Лаборатория механики и оптимизации конструкций. Юбилейные материалы и достижения 2015–2025 к 60-летию ИПМех РАН
Наиболее значимые результаты за 2015–2025 гг.
- Гашение поперечных колебаний продольно движущихся конструкций
Исследованы вопросы повышения устойчивости движущихся продольно или вращающихся элементов упругих конструкций (лент, балок, полотен, панелей, дисков и др.), в том числе при взаимодействии с внешней средой (идеальной жидкостью или газом) и при нестационарных внешних воздействиях. В новой постановке решены задачи оптимального гашения возникающих нестационарных поперечных колебаний движущихся элементов конструкций. С этой целью разработан и реализован итерационный полуаналитический алгоритм определения оптимальных управляющих воздействий на заданном пространственно-временном интервале с целью минимизации энергетического критерия, характеризующего колебательный процесс. Данный алгоритм основан на получении и использовании необходимых условий оптимальности и решении выведенных динамических уравнений в частных производных, заключается в последовательном выполнении улучшающих итераций и позволяет аналитически определить уже на первых шагах эффективно гасящее колебания управляющее воздействие.
Зависимость минимизируемого энергетического функционала Jg,
характеризующего колебательный процесс, от временного интервала tf,
на котором прикладываются оптимальные гасящие воздействия (красная сплошная линия)
или отсутствуют воздействия (синяя пунктирная линия)
- Banichuk N.V., Ivanova S.Y.
Mathematical modelling of the axially moving panels subjected to thermomechanical actions
// Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2018. Vol. 46, no. 1. P. 101-109.
DOI: 10.1080/15397734.2017.1289472
- Баничук Н.В., Иванова С.Ю., Макеев Е.В., Синицын А.В.
Оптимальное подавление колебаний движущегося упругого полотна
// ПММ. 2018. Т. 82. Вып. 2. С. 261-270.
pmm.ipmnet.ru/ru/Issues/2018/82-2/261
= Banichuk N.V., Ivanova S.Y., Makeev E.V., Sinitsin A.V.
Optimal suppression of vibrations of a moving elastic web
// Mechanics of Solids. 2018. Vol. 53, suppl. 1. P. 68-75.
DOI: 10.3103/S0025654418030044
- Баничук Н.В., Иванова С.Ю., Афанасьев В.С.
Гашение поперечных колебаний быстро вращающегося диска
// Изв. РАН. МТТ. 2022. № 1. С. 68-76.
mtt.ipmnet.ru/ru/Issues/2022/1/68
DOI: 10.31857/S0572329921060039
= Banichuk N.V., Ivanova S.Y., Afanas'ev V.S.
Damping the transverse vibrations of a rapidly rotating disc
// Mechanics of Solids. 2022. Vol. 57, no. 1. P. 57-64.
DOI: 10.3103/s0025654422010010
- Banichuk N., Ivanova S.
Optimization approach to suppression of vibrations: For axially moving webs in a fluid flow
// Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2021.
DOI: 10.1080/15397734.2021.2008256
- Многокритериальная оптимизация слоистых конструкций на основе генетического алгоритма
Исследовались вопросы многокритериальной оптимизации применительно к слоистым конструкциям, изготовленным из заданного набора материалов, при этом разработано преобразование многокритериальных задач оптимального проектирования в условиях неопределенности (с неполнотой информации) в классические задачи оптимизации конструкций. В многокритериальной постановке по Парето решена задача оптимизации слоистой структуры движущегося продольно упругого полотна, моделируемого тонкой слоистой пластиной. С помощью численного эволюционного метода (генетического алгоритма) найдены оптимальные распределения материалов из заданного набора по слоям полотна. В качестве критериев оптимизации выбраны технологически важные параметры движущегося полотна: максимум критической скорости дивергенции (статической формы потери устойчивости), максимум изгибной жесткости и минимум погонной массы. Многокритериальная оптимизация по Парето позволяет учитывать выбранные критерии с различными весовыми коэффициентами в зависимости от их значимости в тех или иных условиях производства или эксплуатации полотна. Полученное оптимальное решение дает ответ сразу на несколько вопросов конструктора: из скольких слоев надо сделать оптимальную конструкцию, какой материал взять для каждого слоя, какой толщины будет каждый слой и каков будет порядок укладки этих слоев.
Оптимальное распределение материалов по слоям движущегося полотна
(эффективно размещать более жесткий материал в верхних и нижних слоях,
а мягкие материалы – ближе к срединной поверхности)
Сходимость генетического алгоритма
для одного из рассмотренных вариантов
целевого функционала JC
Парето-фронт для рассмотрения
с двумя функционалами
- Баничук Н.В., Иванова С.Ю., Афанасьев В.С.
