2024 № 2

Обґрунтовується змішане формулювання методу скінченних елементів у задачах градієнтної теорії пружності Тупіна–Міндліна. Ця теорія дає змогу врахувати масштабні ефекти, пов’язані з розміром мікроструктури матеріалу, зокрема, у задачах, де класична пружність має обмеження. Розглядається варіаційна постановка крайової задачі, в якій деформації, напруження та їхні градієнти входять до варіаційних рівнянь поряд із переміщеннями як рівноправні аргументи. Основна особливість цих рівнянь полягає в тому, що вони включають частинні похідні від переміщень лише першого порядку, на відміну від диференціальних рівнянь класичної постановки задачі, що містять похідні від переміщень до четвертого порядку включно, та варіаційного рівняння Лагранжа у переміщеннях, яке передбачає дворазове їхнє диференціювання. Розв’язання сформульованих варіаційних рівнянь на основі змішаного методу скінченних елементів суттєво спрощує вибір апроксимувальних функцій, оскільки зникає необхідність використання скінченних елементів, що забезпечують неперервність перших похідних від переміщень на межі між елементами. Саме таке формулювання методу скінченних елементів, засноване на окремій апроксимації переміщень, деформацій, напружень та їхніх градієнтів, застосовано до розв’язання крайових задач теорії пружності, в яких враховується градієнт деформації. Для варіаційних рівнянь змішаного методу сформульовано умову, що забезпечує однозначний розв’язок та стійкість змішаної апроксимації у задачах градієнтної теорії пружності. Цю умову визначено за допомогою ортогонального проєкційного оператора, що встановлює взаємно-однозначну відповідність між класичною та змішаною апроксимацією розподілів для деформацій. Запропоновано зручний для практичного застосування варіант варіаційних рівнянь щодо переміщень та деформацій за слабших вимог до умови стійкості змішаної апроксимації.

Ключові слова:градієнтна теорія пружності, градієнти напружень та деформацій, варіаційні рівняння, змішана апроксимація, метод скінченних елементів.

Оцінено вплив кінематичного збудження коливань на вібронапруженість у системі диск– лопатки з порушенням циклічної симетрії при пошкодженні однієї лопатки. Для оцінки безаварійної експлуатації лопаток актуальним є визначення їхнього напруженого стану при зміні форми пера від ерозійного пошкодження. Приведено результати розрахунків максимальних напружень у лопатках при силовому та кінематичному збудженні коливань. Використовуються тривимірні скінченноелементні моделі системи диск–лопатки та відповідне математичне забезпечення для визначення параметрів стаціонарних коливань та напруженості лопаток. Враховується силовий вплив паропотоку з частотою 2100 Гц (кількість напрямних лопаток 42) та кінематичного збудження при переміщенні центра диска по еліптичній траєкторії в його площині з частотою 50 Гц, що зумовлено вібрацією ротора в підшипниках ковзання на стаціонарних режимах експлуатації. Навантаження від паропотоку на кожній лопатці задавалось лінійно-змінним від нуля в корені до 1 та 5 кПа на периферії та для рівномірно розподіленого 2,5 кПа по їхній довжині, що діє нормально у точках робочих поверхонь лопаток. Приймається, що фізико-механічні властивості матеріалу пошкодженої лопатки зберігаються після ремонту й обробки поверхні. Визначено зміну максимальних еквівалентних напружень у лопатках робочого колеса для різних варіантів навантаження. Приведено амплітудно-частотні характеристики для максимальних напружень в області частот обертання і дії навантаження на лопатках. Результати порівнюються для системи при кінематичному збудженні коливань і без його урахування. Проведені дослідження підтверджують доцільність урахування впливу кінематичного збудження при оцінці напруженого стану лопаток останнього ступеня потужної парової турбіни.

Ключові слова:система з порушеною циклічною симетрією, вимушені коливання, вібронапруженість, тривимірна скінченноелементна модель, амплітудно-частотні характеристики, відновлювальний ремонт.

