Методи розрахунку на міцність і жорсткість структурно зв'язаних механічних систем при електромагнітному і контактному навантаженнях

, (19)

де Н₁, Н₂ - є напруженості магнітного поля на граничних поверхнях.

Силовий вплив буде найбільшим при існуванні поверхневого ефекту дифузії поля в провіднику, що є характерним для масивних заготівок. Для тонкої металевої заготівки через істотний ріст дифузії магнітного поля глибина проникнення магнітного поля є значною та тиски є досить малими. Тому традиційні технології обробки магнітним тиском придатні для масивних провідних заготівок стають непридатними при оброблювані тонких заготівок.

Для плоского штампування тонких металевих заготівок запропоновано використати комбіновані шарові матриці, які складають із діелектричної пластини та розташованої на ній сталевої накладки з рисунком для штампування.

У розділі надано розв'язок рівнянь Максвела (3) для випадку застосування індуктора зі спареними токовими проводами, схема якого показана на рис.4. При припущеннях, що відповідні тонкостінним заготівкам, умовам збудження саме плоских хвиль і симетрії системи, рівняння (3) розв'язані за методом Лапласа. На цій підставі отримано розподіл магнітного тиску на поверхні заготівки, що є змінюваним у часі. У експериментальному та розрахунковому дослідженнях розглянуто індуктор, схема якого надана на рис.4, із параметрами: мм, мм, мм при частоті магнітного поля 16,7 та 50 кГц, які реєструвались по осцилограмам напруженості поля. Вироби виготовлювались із мідної фольгової заготівки з товщиною мкм. Експерименти провадились на спеціальному стенді, який призначено для досліджень індукторних систем. На рис.5 надано розподіл тиску вздовж поперечної відносної координати в момент часу, що відповідає першому максимуму функції струму в робочій зоні індуктора. Точками на рисунку показані дані вимірювання, а кривими - розрахункові дані. У центрі та на зовнішніх границях робочої зони між цими даними є деяка розбіжність, але ці дані досить добре збігаються в області робочої зони.

Розрахункові схеми індукторної системи для штампування довгих смуг та квадратних отворів в мідних фольгових заготівках з товщиною 50 мкм, які симетрично розміщені у робочій зоні, прийняті відповідними до плоских і просторових моделей СЗМ систем, що розглядались у попередніх розділах роботи. Для адекватного моделювання контактної взаємодії між заготівкою і сталевою накладкою, а також між накладкою і діелектричною основою, були ведені контактні шари. Між накладкою і заготівкою враховано тертя.

За розрахунковими дослідженнями встановлено, що при штампуванні отворів в листовій заготівці саме у точках контуру отвору виникають найбільші дотичні напруження. З метою підвищення якості штампованих виробів визначені ефективні параметри для комбінованих шарових матриць. Основна увага при аналізі впливу геометричних параметрів матриць на якість відтворення форми штампованих отворів в заготівки приділялась уточненому моделюванню контактної взаємодії між заготівкою і накладкою. Вивчено вплив тертя між заготівкою і накладкою, товщини та кута скосу у сталевій накладці на напружено-деформований стан заготівки при штампуванні. При магнітному тиску, в умовах дії якого дотичні напруження на контурі штампованих отворів досягають граничних рівнів, в сталевій накладці інтенсивності напруження є нижчими рівня текучості, що сприяє якісному відтворенню геометричного рисунку контуру отворів. Встановлено, що за рахунок концентрації напружень найбільш навантаженими зонами в мідній заготівці є околиці крайок. При штампуванні квадратного отвору максимальні рівні дотичних напружень й інтенсивності напруження в заготівці спостерігаються у кутових точках. Один з шляхів для досягнення однорідного розподілу дотичних напружень вздовж контуру отвору полягає у згладжуванні кутів матриці. Це можна здійснити за рахунок вибору радіусу кола згладжування, але тоді, коли це не порушує якості відтворення форми отвору. Показано, що якісні показники процесу штампування поліпшуються із підвищенням сил тертя між заготівкою і сталевою накладкою. На цій основі надані обґрунтовані рекомендації до раціонального проектування комбінованих шарових матриць. Представлено методику для ймовірно-статистичного аналізу, що можна здійснювати при вивченні впливу на магнітні тиски ймовірних відхилень для ряду основних параметрів в системі індуктор - заготівка. Наведені результати дослідження із впливу частотних характеристик магнітного поля для штампування на нестаціонарне деформування елементів індукторної системи. Процеси вивчались на прикладах із штампуванням прямокутних і колових отворів в тонких заготівках.

