Вперше на основі системного підходу з використанням методу ідентифікації крайових умов поставлено та розв'язано задачу стійкості просторової тонкостінної системи, що складається з прямокутних і трапецієподібних пластин. Побудовано аналітично-числові розв'язки двовимірних крайових задач теорії пружності у прямокутнику та трапеції, які описують вигин попередньо напружених у своїй площині тонкостінних елементів за довільно заданих на їх межі переміщеннях і кутах повороту. Одержано функціональну матрицю жорсткості межового контуру виділеного блока просторової тонкостінної пластинчатої системи, елементи якої містять невідомий критичний параметр втрати стійкої системи, що дозволяє редукувати задачу стійкості всієї системи до задачі стійкості виділеного блока.

  Скачати повний текст

Удосконалено та реалізовано метод контролю моменту утворення та розвитку мікротріщин у металоконструкціях, що перебувають у напружено-деформованому стані, з використанням температурних змін як інформативного параметра. Розвинуто теорію взаємозв'язку між мікро- та макрохарактеристиками металів з використанням фрактальної механіки руйнувань і синергетичної моделі руйнування твердого тіла. Одержано математичну термодинамічну модель, яка дозволяє оцінювати зміну температури на поверхні металічної напружено-деформованої конструкції у момент утворення та розвитку мікротріщин.

  Скачати повний текст

Розроблено підхід до числового рішення зв'язаних задач термопружності анізотропних шаруватих конструкцій за силових і термічних навантажень. Одержано співвідношення для тривимірного скінченного елемента, який враховує особливості полів переміщень і температур у шаруватій конструкції з анізотропними шарами. З використанням запропонованого елемента розв'язано низку тестових задач термопружності та теплопровідності. Розроблено алгоритм розв'язання зв'язаної задачі термопружності, реалізований як пакет прикладних програм. Проведено розрахунок конструкцій промислового призначення, зокрема, багатошарового обтікача, великогабаритних шин типу 40.00, 27.00 та 18.00.

  Скачати повний текст

Визначено напружено-деформований стан (НДС) сталевих зварних конструкцій та їх з'єднань з фланговими швами з урахуванням пружної податливості останніх. Одержано теоретичні розв'язки задач про НДС дво- і тришарових складених стрижнів з урахуванням пружно податливої роботи їх зв'язків у поздовжньому та поперечному напрямках. За допомогою методу скінченних елементів встановлено значення жорсткостей зварних кутових швів у процесі їх розтягнення-стиснення у поперечному напрямку залежно від величини катетів, розмірів щілин між з'єднуваними елементами та параметрів самих елементів. Проведено експериментальні дослідження з визначення НДС зварних двотаврових балок з перервними поясними швами, одержані результати співставлено з даними теоретичних розрахунків і виявлено їх збіжність. Складено методику з урахування пружної податливості флангових зварних швів у роботі сталевих конструкцій, обгрунтовано можливість її використання для розрахунків НДС конкретних зварних конструкцій та їх з'єднань, розрахункові схеми яких можна подати дво- та тришаровими складеними стрижнями. Розв'язано задачі про НДС реальної зварної балки, прогін якої складає 12 м, з неперервними та перервними поясними швами. Проведено порівняльний аналіз відповідних компонентів НДС, запропоновано метод розв'язання задачі з розрахунку стика двотаврової балки, виконаного за допомогою парних поясних накладок.