Виконано математичне моделювання напруженого стану стикових зварних з’єднань пластин з алюмінієвого сплаву АМг61 товщиною 2, 4 і 8 мм у результаті електродинамічної обробки (ЕДО) за різних значень температури. Значення вертикальної швидкості 􀜸􀬴 електрода- індентора (інструмента ЕДО), яке визначається за енергетичними характеристиками обладнання для ЕДО, приймали рівним 5 м/с. Задавали значення температури, що відображали умови виконання ЕДО після зварювання (20°С) та в процесі зварювання плавленням (150 і 300°С). Задачу розв’язували в тривимірній постановці методом скінченних елементів із використанням програмного пакета ANSYS. Умови формування напружень у пластинах при ЕДО після та в процесі зварювання задавали згідно з механічними характеристиками сплаву АМг61 при температурах 20, 150 і 300°С, які описувалися моделлю матеріалу з кінематичним зміцненням. Приведено результати розрахунку кінетики і залишкового напруженого стану в зварних з’єднаннях. Доведено, що ЕДО при температурі 150°С (у процесі зварювання) є більш ефективною, ніж при 20°С (після вистигання шва). Установлено, що при ЕДО зварних з’єднань товщиною 2…4 мм залишкові напруження стиску спостерігаються по всій товщині пластин, значення яких близькі до границі плинності сплаву АМг61. При ЕДО зварних з’єднань товщиною 8 мм залишкові напруження стиску формуються на зовнішній поверхні пластин, а на зворотній – розтягу. Для отримання оптимального залишкового напруженого стану зварних з’єднань товщиною 2…4 мм достатньо провести односторонню ЕДО (при заданому значенні 􀜸􀬴), а товщиною 8 мм – двосторонню.

Ключові слова:електродинамічна обробка, залишкові зварювальні напруження, алюмінієвий сплав, імпульс електричного струму, ударна взаємодія, скінченноелементна модель, електрод-індентор, теорія пружно-пластичної течії, зварювання плавленням.

Вплив швидкорухомого гібридного джерела нагрівання при гібридному плазмово-дуговому зварюванні плавким електродом (PAW-MIG) тонколистових заготовок алюмінієвих сплавів супроводжується утворенням залишкових напружень і деформацій, які можуть призвести до зміни розмірів, форми, втрати стійкості, зниження втомної міцності та погіршення інших експлуатаційних властивостей зварного виробу. Це зумовлює необхідність застосування додаткових заходів щодо зменшення зварювальних деформацій, напружень і переміщень, наприклад жорсткої фіксуючої оснастки. Проведено скінченноелементний аналіз параметрів залишкового напружено-деформованого стану стикових з’єднань алюмінієвого сплаву 1561 завтовшки 5 мм, виконаних PAW-MIG зварюванням за двома різними технологічними схемами: у вільному стані та у фіксуючій оснастці з наступним розкріпленням з’єднання після охолодження. Установлено, що PAW-MIG зварювання у фіксуючій оснастці порівняно з технологічною схемою зварювання у вільному стані призводить до зменшення величини загальних переміщень у 15 разів і еквівалентних напружень більше ніж на 30%, а також переміщень на осі шва: поздовжніх у 1,5 раза та вигину з площини у 16,7 раза.

Ключові слова:напружено-деформований стан, метод скінченних елементів, алюмінієвий сплав, гібридне плазмово-дугове зварювання плавким електродом.

Перевірено ефективність застосування запропонованого раніше автором удосконаленого підходу до визначення коефіцієнта непропорційного циклічного зміцнення при прогнозуванні максимальних рівнів деформаційного зміцнення та довговічності металевих матеріалів. Підхід базується на кореляції між статичним і циклічним деформаційним зміцненням металевих матеріалів, ураховує амплітуду циклічного деформування і не вимагає проведення експериментів на втому за непропорційного навантаження. Виконано порівняння розрахункових значень цього коефіцієнта з експериментальними для різних за циклічними та фізичними властивостями конструкційних матеріалів. Для 27 проаналізованих матеріалів проведено прогнозування максимальних рівнів деформаційного зміцнення з використанням отриманого розрахункового коефіцієнта та продемонстровано хорошу відповідність експериментальним даним. Із застосуванням деформаційного критерію оцінки довговічності, який включає розрахунковий коефіцієнт непропорційного циклічного зміцнення, на основі базової діаграми втоми одновісного деформування спрогнозовано довговічність для колових циклічних траєкторій непропорційного деформування. Отримано задовільні результати прогнозування довговічності (порівняно з експериментом) для матеріалів із ГЦК структурою металевої гратки. Для матеріалів з ОЦК структурою відповідність між розрахунковими і експериментальними даними виявилася дещо нижчою. Показано, що для цього типу матеріалів використання альтернативного методу визначення коефіцієнта непропорційного циклічного зміцнення може покращити результати прогнозування довговічності.

