Офіційний веб сайт

Термомеханічна поведінка кусково-однорідних термочутливих тіл за складного термосилового навантаження

м37

Представлено Інститутом прикладних проблем механіки і математики імені Я.С.Підстригача НАН України.

Автори: к.ф.-м.н. Горун О.П., Бурик О.О.

Метою роботи є розробка числової методики визначення і дослідження параметрів термомеханічного стану конструкцій складної геометричної форми та структури за інтенсивного термосилового навантаження та розробка методики аналітичного визначення нестаціонарних температурних полів та зумовлених ними квазістатичних напружень і переміщень у плоскошаруватих (трискладових) термочутливих тілах.

Авторами  побудовано з використанням методу скінченних елементів і однокроко­вих багатопараметричних різницевих алгоритмів методику визначення і дослідження термомеханічного стану структурно-неоднорідних анізо­тропних тіл складної геометричної форми за дії високоградієнтних нестаціонарних температурних полів та інтенсивного силового наванта­ження з урахуванням температурної залежності теплофізичних і фізико-механічних характеристик від температури та пружно-пластичного характеру деформування. 

Розроблено програмне забезпечення і досліджено термомеханічну поведінку будівельних конструкцій під час пожежі, структурно-неоднорідних елементів ракетної техніки з композитних матеріалів за інтенсивного силового навантаження та високоградієнтного нерівномірного нагріву до надвисоких температур, а також захисних оболонок термоелектричних перетворювачів різних типорозмірів, які захищають чутливі елементи від руйнівного впливу вимірювального середовища.

Використання уточнених математичних моделей і методів надало можливість отримати адекватніші оцінки вогнетривкості будівельних конструкцій, коефіцієнти запасу міцності елементів ракетної техніки і енергетичного обладнання та їхнього експлуатаційного ресурсу.

Кількість публікацій: 36, у т.ч. за тематикою роботи монографія (видана за кордоном), 13 статей, 22 тези доповідей. Загальна кількість посилань на публікації авторів складає 10 (згідно з базою даних Google Scholar), h-індекс = 2.

Надіслати коментар

Коментарі

Сулим Г.Т.,завідувач кафедри механіки

Цикл наукових праць Бурика О.О. та Горуна О.П. спрямований на розробку ефективних методик дослідження термомеханічних процесів у твердих деформівних тілах складної геометричної форми та структури за інтенсивного термосилового навантаження з урахуванням температурної залежності властивостей матеріалу, нелінійного характеру деформування, складних умов теплообміну із зовнішнім середовищем, а також на створення на опрацьованій теоретичній основі відповідного програмного забезпечення.
Авторами запропоновано оригінальні істотно уточнені математичні моделі та методики розв'язування сформульованих задач математичної фізики, які дають можливість отримувати реалістичні оцінки міцності складних інженерних конструкцій.
Необхідно особливо відзначити спрямування роботи на вирішення важливих прикладних проблем. Авторами, зокрема, досліджено термомеханічне поводження структурно-неоднорідних соплових блоків двигуна ракетиза умов інтенсивного силового навантаження і високоградієнтного нерівномірного нагрівання аж до рівня надвисоких температур з урахуванням його геометричної форми та структури використаних матеріалів. Визначено коефіцієнти запасу міцності соплових блоків під час роботи ракетного двигуна. Результати досліджень та розроблений комплекс програм розрахунку міцності деталей сопел ракетних двигунів передано в КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля для подальшого використання.
Досліджено також напружено-деформований стан захисних оболонок термоелектричних перетворювачів різних типорозмірів, які захищають чутливий елемент від інтенсивних силових навантажень і руйнівного впливу вимірюваного ними середовища високої температури. Обчислено коефіцієнти їхнього запасу. Виконано розрахунок захисних оболонок на циклічну міцність і отримано оцінки їхнього експлуатаційного ресурсу та окреслення умов їхньої можливої безпечної експлуатації.
Вважаю, що тема циклу праць є надзвичайно актуальною, отримані результати та розроблена методика мають вагоме практичне й суто теоретичне значення, а автори О.О. Бурик та О.П. Горун повною мірою заслуговують присудження щорічної премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Завідувач кафедри механіки
Львівського національного університету
імені Івана Франка,
заслужений працівник освіти України,
лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки,
доктор фіз.-мат. наук., професор Г.Т. Сулим