Оптимизация структуры продольно движущегося слоистого полотна на основе многокритериального подхода
// Изв. РАН. МТТ. 2023. № 4. С. 167-177.
mtt.ipmnet.ru/ru/Issues/2023/4/167
DOI: 10.31857/S0572329923600093
= Banichuk N.V., Ivanova S.Y., Afanas'ev V.S.
Structural optimization of a longitudinally moving layered web based on a multi-criteria approach.
// Mechanics of Solids. 2023. Vol. 58, no. 4. P. 1184-1192.
DOI: 10.3103/s0025654423600277
- Проникание жестких ударников в деформируемую среду и пробивание структурированных преград
Проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса проникания жестких ударников в деформируемые среды и пробивания слоистых и ячеистых преград из упругопластических и хрупких материалов с целью оптимизации защитных свойств преград. Получены теоретические и экспериментальные оценки параметров, характеризующих процессы взаимодействия проникающих тел и сопротивляющихся структур, такие как остаточная скорость ударника, геометрические характеристики, параметры внутренней структуры. В экспериментах по пробиванию ячеистых структур с хиральной симметрией и ауксетическими свойствами установлен факт отклонения направления движения ударника после вылета из образца от подлетного направления в зависимости от ориентации (закрутки) элементов хиральной структуры.
Видеофиксация высокоскоростной камерой процесса
пробивания двух параллельных пластин из оргстекла
сферическим ударником при скорости 195,4 м/c (слева)
и 272 м/c (справа) в момент времен от удара t=0.0004 сек
Видеофиксация высокоскоростной камерой процесса
пробивания двух параллельных пластин из оргстекла
сферическим ударником при скорости 195,4 м/c (слева)
и 272 м/c (справа) в момент времен от удара t=0.0011 сек
Проникание ударника в ауксетический
сотовый образец из металла на скорости 280 м/с
Проникание ударника в неауксетический
сотовый образец из металла на скорости 280 м/с
Отклонение направления движения ударника
при пробивании хиральной ауксетической структуры (преграды):
красная линия – подлетное направление,
синяя линия – направление вылета ударника
- Баничук Н.В., Иванова С.Ю.
Оптимизация: контактные задачи и высокоскоростное проникание.
М.: Физматлит, 2016. 176 с.
- Бивин Ю.К.
Проникание твердого тела в слоистую преграду
// Изв. РАН. МТТ. 2019. № 3. С. 64-68.
mtt.ipmnet.ru/ru/Issues/2019/3/64
DOI: 10.1134/S0572329919030048
= Bivin Y.K.
Penetration of a solid into a layered barrier
// Mechanics of Solids. 2019. Vol. 54, no. 4. P. 541-544.
DOI: 10.3103/s002565441904006x
- Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Кузнецов В.А., Соловьев Н.Г., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С.
Экспериментальное исследование свойств ауксетических и неауксетических метаматериалов из металла при проникании в них жестких ударников
// Изв. РАН. МТТ. 2023. № 2. С. 176-180.
mtt.ipmnet.ru/ru/Issues/2023/2/176
DOI: 10.31857/S0572329922600773
= Ivanova S.Y., Osipenko K.Y., Kuznetsov V.A. et al.
Experimental investigation of the properties of auxetic and non-auxetic metamaterials made of metal during penetration of rigid strikers
// Mechanics of Solids. 2023. Vol. 58, no. 2. P. 524-528.
DOI: 10.3103/s0025654422601616
- Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Демин А.И., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С.
Изучение свойств метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником
// Изв. РАН. МТТ. 2023. № 5. С. 120-130.
mtt.ipmnet.ru/ru/Issues/2023/5/120
DOI: 10.31857/S0572329923600366
= Ivanova S.Y., Osipenko K.Y., Demin A.I. et al.
Studying the properties of metamaterials with a negative poisson’s ratio when punched by a rigid impactor
// Mechanics of Solids. 2023. Vol. 58, no. 5. P. 1536-1544.
DOI: 10.3103/S0025654423600897
- Игровая постановка многоцелевой конфликтной задачи пробивания
В новой игровой постановке (на основе подхода Нэша) решена многоцелевая конфликтная задача определения наилучшей структуры слоистой преграды при пробивании жестким ударником, обладающим наилучшей формой. В качестве критерия оптимизации рассматривался баллистический предел. Для решения задачи написана вычислительная программа на основе эволюционного метода поиска нелокального экстремума (генетического алгоритма).
Многоцелевая задача оптимизации формы ударника
из условия минимума баллистического предела (BLV)
и оптимизации структуры слоистой преграды
из заданного набора материалов, доставляющей минимум BLV
- Баничук Н.В., Иванова С.Ю.
Игровой подход к решению задачи оптимизации формы ударника и структуры слоистой среды при высокоскоростном пробивании
// Проблемы прочности и пластичности. 2016. Вып. 78. № 4. С. 426-435.