Ключові слова:малоциклова втома, непропорційне навантаження, деформаційне зміцнення, оцінка довговічності.

Наведено результати порівняльного аналізу п’яти моделей багатоосьової втоми, що базуються на концепції критичної площини. Вивчалися моделі Фатемі–Сосі, Ванга–Брауна, Ву– Ху–Сонга та доповнена модель узагальненої енергії деформації. Довговічність, розрахована за цими моделями, порівнювалася з експериментальними даними, отриманими для 10 металевих сплавів за шістьма траєкторіями багатоосьового навантажування. Аналіз даних показав, що прогнозування довговічності за багатоосьового навантажування можна покращити, якщо використати параметр втомного пошкодження, що включає максимальну деформацію зсуву та квадрат лінійної деформації на площадці максимального зсуву. Запропоновану модель можна вважати новим варіантом моделі Брауна–Міллера, де вперше параметр втомного пошкодження було подано як суму максимальної деформації зсуву та лінійної деформації на площадці максимального зсуву. Показано, що за цією моделлю оцінка довговічності добре корелює з експериментальними даними як за пропорційного, так і непропорційного навантажування.

Ключові слова:багатоосьова втома, пропорційне та непропорційне навантажування, критична площина, параметр пошкодження, прогнозування довговічності.

Проведені раніше авторами дослідження показали, що з ростом терміну експлуатації суднобудівних сталей відбувається сильне наводнення їхніх внутрішніх приповерхневих шарів, особливо якщо строк служби перевищує 3 роки і більше. Як відомо, це спричиняє зміну механічних властивостей сталей. Тому існує потреба у проведенні додаткових експериментальних досліджень щодо впливу водню в широкому інтервалі температур на деградацію структурно-фазового стану сталей, зокрема зміну кристалічної гратки та перерозподіл цементиту, що безпосередньо призводить до зниження пластичних і деформаційних властивостей металу, особливо при мінусових температурах повітря. Досліджено вплив терміну експлуатації і мінусових температур на напружений стан кристалічної гратки α-матриці та її параметри для сталей 15ХСНД і Д32. Виявлено тенденцію до збільшення величини напружень викривлень кристалічних граток та зниження масової частки цементиту в зразках цих сталей після довгострокової експлуатації. Металографічними дослідженнями показано, що з пониженням температури охолоджуючого середовища значно зростає об’ємна доля гідридів, що призводить до окрихчення і знеміцнення сталей.

Ключові слова:деградація, наводнення, мікротвердість, тріщиностійкість, суднобудівні сталі.

Із використанням створеного експериментального обладнання для випробувань металів методом інструментованого індентування розвинуто методику визначення твердості за Брінеллем при неруйнівному контролі елементів конструкцій. На відміну від загальноприйнятого методу, твердість за запропонованою методикою визначається з використанням параметра пропорційності пластичного індентування, який дорівнює тангенсу кута нахилу кривої інструментованого індентування в координатах максимальне випробувальне навантаження циклу 􀜨􀯠􀯔􀯫 – залишкова глибина індентування 􀝄􀯣 після зняття випробувального навантаження цього циклу. За результатами серії випробувань методом інструментованого індентування еталонних мір твердості отримано лінійну кореляційну залежність між величиною твердості за Брінеллем та параметром пропорційності пластичного індентування в широкому діапазоні вимірюваних значень твердості від 110 … 650 одиниць HBW. Проаналізовано особливості використання цієї методики та її обмеження на ряді конструкційних вуглецевих, теплостійких та високоміцних сталей. Показано, що результати вимірювання твердості за Брінеллем, визначені за вдосконаленою методикою, збігаються в межах допустимої похибки з результатами, отриманими загальноприйнятим методом (ДСТУ ISO 6506-1:2019). Різниця між значеннями не перевищує 3,9 %. Удосконалену методику можна використати в лабораторіях науково-дослідних і учбових інститутів, центральних заводських лабораторіях і спеціалізованих підрозділах різної підпорядкованості та в інших організаціях, що займаються моніторингом стану діючого відповідального обладнання та встановленням термінів його подальшої експлуатації як в лабораторних, так і польових умовах.

