Представлен новый подход к исследованию вибраций роторов ГПА, базирующийся на решении связанной динамической задачи для системы «газодинамический поток – дефор-мируемая конструкция». Современная тенденция повышения мощности агрегатов с одно-временным снижением их жесткости ведет к появлению новых эффектов, влияющих на вибросостояние ротора. Рассмотрена модель ротора компрессора с лабиринтным уплот-нением. Для решения поставленной задачи используется программный продукт ANSYS, в котором реализован 2FSI-метод. Вычисления проводились на высокопроизводительном вычислительном комплексе ПНИПУ. Выполненные расчеты показали качественное и коли-чественное влияние газодинамического зазора на динамику ротора. Проведена серия 2FSI-расчетов по исследованию влияния геометрических, кинематических и газодинами-ческих параметров на динамическое состояние ротора. Выполнен спектральный анализ колебаний давления в газодинамическом зазоре и перемещений. Обработка полученных спектрограмм позволила построить графики зависимостей амплитуд и частот резонансных колебаний давления от начального давления в газодинамическом зазоре. Выявлено, что наибольшее влияние оказывает начальное давление в газодинамическом зазоре. Обнару-жена резонансная частота колебаний ротора и газа, соответствующая изменению про-странственного положения оси вала в 2FSI-постановке. Получены резонансные частоты системы «газ – конструкция» для моделей, отличающихся по массе и жесткости. Снижение модуля упругости конструкции привело к снижению максимальной амплитуды колебаний давления, в то время как снижение массы – к ее увеличению. Для базовой модели и моде-ли с меньшей жесткостью частота резонансных колебаний давления зависит от величины начального давления по закону, близкому к линейному, тогда как для модели с меньшей массой зависимость имеет выраженный нелинейный характер.

В работе представлена трёхмассная реологическая модель системы «грунт – основание виброплиты – рама виброплиты». Реологическая модель позволяет воспроизводить различные режимы взаимодействия основания виброплиты с грунтом: без отрыва от грунта и с различными видами отрыва от грунта. Верификация модели осуществлялась сравнением экспериментальных значений размаха вертикальных колебаний основания и рамы виброплиты Zitrek CNP 20 с рассчитанными значениями. В диапазоне изменения значений динамического модуля деформации грунта 13…30 МПа, расчетные значения размаха вертикальных колебаний основания и рамы виброплиты Zitrek CNP 20 в целом удовлетворительно коррелируют с экспериментальными данными. По реологи-ческой модели был проведен вычислительный эксперимент. В качестве независимых параметров вычислительного эксперимента были использованы: масса виброплиты (50; 150; 250; 350; 450; 550; 650; 750 кг), коэффициент упругого сопротивления грунта (30; 60; 90; 120 МН/м) и коэффициент вязкого сопротивления грунта (100; 200; 300 кН•с/м). Общее количество сочетаний параметров равнялось 96. На основании обработки результатов вычислительного эксперимента получены регрессионные зависимости для расчета максимального значения силы реакции грунта, времени нагружения грунта (увеличения значений силы реакции грунта) t1 и времени разгрузки грунта (уменьшения значений силы реакции грунта) t2. Результаты моделирования показывают, что в пределах одного цикла воздействия время нагружения грунта t1 меньше времени разгрузки грунта t2. На соотношение t1/t2 оказывает влияние масса виброплиты, а также значения коэффициентов упругого и вязкого сопротивления грунта. Данная особенность (t1/t2  1) характерна и для вибрационных катков, и для трамбующих машин, что подтверждается результатами соответствующих экспериментальных исследований. Полученные регрессионные зависимости максимальной силы реакции грунта, времени нагружения грунта и времени разгрузки грунта от массы виброплиты и значений коэффициентов упругого и вязкого сопротивления грунта имеют особое значение при расчете распределения напряжений и деформаций по глубине уплотняемого грунта и последующем расчете деформаций грунта на различных глубинах при его уплотнении виброплитой.

Проведён анализ мезоструктуры конструктивных элементов сетчатых авиационных конструкций – рёбер, состоящих из чередующихся слоёв равной толщины из однонаправленного углепластика и чистого матричного материала. В экспериментальных исследованиях были получены упругие характеристики однонаправленного углепластика при трехточечном изгибе и трансверсальном сжатии. В результате продольный модуль упругости слоистого композита оказался равным 101 ГПа, модуль сдвига 2,95 ГПа. Также было выполнено численное моделирование мезо- и микромеханики взаимодействия отмеченных слоёв при трансверсальном сжатии вплоть до разрушения. Использован программный комплекс конечно-элементного анализа ANSYS (явная и неявная формулировки). Рассмотрены регулярная и стохастическая укладка волокон в поперечном сечении при сжатии. Диаметры волокон в композитном элементе были измерены на шлифах с помощью цифрового микроскопа Zeiss Axio Observer D1m и равны 5,1 ± 0,8 мкм. Слои с объемной долей волокон, которая составила около 60 %, чередуются со слоями чистой эпоксидной смолы. В качестве микромеханического критерия разрушения при сжатии и растяжении предложено использовать лишь первое главное напряжение в матрице. На первом этапе расчетов была решена задача трансверсального сжатия ячейки с регулярной укладкой волокон (погрешность величины трансверсального модуля упругости составила менее 2 %). На втором этапе была проведена оценка прочности и накоплении микроповреждений при сжатии в модели слоистой структуры со стохастической укладкой волокон. Анализ напряженно-деформированного состояния слоистой мезоструктуры при сжатии позволил объяснить причину того, что слоистое ребро имеет в два раза меньшую трансверсальную прочность, чем однородный углепластик. Расчётные значения пределов прочности при трансверсальном сжа-тии слоистого ребра хорошо согласуются с экспериментальными.

