Отдел вибрационных и термопрочностных исследований

Руководитель отдела:
доктор технических наук

Сметанкина Наталья Владимировна

E-mail: nsmet@ipmach.kharkov.ua       E-mail: nsmetankina@ukr.net

Отдел надежности и динамической прочности

Отдел образован в 1996 году на базе Отдела термоупругости и ползучести деталей машин, созданного в 1972 году вместе с образованием ИПМаш НАН Украины. Его основные кадры к моменту создания были подготовлены в научной школе академика А.П.Филиппова. До 1996 года отделом руководил академик НАН Украины А.Н.Подгорный. В отделе работает 14 человек, из них 2 доктора и 7 кандидатов наук. Результаты научных и прикладных исследований сотрудников отдела отражены в 7 монографиях и многочисленных статьях в научных журналах. В отделе подготовлены 24 кандидата и 1 доктор наук.

Основные научные направления

  • Термопрочность элементов машин и оборудования
  • Динамика конструкций
  • Диагностика и ресурс роторных агрегатов

Направления фундаментальных исследований

  • Динамика, прочность и ресурс энергетических машин
  • Диагностика вибрационного и термонапряженного состояний машин и конструкций

Направления прикладных исследований

  • Методическое и аппаратное обеспечение автоматизированных систем вибродиагностики роторных агрегатов
  • Динамика пространственных конструкций машин и аппаратов
  • Расчет прочности и долговечности элементов паровых турбин и двигателей внутреннего сгорания
  • Расчет колебаний и прочности элементов гидравлических турбин
  • Расчеты на прочность и оптимизация тороидальных электрофизических установок
  • Динамика и прочность систем элементов ракетно-космической техники
  • Оценка остаточного ресурса энергетических машин и конструкций

Завершенные разработки

1. Методики и компьютерные программы на основе метода конечных элементов (МКЭ), предназначенные для решения следующих задач:

расчет нестационарных тепловых полей и напряженно-деформированного состояния (НДС) плоских и осесимметричных элементов конструкций с учетом контактных взаимодействий, деформаций пластичности, ползучести и повреждаемости материала

расчет нестационарных тепловых полей и НДС трехмерных элементов конструкций в декартовой и цилиндрической системах координат с учетом деформаций пластичности, ползучести и повреждаемости материала

расчет свободных, вынужденных колебаний и динамической податливости пространственных стержневых конструкций

• расчет трещиностойкости элементов конструкций на основе механики хрупкого разрушения с учетом нештатных режимов нагружения

расчет двухмерных электромагнитных полей и добавочных потерь в роторах синхронных турбогенераторов при различных режимах эксплуатации

2. Программный комплекс расчета в трехмерной постановке НДС, собственных частот и форм колебаний конструкций с трещинами на основе многосеточного МКЭ

Комплекс имеет развитый входной и выходной интерфейсы и модули автоматизированного построения компьютерных моделей рабочих колес радиально-осевых гидротурбин и диафрагм паровых турбин.
    Образцы средств измерения, прошедшие экспериментальные испытания на турбоагрегатах:

  • бесконтактные и контактные вихретоковые измерительные преобразователи вибрации (датчики);
  • бесконтактные вихретоковые измерители относительного перемещения (смещение), виброперемещения и частоты вращения роторов с соответствующими цифровыми преобразователями сигнала датчика;
  • устройство измерения угла скрутки по меткам на валопроводе.

3. Автоматизированная система анализа и диагностирование вибросостояния роторных агрегатов для предупреждения развития аварийных ситуаций, повышения надежности и эксплуатационной безопасности.

4. Cистема диагностики термонапряженного состояния и оценки срабатывания ресурса высокотемпературных роторов – счетчик ресурса

5. Оценка трещиностойкости высокотемпературных элементов энергетического оборудования в условиях малоцикловой усталости и ползучести

Фундаментальные исследования

Создание математических моделей ползучести сплошных сред, учитывающих вид напряженного состояния, начальную и деформационную анизотропию, характер повреждаемости и другие факторы.

Развитие численных методов решения начально-краевых задач термомеханики, основанных на методе конечных элементов, явных и неявных схемах интегрирования по времени, с учетом физической и геометрической нелинейности, термоконтактных взаимодействий, неоднородности и зависимости свойств материала от температуры и других факторов.

Разработка методов расчета кинетики трещин в условиях циклического нагружения и ползучести с учетом деградации свойств материала.

Разработка моделей и методов конечноэлементного анализа статики и динамики упругих тел, содержащих дефекты типа трещин с учетом контакта их берегов.

Разработка методов и алгоритмов расчета на прочность и оптимизация соленоидов спиралевидных форм и слоистой структуры с учетом прочностных ограничений и различных температурных состояний.

Развитие многосеточного метода конечных элементов решения контактных задач механики деформируемого тела с трещинами.

Создание моделей и численных методов решения нестационарных двухмерных и трехмерных задач магнитотермомеханики для неоднородной среды с нелинейной зависимостью магнитной проницаемости от напряженности поля и температуры.

Разработка моделей и методов численного анализа термоконтактного взаимодействия тел при высокочастотном электромагнитном воздействии.

Разработка и усовершенствование методов, технологий и средств анализа и диагностирования технического состояния роторных агрегатов по вибропараметрам.

Разработка методов автоматизированного вибродиагностирования роторных агрегатов.

Прикладные исследования

Расчетные исследования теплового и термонапряженного состояния и оценка ресурса высокотемпературных элементов паровых турбин при работе на различных режимах.

Оценка трещиностойкости элементов машиностроительных конструкций при многорежимном нагружении с учетом нештатных режимов нагружения.

Численное моделирование термомеханических процессов в конструкциях при наличии деформаций пластичности и ползучести с учетом изменяющихся термосиловых воздействий, условий контактирования элементов, свойств материала и других факторов.

Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния и собственных колебаний рабочих колес и деталей механизма поворота поворотно-лопастных и радиально-осевых гидротурбин при учете влияния трещин на прочностные и вибрационные характеристики.

Исследование напряженно-деформированного (НДС) состояния диафрагм паровых турбин с учетом контактного опирания и влияние на него повреждений типа трещин в лопаточном аппарате.

Анализ прочности и оптимальное проектирование по прочностным критериям соленоидов и катушек различного типа с учетом расслоения композитной структуры токонесущих элементов.

Оценка НДС квазистатического и динамического состояний вращающихся роторов с контактирующими трещинами.

Численное моделирование двухмерных электромагнитных полей и добавочных потерь в роторе синхронного турбогенератора при коротком замыкании и несимметричной нагрузке.

Анализ процесса сборки и разборки соединений сверло-патрон сверлильного станка с помощью индукционного нагрева.

Программно-математическое обеспечение балансирования роторов турбогенераторов в разгонно-балансировочном стенде.

Программно-методическое обеспечение визуализации данных вибромониторинга по вибропараметрам для оперативного анализа вибросостояния турбоагрегатов.

Технология вибромониторинга, анализа и диагностирования вибросостояния мощных турбоагрегатов.