Дисертація присвячена питанням дослідження температурних полів дисипативного розігріву та знаходження параметрів механіки руйнування конструкцій із еластомерів з тріщинами та тонкотарових гумовометалевих елементів (ТГМЕ) на основі розробленого сингулярного скінченного елемента. Достовірність розробленого алгоритму і засобу розрахунку проведена на тестових прикладах при порівнянні їх із результатами експериментальних даних та аналітичними рішеннями. Розроблено пакет прикладних програм TED-CRA в рамках обчислювального комплексу МІРЕЛА, за допомогою якого вперше розв'язані задачі по визначенню температурних полів і параметрів механіки руйнування конструкцій промислового призначення, працюючих при циклічному режимі навантаження.

  Скачати повний текст

Наукова новизна роботи полягає у розробленому новому методі та програмному забезпеченні для розрахунку багатоциклічної повзучості та довготривалої міцності циклічно навантажених осесиметричних оболонкових елементів машинобудівних конструкцій. Надано теоретичне обгрунтування методу. Вірогідність результатів підтверджено задовільною відповідністю знайдених чисельних розв'язків з відомими аналітичними та еспериментальними даними. Створено експериментальне обладнання, отримані нові експериментальні дані щодо циклічної повзучості матеріалів та круглих пластин при згині. Встановлено нові закономірності циклічної повзучості оболонок і показано суттєвий вплив циклічної складової навантаження на формоутворення та час до руйнування оболонок при повзучості. Метод орієнтований та використаний для розрахунків на циклічну повзучість оболонкових елементів конструкцій на етапі проектування.

  Скачати повний текст

Дисертацію присвячено розробці аналітичних методів розрахунку елементів конструкцій з тріщинами. Сформульовано принципи двохкритеріального підходу до аналізу статичної міцності тіл з тріщинами, досліджено вплив розмірів тіла на крихко-вязкий перехід. Розроблено варіанти методу вагових функцій для розрахунку коефіцієнтів інтенсивності напружень у двовимірних і тривимірних тілах із тріщинами. Запропоновано новий точний метод теорії пружності для розрахунку еліптичної тріщини в нескінченному тілі, що знаходиться в поліноміальному полі напружень. Побудовано ряд моделей граничного пластичного стану трубопроводів з осьовими дефектами: поверхневими різної форми і місцезнаходження та скрізними тріщинами в прямій трубі, поверхневою тріщиною в патрубку, тримірними дефектами; проаналізовано взаємодію множинних дефектів. Проведено пружний аналіз згину труби півоберненим за методом Сен-Венана. Отримано формули для розрахунку просторової трубопровідної системи методом початкових параметрів і наведено приклади розрахунку реальної системи з тріщинами.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Дисертацію присвячено побудові математичних моделей динамічної поведінки пластин та циліндричних оболонок, що взаємодіють з шаровими спрямовано армованими композитами. За даних умов, для кожного шару використано динамічні рівняння теорії пружності з точним врахуванням механізму взаємодії матриці та армувань. З метою реалізації побудованих моделей запропоновано спеціальні чисельно-аналітичні алгоритми, що базуються на методах інтегральних перетворень Фур'є і Лапласа та квадратурних формулах для їх обернення. Досліджено напружено-деформований стан елементів конструкції подібного виду, зроблено висновки про час встановлення процесу та перехід до стаціонарного режиму. Оцінено вплив кількості армувань та їх жорсткості на розподіл переміщень та напружень.

  Скачати повний текст

Розглянуто актуальне питання розрахунку напружено-деформованого стану (НДС) оболонок обертання, підкріплених шпангоутами. Застосування методу суперелементів для розрахунку НДС спряжених оболонок обертання дозволило проаналізувати підкріплення шпангоутами складних нетрадиційних форм. Зроблено порівняльний аналіз впливу різних форм шпангоутів відкритого та замкненого профілів на НДС оболонок. Розроблено обчислювальні схеми, які застосовано для знаходження власних частот складених оболонок обертання. Розрахунок секційно-рівноміцних оболонок обертання із конструкційними особливостями було проведено за дворівневою ітераційною схемою. Наведено тексти усіх розроблених програм.