Ключові слова:твердість за Брінеллем, метод інструментованого індентування, діаграма індентування, переносна установка, методика.

Модернізовано інструментований вертикальний копер ВК-350, розроблений в Інституті проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України і оснащений високошвидкісною системою реєстрації деформацій та зусиль, що дає змогу записувати діаграму навантаження з частотою дискретизації до 20 МГц і системами нагріву та охолодження зразків для проведення випробувань у широкому діапазоні температур. Метою модернізації є розширення функціональності копра, а саме: встановлення нового динамометра та вузлів закріплення зразків для проведення випробувань на ударний зсув, стиск і динамічне продавлювання. Протаровано новий динамометр для двох діапазонів підсилення сигналу та проведено тестові випробування зразків різних типів. Копер був оснащений також системою відеофіксації, яка включає високошвидкісну камеру PHOTRON FASTCAM NOVA S9, що дозволяє записувати процес деформування та руйнування зі швидкістю до 200000 кадрів за секунду. Камеру обладнано об’єктивом із 12-кратним збільшенням та стробоскопічними високочастотними лампами для підсвічування із системою керування GSVITEC MultiLED G8. За результатами тестових випробувань на ударний згин та зсув отримано відеосигнали процесу деформування та руйнування зразків, що дає змогу визначити моменти часу початку пластичного деформування та формування зон адіабатичного зсуву у зразках на ударний зсув і появу тріщини на бічній поверхні зразка Шарпі з оцінкою швидкості її розповсюдження.

Ключові слова:інструментований вертикальний копер, високошвидкісна система реєстрації, ударний зсув, ударний згин, ударний стиск, динамічне продавлювання, високошвидкісна відеокамера.

У Збройних Силах України приділяється велика увага розвитку засобів броньованого захисту особового складу. Незважаючи на наявність засобів захисту, практика ведення бойових дій показує, що проблема захисту військовослужбовців повністю не розв’язана. Залишається актуальним завдання розробки захисних конструкцій від дії куль та осколків. Аналіз науково- технічної інформації свідчить, що процеси, які відбуваються при ударній взаємодії елементів механічних систем, до кінця не вивчені, розробка засобів для захисту від кінетичного ураження не знайшла повного висвітлення у наукових працях. Процес взаємодії ударника із захисною перешкодою може змінитися, якщо як захисну перешкоду використати вкладені конструкції. Досліджено можливість розробки нового методу підвищення міцності засобів бронезахисту шляхом застосування вкладених конструкцій (куляциліндр). Отримано нову аналітичну залежність для визначення глибини проникнення кулі в циліндр. Новизна аналітичної залежності полягає у відсутності у науковій літературі математичної моделі проникнення кулі в циліндр, внутрішній діаметр якого менший за зовнішній діаметр кулі, врахуванні ефективного коефіцієнта тертя між кулею і внутрішньою поверхнею циліндра та факту, що глибина проникнення кулі в циліндр може як дорівнювати довжині кулі, так і бути більшою або меншою за неї. На основі запропонованої аналітичної залежності для визначення глибини проникнення кулі в циліндр побудовано залежності глибини проникнення кулі в циліндр від величини натягу (між кулею та циліндром) та товщини циліндра. Результати досліджень свідчать про принципову можливість зменшення глибини проникнення кулі за рахунок застосування вкладених конструкцій.

Ключові слова:захисна перешкода, вкладені конструкції, пустотілі циліндри, контактний тиск.

