Забезпечення міцності тонкостінних конструкцій із підвищеними технічними характеристиками
Вантажиться...
Дата
2019
Автори
ORCID
DOI
Науковий ступінь
кандидат технічних наук
Рівень дисертації
кандидатська дисертація
Шифр та назва спеціальності
05.02.09 – динаміка та міцність машин
Рада захисту
Спеціалізована вчена рада Д 64.050.10
Установа захисту
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Науковий керівник
Ткачук Микола Анатолійович
Члени комітету
Львов Геннадій Іванович
Морачковський Олег Костянтинович
Ларін Олексій Олександрович
Морачковський Олег Костянтинович
Ларін Олексій Олександрович
Видавець
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.02.09 "Динаміка та міцність машин" (13 – Механічна інженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2019. Потреби сучасної промисловості, транспорту і сфери послуг у інноваційних виробах із підвищеними техніко-економічними характеристиками останнім часом різко зростають. При цьому велику частку серед такої продукції займають тонкостінні машинобудівні конструкції, у яких раціонально поєднуються масові і характеристики міцності. У той же час на багато виробів (літаки, судна, рухомий склад залізниць, крани, перевантажувачі, ємності високого тиску, апарати хімічної промисловості, устаткування агропромислового комплексу) поширюються суворі офіційні правила і норми, спрямовані, у першу чергу, на забезпечення безпеки експлуатації. Відповідно, при проектних дослідженнях використовуються усталені методики розрахунку, а також традиційні технічні рішення. Незважаючи на тиск сталої практики, що схиляється до створення виробів у вигляді «клонів» давно створених аналогів, діє також протилежна тенденція. Вона породжується загальним прагненням до прогресу, навіть у консервативних областях діяльності, а також економічними міркуваннями. Більш того, багато споживачів інноваційних виробів установлюють свої додаткові вимоги до продукції, що спрямовані на продовження терміну служби конструкцій, підвищення їхньої продуктивності, інтенсивності експлуатаційних режимів або навантажувальної здатності. У цих обставинах, окрім нормативних обмежень, з’являються додаткові, що ускладнює виконання вимог до проектованих конструкцій. Таким чином, виникла і посилюється у своїй актуальності та важливості науково-практична задача розробки методів забезпечення міцності інноваційних тонкостінних машинобудівних конструкцій при дії комплексу експлуатаційних навантажень. Її постановка, розв’язання та впровадження у практику проектних досліджень склала мету, зміст і напрями дисертаційних досліджень. У дисертаційній роботі розв’язана науково-технічна задача, яка полягає в удосконалення методів і моделей для проектного забезпечення міцності тонкостінних машинобудівних конструкцій при дії комплексу експлуатаційних навантажень. У роботі для аналізу напружено-деформованого стану тонкостінних машинобудівних конструкцій застосовуються співвідношення теорії пружності і методу скінченних елементів. Формування геометричної форми досліджуваних конструкцій здійснювалося методами твердотільного і поверхневого моделювання. Для варіативної зміни структури і розмірів досліджуваних об’єктів адаптовано і розвинено метод узагальненого параметричного моделювання стосовно інноваційних тонкостінних машинобудівних конструкцій. Експериментальні дослідження здійснювалися методами тензометрії та акселерометрії. У ході виконання дисертаційного дослідження отримано наступні наукові результати: 1) проведено аналіз умов експлуатації, нормативних вимог, а також методів розрахунку тонкостінних машинобудівних конструкцій з урахуванням обмежень на міцність, і на цій основі визначені напрями дисертаційних досліджень; 2) удосконалено методи і моделі для обґрунтування проектних параметрів інноваційних тонкостінних машинобудівних конструкцій за критеріями міцності при дії комплексу експлуатаційних навантажень із урахуванням нормативних обмежень; 3) здійснено розв’язання низки прикладних задач проектного обґрунтування технічних рішень для тонкостінних машинобудівних конструкцій за критеріями міцності та довговічності; 4) здійснено розрахунково-експериментальні дослідження напружено- деформованого стану інноваційних тонкостінних машинобудівних конструкцій, які спроектовано на основі рекомендацій із застосуванням результатів дисертаційних досліджень;
5) впроваджено результати досліджень у виробництво.