Аналіз механічних процесів, які вивчались в роботі з приводу застосування комбінованих шарових матриць в магнітно-імпульсному штампуванні тонких електропровідних металевих заготівок, дозволяє зробити висновок про ефективність таких технологічних систем. Достовірність висновків установлено за даними експериментальних досліджень із штампуванням друкованих плат, що дозволило впровадити магнітно-імпульсне штампування до сучасного виробництва друкованих плат. Експериментально були реалізовані різні підходи до здійснення цієї актуальної операції, що сприяло підвищенню якості виготовлених зразків плат, які застосовують у зарядно-випрямних пристроях Д2-10М для мікрокалькуляторів “Електроніка”.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі, на єдиній методологічній основі створені нові методи для розрахунків на міцність і жорсткість неоднорідних структурно зв'язаних механічних систем, які орієнтовані на вирішення проблем проектування та створення нової техніки і прогресивних технологій, призначених до експлуатації в умовах дії електромагнітних, теплових і силових полів. На сучасному теоретичному рівні із використанням фундаментальних доробок в області нелінійної механіки, моделювання процесів деформування неоднорідних анізотропних тіл та обчислювальних методів розв'язані нові задачі в області динаміки та міцності машин. У сукупності результати роботи вирішують крупну науково-технічну проблему, яка є актуальною, науково і практично значущою для автоматизованого проектування нової техніки. Нові результати і висновки, які отримані особисто автором у завершеному вигляді комплексного дослідження по темі роботи, складають суттєвий науковий внесок у розвиток спеціальності 05.02.09 - динаміка та міцність машин.

Практична значимість результатів роботи полягає в тому, що створене в роботі програмне забезпечення для розрахунків на міцність і жорсткість СЗМ систем надає можливість виконувати аналіз міцності і жорсткості нової техніки і технологічного устаткування на етапах проектування і створення, та в тому, що надані в роботі науково-обґрунтовані висновки і рекомендації вже використані при проектуванні і створенні нових електромагнітних систем токамаків і торсатронів, індукторних систем для магнітно-імпульсного штампування, зубчастих варіаторів швидкості і складених бандажних матриць для видавлювання у енергетичній, транспортній й обробляючий галузях промисловості України.

Найбільш важливі наукові і практичні результати роботи полягають у наступному.

За зробленою оцінкою стану проблеми по темі дисертації сформульовано висновок, що існуючі дотепер традиційні методи не дозволяють безпосереднє їхнє використання у розрахунках на міцність і жорсткість цілого ряду складних технічних систем, які віднесено до класу структурно зв'язаних механічних систем, до якого можна віднести техніку і технології, принципи роботи яких засновані на використанні інтенсивних електромагнітних, теплових і силових полів, що створюють для застосування у сучасній енергетиці, в транспортній й обробляючий галузях промисловості. Саме потребами промисловості у створенні нової техніки і технологій, що здатні зберігати матеріальні та енергетичні ресурси, відповідати екологічним вимогам виробництва й експлуатації, визначено необхідність у створенні нових методів розрахунку на міцність і жорсткість СЗМ систем із урахуванням дії на них електромагнітних і теплових полів, з метою науково обґрунтованого проектування таких систем.

Уперше, на єдиній методологічній основі, в межах сформульованого в роботі загального підходу до розрахунків на міцність і жорсткість неоднорідних СЗМ систем, надано узагальнену математичну постановку мішаних контактних задач для таких систем, яка враховує різну мірність їхніх структурних елементів, різноманітні механізми їхньої контактної взаємодії, нелінійність пружно-пластичного деформування при контактному та електромагнітному навантаженні. На базі одномірних просторово-стрижневих моделей, МСЕ із двовимірними і тривимірними СЕ запропоновані моделі СЗМ систем, методи та алгоритми розв'язання сформульованих нелінійних мішаних контактних задач, які орієнтовані на застосування МСЕ та чисельно стійкого методу ортогональної прогонки у сполученні із ітераційними методами послідовних наближень. Для оцінки СЗМ систем за критеріями працездатності використані добре обґрунтовані в інженерній практиці критерії міцності і жорсткості.

