Penziev P. Design and technological engineering of complex body castings with the possibility of controlling the structure and mechanical properties of the alloy

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0826U003011

Thesis Registration Form

0826U003011.pdf

Applicant for

Specialization

  • 136 - Металургія

26-08-2026

Specialized Academic Board

PhD 15056

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Essay

The dissertation is devoted to solving an important scientific and technical problem related to improving the design and technological development of complex housing castings with the possibility of controlling the structure and mechanical properties of alloys. The relevance of the research is determined by the need to improve casting quality, reduce material consumption and production costs, and expand the use of modern computer modeling technologies in foundry engineering. The aim of the research is to develop and scientifically substantiate an approach to computer-integrated design of complex housing castings based on mathematical and computer simulation for controlling alloy structure and mechanical properties. The dissertation analyzes current approaches to the design of housing castings and investigates the influence of design, technological, and material factors on casting quality. A design scheme incorporating feedback between individual design stages is proposed, enabling simulation results to be considered when selecting optimal technological solutions. A method for determining the optimal design strategy based on statistical game theory is developed, allowing the decision-making process to be formalized under conditions of uncertainty. A classification principle for design strategies is proposed, consisting of three interconnected components: design, technological, and material components. This approach improves the selection of rational technological solutions for manufacturing housing castings. The proposed methodology was verified through the design of an internal combustion engine cylinder block casting made of aluminum alloy, cast iron, and steel. Computer simulation was used to analyze mold filling, solidification, and internal defect formation. Rational gating system designs and methods for minimizing gas-shrinkage porosity were determined. The dissertation also investigates the influence of induction melting conditions, alloy modification, and no-bake core mixtures on the formation of alloy structure and mechanical properties. Diagnostic rules for evaluating melting temperature conditions are proposed, and the composition of no-bake core mixtures is optimized using multiple technological criteria. The scientific novelty of the research consists in the development of a classification of housing castings, a formal description of design strategies, the application of statistical game theory to optimize design decisions, the improvement of methods for evaluating riser efficiency, and the further development of approaches for predicting casting defects and controlling alloy structure and mechanical properties. The practical significance of the obtained results lies in the possibility of applying the proposed methods in foundry production to improve casting quality, reduce defects, optimize technological parameters, and decrease production costs. The developed approaches can be used in the design of new casting technologies as well as in scientific research and higher engineering education. The obtained results confirm the effectiveness of the proposed computer-integrated approach to the design of complex housing castings and provide a basis for the further development of digital technologies in modern foundry engineering.

Read more

Research papers

1. П. С. Пензєв. Визначення раціонального завантаження ливарного устаткування. Technology audit and production reserves. Харків: Технологічний центр, № 4/2(6), 2012. p. 29–30.

2. Puliaiev A., Orendarchuk J., Akimov O., Penziev P., Marynenko D., Marchenko A. Development of a system for organizing a modular design and technological preparation for the production of cast iron pistons for internal combustion engines. Technology audit and production reserves. Харків: Технологічний центр, № 3/1(35), 2017. p. 23–27.

3. П.С. Пензєв, В.І. Альохін, О.В. Акімов, О.В. Грицюк. Аналіз якості литого блок-картера автомобільного дизеля 4ДТНА1 з використанням інженерного моделювання. Двигуни внутрішнього згоряння. Харків: НТУ «ХПІ». 2015. – № 2.

4. О. В. Акімов, П. С. Пєнзєв, Л. О. Салтиков, О.М. Горощенко. Проектування прогнозуємих структур перерізів виливка блок-картера циліндрів. Вісник НТУ "ХПІ". Харків: НТУ «ХПІ», № 16 (1292), с. 3–8.

5. О. С. Коваль, П. С. Пензєв, Є. П. Димко, А. А. Пуляев. Управління якістю конструкційного чавуну для фасонних виливків на основі моделювання ефективності його модифікування. Вісник НТУ “ХПІ». Харків: НТУ «ХПІ», 2014. №40 (1083). с. 138–145.

6. Penziev, P., Lavryk, Ye. (2024). Diagnostics of the temperature condition of cast iron melting in induction furnaces by the content of SiO2 and CaO in slag. ScienceRise, 1, 14–20

7. Penzev, P., Frolova, L., Lysenkov, V., Lavryk, Y. (2024). Determination of the influence of the surplus construction on the parameters of the shrinkage shells in the «Body»-type steel castings when casting in single sand molds. Technology Audit and Production Reserves, 4 (1 (78)),

8. Akimov, O., Alekhin, V., Penzev, P., Dyachenko, A., Ovcharenko, A. Analysis of technological factors that significantly affect the formation of stresses in the cast machine parts. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7(78), 43–47.

