Кафедра "Математичне моделювання та інтелектуальні обчислення в інженерії"

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/1366

Офіційний сайт кафедри http://web.kpi.kharkov.ua/dpm

Від 2022 року кафедра має назву "Математичне моделювання та інтелектуальні обчислення в інженерії", первісна назва – "Динаміка та міцність машин".

Iсторія кафедри починається в 1930 році, коли в нашому університеті, що називався тоді Харківський механіко-машинобудівний інститут, була створена спеціальність "Динаміка і міцність машин".

Засновниками спеціальності були видатні вчені: академіки Йоффе Абрам Федорович, Обреїмов Іван Васильович, Синельников Кирило Дмитрович, професор Бабаков Іван Михайлович. В різні роки кафедрою завідували: член-корреспондент АН УРСР Майзель Вениамин Михайлович (1936-1941); академік АН УРСР Філіппов Анатолій Петрович (1948-1960), професор, доктор технічних наук, лауреат Державної премії України Богомолов Сергій Іванович (1960-1991); професор, доктор технічних наук, академік АН вищої школи України Львов Геннадій Іванович (1992-2020). Від 2020 року і по теперішній час завідувач кафедри – лауреат премії Президента України для молодих вчених за видатні досягнення, доцент, кандидат технічних наук Водка Олексій Олександрович.

Кафедра входить до складу Навчально-наукового інституту комп'ютерного моделювання, прикладної фізики та математики Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". Наукова школа з динаміки і міцності машин, створена в нашому університеті, широко відома у світі.

У складі науково-педагогічного колективу кафедри працюють; 2 доктора технічних наук, 7 кандидатів технічних наук, 1 доктор філософії; 2 співробітника мають звання професора, 5 – доцента.