  Скачати повний текст

Розглянуто задачу нелінійного деформування та стійкості тришарових просторових конструкцій, які мають вихідні дефекти типу розшарувань або утворені в процесі експлуатації внаслідок дії статичного навантаження. Об'єктами дослідження були тришарові пластинки й оболонки, які є несучими елементами конструкцій, що застосовуються у будівництві, машинобудуванні, авіаційній техніці. На підставі дискретного підходу запропоновано розрахункову модель, побудовану з використанням класичних і некласичних моделей оболонок, яка враховує не тільки високу поперечну деформативність і податливість поперечному зсуву заповнювача, але й можливість еволюції розшарувань і однобічний контакт між суміжними шарами в межах дефектних ділянок. Розроблено ефективний алгоритм для розв'язку геометрично та конструктивно нелінійної задачі, яка об'єднує концепції методу продовження розв'язку за параметром, методу Ньютона - Кантаровича та ітераційного методу для визначення реальної форми деформування. Встановлено закономірності деформування та втрати стійкості тришарових пластинчастих і оболонкових елементів конструкцій з урахуванням еволюції розшарувань і однобічного контакту між шарами.

  Скачати повний текст

Вперше на базі R-функцій створено новий ефективний метод для розв'язання динамічних задач теорії пологих оболонок довільної форми в плані. Розвинуто варіаційно-структурний метод R-функцій (RFM) щодо побудови нової структури розв'язання для пластин та оболонок, які мають розрізи (тріщини) на поверхні. Модифіковано та спеціалізовано RFM щодо геометрично нелінійних задач теорії пологих оболонок, що забезпечило створення ефективних засобів комп'ютерної реалізації даного класу задач. Вперше для реалізації задач обраної предметної області створено базу знань, яка містить варіаційні моделі, структури розв'язання, схеми лінеаризації, методи розв'язання крайових задач. Створено проблемно-орієнтовану комп'ютерну систему, яка за інформацією, поданою на професійній мові інженера-механіка, будує та досліджує відповідну комп'ютерну модель. Можливості запропонованої комп'ютерної системи, а також методику її вивчення та застосування проілюстровано на численних прикладах розв'язання крайових задач теорії пластин та оболонок складної форми в плані.

  Скачати повний текст

Розроблено підхід до числового визначення параметрів механіки руйнування еластомерів з тріщинами за умов в'язкопружного нелінійного деформування. Отримано співвідношення для сингулярного просторового скінченного елементу на основі моментної схеми з потрійною апроксимацією полів переміщень, компонент деформацій та функції зміни об'єму для еластомерних матеріалів. За допомогою запропонованого елементу розв'язано низку тестових задач механіки деформівного твердого тіла та механіки руйнування. Розроблено алгоритм розрахунку параметрів механіки руйнування за умов в'язкопружного лінійного та нелінійного деформування, реалізований на ЕОМ у вигляді пакета прикладних програм. Проведено розрахунок конструкцій промислового призначення - робочих поверхонь грохота, циліндричного та трапецієподібного амортизаторів.

  Скачати повний текст

Розроблено метод розв'язання двовимірних задач теорії пружності для багатозв'язного анізотропного півпростору за умов, якщо його матеріалові властива загальна прямолінійна анізотропія. Основні елементи даного методу: аналітичне продовження комплексних потенціалів на верхні півплощини всіх узагальнених комплексних змінних, зведення задач для плоскої границі до серії задач лінійного спряження, отримання їх загальних розв'язків, виділення сингулярностей комплексних потенціалів у кінцях тріщин, задоволення граничних умов на контурах отворів і тріщин методом найменших квадратів. Розв'язано ряд нових задач для анізотропного півпростору та півплощини з отворами та тріщинами. Досліджено вплив параметрів анізотропії, геометричних розмірів і кількості отворів або тріщин, їх близькості до плоскої або прямолінійної границі на значення та розподіл напружень і пружного потенціалу, а також на зміну коефіцієнтів інтенсивності напружень. Виявлено ряд нових механічних закономірностей.