Для адекватного моделювання контактної взаємодії елементів СЗМ систем на базі МСЕ запропоновані спеціальні алгоритми, засновані на введенні у межах можливої області контакту "контактних шарів", які здатні моделювати різні механізми контактної взаємодії між елементами таких систем та дозволяють ефективно визначити області контакту і відриву. Запропоновано методику для визначення фізико-механічних властивостей контактних шарів, зокрема й нелінійних, за рахунок яких здійснюється моделювання різних механізмів взаємодії тіл на контактних поверхнях елементів СЗМ систем.

Створено програмне забезпечення для розрахунків на міцність і жорсткість СЗМ систем у виді ПК SPACE-T, який орієнтовано на використання сучасних IBM - сумісних комп'ютерів, та дозволяє провадити розрахунки на міцність і жорсткість складних технічних і технологічних систем на етапах їхнього проектування, модернізації і доведення.

Виконані дослідження із достовірності запропонованих методів і програмного забезпечення шляхом тестування при розв'язанні ряду прикладів, для яких відомі числові розв'язки або експериментальні результати. У цих дослідженнях розглянуті питання збіжності наближених розв'язків контактних задач в залежності від ступеня дискретизації моделей СЗМ систем. Установлено властивості алгоритмів і розв'язків контактних задач для різних механізмів контактної взаємодії елементів СЗМ систем. Числові результати, які отримано в роботі із використанням ПК SPACE-T, зіставлені із відомими числовими й експериментальними даними, що дозволило встановити ступень їхньої вірогідності. Порівняння чисельних результатів з отриманими аналітичними, експериментальними і чисельними даними, що отримано іншими авторами показали, що максимальні розбіжності для найбільш складних випадків не перевищували 15%. Це свідчить про достатньо добру ступінь достовірності щодо запропонованих в роботі методів, алгоритмів і програмного забезпечення.

Створені двовимірні й тривимірні СЕ моделі для розрахунку міцності і жорсткості проектованих нових зубчастих передач з дрібно-дискретною зміною передатного відношення, які є відповідними СЗМ системам із плоскими несучими дисками зі спіральними пазами, корпусними дисками із радіальними пазами та просторовими рухливими зубами. За розрахунковими дослідженнями встановлено кількісні і якісні характеристики міцності і жорсткості та надано аналіз напружено-деформованого стану конструктивних елементів таких систем. Сформульовані рекомендації до оптимального проектування несучих дисків зі спіральними пазами і корпусними дисками із радіальними пазами. На основі встановлених закономірностей деформування елементів варіаторів швидкості обґрунтовано рекомендації щодо їхнього проектування.

Обґрунтовано нову методику для аналізу напружено-деформованого стану складених бандажних матриць (СБМ), які застосовують при холодному і напівгарячому видавлюванні вісесиметричних деталей. Створені СЕ моделі для цього класу СЗМ систем, що здатні моделювати складні механізми контактної взаємодії складових елементів таких систем. Із використанням ПК SPACE-T проведено аналіз конструктивної міцності і жорсткості перспективних конструкцій СБМ. Надано практичні рекомендації по вибору раціональних кутів нахилу конусних поверхонь та параметрів охолодження для проектованих СБМ. Обґрунтовано рекомендації до підвищення ефективності технології видавлювання, які були використані при створенні конструкторській документації по виготовленню складених конічних матриць - СБК-1, що застосовують при напівгарячому видавлюванні напівконічних втулок.

Для електромагнітних систем із плоскими та гвинтовими обмотками токамаків і торсатронів створені нові розрахункові схеми, що відповідають стрижневим моделям СЗМ систем. На цій основі виконані розрахунки міцності і жорсткості та надано аналіз напружено-деформованого стану їхніх неоднорідних багатокомпонентних елементів. Експериментально та на підставі числових досліджень встановлено кількісні та якісні закономірності деформування обмоток. Надано оцінки працездатності та обґрунтовані рекомендації до проектування таких систем. Виконано розрахунки на міцність і жорсткість обмоток ЕМС проектованих установок, зокрема, гвинтових обмоток торсатрона "Ураган-М" та D - образних плоских котушок токамака ТБ-0. Отримані результати використані для оцінювання проектів двоступеневої гвинтової ЕМС - "Мікро - 100", обмотки тороідального поля торсатрона та плоских котушок середньомасштабного токамака із локальним дівертором, перспективної серії міжнародного токамака ІНТОР.