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 9 з 9

Розробка програмного рішення прикладної задачі механіки на основі чисельних методів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Васильченко, Нікіта Андрійович; Шаповалова, Марія Ігорівна; Федоров, Віктор Олександрович; Овчаренко, Віталій Володимирович
У роботі розглядається питання важливості вибору матеріалів для виробництва інструментів у фрезерній справі та визначення їхньої придатності шляхом детального аналіз міцності та поведінки під час обробки матеріалів. Для покращення довговічності та оптимізації виробництва, пропонується використовувати математичні моделі та чисельні методи, зокрема метод найменших квадратів та метод вирішення систем лінійних алгебраїчних рівнянь (СЛАУ) за допомогою методу Гауса з вибором головного елементу. Ці методи застосовуються для апроксимації експериментальних даних та аналізу характеристик матеріалу, забезпечуючи точність в оцінці його властивостей. Досліджено ситуації встановлення функції, коли лише деякі значення відомі, а також спрощення обчислень відомих функцій. Робота включає програмне забезпечення для чисельного розрахунку та візуалізації різних типів задач, які успішно вирішуються за допомогою розглянутих методів. Програмний алгоритм для апроксимації даних передбачає збереження інформації у текстовому файлі, введення користувачем кількості змінних та обрання кількості та типу базисних функцій. Після введення користувачем параметрів програма формує систему рівнянь на основі обраних функцій, визначає коефіцієнти апроксимації та будує графік для об'єктивної оцінки результатів. Завдяки зручному інтерфейсу користувач може легко взаємодіяти з програмою, шляхом введення значень. Аналіз результатів здійснюється за допомогою графічного відображення, що спрощує робочий процес та полегшує сприйняття отриманих даних. Апроксимація функцій за допомогою чисельних методів може бути ефективно використана в різних сферах для вирішення прикладних задач механіки.
Розробка програмного забезпечення для моделювання та візуалізації мікроструктури матеріалу методом клітинних автоматів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Водка, Олексій Олександрович; Шаповалова, Марія Ігорівна; Розова, Людмила Вікторівна; Гріцкова, Валерія Іванівна; Корж, Анастасія Сергіївна; Мітясов, Нікіта Олександрович; Семененко, Олег Сергійович; Скринник, Катерина Юріївна; Чепела, Юлія Володимирівна
Мікроструктури, як організація та розташування матеріалів на мікроскопічному рівні, мають суттєвий вплив на властивості та поведінку матеріалів, тому відіграють важливу роль для багатьох наукових і технічних галузях. Важливість синтезу внутрішньої структури полягає в можливості аналізу та вивчення взаємодії між елементами матеріалу, а також визначення оптимальних параметрів для досягнення бажаних властивостей. Дослідження та відтворення мікроструктур сприяють розробці нових матеріалів з унікальними властивостями в різних галузях, включаючи електроніку, авіацію, медицину та енергетику. Одним із ключових напрямків розвитку технології є візуалізація мікроструктур, яка дозволяє перетворити складні дані про внутрішню будову на зрозумілі візуальні моделі, спрощуючи аналіз та інтерпретацію. У роботі описано інформаційну систему "MaterialViz", яка дозволяє детально вивчати структуру матеріалу. Вона включає зручний інструментарій для аналізу та дослідження структурних характеристик матеріалів, а також можливість тривимірної візуалізації даних, що покращує розуміння структури та взаємодії його елементів. Користувачам надається можливість збереження та завантаження результатів досліджень, що сприяє зручності роботи та співпраці з іншими дослідниками. Використання додатку можливе в різних галузях, включаючи матеріалознавство, металургію, енергетику, електроніку та біомедицину, допомагаючи дослідникам оптимізувати та розробляти нові матеріали з покращеними характеристиками. Загалом, комп'ютерний застосунок "MaterialViz", є потужним інструментом для аналізу та вивчення структури матеріалів, що допомагає здійснювати глибокий аналіз та отримувати цінні візуальні висновки. Розроблена інформаційна система, призначена для комп'ютерного моделювання мікроструктур матеріалу за допомогою ряду методів імовірнісних клітинних автоматів. Реалізовані чотири типи алгоритми росту кристалів, що вирішує поставлені завдання та відповідає всім вимогам.
Використання методів машинного навчання у задачах прогнозування механічної поведінки матеріалів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Бабуджан, Руслан Андрійович; Водка, Олексій Олександрович; Шаповалова, Марія Ігорівна
Визначення поверхні пластичності гетерогенного матеріалу на основі аналізу статистично еквівалентної мікроструктури
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Шаповалова, Марія Ігорівна; Водка, Олексій Олександрович
Визначення складу сталі, виходячи із даних мікроструктурного аналізу
(Інститут прикладних проблем механіки і математики імені Я. С. Підстригача НАН України, 2018) Шаповалова, Марія Ігорівна
In the course of the work, a neural network was created yields a conclusion about the chemical state of steel from the image of its microstructure.
Дворівневі математичні моделі визначення напруженого стану та ресурсу пластини з отвором
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Шаповалова, Марія Ігорівна; Водка, Олексій Олександрович