  Скачати повний текст

Проаналізовано та застосовано змішаний метод скінченних елементів до розв'язання прикладних задач механіки деформівного тіла. Розвинуто загальну теорію змішаних проекційно-сіткових алгоритмів методу скінченних елементів, які базуються на змішаній апроксимації полів переміщень, деформацій і напружень за допомогою різного набору базисних функцій. З застосуванням апарата функціонального аналізу досліджено коректність змішаного методу у задачах теорії пружності, пластичності, коливань і сформульовано умови, що забезпечують стійкість і збіжність змішаних апроксимацій для напружень, деформацій і переміщень. Розроблено та реалізовано стійкі й економічні ітераційні процедури й обчислювальні алгоритми розв'язання матричних рівнянь змішаного методу стосовно задач теорії пружності, пластичності, вільних коливань. Побудовано спеціальний трикутний скінченний елемент для розв'язання двовимірних і вісесиметриних задач, який задовольняє умовам стійкості та збіжності змішаних апроксимацій для напружень, деформацій і переміщень. Для розв'язання задач про згин, коливання та стійкість пластинчастих конструкцій побудовано новий гібридний скінченний елемент на основі трикутника Зенкевича. З використанням розроблених методів розрахунку та програмного забезпечення розв'язано прикладні задачі, пов'язані з моделюванням процесів формування та перерозподілу напружень і деформацій у відповідальних елементах реакторних установок ВВЕР АЕС.

  Скачати повний текст

Виялено основні закономірності впливу асиметрії циклу навантажування на швидкість підростання втомних тріщин у матеріалах осей колісних пар локомотивів і визначено статистичні розподіли характеристик циклічної тріщиностійкості для сталей і алюмінієвих сплавів, які використовуються в літаках, осях колісних пар залізничного транспорту, корпусах атомних реакторів. Розроблено методику моделювання підростання втомних тіщин в елементах конструкцій за регулярного та випадкового навантажування з урахуванням статистичних характеристик параметрів навантаження, механічних властивостей і геометрій, яка дає можливість одержати статистичний розподіл скінченних довжин тріщин за заданої кількості циклів навантаження та розподіл довговічності для наперед заданої критичної довжини тріщини. Запропоновано методику оцінювання ймовірності руйнування елементів конструкцій на основі числового моделювання рівноважного стану тіла з тріщиною з використанням диспараметричного критерію руйнування та врахуванням статистичних характеристик параметрів навантаження, механічних властивостей і геометрії конструкції та тріщин.

  Скачати повний текст

У межах механіки руйнування пружно-пластичних тіл сформульовано математичну модель для дослідження росту в конструкційних матеріалах тріщин високотемпературної повзучості, визначення залишкового ресурсу елементів конструкцій та їх високотемпературної міцності з використанням першого закону термодинаміки стосовно механіки сповільненого руйнування тіл за високотемпературної повзучості. Розкрито домінуючу роль у даному процесі періоду усталеної повзучості. Удосконалено метод еквівалентних площ для ефективної реалізації запропонованої моделі та наближеного визначення періоду докритичного росту в тривимірних тілах тріщин високотемпературної повзучості. Встановлено, що зміна площі тріщини високотемпературної повзучості у разі її поширення у полі однорідних напружень тривимірного тіла мало залежить від конфігурації її контуру і тому замінюється кодовим контуром за відповідних початкових і кінцевих розмірів. Запропоновано критерій високотемпературної міцності тонкостінних елементів конструкцій з тріщинами, який базується на розв'язку задачі про межово-рівноважний стан пластини з довільно орієнтовною тріщиною високотемпературної повзучості за двовісного розтягу. Даний критерій підтверджено відомими в літературі результатами експериментальних досліджень. Сформульовано задачу про докритичний ріст тріщин високотемпературної повзучості в стінці паропроводу, його зварному з'єднанні, у колесі парової турбіни та визначено їх залишковий ресурс. Запропоновано спосіб наближеного розв'язку даної задачі. Розв'язано деякі нові задачі про кінетику поширення тріщин високотемпературної повзучості у пластинах і тривимірних тілах.

