссылки выполняются в соответствии с ГОСТ 7.0.5–2008. Рукопись статьи должна содержать: УДК; Ф.И.О. авторов, которые печатаются в одном абзаце, через запятую, без переносов, с указанием ученой степени; информацию об авторах: организация, город, страна, коды наукометрических баз данных (РИНЦ SPIN-код; SCOPUS, ORCID), адрес электронной почты; название статьи; аннотацию – не более 5 строк. Шрифт: Times New Roman, 10 пт, курсив; текст статьи; список литературы. Гонорар авторам за публикацию статей не выплачивается. Плата с авторов за опубликование рукописей не взимается. Адрес редакционной коллегии: Автомобильно-дорожный институт ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», ул. Кирова, 51, г. Горловка, ДНР, 84646. Контактные телефоны: (06242) 4-40-61, (0624) 55-82-08, 050-755-26-95 Е-mail: vestnik-adi@adidonntu.ru Сайт: http: //www.vestnik.adidonntu.ru
ISSN 1990-7796. Вести Автомобильно-дорожного института = Bulletin of the Automobile and Highway Institute, 2017, № 4(23) Сайт http:// vestnik.adidonntu.ru