Пластини з алюмінієвих сплавів із різними механічними властивостями отримано шляхом суперпозиційної обробки тертям трьох різних алюмінієвих сплавів із технологією з’єднання тертям і піддано старінню твердого розчину. Експериментальні результати показали, що з’єднання тертям із перемішуванням дає змогу одержати відносно гладку пластину зі зміною градієнта поверхні алюмінієвого сплаву. Поверхня пластини являє собою кругову траєкторію накладання з чітким контуром і шорстку поверхню з летючим краєм під час підготовки. Три накладені пластини з алюмінієвого сплаву досягли хорошого злиття. Зокрема, злиття було найбільш очевидним між верхнім алюмінієвим сплавом 5052 і середнім шаром алюмінієвого сплаву 6061. Злиття середнього шару алюмінієвого сплаву 6061 і нижнього шару алюмінієвого сплаву 7075 послабилося, спостерігалася очевидна лінія розділу. Середні значення твердості за Віккерсом верхньої та нижньої поверхонь зразків, термічно оброблених за температури 540°С, були найбільшими, що на 1,34 та 119,06% вище, ніж такі зразків без термічної обробки відповідно. Найпомітніший градієнт твердості за Віккерсом у поперечному перерізі отримано при температурі розчину 500°С.

Ключові слова:обробка тертям із перемішуванням, градієнт продуктивності, метал.

Запропоновано метод моделювання терморідинно-твердотільного з’єднання для трубопроводу гарячої води із зовнішнім ізоляційним шаром у ядерному реакторі. Проаналізовано розподіл температури і напружень та проведено порівняння з результатами випробувань; досліджено вплив товщини шару ізоляції та інтервалу між опорами. Максимальне напруження виникає в точках опор і зростає приблизно лінійно зі збільшенням інтервалу між останніми. Максимальний прогин виникає посередині двох опор і швидко зростає зі збільшенням інтервалу між ними приблизно за параболічною залежністю. Коефіцієнт осьового подовження підвищується зі збільшенням товщини шару ізоляції. Результати моделювання дуже добре узгоджуються з даними випробувань як щодо розподілу напружень, так і температури. Метод моделювання також може бути використаний для аналізу напружень і температур у різних випадках, наприклад для хімічних резервуарів та газо- і нафтопроводів із різними теплоносіями всередині.

Ключові слова:моделювання зв’язку терморідина–тверде тіло, трубопровід гарячої води, ядерний реактор, розподіл температур і напружень.

Підводні транспортні засоби мають велике тактичне значення в майбутній морській війні, а їхні конструктивні форми в основному являють собою циліндричні оболонки – підводні апарати, які можуть бути атаковані підводною зброєю. Форми корисного навантаження включають гідростатичний тиск і локальний удар. За допомогою програми скінченноелементного аналізу ABAQUS досліджено динамічну реакцію тонкостінних циліндричних оболонок при локальному ударному навантаженні й ефект окружного тиску циліндричної оболонки при сумісному впливі тиску та локального удару. Показано, що при дії тільки ударного навантаження максимальний прогин у точці прикладання лінійно залежить від пікового значення ударного навантаження. Якщо пікове значення ударного навантаження менше за 40 МПа, то критичний тиск руйнування стовпчастих тиглів знижується на 30% завдяки спільному використанню порівняно з кумулятивним, а гребінь ударного навантаження задовольняє певну форму функції і відповідає результатам цього дослідження для отримання функціонального зв’язку.

Ключові слова:циліндрична оболонка, ефект вигину, локальний удар, зовнішній тиск.

У гвинтокрилих літальних апаратах композитні вушка є перфорованими конструкціями, які з’єднують ротор і лопаті, та відіграють важливу структурну роль. Вивчено вплив параметрів укладання на механічну міцність товстої композитної деталі, яка являє собою корінь лопаті. Ця деталь становить собою виготовлений в автоклаві поліефір-кетон-кетон-матричний композит, армований вуглецевим волокном (CF/PEKK), який останнім часом досліджується для використання в оборонній й аерокосмічній галузях. Вибраний матеріал – армовані вуглецевим волокном поліефір-кетон-кетонові композити (CF-PEKK) мають відмінні механічні, фізичні та теплові характеристики. Аерокосмічна галузь виявляє особливий інтерес до цього матеріалу через його низьку щільність та універсальність. Досліджено статичні та втомні характеристики вушка гвинта вертольота із застосуванням методів неруйнівного контролю (NDT), а також обговорено значення механічної міцності відповідно до експериментальних результатів. Виявлено, що найвищу механічну міцність мають деталі з кутом нахилу ∓45 градусів. Статичні та втомні випробування показали задовільну продуктивність як при статичному, так і динамічному навантаженні.