В статье выполнена оценка несущей способности эндопротеза тазобедренного сустава, изготовленного из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), при анатомической нагрузке. УУКМ изготовлен на основе нити углеродной «Урал Н/400-22» и фенолоформальдегидного связующего новолачного типа СФ-010. Существенной слож¬ностью при моделировании эндопротеза является прогнозирование свойств УУКМ. Слож¬ность математического моделирования на основе механики композиционных материалов состоит в невозможности экспериментального определения механических характеристик пироуглеродной матрицы. Пироуглеродная матрица не существует в чистом виде отдельно от композиционного материала. Вычислены механические характеристики УУКМ, построены математические модели костной ткани и эндопротеза, учитывающие сложную составную структуру. Бедренная кость представлена сочетанием кортикальной и губчатой ткани. Бедренная кость в исследовании закреплялась по латеральному и медиальному мыщелкам бедренной кости. Данное закрепление соответствует пятну контакта мыщелка с латеральным и медиальным менисками. Подтверждена гипотеза о том, что наиболее слабым компонентом в УУКМ является пироуг-леродная матрица. Выявлены места наибольших значений нормальных и касательных на¬пря¬же¬ний. Места концентрации касательных напряжений совпадают с областями разрушения эндопротеза при испытании на сжатие, выявленные ранее визуально. Определены новые конструктивные и технологические требования к конструкции, которые будут способ¬ствовать увеличению надежности эндопротеза.

Представлены результаты эксперимента по исследованию вибрационного отклика крупномасштабной железобетонной модельной конструкции на импульсную ударную нагрузку. Нагрузка была приложена ко всем основным элементам конструкции (колоннам, ригелям и плитам перекрытий) и представляла собой однотипные удары по нормали к по-верхностям элементов. Вибрационный отклик регистрировался системой датчиков-акселерометров, распределенной по элементам конструкции и синхронизированной с акселерометром, установленным на ударнике. Результаты измерений виброграмм ускоре-ний сохранены в виде числовых массивов. Массив виброграмм, зарегистрированных всем комплексом датчиками в ответ на диагностические удары по основным конструктивным элементам, составил вибрационный портрет конструкции. В результате обработки этой информации получен массив данных о времени распространения вибрационного сигнала от каждого источника сигнала до каждого из датчиков системы регистрации (базовый мас-сив откликов). Полученные данные использованы для решения задачи о локации произвольного удара по конструкции. Для этого вибрационный отклик, зарегистрированный системой датчиков при произ-вольном ударе, сопоставлялся с базовым массивом откликов. Сопоставление производилось на основе вычисления коэффициентов парной корреляции. Полученное пространственное распреде-ление коэффициентов корреляции позволило идентифицировать позицию приложения ударной нагрузки, связав ее с элементом конструкции, которому соответствует максимальное значение коэффициента корреляции. Предложенный алгоритм продемонстрирован на примере, где в каче-стве неизвестной нагрузки выступил один из диагностических ударов, использованных при получе-нии базового вибропортрета. В численном эксперименте, выполненном с использованием предло-женного алгоритма, установлено, что точность определения места удара сопоставима с характер-ным шагом элементов модельной конструкции и продемонстрировано, как точность соотносится с количеством датчиков системы регистрации и их распределением по конструкции. Разработанный алгоритм идентификации места приложения ударной нагрузки может эффективно использоваться при разработке автоматизированных систем деформационно-го мониторинга.