Іван Дияк, декан факультету прикладної математики та інформа

Розробка засобів комп’ютерного моделювання на основі уточнених математичних моделей за умов комплексного навантаження дозволяє у стислі терміни проаналізувати механічну поведінку тієї чи іншої механічної системи, отримати оцінку її міцності, структури матеріалів, рівня залишкових напружень, експлуатаційного ресурсу тощо. Це значно прискорює процес виготовлення механічних систем як на етапі прийняття та оцінки конструктивних рішень, так і у виробничому циклі. При цьому різко зменшується кількість достатньо дорогих натурних експериментів, оскільки експериментально перевіряють лише раціональні проекти, отримані в результаті обчислювальних експериментів. Також програмне забезпечення дозволяє визначити раціональні значення параметрів технологічних процесів виготовлення виробів з метою отримання, наприклад, залишкових напружень близьких до заданих. У зв’язку з цим є актуальним створення ефективних систем комп’ютерного моделювання поведінки механічних систем, як логічного завершення розробки нових математичних моделей і ефективних методів числового аналізу.
Авторами запропоновано уточнені математичні моделі дослідження механічної поведінки структурно-неоднорідних термочутливих механічних систем за інтенсивного термосилового навантаження, ефективні методики розв'язування сформульованих задач термомеханіки. Розроблене відповідне програмне забезпечення для комп'ютерного моделювання процесів деформування таких систем у рамках дослідження різних модельних задач, а також у рамках тривимірної теорії неізотермічної термопружно-пластичності.
На цій основі отримано розв'язки важливих прикладних задач проектування відповідальних елементів ракетної техніки та енергетичного обладнання з ураху-ванням його реальних геометричних розмірів і структури матеріалів, визначено проекти з різними коефіцієнтами запасу їх міцності за умов експлуатації. Результати досліджень та розроблені засоби комп'ютерного моделювання передані для використання відповідним організаціям.
З огляду на зазначене вважаю, що тема циклу праць є актуальною, отримані результати, запропонована методика мають вагоме прикладне та теоретичне зна-чення, а автори О.О. Бурик та О.П. Горун, на мій погляд, заслуговують присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Доктор фіз.-мат. наук., доцент, декан факультету прикладної математики та інформатики
Львівського національного університету імені Івана Франка І. Дияк

Чирков О.Ю.

Елементи конструкцій, машин і механізмів в процесі експлуатації досить часто піддаються інтенсивному термосиловому навантаженню і можуть нагріватися до температур, при яких традиційні матеріали вже не здатні виконувати свої функції. За таких обставин окремі деталі проектують з різних матеріалів, різнорідні властивості яких можуть забезпечити експлуатаційну надійність, або створюють нові, як правило, композиційні, структурно-неоднорідні матеріали. Тому актуальною є розробка ефективних методик моделювання й дослідження термомеханічних процесів у твердих деформівних тілах складної форми і структури за дії інтенсивного термосилового навантаження і створення на цій основі програмного забезпечення.
У даній роботі розроблено методику дослідження термомеханічної поведінки анізотропних кусково-однорідних елементів конструкцій за дії інтенсивного термосилового навантаження на основі тривимірного підходу з урахуванням термочутливості матеріалів і нелінійного характеру деформування, а також створено відповідне програмне забезпечення для комп'ютерного моделювання процесів деформування кусково-однорідних тіл за розглядуваних умов навантаження. Розроблені засоби математичного й числового моделювання дали змогу провести комп’ютерну симуляцію термомеханічних процесів у реальних елементах інженерних конструкцій, що проілюстровано на задачах оцінки вогнетривкості елементів конструкцій під час пожежі в рамках різних модельних уявлень, а також при конструюванні відповідальних конструктивних елементів ракетної техніки та енергетичного обладнання. Отримані в роботі результати і розроблене програмне забезпечення передані для використання в КБ «Південне» і НВО «Термоприлад».
Зважаючи на актуальність розробки, виконані дослідження, отримані результати теоретичного та прикладного характеру вважаю, що автори представленого циклу наукових праць О.О.Бурик, О.П.Горун заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Доктор технічних наук, провідний науковий співробітник
Інституту проблем міцності імені Г.С.Писаренка НАН України О.Ю.Чирков