  Скачати повний текст

Розроблено комплексну систему екоаудиту щодо забезпечення ресурсозбереження, техногенної безпеки експлуатації зварних конструкцій (ЗК) екологічно небезпечних виробництв (ЕНВ) з одержанням інтегрованого природоохоронного ефекту. На базі розробленої методології й екоаудиту дослідження з системним підходом, декомпозицією техногенно-екологічної системи (ТЕС) на ієрархічні підсистеми науково обгрунтовано комплексну систему забезпечення ресурсозбереження й техногенної безпеки експлуатації зварних конструкцій ЕНВ з одержанням позитивного синергічного екологічного ефекту (ПСЕЕ). Показано, що використання удосконаленого технологічного процесу зварювання з охолодженням (автоматичного дугового зварюванн) сприяє зниженню емерджентності ТЕС з мінімізацією техногенного забруднення навколишнього природного середовища.Розроблено нові синергічні захисні композиції та модифіковані лакофарбові покриття на вторинній сировині, що підвищують рівень техногенної безпеки експлуатації ЗК в ЕНВ. Результати наукового дослідження впроваджено у виробництво та учбовий процес ВНЗ.

  Скачати повний текст

Вивчено закономірності виникнення і розвитку шаруватих руйнувань зварних з'єднань. Розроблено технологічні заходи їх запобігання на всіх етапах створення та експлуатації зварних конструкцій з урахуванням з текстури основного металу і умов експлуатації, включаючи температуру, навантаження і дію водневовмісних середовищ. Встановлено, що шаруваті розтріскування зафіксовані двох видів - низько- і високотемпературне. Відзначено, що залишковий ресурс конструкцій після тривалої експлуатації у водневовмісних середовищах визначається ступенем ураження стінки корпусу шарувато-водневими тріщинами, залежно від їх відносних розмірів, в'язкості руйнування і товщини прошарку "здорового металу", які можуть розвиватися та набувати форми міхурів. Проаналізовано залежність між опором шаруватому руйнуванню і структурними елементами ЗТВ у зварних з'єднаннях низьколегованих сталей.

  Скачати повний текст

Показано можливість прогнозування ефективної діаграми швидкостей росту втомної макротріщини на повітрі та за умов впливу корозійного середовища, базуючись на силовому та деформаційному підходах.

  Скачати повний текст

Розроблено методику визначення вісесиметричного термов'язкопружнопластичного геометрично-нелінійного деформування складених оболонок з урахуванням пошкоджуваності матеріалу. Оболонки складаються з ізотропних та ортопропних шарів та перебувають під дією навантажень, що викликають меридіональний напружений стан і кручення. Як рівняння стану для ізотропних шарів використано співвідношення теорії простих процесів навантаження та теорії процесів деформування за траєкторіями малої кривизни, а для ортопропних шарів - закон Гука. Для дослідження пошкоджуваності матеріалу за термов'язкопружно-пластичного деформування використано рівняння Ю.М.Работнова, записане у припущенні, що за стиску пошкоджуваністю матеріалу в елементі тіла можна знехтувати у порівнянні з пошкоджуваністю за розтягу. Як еквівалентне обрано напруження, яке визначається критерієм тривалої міцності, що враховує вид напруженого стану. Розроблено методику визначення параметрів повзучості й тривалої міцності за неізотермічних процесів навантаження й методику визначення дотичних напружень, засновану на числовому інтегруванні рівнянь рівноваги в напруженнях. Розв'язано нові задачі по визначенню вісесиметричного геометрично нелінійного термов'язкопружнопластичного деформування складних оболонок обертання та встановлено нові ефекти за їх руйнування.