Створено двовимірні та тривимірні СЕ моделі СЗМ систем, які відповідають індукторним системам із комбінованими шаровими матрицями, що складені із товстої діелектричної пластини та розташованій на неї сталевій накладці з малюнком для плоского магнітно-імпульсного штампування тонколистових електропровідних металевих заготівок. Теоретично та експериментально визначені розподіли магнітних тисків на тонколистові заготівки та шарові матриці. Вивчені закономірності електромагнітних і механічних процесів в технологічних системах "індуктор - заготівка - матриця", сформульовані та теоретично й експериментально обґрунтовані необхідні технологічні й конструктивні умови для ефективного здійснення магнітно-імпульсного штампування тонколистових металевих заготівок. На цій основі зроблено висновок про високу ефективність застосування комбінованих шарових матриць в магнітно-імпульсному штампуванні тонколистових електропровідних металевих заготівок. Достовірність висновків установлено за даними експериментальних досліджень із штампуванням друкованих плат. Здійснено впровадження магнітно-імпульсного штампування рисунку в електропровідних елементах, що сприяло підвищенню якості виготовлення плат, які застосовують у зарядно-випрямних пристроях Д2-10М для мікрокалькуляторів “ Електроніка”.

Теоретичні, експериментальні і числові результати, які отримано в роботі, використано при виконанні держбюджетних тем за державними програмами в НТУ “ХПІ”, впроваджено шляхом передачі ПК SPACE-T та теоретичних розробок або числових даних і рекомендацій, згідно із науково-технічними договорами з підприємствами та установами, та застосовуються в практиці проектування на ДП "Завод ім. Малишева", у Національному науковому центрі "Харківський фізико-технічний інститут" НАН України, Інституті машин і систем НАН України (м. Харків), Інституті імпульсних процесів і технологій НАН України (м. Миколаїв).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Батыгин Ю.В., Лавинский В.И. Импульсные магнитные поля для прогрессивных технологий. -Харьков: НТУ "ХПИ". 2001, -273с. (монографія).

Авторові належать метод розрахунку СЗМ систем при дії електромагнітного поля, усі теоретичні, чисельні результати розрахунків шарових комбінованих матриць, оцінки міцності індукторних систем, окремі експериментальні результати.

Быков В.Е., Георгиевский А.В., Корявко В.И., Погожев Д.П., Рарог М.Д., Смирнов В.Г., Бортовой В.В., Лавинский В.И., Хавин В.Л., Зайцев Б.Ф., Найденов Я.Б., Шергин С.Ю. Система тороидального магнитного поля с разъемными катушками крупного токамака// Вопросы атомной науки и техники. Термоядерный синтез. -М.: ИАЭ. - 1981. - Вып. 1(7). - С. 46-58.

Авторові належить метод та результати розрахунку обмоток ЕМС тороідального поля токамак ТБ-0 та окремі числові дані.

3.Лавинский В.И., Хавин В.Л., Шергин С.Ю. Исследование напряженно-деформированного состояния криволинейных плоских электромагнитов// Проблемы машиностроения. Респ. межвед. сборник науч. тр. -К.: Наукова думка. -1984, - Вып. 22. -С.60-65.

Авторові належить метод розрахунку плоских обмоток ЕМС тороидального поля токамака ТБ-0 та усі чисельні результати.

4. Бортовой В.В., Ингульцов С.В. Лавинский В.И., Литвиненко Ю.А., Окороков О.С., Шергин С.Ю. Исследование механической прочности электромагнитных обмоток термоядерных установок// Вопросы атомной науки и техники. Термоядерный синтез. -М.: ИАЭ. - 1984, -Вып. 4(17). -С.53-56.

Авторові належить метод розрахунку просторових обмоток ЕМС торсатрона У-2М та надані числові результати.

5.Лавинский В.И., Шергин С.Ю. Об одной задаче оптимизации криволинейных неоднородных стержней// Динамика и прочность машин. Респ. межвед. н-т сборник. -Харьков: ХПИ. -1985. -№ 41. - С. 104-108.

Авторові належить метод розрахунку, постановка задачі вагової оптимізації та числові результати.

6.Лавинский В.И., Шергин С.Ю. К вопросу о решении нелинейной краевой задачи, описывающей деформирование криволинейного стержня// Динамика и прочность машин. Респ. межвед. н-т сборник. -Харьков: ХПИ. -1985. -№ 46. - С. 98-101.

Авторові належить метод розрахунку криволінійного стержня для лінеарізованої задачі, окремі числові результати.