Студент М.М., д.т.н., зав.від. ФМІ ім.Г.В.Карпенка НАНУ

Представлена робота присвячена розробці ефективних методик моделювання й дослідження термомеханічних процесів у твердих тілах складної геометричної форми та структури за інтен¬сивного термосилового навантаження. Актуальність таких робіт зумовлена практичними потребами проектування сучасних конструкцій, вимоги до яких з погляду міцності, надійності й довговічності постійно зростають.
На основі уточнених моделей авторами роботи розроблено чисельну методику дослідження процесів деформування термочутливих кусково-однорідних, здатних до пружно-пластичного деформування тіл за силового навантаження та складних умов теплообміну із зовнішнім середовищем. За основу прийнято просторово тривимірний підхід, що дає змогу достатньо адекватно кількісно описати напружено-деформований стан тіл складної геометричної форми і просторової структури матеріалу. Створено відповідне програмне забезпечення, з використанням якого розв'язано низку прикладних задач. Зокрема, Отримано розв’язки важливих класів задач про визначення та дослід¬ження термомеханічної поведінки елементів конструкцій під час пожежі та встановлені чинники, які впливають на оцінку їх вогнетривкості, досліджено процеси деформування структурно-неоднорідного елемента ракетного двигуна за умов інтенсивного силового навантаження та високоградієнтного нерівномірного нагріву до надвисоких температур порядку 3000 °С з урахуванням його геометричної форми та структури матеріалів, а також напружено-деформований стан захисних оболонок термо¬електричних перетворювачів різних типорозмірів, які захищають чутли¬вий елемент від інтенсивних силових навантажень і руйнівного впливу вимірювального середовища підвищеної температури. Встановлено кое¬фіцієнти їх запасу та експлуатаційний ресурс.
Результати роботи та розроблене програмне забезпечення використані при проектуванні елементів ракетної та ракетно-космічної техніки, а також елементів енергетичного обладнання на відомих підприємствах України.
Зважаючи на це, вважаю, що О.О. Бурик та О.П. Горун за розроблену методику дослідження, прикладне спрямування роботи та отримані результати заслуговують присудження їм премії Президента України у 2018 році.

Олексій Мазко, д. ф.-м. н., проф., пров. наук. співр. Інсти

Побудова сучасних конструкцій неможлива без математичного, чисельного і комп’ютерного моделювання механічної поведінки елементів конструкцій за умов експлуатації, розроблених на основі уточнених математич¬них моделей і методів. Таке матзабезпечення дає можливість у стислі терміни провести весь процес проектування у віртуальному просторі і отримати оптимальний чи раціональний проект, за яким будують фізичний прототип і випробують його. Тому вимоги до матзабезпечення з точки зору адекватності математичних моделей, точності методів, достовірності та швидкості отримуваних результатів постійно зростають.
Представлена робота, що висунута на здобуття премії Президента України для молодих вчених, присвячена саме розробці такого матзабезпечення для моделювання термомеханічної поведінки елементів конструкцій складної геометричної форми та просторової структури матеріалів, які перебувають за умов інтенсивного термосилового навантаження. При цьому за основу прийнято просторово тривимірний підхід. Запропоновані математичні моделі враховують термочутливість матеріалів та нелінійний характер деформування.
Значна увага в роботі приділена верифікації отримуваних розв'язків, дослідженню їх збіжності та достовірності. Отримувані аналітичні розв'язки розглядаються як тестові при розробленні числових методів розв’язування сформульованих задач.
Необхідно відзначити практичне спрямування роботи, її прикладний характер. Розроблена методика і відповідне програмне забезпечення використано в КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля при проектуванні елементів вуглець-вуглецевих сопел ракетних двигунів твердого палива та у НВО «Термоприлад» ім. В. Лаха при оцінці міцності та експлуатаційного ресурсу захисних оболонок різних типорозмірів за умов їхньої експлуатації.
З огляду на вищезгадане вважаю, що тема циклу праць є актуальною, отримані в роботі результати та розроблене матзабезпечення має вагоме прикладне значення, а його автори Бурик О.О. і Горун О.П. заслуговують присудження Премії Президента України для молодих вчених за 2018 рік.