  Скачати повний текст

Теоретично досліджено напружено-деформований стан двотаврових стиснуто-зігнутих та розтягнуто-зігнутих перерізів моно- та бісталевих стрижнів. Розроблено методику розрахунку оптимальних двотаврових перерізів з мінімальною площею на задане навантаження за умови міцності за межею пружності, а також методику раціонального підбору сталевих прокатних стрижнів у разі згину з поздовжньою силою в області обмежених пластичних деформацій. Проведено проектування та експериментальне дослідження дійсної роботи стиснуто-зігнутих та розтягнуто-зігнутих стрижнів за межею пружності для з'ясування можливості підвищення навантажень і економії сталі за використання запропонованої методики.

  Скачати повний текст

З використанням результатів аналізу уточненої моделі пружно-деформованого стану стрижневих складнопрофільних елементів за умов впливу експлуатаційних і технологічних факторів запропоновано конструкцію матеріалу та методику розрахунку конструктивних параметрів виробу, що містить плетений шар, а також прошивання в зоні з'єднання стійки та полиць. Проведено дослідження у взаємозв'язку між структурними та технологічними параметрами в процесі формоутворення профілю, розроблено методи розрахунку основних силових параметрів процесу та рекомендації з проектування технологічного устаткування та вибору режимів обробки тиском профілю, що формується. Наведено методи розрахунку сил і тисків, що виникають під час прошивання плетених структур композиційного матеріалу, а також рекомендації щодо вибору виду прошивання та оцінки міцності шва. Розроблено маршрутну технологію та методики вибору та розрахунку устаткування та оснащення. Наведено експериментальні дані про властивості цих виробів.

  Скачати повний текст

Розглянуто ряд розрахункових систем (РС) для складання вібронавантажених конструкцій, які містять шаруваті тонкостінні елементи. Розвинуто методи декомпозиції та синтезу РС на основі нових методів модального синтезу. Розроблено комплексну РС дискретно-континуального типу, що уможливлює в адаптивному режимі вираховування напружень у шаруватих елементах, у місцях найбільшої їх концентрації у з'єднаннях. Наведено також один напівевристичний спосіб визначення динамічних характеристик шаруватих тонкостінних елементів, виготовлених із композиційних матеріалів. Уточнено РС для шаруватих тонкостінних елементів, отриманих на основі кінематичних гіпотез. На підставі простих і складних РС досліджено локальні напруження на краю шаруватої структури за різних умов її закріплення. Розв'язано задачу на визначення напружено-деформівного стану у з'єднаннях з еластичними вставками. Визначено жорсткості з'єднання - жорсткий штамп з пружною подушкою (із змінною областю контакту), пружне затиснення пластини та циліндричної оболонки.

  Скачати повний текст

Розроблено теоретико-експериментальну методику одержання та аналізу даних про розподіл напруг у зварених металоконструкціях коробчатої форми. Запропоновано для більш достовірного обліку впливу характеру розподілу напруг на працездатність конструкції використовувати експериментальні дані. Викладено робочу методику дослідження металоконструкцій. З використанням методу кінцевих елементів розроблено чисельну модель конструкції. Наведено результати експериментальних досліджень, які представлено у вигляді графіків, що дають наочне уявлення про розподіл напруг у різних перетинах моделі та дають змогу шляхом порівняння подібних кривих оцінити вірогідність результатів іспитів у цілому та установити, за яких величин навантажень в елементах моделей мають місце пружні деформації, за яких - залишкові.

  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

Запропоновано ітераційні розрахункові моделі напружено-деформованого стану (НДС) для розв'язування задач механіки деформування брусів дискретно-неоднорідної структури з урахуванням депланації перерізів. Обгрунтовано гіпотези згинних депланацій перерізів, які послідовно змінюються від ітерації до ітерації залежно від бажаної точності розрахунку. Відзначено, що їх математична та фізична суть дає змогу одержувати збіжні результати розрахунку брусів практично довільної структури. Одержано систему визначальних диференціальних рівнянь відносно двох змінних - шуканих функцій, нормальних до поздовжньої осі переміщень, і деформацій зсуву. Структура рівнянь, кількість яких залежить тільки від кількості кроків у ітераційному процесі, дає змогу аналізувати задачі згину та зсуву відокремлено. При цьому, уточнення компонентів НДС відбувається самоврівноваженими напруженими станами залежно від вихідних геометричних і фізико-механічних параметрів брусів. Одержано розв'язки у замкнутому вигляді для моделей довільної ітерації, що надало можливість проаналізувати міру впливу різних чинників на депланацію перерізів і, як наслідок, на параметри деформування, стійкості та коливань брусів. Розв'язано задачу втрати стійкості окремих фаз у середовищі матриці за умови її руйнування. Виконано розв'язування дослідницьких і прикладних задач механіки композитних брусів для різних галузей техніки та експериментально обгрунтовано одержані результати.