Тhesis for candidate of technical science degree (Philosophy Doctor) in speciality 05.02.09 – Dynamics and Strength of Machines (13 – mechanical engineering). – National Тechnical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkiv, 2019. The needs of modern industry, transport and services in innovative products with increased technical and economic characteristics have recently been increasing dramatically. Large proportion of such products are thin-walled engineering structures, which rationally combine mass and strength characteristics. At the same time, strict rules and regulations are applied to many products (aircraft, ships, rolling stock, cranes, reloaders, high-pressure vessels, chemical industry equipment, agricultural equipment) for ensure the operation safety. Accordingly, design studies use established computational methods, as well as traditional technical solutions. In spite of pressure of established practice, which tends to create products as "clones" of long-created analogues, opposite trend also applies. It is generated by general aspiration for progress, even in conservative areas of activity, as well as economic considerations. Moreover, many consumers of innovative products set their additional requirements for products aimed at extending service life of structures, increasing their productivity, intensity of operating modes or load capacity. In these circumstances, in addition to regulatory restrictions, there are additional ones, which complicates the requirements fulfillment for projected designs. Thus, the scientific and practical task of developing methods for strength ensuring of innovative thin-walled engineering structures under action of operating loads complex has appeared and is intensified in its urgency and importance. Its formulation, solution and implementation to design studies practice is goal, content and directions of dissertation research. In the dissertation work the scientific and technical problem is solved, which consists in methods and models improvement for strength ensurance of thin-walled engineering structures under action of operational loads complex. In the work for stress-strain state analysis of thin-walled engineering structures the theory of elasticity ratios and the finite element method are used. Geometric shape formation of investigated structures was carried out by methods of solid state and surface modeling. For structure and size variation of studied objects, the method of generalized parametric modeling for innovative thin-walled engineering structures is adapted and developed. Experimental studies were carried out using strain gauge and accelerometer methods. In course of dissertation research the following scientific results were obtained: 1) an analysis of operating conditions, regulatory requirements, as well as analysis methods of thin-walled engineering structures taking into account the constrains on durability, and on this basis, the dissertation research directions were determined; 2) methods and models for design parameters justification of innovative thin-walled engineering structures according to strength criteria under action of operational loads complex, taking into account regulatory constraints are improved; 3) solution of a number of applied tasks of technical solutions substantiation for the thin-walled engineering structures according to strength and durability criteria; 4) computational and experimental studies of stress-strain state of innovative thin-walled engineering structures that are designed on the basis of recommendations with application of dissertation research results; 5) research results are introduced into production.
Тhesis for candidate of technical science degree (Philosophy Doctor) in speciality 05.02.09 – Dynamics and Strength of Machines (13 – mechanical engineering). – National Тechnical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkiv, 2019. The needs of modern industry, transport and services in innovative products with increased technical and economic characteristics have recently been increasing dramatically. Large proportion of such products are thin-walled engineering structures, which rationally combine mass and strength characteristics. At the same time, strict rules and regulations are applied to many products (aircraft, ships, rolling stock, cranes, reloaders, high-pressure vessels, chemical industry equipment, agricultural equipment) for ensure the operation safety. Accordingly, design studies use established computational methods, as well as traditional technical solutions. In spite of pressure of established practice, which tends to create products as "clones" of long-created analogues, opposite trend also applies. It is generated by general aspiration for progress, even in conservative areas of activity, as well as economic considerations. Moreover, many consumers of innovative products set their additional requirements for products aimed at extending service life of structures, increasing their productivity, intensity of operating modes or load capacity. In these circumstances, in addition to regulatory restrictions, there are additional ones, which complicates the requirements fulfillment for projected designs. Thus, the scientific and practical task of developing methods for strength ensuring of innovative thin-walled engineering structures under action of operating loads complex has appeared and is intensified in its urgency and importance. Its formulation, solution and implementation to design studies practice is goal, content and directions of dissertation research. In the dissertation work the scientific and technical problem is solved, which consists in methods and models improvement for strength ensurance of thin-walled engineering structures under action of operational loads complex. In the work for stress-strain state analysis of thin-walled engineering structures the theory of elasticity ratios and the finite element method are used. Geometric shape formation of investigated structures was carried out by methods of solid state and surface modeling. For structure and size variation of studied objects, the method of generalized parametric modeling for innovative thin-walled engineering structures is adapted and developed. Experimental studies were carried out using strain gauge and accelerometer methods. In course of dissertation research the following scientific results were obtained: 1) an analysis of operating conditions, regulatory requirements, as well as analysis methods of thin-walled engineering structures taking into account the constrains on durability, and on this basis, the dissertation research directions were determined; 2) methods and models for design parameters justification of innovative thin-walled engineering structures according to strength criteria under action of operational loads complex, taking into account regulatory constraints are improved; 3) solution of a number of applied tasks of technical solutions substantiation for the thin-walled engineering structures according to strength and durability criteria; 4) computational and experimental studies of stress-strain state of innovative thin-walled engineering structures that are designed on the basis of recommendations with application of dissertation research results; 5) research results are introduced into production.
Опис
Ключові слова
дисертація, міцність машин, стан напружено-деформований, тонкостінна машинобудівна конструкція, модель параметрична, метод скінченних елементів, рішення проектно-технологічне, вагон-цистерна, вагон-платформа, кран-перевантажувач, strength of machines, stress-strain state, thin-walled engineering structure, parametric model, finite element method, design solution, technological solution, tank wagon, platform wagon, loading crane
Бібліографічний опис
Шейченко Р. І. Забезпечення міцності тонкостінних конструкцій із підвищеними технічними характеристиками [Електронний ресурс] : дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.02.09 : галузь знань 13 / Роман Ігорович Шейченко ; [наук. керівник Ткачук М. А.] ; Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т". – Харків, 2019. – 286 с. – Бібліогр.: с. 189-217. – укр.