Олег Махненко, д.т.н., зав.від.ІЕЗ ім.Є.О.Патона НАН України

У циклі наукових праць сформульовано варіант математичної моделі кількісного опису термомеханічних процесів у тривимірних анізотропних структурно-неоднорідних твердих тілах складної геометричної конфігурації за інтенсивного термосилового навантаження з урахуванням просторової структури матеріалів, температурної залежності їхніх характеристик і пружно-пластичного деформування, розроблено числову методику розв’язування запропонованих задач математичної фізики та створено відповідне програмне забезпечення для комп’ютерного моделювання процесів деформування розглядуваних тіл за термосилового навантаження.
Розроблено також методику визначення та дослідження нестаціонарних температурних полів та зумовлених ними напружень у кусково-однорідних термочутливих тілах з плоско-паралельними поверхнями поділу для широкого діапазону зміни товщин складових за різної теплової дії, в тому числі з урахуванням складних умов теплообміну.
На цій основі отримані розв’язки важливих класів прикладних задач про визначення і дослідження термомеханічної поведінки структурно-неоднорідних конструкцій під час пожежі, елементів ракетної та ракетно-космічної техніки за умов інтенсивного силового навантаження і високоградієнтного нерівномірного нагріву до надвисоких температур та елементів енергетичного обладнання за термосилового навантаження. Використання уточнених математичних моделей і методів надало можливість отримати адекватніші оцінки вогнетривкості будівельних конструкцій, коефіцієнти запасу міцності елементів ракетної техніки та енергетичного обладнання та їхнього експлуатаційного ресурсу. Цей прикладний аспект роботи необхідно особливо підкреслити (розроблена методика і відповідне програмне забезпечення передано ДП КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля та ПАТ НВО «Термоприлад» ім. В. Лаха для використання).
Представлений цикл робіт виконано на високому науковому рівні, розглянуто складні математичні моделі, отримано розв'язки важливих прикладних задач. Тому однозначно підтримую висунення циклу праць на здобуття премії Президента України для молодих вчених за 2018 р.

Ванкевич Петро Іванович

Сучасні дослідження на міцність та довговічність елементів конструкцій із структурно-неоднорідних матеріалів, що зазнають комплексної дії силових і теплових полів, повинні передбачати побудову відповідних математичних моделей, що адекватно враховують особливості процесів деформування конструкцій складної геометричної форми і структури за такого навантаження, розробку ефективних методів розв’язування отриманих рівнянь, що описують ці моделі, та створення відповідного програмного забезпечення, яке дає змогу у стислі терміни виконати комп'ютерне моделювання термомеханічної поведінки і отримати відповідні оцінки міцності. Розв’язанню цієї актуальної проблеми і стосується рецензований цикл наукових праць.
У роботі побудовано числову методику визначення і дослідження термомеханічного стану структурно-неоднорідних анізо¬тропних тіл складної геометричної форми за дії високо¬градієнтних нестаціонарних температурних полів та інтенсивного силового наванта-ження з урахуванням температурної залежності теплофізичних і фізико-механічних характеристик від температури та пружно-пластичного характеру деформування. За основу прийнято просторово тривимірний підхід. Температурне поле в тілі описує нестаціонарне рівняння теплопровідності, а процеси деформування – співвідношення теорії неізотермічного термопружно-пластичного течіння.
Також розроблено числово-аналітичну методику дослідження нестаціонарних температурних поля та зумовлених ним напружень і переміщень у кусково-однорідних термочутливих тілах з плоско-паралельними поверхнями поділу за різної теплової дії. В основі цієї методики лежить використання функції Гріна лінійної нестаціонарної задачі теплопровідності у вигляді функціональних рядів. Отримано нові інтегральні подання розв’язків відповідних задач.
На цій основі отримані розв’язки важливих класів прикладних задач про визначення і дослідження термомеханічної поведінки структурно-неоднорідних конструкцій під час пожежі, елементів ракетної та ракетно-космічної техніки за умов інтенсивного силового навантаження і високоградієнтного нерівномірного нагріву до надвисоких температур та елементів енергетичного обладнання за термосилового навантаження. Аналітичні розв’язки нелінійних задач теплопровідності використані як тестові при розробленні числових методів розв’язування таких задач. Застосування уточнених математичних моделей і методів надало можливість отримати адекватніші оцінки вогнетривкості конструкцій, коефіцієнти запасу міцності елементів ракетної техніки та енергетичного обладнання та їхнього експлуатаційного ресурсу. Розроблена методика і відповідне програмне забезпечення передано ДП КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля та ПАТ НВО «Термоприлад» ім. В. Лаха для використання.
Вважаю, що згаданий вище авторський колектив за проведений цикл наукових досліджень, отримані теоретичні та прикладні результати заслуговує на присудження йому Премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Професор кафедри інженерної механіки (озброєння та техніки інженерних військ) Національної академії сухопутних військ імені гетьмана Петра Сагайдачного, доктор технічних наук П.І. ВАНКЕВИЧ