Ключові слова:термопластичні композити, композитні вушкоподібні конструкції, втома, неруйнівний контроль.

Отримано гіперевтектичні сплави Al-Si-Fe з різним вмістом титану та проведено їх обробку електричним полем для регулювання фазової морфології. Мікроструктуру та механічні властивості сплавів було отримано методами ОМ, РЕМ, ТЕМ, ЕПМА та випробуванням на розтяг. Результати показують, що гіперевтектичний сплав Al-Si-Fe, отриманий традиційним литтям, в основному складається з кубічної фази β-Si, довгих стрижнеподібних і голчастих фаз β-Al5FeSi. У фазі β-Al5FeSi спостерігаються дефекти укладання. Незначне додавання титану в заевтектичному сплаві Al-Si-Fe може змінити голчасту фазу на евтектичну структуру, зменшити розмір фази β-Al5FeSi та гомогенізувати розмір фази β-Si. Чим більше додавання титану, тим більше огрублюються фази β-Al5FeSi та β-Si, і, окрім того, голчаста фаза знову випадає в осад. Обробка електричним полем сприяє огрубінню фаз β-Al5FeSi і β-Si в заевтектичному сплаві Al-Si-Fe з додаванням 0…1,0 % мас. титану, але призводить до іхнього подрібнення в сплаві, легованому 1,5 мас.% титану. Голчаста фаза трансформувалася в дрібнодисперсну евтектичну структуру в заевтектичних сплавах. Завдяки синергетичному ефекту додавання титану й обробці електричним полем заевтектичний сплав Al-Si-Fe, легований 1,5 мас.% титану, має границю текучості 100 МПа та границю міцності 113 МПа, що приблизно на 26 та 37% вище, ніж для звичайного заевтектичного сплаву Al-Si-Fe, отриманого литтям.

Ключові слова:заевтектичний сплав Al-Si-Fe, електричне поле, мікроструктура, механічні властивості.

Формування виробів із листового металу на сьогодні широко використовується для багатоцільового застосування в автомобільній, аерокосмічній та промисловій галузях. Досліджено явище пластичної деформації, а також напруження Мізеса і напруження зсуву методом V-подібного згину та проаналізовано результати за допомогою спеціальної програми ANSYS. Багатошаровий листовий метал у прямокутній пластині з Al і Cu, що має різну товщину (1; 1,25 і 1,5 мм), розраховувався за допомогою явного розв’язувача Explicit solver. Досліджено такі параметри, як умови закріплення листа (Al/Cu/Al і Cu/Al/Cu), його товщина і переміщення пуансона. У явному аналізі показано, що при розташуванні Al/Cu/Al досягається максимальна пластична деформація при максимальній товщині, а переміщення пуансона покращується для скорочення тривалості обчислень за рахунок зниження точності розв’язку. Максимальні напруження зсуву досягаються при більшому переміщенні пуансона в положенні Al/Cu/Al, ніж Cu/Al/Cu. Зі збільшенням товщини напруження зсуву і напруження Мізеса зростають у положенні Al/Cu/Al, а в положенні Cu/Al/Cu вони зменшуються зі збільшенням товщини листа при різних переміщеннях пуансона.

Ключові слова:обробка листового металу, пластична деформація, напруження Мізеса, напруження зсуву.

В експериментальних дослідженнях традиційні вимірювальні прилади, такі як стрілочні датчики, лінійні змінні диференціальні трансформатори й екстензометри, використовуються для вимірювання переміщення на певній довжині датчика, тобто глобальної деформації. Вони є контактними приладами, які не здатні оцінити переміщення в межах довжини датчика ,тобто локальні деформації. Методи аналізу зображень дають змогу оцінити переміщення в кожній точці по довжині датчика. Застосовність та ефективність методу аналізу зображень оцінюється для чотирьох різних матеріалів, а саме: бетону, сталі, дерева та геомембрани, які широко використовуються в геотехнічній інженерії як будівельний матеріал для геоструктур. Для цього систематично проводяться випробування на стиск бетонного куба, на розтяг сталевої пластини і дерев’яної планки та на розтяг геомембрани в широкому діапазоні. Метод аналізу зображень використовується для оцінки полів переміщень для кожного матеріалу при заданих умовах навантаження. Результати, отримані за допомогою методу аналізу зображень, порівнюються з даними звичайних вимірювальних приладів, щоб підкреслити його застосовність та ефективність для різних матеріалів із різними механічними властивостями

Ключові слова:метод аналізу зображень, пружно-пластичні матеріали, контактні вимірювання, поле переміщень, зона руйнування.

