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
imash.ru » Научные отделы ИМАШ » Вибрационная биомеханика » Основные научные результаты и достижения

В рамках направления разработки научных основ создания и применения вибрационных и волновых методов и средств в биомеханике, биотехнологиях, биоинформатике и биоинженерии получены научные результаты:

  • Созданы новые подходы, методы и компьютеризированные средства, включая комплекс волоконно-оптических датчиков пульсовой волны, для диагностики сердечно-сосудистой и других биомеханических систем организма.
  • Разработаны новые подходы в физиотерапии на основе гидроволновых стимуляторов.
  • Раскрыт ряд патентов живой материи в области биоинформатики и генетической биомеханики для использования в инженерной медицине и системах управления техническими и биотехническими объектами, в том числе робототехническими системами c искусственным интеллектом.
  • Разработан ряд научных основ создания и применения вибрационных и волновых методов и средств в биомеханике, биотехнологиях, биоинформатике и биоинженерии.
  • Предложены новые инженерно-медицинские решения в сфере реабилитации, протезирования и создания интегрированных средств программно-аппаратной поддержки автоматизированных диагностических и хирургических операций.
  • На основе метода акустической спирометрии создана методика экспресс-анализа ранних признаков профзаболеваний пылевой этиологии у шахтеров-угольщиков, а также разработаны аналитические методы и прикладные программы экспресс-анализа функции дыхания для мониторинга и управления рисками этих профзаболеваний.
  • Совместно со специалистами по медицине разработаны: научно-методические основы управления профессиональными рисками с учетом специфики формирования нарушений здоровья операторов систем человек-машина-среда; программы для оценки и прогнозирования вредного влияния физических факторов (шума, локальной и общей вибрации); принципы управления, логика и архитектура построения прогностических моделей нарушений здоровья при действии вредных условий труда.
  • Методами нейросетевого моделирования выявлена специфика динамики нарушений слуха от импульсных шумов в сравнении с постоянными шумами для работников шумных профессий.
  • Для задач протезирования разработаны методики и оптимальные режимы электропластического деформирования и импульсных воздействий лазерными ударными волнами на титановые сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ) с целью многократного повышения прочностных и функциональных характеристик титановых протезов.
  • Разработана методика существенного улучшения биосовместимости титановых протезов за счет измельчения структуры титановых сплавов до наноуровня. 

Основные научные результаты и достижения в области вибрационной механики:

  • Разработаны подходы декомпозиции для анализа вибраций структурно-неоднородных конструкций и изделий машиностроения, что позволяет определять характер динамического взаимодействия между составляющими подсистемами, строить частотную иерархию минимальных математических моделей, выявлять в исходной системе главные переменные, определяющие ее вибрационное состояние.
  • Определены параметры, обеспечивающие минимальный уровень вибрации ротора ТНА с плавающими уплотнительными кольцами; выявлены условия перехода ротора ТНА через критическую скорость и описан эффект «исчезновения» критической скорости вращающихся роторов с плавающими уплотнительными кольцами за счет особенностей гидродинамического взаимодействия с уплотняющими элементами и рабочей средой.
  • Предложен способ анализа устойчивости движения роторных систем при воздействии неконсервативных сил, на основе вейвлет-преобразований вибрационных сигналов.
  • Разработана методика программируемой сборки многодисковых роторов с остаточными дисбалансами рабочих колес, что позволяет снизить уровни вибрации ротора более, чем в два раза.
  • Разработаны и численно проанализированы модели технологического процесса вибрационного сверления, позволяющие обоснованно устанавливать схемы и режимы сверления глубоких отверстий; предложены схемы возбуждения колебания режущей кромки сверла для глубокого сверления труднообрабатываемых материалов.
  • Разработана обобщенная математическая модель нелинейной динамической системы с автопараметрическим гасителем колебаний. Выявлены особенности поведения таких систем, в частности, жесткий характер возбуждения маятника в зоне автопараметрического резонанса, а также, что
  • Разработаны конструкции и расчетные модели пространственной упругой подвески приборов, содержащих электромеханические элементы, обеспечивающие сохранение их функциональных качеств при внешних вибрациях.
  • Создан ряд пространственных (3D) компьютерных моделей для создания мультирезонансных гасителей колебаний на комплексе ABAQUS.
  • Для гашения гидроакустических и акустических полей разработана математическая модель процесса гашения шума в волноводе, исследовано влияние геометрии резонаторов и параметров среды в резонаторах на процесс гашения.
  • Разработана спектральная технология количественной оценки переходных процессов энергетически значимых параметров авиационных турбокомпрессоров, определяющих возникновение и развитие нелинейного резонанса и флаттера рабочих лопаток ротора, включая параметры демпфирования мод колебаний.
  • Установлено явление бифуркации, предшествующее возникновению флаттера лопаток ротора турбокомпрессора авиационных двигателей. Определены условия стабилизации амплитуды флаттера, связанные с параметрами демпфирования неустойчивых мод колебаний давления потока. Исследованы особенности связей собственных свойств матричного уравнения движения механических систем от изменения конструкционного и вязкого демпфирования.
  • Создан виброиспытательный стенд для исследования динамических свойств новых композиционных материалов эластомеров. Определены условия изменения резонансных и демпфирующих свойств данных образцов материалов.Проведено экспериментальное исследование настройки параметров гидроопор и пневмоопор.
  • На основе компьютерного моделирования проведен анализ движителей нового поколения миниатюрных мобильных роботов, использующих вязкость окружающей среды, в том числе на основе гибкого тора. Проведен анализ функциональных возможностей додекапода и его использования в пространственных параллельных роботах. Разработана анимационная 3D-модель самоперемещения додекапода внутри трубы.
  • Разработаны методики оценки поведения ударной волны в каналах переменного сечения; теоретически обоснована возможность снижения начальной энергии инициирования устойчивой ударной волны в каналах переменного сечения с 2,5 Дж до 0,5 Дж. Экспериментально показана возможность разработки малогабаритных инициирующих модулей для твердотопливных генераторов ударных волн различного целевого назначения.Уточнена методика, и проведены дополнительные эксперименты по исследованию устойчивости развития детонационной волны в канале переменного сечения. Проведена серия экспериментов по определению параметров безотказного срабатывания инициирующих мостиков для детонаторов.

Основные результаты по направлениям исследования транспортной маршрутизации:

  • Поставлена задача о выборе маршрута автотранспортного средства на улично-дорожной сети между пунктом отбытия и пунктом назначения, обеспечивающего минимальное время движения в соответствии с трендом загруженности дорожной сети при заданном времени отправления.
  • Рассчитаны локальные и целостные характеристики транспортных маршрутов.
  • Выполнены вычислительные эксперименты по статистической оценке необходимого вычислительного ресурса для реализации предложенных методов и алгоритмов при решении задач маршрутизации большой размерности.
  • Разработанные методы и алгоритмы маршрутизации могут быть использованы при моделировании транспортного спроса с учетом интересов индивидуальных и корпоративных владельцев транспортных средств, а также в качестве основы для создания интеллектуальной системы маршрутизации для обслуживания данного сегмента пользователей дорожной сетью мегаполиса.