  Скачати повний текст

На підставі аналізу процесів прийняття рішень у сучасних системах проектування та випробування технічних об'єктів визначено можливості підвищення їх ефективності шляхом застосування методів і засобів модельної підтримки, сформулювати задачі алгоритмічної, структурної та інформативно-технологічної організації відповідних програмних підсистем моделювання. Визначено основні види математичних моделей механічних об'єктів, що проектуються та випробуються, умови й особливості комп'ютерного відтворення динамічних режимів їх функціонування в технологіях проектування й випробування. Розроблено алгоритмічні основи комп'ютерних засобів модельної підтримки систем проектування й випробування механічних об'єктів з зосередженими та розподіленими параметрами, об'єктів з коливальними режимами функціонування, а також систем контролю й випробування механічних конструкцій, що забезпечують оперативне відтворення властивостей, параметрів і характеристик розроблюваних об'єктів для інформаційно-технологічної організації засобів модельної підтримки процесів прийняття рішень у системах проектування й випробування широкого класу елементів механічних конструкцій. Проведено апробацію розроблених фрагментів інформаційної технології модельної підтримки під час розв'язання прикладних задач проектування та випробування елементів механічних конструкцій.

  Скачати повний текст

Удосконалено методи розрахунку повзучості та тривалої міцності елементів конструкцій за рахунок створення нового методу щодо визначення впливу теплової та радіаційної повзучості на коливання та стійкість конструкцій у разі змушеного відхилення у "малому" від основного стану. Запропоновано методи для чисельного розрахунку, які базуються на методі скінченних елементів і спільному розв'язанні початково-крайових задач повзучості у "основному" стані та коливанні й стійкості зрівноваженого стану конструктивних елементів за збуреного загального стану. Наведено програмні розробки щодо визначення впливу теплової та радіаційної повзучості на коливання та стійкість тонкостінних елементів конструкцій, розрахункові схеми яких відповідають уточненим стержневим моделям. Вперше визначено якісні та кількісні закономірності впливу терморадіаційної та динамічної повзучості стержневих елементів конструкцій, а також встановлено зміни у їх спектрі частот і межі критичних сил втрати стійкості. Одержано важливі оцінки безпеки транспортування та збереження металокерамічних контейнерів-упаковок з радіоактивними відходами, які проектуються у Національному науковому центрі "Харківський фізико-технічний інститут".

  Скачати повний текст

Експериментально встановлено закономірності формування результуючого поля залишкових напружень стиску перед вершиною тріщини втоми, яке визначає характер втомного руйнування. Це поле формується під час взаємодії штучно наводжуваних гальмуючих тріщину напружень з напруженнями, викликаними зовнішнім навантаженням. Встановлено кінетику результуючого поля залишкових напружень в зоні тріщини втоми в процесі її розвитку під дією циклічного навантаження. Показано, що способи гальмування тріщин втоми, які базуються на штучному створенні перед їх фронтом залишкових напружень стиску близьких до половини межі текучості, забезпечують суттєве зростання циклічної довговічності елементів конструкцій з тріщинами (на порядок та більше). Запропоновано експериментально-розрахункову методику оцінки циклічної довговічності елементів конструкцій з тріщиною втоми, що гальмується. В основу методики покладено встановлення кореляційної залежності коефіцієнта ефективності гальмування тріщини втоми від параметру, який характеризує величину та розподіл штучно наведених задля її гальмування залишкових напружень стиску.

  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