Федеральное Агентство
Научных Организаций

Российская Академия Наук

Отделение энергетики, машиностроения
механики и процессов управления

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт машиноведения
им. А.А. Благонравова
Российской академии наук

  • русский
  • english

Теория виброударных систем в настоящее время стала равноправным разделом теории нелинейных колебаний и волн. Важной особенностью теории виброударных систем оказывается её реальная востребованность при проведении инженерного анализа сложных машиностроительных конструкций, а также научно обоснованного проектирования многих типов машин, механизмов и аппаратуры. При этом приходится отказываться от предположений о малом числе степеней свободы систем и простых видов ограничителей хода, с которыми соударяются элементы изучаемых конструкций.

Наконец, при построении моделей реальных конструкций, имеющих зазоры, и работающих в широком диапазоне частот приходится отказываться от классических представлений об ударе, вводя в рассмотрение распределенные ударные элементы и протяженные ограничители с нетривиальной топологией. Разработанные подходы дают возможность получить более реалистические результаты и позволяют построить адекватное описание виброударных процессов в сильно нелинейных системах сложной физической и топологической структуры и решить содержательные инженерные задачи. С помощью новых представлений рассмотрены вопросы образования нелинейных плоских и пространственных волн, распространяющихся в объектах сложной структуры, оснащенных ограничителями хода различного типа. Проведен учет наследственных свойств материала анализируемых конструкций. Построена теория многомерных механических фильтров и рассмотрены процессы фильтрации резонансных виброударных процессов.
Обнаруженные в результате теоретических исследований сильно нелинейные волновые эффекты в дискретных и распределенных виброударных системах получили экспериментальное подтверждение на специально созданных стендах.
В частности для систем со многими дискретными ударными парами был обнаружен эффект синхронизации ударов многих тел на резонансных режимах, возбуждаемых в определенных  частотных диапазонах.

Дальнейшим расширением теории явились описания постановок и разработка методов решения достаточно общих задач, моделирующих динамику машинных агрегатов и конструкций при помощи так называемых одномерных моделей сильно нелинейных сплошных сред сложной структуры. Рассмотрены также и  2D -аналоги таких сред. Введены понятия и модели, необходимые при рассмотрении конкретных конструкций. При этом развита теория сильно нелинейных виброводов, модели которых содержат несущий элемент и присоединенное оборудование. Показано, что использование моделей данного типа дает возможность аналитически описать сложные машинные конструкции и обнаружить  ранее не описанные сильно нелинейные эффекты. Проведено моделирование и разработка методов анализа конструкций, содержащих 2D (и высокоразмерные) виброударные системы простой и сложной структуры, генерирующие резонансные виброударные процессы в дискретных или гибридных системах простой и сложной структуры. Построена теория многомерных механических фильтров и рассмотрены процессы фильтрации резонансных виброударных процессов. Дано достаточно полное описание широкополосных многомерных случайных виброударных процессов, описаны динамические эффекты, проявляющиеся во всех моделях подобных систем. Получены новые результаты математической теории виброударных систем, основанной на принципах частотно-временного анализа и современных положениях нелинейной механики. 

   

Модели 2D виброударной системы и многомерной виброударной системы с 2D механическими фильтрами низших частот решетчатого типа.
 

      Получены результаты, позволяющие строить эффективные расчетные схемы виброударных  систем при отказе от ньютоновской концепции удара. 

Стенд «Аллигатор» для исследования виброударных процессов
в системах со многими ударными парами

В виброударных системах с распределенными ударными элементами обнаружено явление образования трапециевидных стоячих волн при наличии как протяженных, так и точечных ограничителей. На фотографии показаны полученные в стробоскопическом освещении конфигурации такой волны при колебаниях струны, соударяющейся с точечным и тавровым ограничителями. 

 

Установка для изучения динамики распределенных ударных элементов
 

 

 

Профили стоячих волн в струне,
соударяющейся с точечным и тавровым ограничителями 

Вибрационные процессы, возникая как паразитные явления, часто становятся основной причиной аварий и выхода машин и аппаратуры из строя.
Один из знаменательных примеров – трубный теплообменный аппарат энергетического оборудования, в котором могут происходить соударения тонкостенных трубок, находящихся в потоке теплоносителя. Трубки могут соударяться с элементами промежуточных опор, стенками корпуса и экранами, предусмотренными конструкцией аппарата. Разработана методика, позволяющая разместить конструктивные элементы теплообменного аппарата так, чтобы свести интенсивность паразитного виброударного процесса к минимуму. 
 
Схема расчета трубки теплообменного аппарата,
соударяющейся с промежуточными опорами.