7.Зубатый С.С., Лавинский В.И. Программное обеспечение для прочностного анализа контактирующих тел// Информационные системы. Сборник науч. тр. -Харьков: НАНУ, ПАНИ, ХВУ. -1994.- Вып. 2. С. 61-64.

Авторові належить метод розрахунку тривимірної контактної задачі, алгоритм розв'язання, окремі числові результати.

8. Егурнов О.Р., Зубатый С.С., Лавинский В.И. Прочностные и динамические характеристики основных элементов плоского зубчатого вариатора // Динамика и прочность машин. Респ. межвед. н-т сборник. -Харьков: ХГПУ. -1997. -№ 55. - С. 120-125.

Авторові належить загальна ідея розрахункових досліджень, деякі наведені результати.

9.Зубатый С.С., Лавинский В.И. Анализ прочности элементов конического зацепления специального вида// Динамика и прочность машин. Респ. межвед. н-т сборник. -Харьков: ХГПУ.-1998. - №56. -С.60-63.

Авторові належить метод розрахунку СЗМ систем щодо конічного зубчастого зачеплення, усі числові результати та зроблено висновки.

10.Лавинский В.И. Вероятностный подход к оценке параметров магнитно-импульсной штамповки листовых металлов// Вісник Харківського державного політехнічного університету. -Харків: ХДПУ. -1998. - Вип. 25. -С.66-72.

11.Автономова Л.В., Лавинский В.И., Шергин С.Ю. Экспериментальное исследование распределения деформаций при чистом изгибе модели обмотки электрофизической установки// Вісник Харківського державного політехнічного університету. -Харків: ХДПУ. -1999. - Вип. 47. -С.47-49.

Автором спроектовано експериментальне обладнання та виготовлені моделі зразків, розроблена методика проведення експериментів при згині та крученні, належать деякі експериментальні дані.

12.Автономова Л.В., Лавинский В.И., Шергин С.Ю. Об одном подходе к прочностному анализу электромагнитных систем крупных электрофизических установок// Вісник Харківського державного політехнічного університету. -Харків: ХДПУ. -1999. - Вип. 53. -С. 148-153.

Авторові належить метод розрахунку плоских обмоток ЕМС електрофізичних установок, окремі результати числових досліджень.

13.Анохин О.О., Бондарь С.В., Зубатый С.С., Лавинский В.И. Влияние конструктивно-технологических особенностей на прочность составных бандажированных матриц для холодного выдавливания// Кузнечно-штамповочное производство. - Минск. -2000. - №1. -С.20-23.

Авторові належить метод розрахунку вісесиметричних СЗМ систем, постановки контактної задачі, усі числові дані та висновки.

14. Бортовой В.В., Зубатый С.С., Лавинский В.И. Напряженно-деформиро-ванное состояние типового элемента комбинированной матрицы для магнитно-импульсной штамповки// Вісник Харківського державного політехнічного університету.- Харків: ХДПУ.-2000.- Вип. 79. -С.39-41.

Автором сформульовано задачу, відповідну розрахунку СЗМ систем із для багатошаровими комбінованими матрицями та усі числові результати.

15.Лавинский В.И. Обобщенная математическая модель комбинированной матрицы для магнитно-импульсной штамповки длинных полос в тонкостенном металле// Інтегровані технології та енергозбереження. -Харків: ХДПУ. -2000. - №1. -С.70-78.

16.Бондарь С.В., Зубатый С.С., Лавинский В.И. Модель комбинированной матрицы для магнитно-импульсной штамповки элементов прямоугольной геометрии в тонкостенном металле// Вісник Харківського державного політехнічного університету. -Харків:ХДПУ.-2000.- Вип.100.-С.12-14.

Авторові належать теоретичні розробки щодо математичного формулювання розподілу електродинамічних сил, числові результати та висновки.

17. Бондарь С.В., Зубатый С.С., Киркач Б.Н., Лавинский В.И. Программный комплекс SPACE-T для решения термоупругопластических контактных задач// Динамика и прочность машин. Респ. межвед. н-т сборник. -Харьков: ХГПУ.-2000. - №57. -С.24-34.

Авторові належить проект ПК, створені алгоритми та програми для реалізації методу розрахунку, висновки стосовно застосуванню ПК.

