Лаборатория механики и оптимизации конструкций. Подробная информация

• Основные достижения
• Общая информация
• Наиболее значимые публикации сотрудников лаборатории
  • Книги
  • Статьи
• Экспериментальное оборудование

См. также Общие сведения о лаборатории

Основные достижения

В качестве основных научных результатов, полученных в Лаборатории, можно отметить следующие:

• Исследовано влияние тепловых и механических деформаций на возникающие колебания больших гибких антенн космического базирования и изучены проблемы обеспечения точности их поверхностей (Баничук, Карпов и др., 1997).
• Определены оптимальные структуры неоднородных анизотропных деформируемых тел и тонкостенных оболочечных конструкций из композитных материалов (Баничук, Кобелев, Рикардс, 1988).
• Развиты методы оптимизации конструкций при неполной информации относительно внешних воздействий, свойств материалов и возникающих дефектов (Banichuk, Neittaanmäki, 2010).
• Предложен метод оптимизации контактного давления на штамп (Banichuk, Ivanova, Makeev, 2010).
• Разработан эффективный алгоритм определения оптимальной формы штампа с учетом неполноты данных о внешних воздействиях (Banichuk, Ivanova, 2009).
• Определена оптимальная форма движущегося штампа (Banichuk, Ivanova, 2016; Banichuk, Ivanova, 2017).
• Решена многокритериальная контактная задача минимизации износа материала и диссипации энергии (Banichuk, Ivanova, 2016; Banichuk, Ivanova, 2017).
• Исследована проблема оптимизации формы ударника при высокоскоростном проникании в деформируемую среду (Banichuk, Ivanova, 2016; Banichuk, Ivanova, 2017; Banichuk, Ivanova, 2008).
• Найдены формы затупленных вращающихся ударников, доставляющие минимум баллистической предельной скорости (Banichuk, Ivanova, 2016; Banichuk, Ivanova, 2017).
• Изучено напряженное состояние, возникающее в тонкостенных осесимметричных оболочках при проникании их на большой скорости в твердую деформируемую среду (Banichuk, Ivanova, 2016; Banichuk, Ivanova, 2017).
• Исследована проблема многоцелевой оптимизации защитной слоистой структуры (Banichuk, Ivanova, Ragnedda, Serra, 2013).
• Решена задача об устойчивости продольного движения упругой ленты (Banichuk, Ivanova, 2018).
• Определены области устойчивости движущихся панелей, взаимодействующих с потоком жидкости (Banichuk, Barsuk, etc., 2020; Banichuk, Jeronen, etc., 2014; Banichuk, Ivanova, 2020).
• Найдены безопасные области значений скоростей продольно движущихся панелей с учетом возможности их хрупкого и усталостного разрушения (Banichuk, Barsuk, etc., 2020; Banichuk, Jeronen, etc., 2014).
• В результате выполненных экспериментальных исследований были предложены методики определения динамических параметров материалов, изучены закономерности преломления траекторий и рикошета при косом входе тела в упругопластическую среду (Бивин, 2012; Bivin, 2019; Bivin, 2018).

• 
  Зав. лабораторией
  доктор физ.-мат. наук
  Николай Владимирович
  БАНИЧУК,
  организатор лаборатории
  и ее руководитель с 1983 г.
• 
  Модель большой
  космической конструкции
• 
  Неустойчивое движение
  металлического конуса
  в пластилине

Общая информация

Лаборатория механики и оптимизации конструкций была 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.

Помимо теоретических и экспериментальных исследований фундаментального характера сотрудники лаборатории активно участвуют в экспертизе промышленных сооружений и машин и в работе Российской инженерной академии.

Начиная с 90-х годов, лаборатория вела работы по престижным международным грантам, таким как европейский грант INTAS, NWO (Нидерландская организация фундаментальных исследований), Фольксваген Штифтунг (ФРГ). В лаборатории постоянно проводятся исследования по проектам РНФ, РФФИ и Программам ОЭММПУ РАН.

