ВІДДІЛ МЕХАНІКИ ДЕФОРМІВНОГО ТВЕРДОГО ТІЛА

Лабораторія моделювання демпфуючих систем

Шопа Василь Михайлович	Маковійчук Микола Васильович

Лабораторія сформована у 2022 р. на базі відділу моделювання демпфуючих систем. Цей відділ моделювання демпфуючих систем був організований у 1996 р. кандидатом техн. наук, старшим наук. співр. Шопою Василем Михайловичем, який очолював його до кінця 2021 р. З 2022 року лабораторію очолює кандидат фіз.-мат. наук, доцент Микола Васильович Маковійчук. У лабораторії працює 9 працівників, серед них: д. ф.-м. н. проф. Шацький І.П., к. т. н. Шопа В.М., п’ять к. ф.-м. н. – Бедзір О.О., Даляк Т.М., Маковійчук М.В., Перепічка В.В., Шопа Т.В.; пров. математик Тужеляк О.І., інженер Питляр Г.Г.

Наукові співробітники відділу (2008 р.). Зліва направо: О. Д. Власій, В. І. Зубко, М. В. Маковійчук, Т. М. Даляк, І. П. Шацький, В. М. Шопа, О. О. Бедзір, І. Й. Попадюк, В. В. Перепічка.

Основнi напрямки наукових дослiджень лабораторії: конструкційне демпфування в малорухомих механічних системах з сухим тертям; некласичні задачі механіки контактної взаємодії; моделювання закриття тріщин за згину пластин та оболонок; концентрація напружень поблизу тонких включень; динаміка конструкцій; теорія та конструювання оболонкових демпферів.

Розроблено механіко-математичні моделі та числово-аналітичні методи для аналізу розсіювання енергії при немонотонному навантаженні деформівних систем з сухим позиційним тертям. На основі аналітичних та числових розв’язків неконсервативних задач про фрикційну взаємодію пружних оболонок з деформівним заповнювачем побудовано петлі конструкційного гістерезису та з’ясовано вплив геометричних, деформативних та трибологічних параметрів на амплітудну залежність величини розсіяної енергії.

Розроблено механіко-математичну модель трансверсально-ізотропних пластин з урахуванням зсуву та обтиснення (двовимірна задача). На основі побудованої моделі розв’язано ряд контактних задач згину пакетів незв’язаних пластин з урахуванням сухого позиційного тертя (відлипання, проковзування та зчеп-лення) на поверхнях розділу. Досліджено виродження в граничних умовах при переході до класичних моделей. Запропоновано мето-дику дослідження товстих трансверсально-ізотропних плит.

Засобами класичної теорії пластин та оболонок розв’язана про-блема закриття тріщин при згині тонкостінних елементів конструк-цій. Спираючись на гіпотезу прямої нормалі, неповний по висоті контакт берегів тріщини при деформації згином інтерпретується як змикання гострих країв дефекту уздовж лінії. Відповідно до такої моделі сформульовано новий клас конструктивно нелінійних міша-них задач теорії пластин та оболонок із взаємопов’язаними крайо-вими умовами на розрізах. На підставі замкнутих, асимптотичних та числових розв’язків сингулярних інтегральних рівнянь цих задач досліджено вплив закриття тріщин, їх взаємного розташування у площині та півплощині, кривини та форми поверхонь оболонок, жорсткості пружної основи на напружений стан та граничну рівновагу тонкостінних елементів конструкцій. У такій же двовимірній постановці досліджені часткове закриття тріщин в тонких пластинах за умов комбінованого розтягу та згину, а також взаємодія тріщин з вузькими щілинами. Отримано двобічні оцінки граничних навантажень згину для пластин з контактними тріщинами.

Засобами тіньової оптики здійснено експериментальне під-твердження феномену закриття натуральної тріщини при згині пластинки.

Розроблено модель тріщини в пластинці чи оболонці з одностороннім гнучким покриттям, за якою тріщина трактується як розріз з шарнірно з’єднаними у лицьовій поверхні берегами. На базі розв’язків задач із зв’язаними граничними умовами досліджено вплив міцності покриття та інших (геометричних) параметрів пластин і оболонок на величину руйнівного навантаження

Сформульовано та розв’язано задачі антиплоскої деформації пружних тіл з системами тонких жорстких взаємозв’язаних вклю-чень. Розроблена методика дослідження концентрації напружень в тілах, армованих тонкостінними фасонними профілями.