18.Батыгин Ю.В., Лавинский В.И., Противень А.С. Влияние частоты поля на механические процессы при магнитно-импульсной штамповке полос в тонкостенном металле// Резание и инструмент в технологических системах. Междун. н-т сборник. -Харьков: ХГПУ. -2000. -Вып. 56. С. 9-14.

Автором сформульовані задача визначення динамічного навантаження тонкої смуги при магнітно-імпульсному штампуванні, теоретичні результати.

19.Батыгин Ю.В., Горкин Л.Д., Лавинский В.И., Противень А.С., Хименко Л.Т., Черногор Т.Т. Экспериментальное исследование магнитно-импульсной штамповки печатных плат для компоновки электротехнических схем// Технічна електродинаміка. -К.: ІЕ НАНУ. -2000.-№3. С.7-9.

Автором спроектовано експериментальне обладнання для магнітно-імпульсного штампування зразків друкованих плат до Д2-10М, отримані окремі експериментальні та числові результати.

20.Лавинский В.И. Исследование прочности и жесткости структурно взаимосвязанных механических систем// Вісник Харківського державного політехнічного університету. -Харків: ХДПУ. -2000. - Вип. 116. -С.86-97.

21. Зубатий С.С., Лавінський В.І. Міцнісний аналіз елементів конічного зубчастого зачеплення з дрібно-дискретною зміною передавального відношення// Машинознавство. - Львів. -2000.-№4-5,-С.53-58.

Авторові належить метод розрахунку СЗМС для конічного зачеплення із дрібно-дискретною зміною передавального відношення, усі результати.

22.Лавинский В.И. Выбор параметров магнитно-импульсной штамповки тонких листовых материалов// Кузнечно-штамповочное производство. -Воронеж. -2000.-№8.-С.18-21.

23.Батыгин Ю.В., Лавинский В.И., Противень А.С. Влияние частоты поля на механические процессы при магнитно-импульсной штамповке круглых отверстий в тонкостенном металле// Вісник Харківського державного політехнічного університету. -Харків: ХДПУ. -2000. - Вип. 117. -С. 40-42.

Автором надана постановка задачі до визначення динамічного навантаження тонкої кругової пластини при штампуванні, теоретичні результати.

24. Бортовой В.В., Гарев О.Л., Гринев В.Б., Лавинский В.И., Хавин В.Л. Весовая оптимизация катушки электромагнитной системы установки ТБ - 0// Докл. второй всесоюз. конференции по инж. проблемам термоядерных реакторов. -Том 2. -Ленинград: НИИЭФА. -1982. -С.265-274.

Авторові належить математичні постановки задач та метод розрахунку обмоток ЕМС, розв'язок задачі вагової оптимізації плоскої обмотки та чисельні результати.

25.Бортовой В.В., Зубатый С.С., Киркач Б.Н., Лавинский В.И. Применение программного комплекса FEM-3DZ для анализа взаимодействия упругих тел// R-функции в задачах математической физики и прикладной геометрии. Сб. научн. тр.-Харьков:ХГПУ.-1996. С.59-61.

Авторові належить метод розрахунку тривимірної контактної задачі теорії пружності, алгоритм її розв'язування, окремі числові результати.

26.Бондарь С., Зубатый С., Конохов В., Лавинский В. Программный комплекс SPACE-T и возможности его применения при анализе жесткости и прочности элементов теплоутилизационных установок // Энергосбережение. Информационно - аналитический вестник. -Харьков: -№7-8, -1999. С.24-27.

Автором належить математична постановка та метод розрахунку задачі з урахуванням теплових полів.

27.Зубатый С.С., Лавинский В.И. Методика прочностного анализа многопараметрических передач и вариаторов скорости / ХГПУ. -Харьков, -1996. -9с. -Рус. -Деп. в УкрІТЕІ, -№1-Ук96 від 01.10.-1996 // Анот. в ж. "Експресс-новини: наука, техніка, виробництво", -№21.-1996.

Автором надано методики розрахунку міцності зубчастих варіаторів, окремі числові результати.

28.Зубатый С.С., Ковалюх Р.В., Лавинский В.И. Несущая способность одного типа двухпараметрической цилиндроконической передачи // Тр. V-междунар. н-т конф. "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье ", - Ч.1. -Харьков: ХДПУ. -1997. С.103-105.

Авторові належать моделі СЗМ систем, метод розрахунку зубчастих передач, окремі числові результати.