Сотрудниками лаборатории опубликовано более 20 научных монографий.

• 
  Подавление колебаний панели
  (зависимость минимизируемого
  функционала от временного интервала)
  
• 
  Оптимальная форма прямоугольного
  в плане штампа,
  движущегося поступательно
  с учетом трения
• 
  Пробивание структуры
  из ауксетика сферическим телом
• 
  Поверхность каверны
  при пробивании хрупких
  слоистых структур
• 
  Поверхность каверны
  при пробивании хрупких
  слоистых структур

Наиболее значимые публикации сотрудников лаборатории

Книги

1. Banichuk N., Barsuk A., Jeronen J., Tuovinen T., Neittaanmäki P. Stability of Axially Moving Materials. Solid Mechanics and Its Applications, vol 259. Springer International Publishing Cham, 2020. 642 p. ISBN 978-3-030-23802-5 DOI: 10.1007/978-3-030-23803-2
2. Алгазин С.Д. Численные алгоритмы без насыщения в классических задачах математической физики. Издание 4 переработанное. М: «URSS», 2019, 216 с. ISBN 978-5-9710-4956-2
3. Kostin G.V., Saurin V.V. Dynamics of Solid Structures. De Gruyter, 2018. 288 p. ISBN 978-3-11-051644-9 DOI: 10.1515/9783110516449
4. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu. Structural design. Contact problems and high-speed penetration. De Gruyter Berlin/Boston, 2017. 191 p. ISBN 978-3-11-053080-3 DOI: 10.1515/9783110531183
5. Баничук Н.В., Иванова С.Ю. Оптимизация: контактные задачи и высокоскоростное проникание. М: Физматлит, 2016. 176 с. ISBN 978-5-9221-1686-2
6. Algazin S.D., Kijko I.A. Aeroelastic Vibrations and Stability of Plates and Shells. De Gruyter, 2015. xi+220 p. ISBN 978-3-11-033836-2
7. Banichuk N., Jeronen J., Neittaanmäki P., Saksa T., Tuovinen T. Mechanics of Moving Materials. Springer International Publishing Switzerland, 2014. 253p. ISBN 978-3-319-01744-0 DOI: 10.1007/978-3-319-01745-7
8. Kostin G.V., Saurin V.V. Integrodifferential Relations in Linear Elasticity. De Gruyter, 2012. xi+280 p. ISBN 978-3-11-027030-3
9. Бивин Ю. Проникание, пробивание, рикошет. Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. 244 с. ISBN 978-3-8454-7421-2
10. Banichuk N.V., Neittaanmäki P.J. Structural Optimization with Uncertainties. Springer, 2010. ISBN 978-90-481-2517-3 DOI: 10.1007/978-90-481-2518-0
11. Алгазин С.Д. Численные алгоритмы классической математической физики. М.: Диалог-МИФИ, 2010. 240 с. ISBN 978-5-86404-235-9
12. Алгазин С.Д., Кийко И.А. Флаттер пластин и оболочек. М.: Наука, 2006. 247 с. ISBN 5-02-033983-0
13. Баничук Н.В., Карпов И.И., Климов Д.М., Маркеев А.П., Соколов Б.Н., Шаранюк А.В. Механика больших космических конструкций. М.: Факториал, 1997. 302 с. ISBN 5-88688-021-6
14. Banichuk N.V. Introduction to Optimization of Structures. Springer-Verlag, 1990. ISBN 0-387-97212-9 DOI: 10.1007/978-1-4612-3376-3
15. Баничук Н.В., Иванова С.Ю., Шаранюк А.В. Динамика конструкций. Анализ и оптимизация. М.: Наука, 1989. 260 с. ISBN 5-02-006566-8
16. Баничук Н.В., Бирюк В.И., Сейранян А.П., Фролов В.М., Яремчук Ю.В. Методы оптимизации авиационных конструкций. М.: Машиностроение, 1989. 296 с. ISBN 5-217-00518-1
17. Баничук Н.В., Кобелев В.В., Рикардс Р.Б. Оптимизация элементов конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 224 с. ISBN 5-217-00107-0
18. Айталиев Ш.М., Баничук Н.В., Каюпов М.А. Оптимальное проектирование протяженных подземных сооружений. Алма-Ата: Наука, 1986. 240 с.
19. Баничук Н.В. Введение в оптимизацию конструкций. М.: Наука, 1986. 302 с.
20. Banichuk N.V. Problems and Methods of Optimal Structural Design. Plenum Press, New York-London, 1983. 313 p. ISBN 0-306-41284-5
21. Баничук Н.В. Оптимизация форм упругих тел. М.: Наука, 1980. 256 с.
22. Черноусько Ф.Л., Баничук Н.В. Вариационные задачи механики и управления (Численные методы). М.: Наука, 1973. 238 с.