Розроблена методика оцінки динамічних ефектів в стержневих пружних системах за нелінійних умов взаємодії з довкіллям.

В рамках теорії оболонок, яка враховує поперечні зсуви, на основі непрямого методу граничних елементів та послідовнісного підходу до побудови функції Гріна отримано розв’язки задач про коливання ортотропних циліндричних оболонок і пластин з отво-рами та включеннями довільної конфігурації.

Перелічені цілеспрямовані фундаментальні дослідження, які проводяться вченими відділу, дали змогу створити новий клас засобів віброзахисту – оболонкові демпфери. Ці конструкції, здатні витримувати значні навантаження, знайшли широке застосування в сучасному машинобудуванні.

На базі розв’язків контактних задач для циліндричних, конічних та прорізних оболонок з заповнювачем з урахуванням сухого тертя розроблено основи теорії та інженерного розрахунку міцності, жорсткості та демпфувальної здатності оболонкових пружних елементів. За рахунок використання багатоланкових конструкцій, рівноміцних оболонок та неоднорідного заповнювача проведено параметричну оптимізацію оболонкових пружин.

Використання розроблених механіко-математичних моделей стержневих систем дозволяє з достатньою точністю аналізувати режими збурення, перехідні та усталені процеси в бурильній колоні, розв’язувати задачі динаміки бурильної установки, що є необхідною умовою збільшення ефективності бурових робіт та уточнення проектувальних методик бурового обладнання.

Отримані результати використано для проектування комплексу засобів віброзахисту та регулювання динамічного режиму бурильної колони (бурові амортизатори, пружні шпинделі вибійних двигунів), а також пружних підвісів для вібраційної техніки ливарного виробництва. Окремі конструкції амортизаторів коливань бурильної колони серійно виготовлені та впроваджені у нафтогазовій промисловості.

Розроблені механіко-математичні моделі динаміки техноло-гічних вібраційних машин для ливарного виробництва.

За результатами досліджень з основних наукових напрямків лабараторії захищено дві докторські (Шацький І.П, Роп’як Л.Я.) та 13 кандидатських дисертацій, опубліковано понад 500 наукових праць, у т.ч. шість монографій, чотири навчальні посібники і отри-мано біля 100 авторських свідоцтв та патентів на винаходи.

Науковці Тарас Даляк, Василь Перепічка, Ігор Попадюк, Іван Шацький стажувалися в університетах Федеративної Республіки Німеччини як DAAD-стипендіати. Співробітник лабораторії Тетяна Шопа отримала грант для молодих вчених Міжнародного інституту акустики та коливань (International Institute of Acoustics and Vibration – IIAV) (США) (2009 р.) та грант від Акустичної спільноти Нідерландів (Acoustical society of the Netherlands – NAG) і Міжнародного інституту акустики та коливань (International Institute of Acoustics and Vibration – IIAV) (США) (2012 р.).

Співробітники лабораторії у різний час здійснювали активну педагогічну діяльність в Івано-Франківському національному тех-нічному університеті нафти і газу та Прикарпатському національному університеті ім. Василя Стефаника. Ними опубліковано шість навчальних посібників, серед яких чотири з грифом МОН України.

Лабораторія підтримує наукові зв’язки із Інститутом механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України; Інститутом проблем міцності ім. Г.C. Писаренка НАН України, Фізико-механічним інститутом ім. Г.В. Карпенка НАН України, Інститутом монокристалів НАН України, Львівським національним університетом ім. Івана Франка, Національним університетом “Львівська політехніка”, Донецьким національним університетом ім. Василя Стуса, Одеським національним університетом ім. І.І. Мечникова, Національним технічним університетом “Харківський політехнічний інститут”, Прикарпатським національним університетом ім. Василя Стефаника, Івано-Франківським національним технічним університетом нафти і газу, Івано-Франківським національним медичним університетом. Співро-бітники лабораторії співпрацюють з ученими Саарбрюкенського, Бохумського та Дрезденського університетів у Німеччині, Техноло-гічно-природничого університету в Бидгощі (Польща). Разом із Інститутом проблем міцності ім. Г.C. Писаренка НАН України лабораторія організовувала 16-у конференцію з питань розсіювання енергії при коливаннях механічних систем (Івано-Франківськ, 24–26 червня 1992 р.).

Відомості про наукових співробітників лабораторії, їх публікації, наукові здобутки та ін. наведено у відповідних розділах інформації про відділ механіки деформівного твердого тіла.