Андрейків О.Є., член-кореспондент НАН України

У роботі запропоновано методику математичного й комп'ютерного моделювання процесів теплопровідності та деформування в структурно-неоднорідних тілах складної форми, зумовлених дією інтенсивного термосилового навантаження за врахування термочутливості матеріалів та пружно-пластичного характеру їх деформування. Використаний при цьому апроксимаційний апарат дозволяє враховувати складні залежності властивостей матеріалів від наявних фізико-механічних процесів в широкому температурному діапазоні. Розроблене відповідне програмне забезпечення дає змогу проводити комп’ютерне моделювання термомеханічних процесів у реальних елементах інженерних конструкцій, що проілюстровано на задачах оцінки вогнетривкості елементів конструкцій під час пожежі та при конструювання відповідальних конструктивних елементів ракетної техніки та енергетичного обладнання.
Розроблена методика і відповідне програмне забезпечення передано ДП КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля для використання при проектуванні елементів вуглець-вуглецевих сопел ракетних двигунів твердого палива та використані на ПАТ НВО «Термоприлад» ім. В. Лаха при оцінці міцності та експлуатаційного ресурсу захисних оболонок різних типорозмірів за умов гідравлічних випробу¬вань та експлуатації.
Наукові й практичні результати праць використані також у відділі фізичних основ руйнування та міцності матеріалів в агресивних середовищах Фізико-механічного інституту ім. Г. В. Карпенка Національної академії наук України при вирішенні науково-технічних задач оцінювання працездатності та ризику руйнування трубопроводів теплоенергетичного призначення та прогнозування можливих експлуатаційних пошкоджень у тришаровому металевому матеріалі, який застосовується при виготовленні корпусів енергетичних та хімічних реакторів.
Вважаю, що О.О. Бурик та О.П. Горун за проведені наукові дослідження, отримані теоретичні та прикладні результати в галузі механіки деформівного твердого тіла заслуговують на присудження премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор,
провідний науковий співробітник Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України О.Є. Андрейків

Пастернак Ярослав Михайлович

У сучасній техніці широко використовують шаруваті елементи та конструкції складної геометричної форми та просторової структури матеріалу, які при виготовленні чи експлуатації можуть зазнавати впливу комплексного навантаження, зокрема, термосилового. За високотемпературної теплової дії їх теплофізичні характеристики можуть істотно залежати від температури, що потрібно враховувати при дослідженні теплової та механічної поведінки таких об’єктів. При цьому не менш важливим є врахування умов взаємодії з середовищем, зокрема, теплового випромінювання.

У даному циклі наукових праць для врахування термосилового навантаження та його впливу на властивості матеріалу і напружений стан конструкцій розроблено методику визначення і дослідження термомеханічного стану структурно-неоднорідних анізотропних тіл складної геометричної форми за дії високоградієнтних нестаціонарних температурних полів та інтенсивного силового навантаження. В її основі лежить тривимірний підхід та використання методу скінченних елементів і однокрокових багатопараметричних різницевих алгоритмів. Температурне поле в тілі описує нестаціонарне рівняння теплопровідності, а процеси деформування – співвідношення теорії неізотермічного термопружно-пластичного течіння. При цьому враховується температурна залежність теплофізичних і фізико-механічних характеристик та пружно-пластичного характеру деформування. Отримано розв’язки важливих класів задач про визначення та дослідження термомеханічної поведінки елементів конструкцій під час пожежі та з’ясовані чинники, які впливають на оцінку вогнетривкості конструкцій.