Статьи

1. Баничук Н.В., Иванова С.Ю. О подавлении поперечных колебаний упругой панели, продольно движущейся в потоке жидкостистатья // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2020. Т. 492. № 1. С. 83-87. DOI: 10.31857/S2686740020020054
   = Banichuk N.V., Ivanova S.Yu. The suppression of transverse vibrations of an elastic panel moving axially in a fluid flow // Doklady Physics. 2020. Vol. 65, no. 5. P. 186-189. DOI: 10.1134/s1028335820040023
2. Бивин Ю.К. Проникание твердого тела в слоистую преграду // Изв. РАН. МТТ. 2019. № 3. С. 64-68. DOI: 10.1134/S0572329919030048
   = Bivin Yu.K. Penetration of a solid into a layered barrier // Mech. Solids. 2019. Vol. 54, no. 4. P. 541-544. DOI: 10.3103/s002565441904006x
3. Осипенко К.Ю. Устойчивость прямолинейного движения конуса, вращающегося вокруг оси симметрии // Изв. РАН. МТТ. 2019. № 2. С. 85-92. DOI: 10.1134/S0572329919020119
   = Osipenko K.Yu. Stability of rectilinear motion of a cone rotating around the axis of symmetry // Mech. Solids. 2019. Vol. 54, no. 3. P. 429-434. DOI: 10.3103/s0025654419020067
4. Алгазин С.Д. О вычислении с высокой точностью собственных значений оператора Лапласа в эллипсе (с краевым условием Неймана) // Доклады Академии наук. 2019. Т. 486. № 2. С. 143-146 DOI: 10.31857/S0869-56524862143-146
   = Algazin S.D. High-accuracy calculation of eigenvalues of the Laplacian in an ellipse (with Neumann boundary condition) // Doklady Mathematics. 2019. Vol. 99, no. 3. P. 260-262. DOI: 10.1134/s1064562419030050
5. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu. 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
6. Бивин Ю.К. Внедрение твердых тел в бетон // Изв. РАН. МТТ. 2018. № 1. С. 57-63. [журнал]
   = Bivin Yu.K. Penetration of solid bodies into concrete // Mech. Solids. 2018. Vol. 53, no. 1. P. 45-50. DOI: 10.3103/s0025654418010053
7. Banichuk N.V., Ivanova S.Y. On the penetration of a rotating impactor into an elastic-plastic medium // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2016. Vol. 44, no. 4. P. 440-450. DOI: 10.1080/15397734.2015.1096795
8. Осипенко К.Ю. Устойчивость движения неосесимметричного тела в сопротивляющейся среде // ПММ. 2017. Т. 81. Вып. 6. С. 661-671. [журнал]
   = Osipenko K.Yu. The stability of the motion of a non-axisymmetric body in a resistive medium // J. Appl. Math. Mech. 2017. Vol. 81, no. 6. P. 455-462. DOI: 10.1016/j.jappmathmech.2018.03.014
9. Kostin G., Saurin V. Model reduction and optimal control for an electromechanical structure with viscoelastic links // Procedia Engineering. 2017. Vol. 199. P. 681-686. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.09.122
10. Rauh A., Senkel L., Aschemann H., Saurin V.V., Kostin G.V. An integrodifferential approach to modeling, control, state estimation and optimization for heat transfer systems // International Journal of Applied Mathematics and Computer Science. 2016. Vol. 26, no. 1. P. 15-30. DOI: 10.1515/amcs-2016-0002
11. Saurin V., Kostin G. A projection approach to analysis of natural vibrations for beams with non-symmetric cross sections. In book: Computational methods in applied sciences. Springer, 2016. P. 153-173. DOI: 10.1007/978-3-319-23564-6_10
