Основные научные результаты

Министерство науки и
  высшего образования
Российской Федерации

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 » Виброакустика машин » Основные научные результаты
Наиболее важные научные результаты
отдела «ВАМ» в 2019 - 2020 г.г.

 1 Разработан численно-аналитический метод расчета вынужденных колебаний, возбуждаемых дискретными вынуждающими силами, оболочечной конструкции, погруженной в жидкость. Разработаны алгоритмы и компьютерные программы. Установлено существенное влияние жидкости на АЧХ резонансных колебаний цилиндрических оболочек.  
            Получены расчетные зависимости для определения отраженных высокочастотных сигналов от цилиндрических, сферических и конических поверхностей. Эти зависимости позволяют произвести оценку величины отраженного высокочастотного сигнала от моделей корпусов морских подвижных объектов достаточно сложной формы в зависимости от угла падения зондирующего сигнала, суммарной величины отражающей поверхности, а также при необходимости учитывать заданные величины поглощения покрытием. 
2. Разработан метод обнаружения скрытых дефектов узлов роторных машин применительно к обнаружению повреждений узлов турбогенератора по результатам анализа функций авторегрессии и взаимной регрессии вибрационных процессов.
            Разработана методика вибродиагностики валов мощных турбоагрегатов, основанная на выявленной связи между усталостными трещинами валов и собственными частотами их крутильных колебаний. Мониторинг крутильных колебаний валов, осуществленный методом временных интервалов, позволил обнаружить трещины усталости площадью (2?5)% площади сечения вала. Разработанная система мониторинга является прототипом штатной системы контроля и диагностики, предназначенной для раннего предупреждения и предотвращения аварий и катастроф турбоагрегатов АЭС и ТЭС, вызванных усталостным повреждением валов.   
3. Разработан аналитический метод определения изгибных напряжений и деформаций в упругих элементах многопарных зацеплений зубчатых редукторов. Предложен метод аналитического определения функции Грина для интегрального преобразования изгибной деформации зуба зубчатого колеса. Решена задача об изгибе балки конечной длины на упругом основании под действием сосредоточенной силы, приложенной в произвольной точке.             Показано, что экспериментальные данные изменения величин прогибов по длине консольной пластины находятся в удовлетворительном соответствии с расчетными результатами прогибов балки конечной длины на упругом основании, что является косвенным доказательством достоверности дискретно- континуальной модели зуба. 
            Получено аналитическое решение задачи об определении жесткости роликового подшипника и максимальной нагрузки на ролик, а также количество воспринимающих нагрузку роликов для двух основных схем нагружения с учетом радиального зазора. 
4. Разработаны программные модули для расчетов статической прочности механических систем на базе метода конечных элементов. Разработанные модули позволяют собрать вычисляемые ими матрицы элементов в глобальную матрицу конструкции с помощью написанного ранее программного обеспечения и, с помощью так же написанных ранее программ решения систем линейных алгебраических уравнений, рассчитать напряженно – деформированное состояние конструкции. Полученные матрицы можно в дальнейшем использовать для расчета собственных частот и форм колебаний конструкции. Тестирование разработанного программного обеспечение предполагается провести путем сравнения получаемых результатов с решением в программном комплексе ANSYS.   
5. Разработана компьютерная реализация вычислительного алгоритма, на основе которой определено влияние особенностей образующей ролика на распределение полей давления и толщины смазочной плёнки в зоне контакта. 
 
 
Отдел виброакустики машин совместно с многими проектантами и изготовителями принимал активное участие в создании отечественного атомного подводного флота и внёс значительный вклад в обеспечение малошумности атомных подводных лодок. Созданный в начале 60-х годов отдел был привлечён постановлением Правительства к созданию малошумных главных турбо-зубчатых агрегатов (ГТЗА). В ИМАШ был построен испытательный корпус с натурным судовым редуктором, акустической камерой, новейшей виброакустической аппаратурой и датчиками.
 
Институт проводил измерения вибраций всех головных и многих серийных планетарных редукторов ГТЗА во время их сдаточных испытаний на стендах Ленинградского Кировского (ЛКЗ) и Калужского турбинного (КТЗ) заводов. Отлаженные в ИМАШ методы измерения вибраций и обработки сигналов легли в основу работы Акустических служб, созданных на: ЛКЗ, КТЗ, Северном машиностроительном предприятии и Южно-турбинном заводе (г. Николаев, Украина).
Большую помощь Институту оказывал Совет по «Гидрофизике», который возглавлял президент Академии наук академик А.П. Александров. 
«Испытание малошумных ГТЗА»
 
В отделе проводятся исследования в областях управления гидроакустическими полями, разработки информационных систем по оценке акустического качества объектов, управления скрытным движением морских подвижных объектов (МПО). Разработаны научные основы создания информационных систем оценки скрытности МПО по первичным гидроакустическим полям, предусматривающие комплексное решение задач скрытности на основе: теории колебаний, теории информации, теории вероятности, теории обнаружения, гидроакустики, теории корабля, океанологии, тактики использования подводных сил.
 