Також створено методику визначення та дослідження нестаціонарного температурного поля та зумовлених ним напружень і переміщень у трискладових термочутливих тілах з плоско-паралельними поверхнями поділу для широкого діапазону зміни товщин складових за різної теплової дії, втім і з урахуванням теплового випромінювання. В основі цієї методики лежить використання функції Гріна лінійної нестаціонарної задачі теплопровідності у вигляді функціональних рядів. Отримано нові інтегральні подання розв’язків відповідних задач.

З огляду на це вважаю, що тема циклу є актуальною, отримані в роботі результати та розроблена методика мають вагоме практичне та теоретичне значення, а автори О.О. Бурик та О.П. Горун заслуговують присудження щорічної премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Завідувач кафедри технічної механіки Луцького національного технічного університету, доктор фіз.-мат. наук, доцент Пастернак Я.М.

Мусій Р. С., д. ф.-м. н., проф., проф. каф. ВМ, НУ "ЛП"

Зростання вимог до експлуатаційних та міцнісних параметрів вузлів і елементів сучасної техніки, зокрема, у плоскошаруватих та пружно-пластичних структурно-неоднорідних твердих тілах, зумовлює проведення досліджень їх термомеханічної поведінки з урахуванням температурної залежності (термочутливості) фізико-механічних характеристик (ФМХ) та теплового випромінювання. Проблема математичного моделювання термопружного стану відповідних елементів конструкцій становить актуальну задачу, що є важливою як з точки зору інженерних застосувань, так і з точки зору розвитку математичних методів розв’язання відповідних крайових задач термопружності.
Представлений цикл робіт виконано на високому науковому рівні, а праці молодих учених опубліковані у відомих рейтингових виданнях. Тому підтримую висунення циклу праць на здобуття премії Президента України для молодих вчених за 2018 р.

Ярослав Жук, завідувач кафедри теоретичної та прикладної мех

Робота, яка висувається на премію, присвячена вирішенню актуальних задач, що виникають при експлуатації твердих деформівних багатошарових тіл та тіл, складної геометричної форми і структури за умов інтенсивного термосилового навантаження з урахуванням температурної залежності властивостей матеріалу, нелінійного характеру деформування, складних умов теплообміну із зовнішнім середовищем.
Можна чітко виділити дві частини роботи. В одній сформульовано варіант математичної моделі кількісного опису термомеханічних процесів у тривимірних анізотропних структурно-неоднорідних твердих тілах складної геометричної конфігурації за інтенсивного термосилового навантаження з урахуванням просторової структури матеріалів, температурної залежності їхніх характеристик і пружно-пластичного деформування, розроблено числову методику розв’язування запропонованих задач математичної фізики та створено відповідне програмне забезпечення для комп’ютерного моделювання процесів деформування розглядуваних тіл за термосилового навантаження. Друга частина присвячена розробці методики розв’язання нестаціонарних задач теплопровідності та відповідних квазістатичних задач термопружності для трискладових термочутливих тіл, зокрема з окремими тонкими шарами, без та з урахуванням теплового випромінювання з використанням функції Гріна лінійної нестаціонарної задачі теплопровідності для трискладового простору у вигляді функціональних рядів.
Значна увага приділена верифікації отриманих результатів. Отримано низку часткових випадків знайдених розв’язків. Проведено велику кількість числових досліджень. Зважаючи на наведені в роботі результати та кількість публікацій в фахових рейтингових виданнях, вважаю, що автори цього циклу заслуговують на присудження Премії Президента України для молодих вчених у 2018 році.

Залишити новий коментар

Вміст цього поля є приватним і не буде доступний широкому загалу.
CAPTCHA
Для запобігання від спаму, щоб залишити коментар введіть будь ласка символи,які зображені нижче. Дякуємо за розуміня.