12. Kukudzhanov K.V., Levitin A.L. Modeling the healing of microcracks in metal stimulated by a pulsed high-energy electromagnetic field. Part II // International Journal of Nanomechanics Science and Technology. 2016. Vol. 7, no. 2. P. 123-148. DOI: 10.1615/NanomechanicsSciTechnolIntJ.v7.i2.30
13. Kukudzhanov K.V., Levitin A.L. Modeling the healing of microcracks in metal stimulated by a pulsed high-energy electromagnetic field. Part I // International Journal of Nanomechanics Science and Technology. 2015. Vol. 6, no. 3. P. 233-249. DOI: 10.1615/NanomechanicsSciTechnolIntJ.v6.i3.60
14. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu. Double-side estimates of some integral characteristics of anisotropic bodies // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2014. Vol. 42. P. 502-517. DOI: 10.1080/15397734.2014.889574
15. Banichuk N.V., Ivanova S.Y., Ragnedda F., Serra M. Multiobjective approach for optimal design of layered plates against penetration of strikers // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2013. Vol. 41. P. 189-201. DOI: 10.1080/15397734.2012.717868
16. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu., Makeev E.V. Finding of rigid punch shape and optimal contact pressure distribution // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2010. Vol. 38. P. 417-429. DOI: 10.1080/15397734.2010.483573
17. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu. Optimization problems of contact mechanics with uncertainties // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2009. Vol. 37. P. 143-156. DOI: 10.1080/15397730902751446
18. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu., Ragnedda F. Design of fracture resistant structures // International Journal of Fracture. 2008. Vol. 150. P. 213-220. DOI: 10.1007/s10704-008-9222-6
19. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu. Shape optimization of rigid 3-d high-speed impactors penetrating into concrete shields // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2008. Vol. 36. P. 249-259. DOI: 10.1080/15397730802275454
20. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu., Makeev E.V., Sinitsin A.V. Optimal shape design of axisymmetric shells for crack initiation and propagation under cyclic loading // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2005. Vol. 33. P. 253-269. DOI: 10.1081/SME-2000118709

Экспериментальное оборудование

Для изучения проблем высокоскоростного проникания, пробивания и движения тел в различных средах (грунтах, мягких металлах и т.п.) в Лаборатории проводятся экспериментальные исследования. Организатором этих исследований был Н.В. Зволинский, а усилиями Ю.К. Бивина и его помощников была создана в 80-х гг. экспериментальная база:

• газовая двухступенчатая пушки калибра 57/30 мм;
• газовая двухступенчатая пушки калибра 30/10 мм;
• газовая одноступенчатая пушка калибра 10 мм.

Данное оборудование позволяет экспериментально изучать удар и проникание тел малой массы в мишени со скоростями до 900 м/с. В 2019 году экспериментальная установка дополнена высокоскоростной видеокамерой Photron Fastcam mini AX200 со скоростью съемки до 900000 кадров в секунду.

• 
  Ю.К. Бивин около
  пневматичекой пушки
• 
  Высокоскоростная камера
  Photron Fastcam mini AX200

Информация на январь 2021 г.