 

На базе комплекса компьютерных программ создана Экспертная система оценки акустической скрытности, позволяющая прогнозировать оценку скрытности МПО в акваториях Норвежского, Баренцева и Белого морей. Данная система используется в Военно-Морском Инженерном Институте (г. Санкт-Петербург) и на Северном Флоте. 


«Схема системы сетецентрического обнаружения объекта по вторичному полю»
 
Разработаны теоретические основы гашения отражённого сигнала (вторичное поле). Идея гашения заключается в измерении зондирующего сигнала и создании противофазного сигнала. Разработаны подходы к решению основной проблемы, заключающейся в разработке и создании «интеллектуального покрытия», включающего датчики измерения вибрации и звукового давления, микровибраторы и излучатели, которые должны быть объединены в общую электронную систему средств измерения и гашения, управляемую суперкомпьютером.

В отделе проведён ряд смежных исследований:
• Создан численный метод расчёта параметров упругой гидродинамической смазки в узлах трения (подшипники качения, зубчатые передачи).
• Проведено расчётное исследование динамических характеристик планетарного редуктора ГТЗА.
• Разработана методика расчёта дифляции частотных спектров обратных и нормальных волн.
• Разработан аналитический метод расчёта жёсткостных параметров в системах с многопарными контактирующими элементами.
 
Важным научным направлением исследований отдела является разработка новых методов неразрушающего контроля технического состояния машинного оборудования в процессе эксплуатации по виброакустическим характеристикам.

Ключевыми достижениями в данной области являются:
• Разработан новый метод дискриминантного анализа вибраций, обладающий высокой чувствительностью к развитию деградационных процессов в узлах машинного оборудования, превышающий чувствительность спектрального метода в сотни раз.
• На основе многомерного дискриминантного анализа вибраций разработан метод локализации источников повышенной изменчивости амплитуды вибрации в заданном диапазоне частот, вызванной возникновением и развитием эксплуатационных повреждений. В отличие от метода локализации источников повышенной виброактивности предложенный метод предназначен для выделения малых приращений амплитуды вибраций при развитии деградационных процессов в машине на фоне больших помех от собственной вибрации машины.
• Разработан принципиально новый метод вибромониторинга технического состояния машинного оборудования с использованием результатов дискриминантного анализа вибраций, обеспечивающий обнаружение зарождающихся дефектов и оперативную диагностику неисправностей оборудования.
• Разработан программный комплекс многомерного дискриминантного анализа вибросигналов в обеспечение процедур вибромониторинга, обнаружения эксплуатационных повреждений и локализации источников повышенной виброреактивности машинного оборудования.
• Проведена апробация нового подхода к вибромониторингу технического состояния газотурбинных установок (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций на базе газотурбинных двигателей авиационного и судового типов.
Проведено моделирование использования новой технологии вибромониторинга на ГТУ на базе двухвального авиационного двигателя ПС-90.
«Схема установки вибродатчиков на корпусных конструкциях ГТУ с двигателем авиационного типа ПС-90»

На основе всестороннего анализа современного состояния норм прочности и расчётно-экспериментальных исследований в области живучести самолётных конструкций, с целью повышения безопасности эксплуатации гражданских самолетов:
- получены закономерности роста трещин при нерегулярных спектрах напряжений (типовых самолётных) и поправочные коэффициенты для учёта влияния различных факторов на коэффициент интенсивности напряжений в продольных стыках обшивки фюзеляжа при многоочаговых трещинах;
- разработан новый метод расчёта остаточной прочности подкреплённых конструкций с использованием R-кривых;
- разработана методика выявления деградации свойств материалов в процессе длительной эксплуатации и оценки влияния величины двухосности напряжений на поворот трещины;
- разработана теория формообразования профильных сечений лопаток, позволяющая устранить спонтанную неустойчивость течения в проточных частях турбомашин за выходными кромками лопаток, что позволяет снизить сопротивление профилей, усталостные напряжения в лопатках и взаимное влияние лопаточных венцов;
- разработана технология сменной комплектации пакетов лопаточных венцов турбоустановок с сохранением присоединительных узлов. Теория применима к формированию облика проточных частей и лопаточных систем центробежных компрессоров и насосов.
Область применения: энергетика, аваиадвигателестроение, металлургия, машиностроение.
«Газотурбинный двигатель ДУ-80,
на котором отработана методика
расчёта прочности конструкций»