  Скачати повний текст

Розроблено та реалізовано методологію оцінки граничного стану елементів конструкцій з дефектами для прогнозування їх крихкого, змішаного та в'язкого руйнування. Методологію створено з використанням апробованого двокритеріального підходу, для реалізації якого запропоновано спосіб побудови діаграми оцінки руйнування та її розгорток, суттєвими особливостями яких є використання коефіцієнтів запасу міцності та розмежування на граничній кривій ділянок крихкого, квазікрихкого (змішаного) та в'язкого руйнування за допомогою критичних температур крихкості. Запропоновано методологію та створено експертну систему міцнісного супроводу безпечної та надійної експлуатації трубопроводів, резервуарів і посудин тиску. Одержано аналітичні залежності для визначення критичних температур крихкості у зразках і конструктивних елементах. Обгрунтовано вимоги щодо геометричних розмірів зразків для коректного визначення характеристик тріщиностійкості матеріалів та їх зварних з'єднань на основі виявленого взаємозв'язку механічних властивостей, характеристик тріщиностійкості та критичних температур крихкості. Описано механізми руйнування, встановлено вплив тривалої експлуатації на деградацію характеристик міцності, пластичності, тріщиностійкості та зсув критичних температур крихкості певних класів сталей та їх зварних з'єднань на основі виконаного комплексу матеріалознавчих досліджень поверхонь руйнування у поєднанні з оцінкою напруженого стану, конструкційної міцності та залишкового ресурсу відповідальних конструкцій.

  Скачати повний текст

Наведено розв'язання актуальної та важливої задачі розробки систем автоматизованого проектування великогабаритних просторових конструкцій. Запропонована система є інтеграцією з сучасними універсальними CAD/CAE/CAM-системами спеціальних модулів створення поточних геометричних і скінченно-елементних моделей конструкцій, що проектуються, з метою багатоваріантних розрахунків напружено-деформованого стану (НДС) для параметричного та структурного аналізу і синтезу їх елементів. Можливість виконання багатоваріантних розрахунків забезпечується запровадженням наскрізного параметричного опису на етапах геометричного, математичного та скінченно-елементного моделювання конструкцій. Систему розроблено на прикладі проектування рам вітроенергетичних установок великої потужності. З використанням запропонованої системи досліджено НДС рами для установки потужністю 1,5 МВт для фірми "Nordex", обгрунтовано її раціональні конструктивні параметри, що забезпечують працездатність, міцність і довговічність, а також розроблено раціональні форми зварних з'єднань силових елементів рами.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Побудовано нову прикладну теорію розрахунку складених конструкцій шаруватої структури на базі моделі, що дає змогу враховувати умови контакту з іншими пружними тілами на обох зовнішніх поверхнях - моделі з двома базовими поверхнями, двовимірної за математичним змістом, але просторової за геометричною та фізичною суттю. Зазначено, що запропонована теорія узагальнює континуальний і дискретний напрямки моделювання напружено-деформованого стану шаруватих систем та дозволяє здійснити розрахунки конструкцій складеної шаруватої структури за товщиною. Обгрунтовано достовірність моделі на підставі зіставлення з відомими, а також одержаними просторовими розв'язками теорії пружності. Побудовано скінченний елемент шаруватого масиву, з використанням якого розроблено методики розрахунку ребристих шаруватих конструкцій, шаруватих конструкцій на напівпросторі. Базуючись на розроблених теорії та методах її реалізації, розв'язано широке коло задач механіки складених конструкцій шаруватої структури.

  Скачати повний текст

Розвинуто науковий напрямок вирішення проблеми оптимального проектування оболонкових конструкцій та їх силових елементів, що грунтується на використанні необхідних умов оптимальності у формі принципу максимуму Л.С.Понтрягіна з фазовими обмеженнями. Розроблено нові математичні моделі, методи та числові алгоритми, що суттєво розширюють прикладні можливості та сферу застосування підходу. Запропоновано оригінальні методи імітаційного прогнозування траєкторії та апроксимації коефіцієнтів Фур'є, які суттєво знижують обчислювальні витрати на пошук оптимальних проектів. Сформульовано та розв'язано ряд досить складних задач (несиметричне навантаження, змінна у двох напрямках жорсткість, складові та підкріплені оболонки) відшукання оптимального розділу матеріалу оболонкових конструкцій та їх силових елементів в різноманітних постановках. Проведено теоретичні та експериментальні дослідження властивостей конструкцій з оптимальними параметрами. Встановлено, що розроблений підхід є ефективним засобом розв'язання задач оптимального проектування, а одержані результати - науковою основою для формування рекомендацій щодо зниження матеріаломісткості оболонкових конструкцій, експертних оцінок їх вагової досконалості, прогнозування та створення конструкцій з наперед визначеними властивостями.