29.Калнаус С.В., Лавинский В.И. Сопряжение полей температуры и деформации при распространении волны в термоупругом слое // Збірник наукових праць "Высокі технологиї в машинобудуванні". - Харьков: ХГПУ, -№ 1(3), -2000. -С.122-128.

Автором отримано формулювання задач розповсюдження плоскої хвилі деформацій в термопружньому шарі, деякі теоретичні результати.

30.Бондарь С.В., Зубатый С.С., Егурнов О.Р., Лавинский В.И. Магнитно-импульсная штамповка элементов прямоугольной геометрии в тонкостенном металле// Вісник інженерної академії України. К.:-2000.-спец. вып.-С.463-466.

Автором сформульовані задачі до розрахунку процесів при штампуванні прямокутних отворів в листовій заготовці, усі результати та висновки.

31.Лавинский В.И., Школьный С.М. Конечно-элементный прочностной анализ биметаллического индуктора для магнитно-импульсной штамповки // Вісник інж. академії України. -К.: -2001, -№3 (ч. 2). -С.86-89.

Авторові належить постановка задачі міцностного розрахунку для структурно зв'язаних моделей індукторної системи, окремі чисельні результати.

АНОТАЦІЇ

Лавiнський В.І. Методи розрахунку на міцність і жорсткість структурно зв'язаних механічних систем при електромагнітному і контактному навантаженнях. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - динаміка та міцність машин. - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2001.

У роботі на єдиній науково-методологічній основі створені ефективні методи аналізу міцності та жорсткості структурно зв'язаних механічних (СЗМ) і технологічних систем різної мірності при контактному й електромагнітному навантаженнях, що дозволило вирішити комплекс складних проблем проектування нової енергетичної і транспортної техніки, прогресивної технології магнітно-імпульсного штампування. Запропоновано нові математичні моделі і розрахункові схеми СЗМ систем, що адекватно описують конструктивні і технічні особливості складних об'єктів нової техніки. Дослідженні нові зубчасті варіатори швидкості, складені матриці для видавлювання, електромагнітні системи токамаків і торсатронів, індукторні системи для магнітно-імпульсного штампування. Нові розробки відрізняються від існуючих тим, що надають можливість уточненого врахування складних механізмів деформування таких систем. У комплексному досліджені встановлено нові закономірності властивостей міцності і жорсткості СЗМ систем з елементами різної мірності при лінійнім, нелінійно-пружнім і конструктивно-нелінійнім деформуваннях в умовах контактного й електромагнітного навантажень.

Ключові слова: структурно зв'язані механічні системи, метод скінченних елементів, міцність, жорсткість, контактна взаємодія, пружно-пластичне деформування, електромагнітне навантаження.

Лавинский В.И. Методы расчета на прочность и жесткость структурно связанных механических систем при электромагнитном и контактном нагружениях. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальность 05.02.09 - динамика и прочность машин. - Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2001.

Диссертационная работа посвящена разработке методов расчетов на прочность и жесткость неоднородных структурно связанных механических (ССМ) систем, конструктивные элементы которых адекватно моделируются деформируемыми телами разной мерности при тепловом, электромагнитном и контактном нагружениях.

Актуальность темы диссертации определяется потребностью в создании новой техники и технологий, интересом многих научных школ в создании эффективных методов расчетов на прочность и жесткость объектов новой техники, обобщенных в работе в класс ССМ систем. В области динамики и прочности машин значительный научный и практический интерес представляют разработки в направлении создания новых эффективных методов решения пространственных контактных задач для деформирующихся тел сложной формы при действии на них тепловых и электромагнитных полей.

Впервые, на единой научно-методологической основе созданы эффективные, теоретически и экспериментально обоснованные методы для численного анализа прочности и жесткости структурно связанных механических и технологических систем разной мерности при контактном и электромагнитном нагружениях, что позволило решить комплекс сложных проблем проектирования новой энергетической и транспортной техники, создать образцы новых прогрессивных технологий магнитно-импульсной штамповки тонколистовых изделий.

Представлены математические постановки смешанных контактных задач для ССМ систем при физически - и конструктивно-нелинейном деформировании их элементов в условиях контактного, теплового и электромагнитного нагружения. На основе МКЭ созданы обобщенные математические модели таких систем. Разработаны методы и алгоритмы численного расчета на прочность и жесткость ССМ систем, в основу которых положены отличные от традиционных схемы применения МКЭ и метода ортогональной прогонки для решения сформулированных краевых задач, отвечающих рассмотренному в работе классу технических и технологических систем. Методы и алгоритмы реализованы в созданном в работе программном комплексе - ПК SPACE-T. Выполнены исследования по достоверности разработанных методов расчета и созданного в работе программного обеспечения. Решены плоские и пространственных контактные задачи, изучены вопросы сходимости приближенных решений в зависимости от степени дискретизации ССМ систем. Установлено удовлетворительное соответствие полученных результатов при их сравнении с известными в литературе аналитическими и экспериментальными данными.