9. Klymenko, S., Verkhovliuk, A., Sevoian, A., Akimov, O., Ponomarenko, O., Penziev, P. (2024). Determining rational complex modifying and alloying additives to improve the mechanical characteristics of gray cast iron. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (132), 15–23.

10. А. О. Потапов, А. А. Севоян, С. Д. Євтушенко, П. С. Пензєв, О. В. Акімов. «Вибір сплаву та обґрунтування технології виконання литих поршнів» Міжнародна науково-практична конференція «Литво-2025», 27-29 травня 2025 р., Харків- Київ – с.227

11. А.А. Ригальов, П. С. Пензєв, В. С. Кузьмін, В. В. Радченко, О. В. Акімов. «Дослідження процесів формування металевого зв'язку в біметалічних виливках системи чавун – титановий сплав» Міжнародна науково-практична конференція «Литво-2025», 27-29 травня 2025 р., Харків- Київ – с.238.

12. І. О. Шевченко, С. Д. Євтушенко, П. С. Пензєв, О. В. Масалітіна, О. В. Акімов. «Вибір відновника оксиду титану для підвищення міцності зв'язку в біметалічній композиції чавун – титановий сплав» Міжнародна науково-практична конференція «Литво-2025», 27-29 травня 2025 р., Харків- Київ – с.303.

13. П.С. Пензєв. «Інженерне моделювання технологічних процесів лиття складних корпусних виливків на прикладі деталі-представника двигуну типу 4ДТНА1». Міжнародна науково-практична конференція «Литво. Металургія 2023» (10-12 жовтня 2023 р., м. Харків-м. Київ с. 172.

14. Пензєв П. С., Лаврик Є.Є., Лисенков В. Ю. «Вплив конструкції надлишків на формування усадкових раковин у сталевих виливках типу «Корпус». Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах. ХVІІ Міжнародна науково-технічна конференція, Запоріжжя, 26-27 листопада 2024р. с. 42.

15. Євтушенко С.Д., Севоян А.А., Пензєв П.С., Акімов О.В «Теплоізоляція литих поршнів ДВЗ». Міжнародна науково-практична конференція MicroCAD-2025, 14-17 травня 2025 р. с. 382.

16. Євтушенко, С. Д., Севоян, А. А., Пензєв, П. С., Масалітіна, О. В., Акімов, О. В., & Ян, В. «Ступінь змочування металів». Міжнародна науково-практична конференція MicroCAD-2025, 14-17 травня 2025 р. с.383.

17. Масалітіна О. В., Пензєв П. С., Севоян А. А., Акімов О. В. «Дослідження утворення проміжного покриття титанової вставки». Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2025 : матеріали 17-ї Міжнар. наук.-техн. конф., 25-26 вересня 2025 р. ; заг. ред. Р. В. Лютий. – Київ : НТУУ "КПІ", 2025. – С. 377-378.

18. Пензєв П. С., Севоян А. А., Масалітіна О. В., Акімов О. В. «Обґрунтування матеріалу та конструктивних параметрів біметалічного поршня». Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2025 : матеріали 17-ї Міжнар. наук.-техн. конф., 25-26 вересня 2025 р. ; заг. ред. Р. В. Лютий. – Київ : НТУУ "КПІ", 2025. – С. 398-399

19. Севоян А. А., Масалітіна О. В., Пензєв П. С., Акімов О. В. «Одержання біметалічної композиції чавун – титановий сплав». Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2025 : матеріали 17-ї Міжнар. наук.-техн. конф., 25-26 вересня 2025 р. ; заг. ред. Р. В. Лютий. – Київ : НТУУ "КПІ", 2025. – С. 427-429.

Read more

Files

autoreferat-anotatsiia_2026_Penziev_Design.pdf

dysertatsiia_2026_Penziev_Design.pdf

Similar theses

0826U003584

Mykola Trenov

IMPROVEMENT OF MECHANICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF ALUMINUM ALLOYS USING NANODISPERSED MATERIALS

0826U002983

Andrii Barsuk

A Project-experimental Approach to the Development of Technological Measures to Increase the Wear Resistance of Cast Iron for Castings Operating Under Conditions of Abrasive Friction

0826U002985

Denys Nikolaiev

Determination of Optimal Ways of Remelting Various Nomenclature Charges to Obtain Black Alloys With Specified Properties Intended for Shaped Casting

0826U002818

Oleh V. Chystiakov

Influence of Elastic Vibrations and Thermo-Temporal Treatment on Crystallization Processes in Metallic Systems

0826U002661

Ivan F. Likhatskyi

Development of casting high-entropy alloys with increased aluminium content and technologies for their production