Сучасні тенденції розвитку машинобудування та інших галузей, пов’язаних з виробництвом матеріалів та конструкцій із заданим комплексом фізико-механічних та технологічних властивостей – спрямовані на зниження матеріалоємності, енерговитрат, підвищенню точності, надійності та конкурентоспроможності виготовленого продукту. Тому створення математичних методів оцінки напруженого стану елементів конструкції на основі аналізу пружних характеристик матеріалу з урахуванням особливостей його внутрішньої мікроструктури є актуальною задачею. Алгоритм, що розглядається, включає наступні етапи: ідентифікація параметрів міцності з використанням даних, отриманих із зображень мікроструктури матеріалу; вивчення напружено деформованого стану моделі на основі варіаційно-різницевого методу скінченних елементів; формування система лінійних алгебраїчних рівнянь для вирішення задачі аналізу пружних властивостей матеріалу використовуючи плоску задачу теорії пружності; побудова поверхні текучості матеріалу для серії випробувань спираючись на критерії міцності композиційних матеріалів, які враховують різний супротив матеріалу при розтягуючих та стискаючих навантаженнях. На основі розробленої математичної моделі проводиться оцінка НДС та поверхні текучості пластинки з отвором. Аналіз конструкції проводиться на макро та мікро рівні. Виникнення пластичних деформацій на мікрорівні може призвести до розвитку тріщин та структурних руйнувань на макрорівні. У результаті дослідження визначена ймовірність виникнення пластичної деформації у пластині, та встановлені критичні зони моделі, які потребують ретельного контролю. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні підходу для оцінки механічних властивостей матеріалу, таких як модуль пружності, зсуву, коефіцієнта Пуассона, та їх ймовірнісних характеристик відповідно до внутрішньої структури; а також у аналізі коефіцієнтів взаємного впливу другого роду – такий підхід сприяє розширенню знання про матеріал та дозволяє збільшити кількість корисної інформації отриманої шляхом його моделювання. Для оцінки ймовірності виникнення пластичних деформацій запропонований метод, що працює не у детермінованій постановці, а використовує весь набір ймовірнісних характеристик поверхні текучості.
Підхід керований даними для визначення поверхні текучості матеріалу на основі його мікроструктури
(ТОВ "Планета-Прінт", 2021) Шаповалова, Марія Ігорівна; Водка, Олексій Олександрович
Метод синтетичного моделювання структури високоміцного чавуну з подальшим аналізом властивостей матеріалу
(Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара, 2019) Шаповалова, Марія Ігорівна; Водка, Олексій Олександрович
In this work ductile iron with spherical graphite microstructure is estimate. The method of ductile iron structure synthesis according to the microstructure image is proposed. OpenCV image processing technology is used. Graphite inclusions found by contour search. Finite element model based on the information about the geometry of inclusions. The stress-strain state calculating with two-dimensional 8-node finite element of two degrees of freedom in the node. A system of linear algebraic equations of Elastic modulus, Poisson’s ratio and Shear modulus calculated. The obtained results correspond to the reference data. In the conclusion, the proposed method of ductile iron microstructure generation is correct and can be used for experiments and computer analysis.
Комп'ютерні методи побудови параметричних статистично еквівалентних моделей мікроструктури високоміцного чавуну для аналізу його пружних характеристик
(Видавничий дім "Гельветика", 2019) Шаповалова, Марія Ігорівна; Водка, Олексій Олександрович
Аналіз мікроструктури матеріалу є однією з важливих частин контролю якості виготовленої продукції. Дослідження мікроструктури дає змогу отримати інформацію про стан матеріалу з оцінкою зображення його структури і не потребує додаткового обладнання для проведення випробувань і створення зразка. В роботі проводиться аналіз чавуну з включеннями сфероїдального графіту. Цей матеріал знайшов широке застосування у машинобудуванні. Використання високоміцного чавуну під час виробництва відповідальних вузлів: осей підвіски, шатунів, зубчастих коліс, розподільних валів, елементів гальмування – сприяє зниженню енерговитрат і здешевленню кінцевого продукту. У роботі пропонуються комп'ютерні методи побудови параметричних статистично еквівалентних моделей мікроструктури чавуну з включенням графіту сфероїдальної форми. Аналізуються металографічні зображення матеріалу засобами бібліотеки комп'ютерного бачення OpenCV. Виявляються контури, що охоплюють графітові включення у фериті. Робиться припущення, що графіт має форму кола. Проводиться апроксимація показників дисперсії та математичного очікування радіусів для знаходження залежності розмірів включень від їхньої концентрації. Ця залежність дає змогу реалізувати генерацію статистично еквівалентної штучної мікроструктури чавуну. Для знаходження пружних характеристик матеріалу будується скінчено елементна модель. Для проведення обчислень вважається, що ферит – це ізотропний матеріал, а графіт – має гексагональну структуру кристалічної решітки. Напружений стан розглядається на основі плоских моделей. Проводиться 200 чисельних експериментів для 17-ти значень різноманітних концентрацій включень. Отримані результати для пружних констант статистично усереднені, та встановлюються залежності коефіцієнта Пуассона, модуля пружності та зсуву від концентрації включень. Для оцінки достовірності отримані значення порівнюються з даними, отриманими за допомогою правила суміші. Результати застосування правила підтверджують коректність побудованих моделей. Однак верхня межа довірчого інтервалу перевищує верхню оцінку модуля пружності. Це пояснюється складністю реальних властивостей графіту, та не можливістю врахування орієнтації головних осей кристалів графіту, відповідно до правила суміші. Тому порівняння відбувається лише за середніми значеннями.