Разработаны, теоретически и экспериментально обоснованы методики для оценки прочности и жесткости объектов новой техники на этапах их проектирования и создания.

На основе пространственных КЭ моделей ССМ систем с элементами разной мерности в численных исследованиях установлены новые качественные и количественные закономерности свойств прочности и жесткости таких систем при линейном, нелинейно-упругом и конструктивно-нелинейном деформировании в условиях контактного и электромагнитного нагружения.

Рассмотрены новые конструкторские и технологические проекты, которые включают: проектирование зубчатых двухпараметрических передач с мелкодискретным изменением скорости, плоских и пространственных обмоток электромагнитных систем токамаков и торсатронов, создание составных бандажированных матриц для холодного и полугорячего выдавливания, индукторных систем для магнитно-импульсной штамповки тонколистовых электропроводящих заготовок. На основе совместного анализа электромагнитных и механических процессов в технологических системах "индуктор - заготовка - матрица" сформулированы, теоретически и экспериментально обоснованы необходимые технологические и конструктивные условия для эффективной магнитно-импульсной штамповки тонких металлических заготовок.

Созданные в работе методы, алгоритмы и программные разработки составляют новую расчетную базу для анализа прочности и жесткости ССМ систем при их контактном, электромагнитном и тепловом нагружениях, что имеет существенное прикладное значение. На этой основе можно осуществлять расчеты сложных объектов новой техники и технологического оснащения на этапах их проектирования, создания и доводки. Эти разработки использованы в научных исследованиях и внедрены в практику предприятий Украины. Теоретические и программные разработки используются в учебном процессе НТУ "ХПИ".

Ключевые слова: прочность, жесткость, контактное взаимодействие, упругопластическое деформирование, структурно связанные механические системы, электромагнитное нагружение.

Lavinsky V.I. The strength and hardness analysis methods for structurally connected mechanics systems during electrical magnetic and contact loading. -Manuscript.

Thesis for a Doctor's degree by speciality 05.02.09 - Dynamics and Strength of Machines. - National Technical University “Kharkov Polytechnical Institute”, Kharkov, 2001.

On the united science methodological base effective methods for the strength and hardness analysis of the structurally connected mechanics systems what have different mechanical strength during electrical magnetic and contact loading are created. It permits solving the complex problems of designing new techniques and elaborating advanced magnetic pulse stamping technology.

The new speed teeth variators, the matrix for pressing, the magnetic systems for tocamacs and torsatrons, the inductors for magnetic pulse stamping were investigated and designed.

As a result of complex investigations some new particularities were fixed of strength properties and hardness for the structurally connected mechanical systems during the linear, non-linear elastic and constructively non-linear deforming under conditions of the contact and electrical magnetic loading.

Key words: structurally connected mechanical systems, analysis calculation method, strength, hardness, contact interaction, elastic plastic deforming, electrical magnetic loading.

Автор висловлює щиру подяку науковому консультантові Морачковському Олегу Костянтиновичу, доктору технічних наук, професору, завідувачу кафедрою теоретичної механіки НТУ "ХПІ" за надані консультації при створенні і розвитку наукового напрямку за темою роботи та корисні поради при написанні роботи.

Лавiнський Володимир Іванович

Методи розрахунку на міцність і жорсткість структурно зв'язаних механічних систем при електромагнітному і контактному навантаженнях

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Спеціальність 05.02.09 - Динаміка та міцність машин

Відповідальний за випуск - к.т.н. доц. Хавін Валерій Львович

Підп. до друку 27.11.2001р. Формат видання 145215

Формат паперу 6090/16. Папір Могра. Друк.- ризографія .

Обсяг 1,9 аркушів. Тираж 100. Зам. №366.

Видавничий центр НТУ "ХПІ". Свідоцтво ДК 116 від 10.07.2000р.

Друкарня НТУ "ХПІ", 61002, Харків, вул. Фрунезе,21

Размещено на Allbest.ru