  Скачати повний текст

Запропоновано математичну модель розрахунку руху складеної конструкції, яка базується на загальних рівняннях теорії пружності з урахуванням механізму контакту між її елементами. Розвинуто методики числового дослідження нестаціонарних процесів у конструкціях з використанням характеристичних рівнянь руху складових конструкцій. Розроблено ефективні алгоритми розрахунку динамічної взаємодії конструкції, що передбачає можливість відриву чи поновлення контакту між ними, які реалізовано у вигляді пакетів прикладних програм для персональних комп'ютерів. Одержано розв'язання ряду задач, що підтверджують ефективність розробленої методики та мають наукове й практичне значення. Вивчено вплив механічних і геометричних параметрів елементів системи на характер динамічного напружено деформованого стану розглянутих конструкцій у цілому.

  Скачати повний текст

Розроблено комплексну методику розрахунку вільних і вимушених коливань композитних конструкцій з елементами демпфіруючих в'язкопружних матеріалів, яка базується на скінченно-елементному моделюванні у просторі перетворень Фур'є. Запропоновано математичні моделі коливань композитних конструкцій для аналізу пасивного демпфірування та методи дослідження вільних і вимушених коливань за дії навантаження з довільним спектральним складом. Показано, що використання в'язкопружних демпфіруючих матеріалів є перспективним та ефективним шляхом формування задач проектування, оптимальних щодо максимального розсіяння енергії композитивних конструкцій.

  Скачати повний текст

З використанням методів інтегральних перетворень та межової інтерполяції одержано в замкнутому вигляді розв'язок задачі дифузії водню в зоні передруйнування біля вершини тріщини з урахуванням механічних напружень та попереднього наводнювання матеріалу. На базі комбінації методу скінченних елементів та різницевої схеми запропоновано нову числову схему побудови розв'язку нестаціонарної узагальненої двовимірної задачі дифузії водню в зварній пластині. З використанням енергетичного підходу механіки руйнування матеріалів створено нові розрахункові моделі для визначення періодів зародження та підростання до макроскопічних розмірів втомної мікротріщини біля наводненої вершини концентратора напружень. Побудовану в межах енергетичного підходу розрахункову модель докритичного росту втомної макротріщини у зварному з'єднанні узагальнено на випадок дії водневовмісного середовища та наявності дотичної складової тензора механічних напружень у зоні передруйнування біля вершини тріщини. З застосуванням наведених розрахункових моделей розв'язано декілька нових прикладних задач для визначення залишкової довговічності стикових зварних з'єднань та трубних елементів металоконструкцій.

  Скачати повний текст

На основі варіаційного принципа Гамільтона - Остроградського одержано рівняння коливань і відповідні природні граничні умови тришарових оболонок обертання (ТОО) з урахуванням дискретності наповнювача у межах геометрично нелінійної теорії оболонок і стрижнів типу Тимошенка у квадратичному наближенні. Удосконалено ефективний чисельний метод і створені чисельні алгоритми розв'язку динамічних задач нестаціонарних коливань ТОО з урахуванням дискретності наповнювача. Розглянуто задачі динамічної їх поведінки різної геометрії з урахуванням дискретності наповнювача для випадку осесиметричних коливань за різних граничних умов і типів навантаження (циліндричні оболонки у разі осоьвого та розподільного нормального навантаження, сферичні з отвором і конічні з розподіленим внутрішнім нормальним навантаженням). Неосесиметричні коливання розглянуто у задачах динамічної поведінки тришарових циліндричних оболонок для випадків повздовжнього дискретного та поздовжньо-поперечного дискретного наповнювачів. Проведено аналіз числових результатів, закономірностей та механізмів ефектів, які характерні для хвильових процесів у даних тришарових оболонках.

  Скачати повний текст