DOI: 10.32326/1814-9146-2016-78-4-426-435
- Устойчивость движения тела в деформируемой среде
Теоретически исследована задача об устойчивости прямолинейного движения в деформируемой среде конуса, вращающегося вокруг оси симметрии, получено аналитическое решение нелинейной системы уравнений, описывающей плоское движение тела вращения в безграничной среде, и определены условия устойчивости прямолинейного движения.
Пример неустойчивого движения конуса в среде
- Осипенко К.Ю.
Траектории плоского движения тела вращения в среде
// Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2021. № 5. С. 127-140.
mtt.ipmnet.ru/ru/Issues/2021/5/127
DOI: 10.31857/s057232992105007x
- Залечивание микродефектов в металлах при воздействии короткоимпульсным высокоэнергетическим электромагнитным полем
На основе разработанной теоретически микромеханической модели воздействия короткоимпульсным высокоэнергетическим электромагнитным полем на характерные микродефекты в металлах удалось объяснить физический механизм наблюдаемого в проведенных экспериментах эффекта залечивания микродефектов и описать процесс их эволюции.
Моделирование залечивание трещины (пунктир – начальная геометрия трещины)
после воздействия высокоэнергетическим электромагнитным полем
(изополя температуры: 1 – 25°C, 2 – 50°C, 3 – 100°C, 4 – 200°C, 5 – 300°C, 6 – 400°C),
серая зона – область расплава (T>419°C),
слева: t=22.1 мкс при начальной пористости f0=0.273%,
справа: t=76.6 мкс при начальной пористости f0=2.45%
Микродефекты в области шейки образцов:
слева – без ВЭМП, образец В;
справа – после воздействия ВЭМП, образец D
- Кукуджанов К.В., Левитин А.Л.
Численное моделирование изменения поврежденности металла под действием импульсов тока высокой плотности
// Вестник Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. 2018. Т. 7, № 6. С. 515-524.
DOI: 10.1134/S2304487X1806007X
- Kukudzhanov K.V., Levitin A.L.
Modelling of some mechanism of metal electroplasticity under pulsed high-energy electromagnetic field action
// Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1205. P. 012032
DOI: 10.1088/1742-6596/1205/1/012032
- Кукуджанов К.В., Ченцов А.В.
Исследование влияния импульсного электромагнитного поля на залечивание поврежденности в цинке
// Вестник Пермского Национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника.
2020. № 61. С. 40-49.
DOI: 10.15593/2224-9982/2020.61.05
- Моделирование в механических системах и разработка численных методов
Проведены теоретические исследования по разработке вариационных методов моделирования в механических системах, а также по разработке и применению эффективных численных методов (алгоритма «без насыщения») к решению ряда задач механики, в том числе задачи о флаттере пластин и оболочек.
Применение разработанного алгоритма метода конечных элементов
с локальными вариациями к решению задачи об упругопластическом кручении
круглого стержня с радиальным разрезом: функция пластических напряжений
Применение разработанного алгоритма метода конечных элементов
с локальными вариациями к решению задачи об упругопластическом кручении
круглого стержня с радиальным разрезом: пластические и упругие области
- Kostin G.V., Saurin V.V.
Dynamics of solid structures. Method using integrodifferential relations.
Berlin: De Gruyter, 2017. 305 p.
DOI: 10.1515/9783110516449
- Баничук Н.В., Макеев Е.В.
Вариационный метод для неклассических задач механики с ограничениями, основанный на конечно-элементных аппроксимациях и локальных вариациях
// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2017. № 3. С. 37-52.
DOI: 10.15593/perm.mech/2017.3.03
- Алгазин С.Д.
h - матрица, новый математический аппарат для дискретизации многомерных уравнений математической физики.
М.: «URSS», 2017, 246 с. ISBN 978-5-9710-5244-9.
- Algazin S.D.
Flutter of a cylindrical shell.
Russian Aeronautics. 2023. Vol. 66, no. 1. P. 9-15.
DOI: 10.3103/S1068799823010026
Из истории лаборатории
Лаборатория механики и оптимизации конструкций образована в 1983 году для решения современных задач оптимального проектирования в аэрокосмической технике, развития аналитических и численных методов в этой области. Заведует лабораторией доктор физико-математических наук профессор Николай Владимирович Баничук.
В 2011 г. в результате реструктуризации в состав лаборатории вошла исследовательская группа из бывшей лаборатории волновой динамики, изучающая вопросы пробивания и проникания твердых тел в деформируемые среды с использованием уникального экспериментального оборудования.
Помимо теоретических и экспериментальных исследований фундаментального характера сотрудники лаборатории активно участвуют в экспертизе промышленных сооружений и машин и в работе Российской инженерной академии.
|
Русский
English