На породоруйнівне зусилля дискової фрези впливає багато факторів. Чим більше зусилля руйнування породи, що прикладається до дискової фрези, тим вище ефективність руйнування і видалення в гірській масі, у такий спосіб прискорюючи швидкість виїмки і підвищуючи ефективність будівництва. Пружно-пластичні властивості гірських порід значно впливають на зусилля руйнування породи дисковою фрезою, тим самим впливаючи на ефективність і швидкість процесу виїмки ТБМ. Для моделювання механізму руйнування породи дисковою фрезою було використано комерційне скінченноелементне програмне забезпечення LS-DYNA. Досліджено вплив пружно-пластичної, пластичної й еластичної моделей поведінки гірських порід на зусилля руйнування породи дисковою фрезою. Для вивчення впливу модуля пружності породи та глибини врізання диска на зусилля руйнування вибрано пружну модель із найменшим впливом параметрів.

Ключові слова:LS-DYNA моделювання, руйнування, сила, диск.

Як важливий вузол для перетину річкових урвищ при автомобільних перевезеннях захисний ефект мостів завжди був у центрі уваги дослідників. За допомогою програмного забезпечення LS-DYNA змодельовано процес пошкодження вибуховою ударною хвилею великого однопролітного Т-подібного моста і досліджено вплив типу вибухової речовини, положення детонації й армування моста на ступінь пошкодження мостового полотна. Установлено, що серед вибухових речовин GOL-2 і WY-1 остання має найбільший вплив на пошкодження мосту. Якщо на фланець Т-подібної балки укладається лише арматурна сталь, показники вибухостійкості моста значно покращуються порівняно з мостом без арматурної сталі. Якщо вибухівка детонує в різних місцях на мостовому полотні, суттєвого пошкодження всього моста не відбувається. Але якщо еквівалентна вибухівка розміщується на землі біля опори моста, остання повністю руйнується і, як наслідок, міст руйнується і втрачає свою несучу функцію. Результати дослідження є орієнтиром для захисту мостів під час вибухових навантажень.

Ключові слова:вибухова ударна хвиля, однопролітний тавровий міст, залізобетон, чисельне моделювання.

Для вирішення проблем безпеки, пов’язаних із руйнуванням залізобетонних пішохідних мостів, необхідно знати граничні деформації, які розрахунок руйнування на основі принципів граничного аналізу не дозволяє їх урахувати. Розроблено метод нелінійного аналізу плоских залізобетонних рам на основі методу переміщень. Нелінійність розглядається у двох аспектах: матеріальному та геометричному. Пішохідний міст дискретизується на одновимірні скінченні елементи, що з’єднують два вузли, і навантаження прикладається крок за кроком до руйнування конструкції. Для визначення рівноважного стану конструкції використовується ітераційна процедура на кожному кроці збільшення навантаження, де нелінійна система розв’язується методом послідовних замін на основі матриці жорсткості, що зв’язує збільшення прикладених зусиль зі збільшенням вузлових переміщень. Для коректної оцінки переміщень під дією зовнішніх навантажень та перерозподілу напружень ураховано вплив розтягнутого бетону між тріщинами і розроблено програму автоматичного розрахунку. Розроблений метод застосовано до практичного прикладу пішохідного моста, реалізованого в Бордж Буарарідж (Алжир), розміри якого є реалістичними. Порівняння чисельних результатів, отриманих за допомогою математичної моделі, з результатами, отриманими за допомогою програмного забезпечення Abaqus, є задовільним і свідчить про дуже добру їхню збіжність.

Ключові слова:плоска конструкція, залізобетон, нелінійний аналіз, пішохідний міст, руйнування, Abaqus.