Обеспечение прочности, надежности и безопасности конструкций требует изучения во-просов зарождения и развития зон неупругого деформирования, возникающих вследствие равновесного накопления повреждений. Одним из проявлений данного процесса является закритическое деформирование материала, характеризующееся снижением уровня напряжений при растущих деформациях. Представляется целесообразным применение основных положений теории закритического деформирования для проведения уточненно-го прочностного анализа и выявления дополнительных прочностных и деформационных резервов ответственных конструкций. Для этого, в частности, необходим расчет устойчи-вости процессов разупрочнения, связанный с влиянием жесткости нагружающих систем. С точки зрения иллюстрации основных теоретических положений механики закрити-ческого деформирования показательным является рассмотрение аналитических решений, построенных с учетом возникновения и развития зон разупрочнения. В работе получено аналитическое решение задачи кручения полого цилиндрического тела с учетом стадии разупрочнения материала и жесткости нагружающей системы. Рассмотрены двухзвенная и трехзвенная аппроксимации полной диаграммы деформирования материала. Приведены эпюры распределения касательных напряжений по сечению; отмечена реализация раз-личных сценариев развития зон неупругого деформирования. Построены диаграммы нагружения; для различных значений параметров материала и геометрии стержня опре-делены точка максимума и максимальное значение зависимости крутящего момента от угла закручивания. Определены прочностные и деформационные резервы конструкции, реализуемые при выполнении выявленных условий реализации полной диаграммы нагру-жения при кручении; отмечено влияние жесткости нагружающей системы. Сделан вывод о рациональности и необходимости учета стадии разупрочнения материала и жесткости нагружающих систем в расчетах конструкций.

Параметры микрорельефа поверхности являются первостепенными в задачах фрикционного взаимодействия деталей, течения жидкости и газа в каналах, обеспечения требуемых тепловых режимов и напряженно-деформированного состояния конструкции. Решение задачи обеспечения оптимального теплового режима значительной номенклатуры технических изделий зачастую становится определяющим при проектировании изделий, функционирующих в условиях протекания высокоинтенсивных тепловых потоков. Транзитные тепловые потоки, протекающие через изделие, а также тепловые потоки от собственных источников теплоты обязательно должны быть либо аккумулированы, либо отведены во внешнее пространство. При этом направления векторов тепловых потоков определяются конструктивными особенностями изделий, и в том числе через различные контактные соединения. Очевидно, что достоверное определение параметров контактного взаимодействия деталей изделия является основой для достоверного анализа напряженно-деформированного и теплового состояния широкого круга конструкций, функционирующих в условиях протекания высокоин-тенсивных тепловых потоков. Эксплуатационные характеристики контактирующих деталей конструкции напрямую определяются свойствами контакта сопряженных поверхностей. При решении многих задач теплового, механического и электрического контактного взаимодействия шероховатость поверхности является ключевым фактором. Процессы трения и изнашивания происходят именно на фактической площади контакта и зависят не только от свойств материала, но и от межконтактного давления на этой площади, поскольку величина фактического давления определяет разрушение поверхностных пленок и возникновение адгезионных связей в контакте. В представленной работе рассматривается изменение фактической площади контакта при циклическом нагружении контактных пар материалов на базе цифровых двойников контактирующих поверхностей в широком диапазоне сжимающих давлений.

Разработана математическая модель электромагнитотермоупругости для начально-напряженного трансверсально-изотропного композита c пьезоэлектрическими магнитострикционными фазами. Для решения связанной краевой задачи электромагнитотермоупругости использован метод функций Грина в рамках обобщенного сингулярного приближения статистической механики композитов с учетом начального напряженного состояния представительной области композита на микро- и макроуровнях. Получено решение задачи «эффективного модуля» для тензоров эффективных упругих, пьезомеханических, магнитострикционных свойств, диэлектрических и магнитных проницаемостей, температурных, пиро¬электри¬ческих, пиромагнитных коэффициентов и (появившимся лишь на макроуровне) электромагнитной и магнитоэлектрической связанностей квазипериодического композита с начальным электромагнитоупругим напряженным состоянием. Решение для искомых тензоров эффективных свойств квазипериодического композита представлено в виде аналитических формул – простых линейных разложений по решениям для тензоров эффективных свойств периодической структуры и статистической смеси, коэффициенты разложений – это коэффициент «периодичности» (корреляции квазипериодической и периодической структур) p и «разупорядоченности» 1-p соответственно. Представлены результаты расчета всех независимых компонент тензоров эффективных коэффициентов электромагнитной и магнитоэлектрической связанностей различных структур (периодической, квазипериодической и статистической смеси) однонаправленно-волокнистого композита «PZT-4/феррит» при осесимметричном тензоре начальной макродеформации композита. Для квазипериодического композита (с начальным макродеформированием) выявлен существенно немонотонный характер зависимостей относительных (к значениям в отсутствие начального напряженного состояния) значений эффективных коэффициентов электромагнитной и магнитоэлектрической связанностей от объемной доли ферритовых волокон. Выявлено, что увеличение абсолютных значений коэффициентов электромагнитной и магнитоэлектрической связанностей композита имеем при отрицательных значениях его начальных осесимметричных осевых макродеформаций. Наиболее существенное влияние оказывает начальная всесторонняя макродеформация в трансверсальной плос-кости на коэффициенты трансверсальной магнитоэлектрической связанности композита.