Міцність складених та композиційних елементів роторів з урахуванням взаємопов’язаності динамічних процесів

Abstract

Мартиненко В.Г. Міцність складених та композиційних елементів роторів з урахуванням взаємопов’язаності динамічних процесів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальностями 05.02.09 – динаміка та міцність машин (13 – механічна інженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Міністерство освіти і науки України, Харків, 2025. На основі критичного аналізу сучасних наукових джерел інформації, вивчення досвіду науково-дослідних та науково-виробничих робіт підприємств машинобудівної промисловості, а також виходячи з ідентифікованих за їх допомогою невирішених науково-прикладних проблем, у дисертаційній роботі ставиться завдання з розробки нового комплексного підходу до визначення статичної та динамічної міцності складних та композиційних елементів роторів через моделювання їхньої стаціонарної та нестаціонарної поведінки, яке враховує взаємопов’язаність динамічних процесів, що відбуваються в таких елементах з одного боку та в пружно-демпферних підшипникових опорах валу з іншого боку, які об’єднані між собою пружним ротором через належним чином відтворені з’єднання між його конструктивними частинами. Актуальність теми дослідження полягає у тому, що турбомашини, які містять ротори, встановлені в контактних та безконтактних підшипникових опорах, є ключовими елементами роботи будь-якого промислового підприємства з генерації та перетворення енергії або видобутку та транспортування корисних речовин та копалин, а також транспортних/бойових машин цивільного, воєнного та аерокосмічного призначення, зокрема автомобілях з двигуном внутрішнього згоряння або електродвигуном, вертольотах, турбовентиляторних і турбореактивних літаках та ракетах-носіях космічних кораблів. При цьому з розвитком науки і техніки, в умовах глобалізації та постійної комерційної та геополітичної конкуренції постає питання щодо раціонального компонування та використання корисного простору в конструкції ротора турбомашини при забезпеченні її максимальної ефективності, співвідношення масових та міцнісних характеристик, а також економічної доцільності застосування тих чи інших рішень. Це означає, що з одного боку обґрунтованим є питання введення в конструкцію турбомашин нових складних та композиційних елементів, а з іншого боку навіть порівняно невеликі уточнення розрахункових значень показників їхньої ефективності та міцності можуть стати ключовими при розробці конкурентоспроможних та передових зразків таких турбомашин, що робить актуальним вирішення науково-прикладної проблеми адекватного моделювання механічної поведінки роторів турбомашин та особливостей їхнього кріплення та функціонування для точних висновків щодо їхньої статичної та динамічної міцності. Метою дослідження є створення узагальненого підходу до визначення статичної та динамічної міцності складених та композиційних елементів і вузлів роторів турбомашин, що встановлені в контактних або безконтактних підшипниках та піддаються впливу стаціонарних і нестаціонарних динамічних чинників різної природи шляхом розроблення математичних моделей аеродинамічних і ударних навантажень, нелінійних контактних взаємодій, пружно-демпферних підшипникових опор та пружнопластичних роторів, що їх об’єднують. The thesis for granting the Scientific Degree of Doctor of Technical Sciences in specialty 05.02.09 – Dynamics and Strength of Machines (13 – Mechanical Engineering). – National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2025. Based on a critical analysis of modern scientific sources of information, a study of the experience of scientific research and scientific production works of enterprises of the machine-building industry, as well as on the basis of the identified unsolved scientific and applied problems, the dissertation work sets the task of developing a new comprehensive approach to determining the static and dynamic strength of compound and composite elements of rotors through modeling their steady and transient behavior, which takes into account the interconnectedness of dynamic processes occurring in such elements on the one hand and in the elastic-damper bearing supports of the shaft on the other hand, which are interconnected by an elastic rotor through properly reproduced connections between its structural parts. The relevance of the research topic lies in the fact that turbomachines, which contain rotors installed in contact and non-contact bearing supports, are key elements of the operation of any industrial enterprise for generation and conversion of energy or extraction and transportation of useful substances and minerals, as well as transport/combat vehicles for civil, military and aerospace purposes, in particular cars with an internal combustion engine or an electric motor, helicopters, turbofan and turbojet aircraft and spacecraft launch vehicles. At the same time, with the development of science and technology, in the conditions of globalization and constant commercial and geopolitical competition, there is a raised question of the rational layout and utilization of usable space in the design of turbomachine rotors while ensuring their maximum efficiency, the ratio of mass and strength characteristics, as well as the economic feasibility of applying certain solutions. This means that on the one hand, the issue of introducing new compound and composite elements into the design of turbomachines is justified, and on the other hand, even relatively small refinements of the calculated values of their efficiency and strength indicators can become key in the development of competitive and advanced models of such turbomachines, which makes it relevant to solve the scientific and applied problem of the adequate modelling of the mechanical behavior of turbomachine rotors and the features of their fastening and functioning for accurate conclusions regarding their static and dynamic strength