Введение к работе
диссертационного совета Лушников Борис Владимирович
Актуальность работы. Обеспечение надежности работы машин и оборудования требует достаточно трудоемких предварительных исследований на предпроектных этапах оценки динамических свойств и проведения расчетов, связанных с выбором конкретных конструктивно-технических параметров. Повышение производительности машин, рост скоростей рабочих органов и динамических нагрузок происходят на фоне значительного роста уровня вибрационных воздействий, характерных для многочисленных технических, в том числе, и транспортных объектов. Общей тенденцией в создании современных машин становится усложнение конструктивных решений на основе использования эффектов взаимодействия механизмов и устройств различной физической природы.
Учет вибрационных нагрузок традиционно занимает заметное место в задачах динамики машин, что предопределяет интерес к разработке способов и средств контроля и управления динамическим состоянием сложных механических систем, формируемым совместным действием управляющих сил и внешних возмущений. В этом плане актуальным направлением научных исследований и разработок является развитие существующих и создание новых методов, которые обладали бы возможностями обобщения и рационального применения в комплексных задачах, связанных с учетом взаимодействия разнородных систем, состоящих из элементов различной природы.
В значительной мере такое направление научных разработок может быть соотнесено с развитием фундаментальных основ инженерных знаний, что нашло отражение в работах отечественных и зарубежных ученых.
Вместе с тем, ряд научных направлений, развитие которых было заложено в предшествующие периоды, еще не получили должного освещения и могли бы быть продолжены в интересах создания обобщенных подходов в решении специфических задач динамики машин в направлениях виброзащиты и виброизоляции, мехатроники, роботехники и вибродиагностики. Это связано, в частности, с дальнейшей детализацией представлений об использовании приведенных параметров механических систем (приведенные жесткости, массы, моменты инерции и др.), определением динамических реакций в механических колебательных системах, разработкой методов динамического синтеза виброзащитных систем. В этом плане актуальными являются дальнейшие разработки в приложениях к задачам динамики методов теории цепей и автоматического управления, как некоторого достаточно общего подхода в решении широкого класса задач, связанных с оценкой динамических свойств систем и определением их динамических параметров.
Целью диссертационных исследований является разработка метода математического моделирования динамических взаимодействий в механических колебательных системах и определения динамических реакций между типовыми элементами или звеньями виброзащитных систем на основе базовых положений теории колебаний, теории автоматического управления и теории механических цепей.
Для достижения поставленной цели предполагается решение ряда задач:
1. Изучение особенностей и форм взаимодействия элементов систем, в том числе формирования статических и динамических реакций звеньев между собой и с опорными поверхностями.
2. Разработка метода построения математических моделей виброзащитных систем с учетом особенностей структуры и конструктивных форм соединительных элементов.
3. Разработка метода определения статических и динамических реакций в соединениях элементарных звеньев системы между собой и с опорными поверхностями, на основе использования аналитического аппарата теории автоматического управления и теории механических цепей.
Научная новизна.
1. Предложен, обоснован и сформирован метод определения статических и динамических реакций в механических системах, опирающийся на представления об аналогиях механических колебательных систем с соответствующими структурными моделями систем автоматического управления, что позволяет в значительной степени упростить и унифицировать процедуры анализа и динамического синтеза в задачах вибрационной защиты машин, приборов и аппаратуры.
2. Предложена методика построения и преобразования математических моделей механических колебательных систем с целью выделения прямых и обратных связей, определяющих свойства и параметры динамических взаимодействий.
3. Предложены подходы в построении и преобразовании структур (или блоков) из соединенных элементарных звеньев, обладающих в совокупности свойствами квазипружин, создающие возможности упрощений в формировании математических моделей и оценке динамических возможностей и режимов колебательных механических систем.
На защиту выносятся:
1.Метод определения статических и динамических реакций в механических колебательных системах, основанных на структурных подходах.
2. Математические модели механических колебательных систем, включающих в свой состав квазипружины (или блоки элементарных звеньев в соединениях и преобразованиях, обладающих свойствами пружины).
3. Методика построения и преобразования структурных схем механических колебательных систем, включающих в свой состав механизмы или устройства для преобразования движения.
Практическая значимость научных результатов.
Разработаны методологические основы и метод определения реакций в точках контакта типовых элементов виброзащитных систем, а также в их контактах с объектом защиты и опорными поверхностями. Разработанная методическая база позволяет вести необходимые расчеты в задачах проектирования систем защиты машин и оборудования, приборов и аппаратуры с определением действующих систем, сил, что позволяет решать задачи надежности и безопасности эксплуатации виброзащитных систем.
Предлагается методологическая основа построения математических моделей для определения статических и динамических реакций в механических колебательных системах, что представляет интерес для практических разработок виброзащитных систем с соответствующими силовыми расчетами параметров элементов системы и обеспечением надежности их работы. Разработанные рекомендации приняты к использованию в ряде конструкторско-технологических организаций: НПП «ЭНРОФ» - г. Иркутск, ОАО «Иркутск НИИХИММАШ», ООО «Спецстройинвест» - г. Иркутск. По результатам работ представлена отчетность в рамках научно-исследовательских работ по программам фундаментальных исследований ИрГУПС, тема: «Мехатронные подходы в задачах вибрационной защиты высокотехнологичного оборудования и машин», (госрегистрация 01201352793), а также по гранту Федеральной целевой комплексной программы «Научные и педагогические кадры инновационной России» (2012-2013) г.г. (мероприятие 1.3.2. – естественные науки), тема: «Мехатроника виброзащитных колебательных систем» № 14.132.21.1362.
Соответствие паспорту научной специальности, диссертационное исследование соответствует по п.п. «Изучение закономерностей и связей, динамических процессов, напряженного состояния и прочности машин, приборов и аппаратуры в целях создания, обеспечения эффективности, надежности и безопасности машин, приборов и аппаратуры на всех стадиях жизненного цикла, начиная с выбора конструктивного решения и заканчивая решением вопроса о снятии с эксплуатации или о продлении срока службы». По п.п. «Области исследования» - Теория линейных и нелинейных колебаний.
Достоверность результатов. Достоверность результатов диссертационного исследования обеспечивается применением апробированных методов и подходов, составляющих аналитический аппарат теоретический механики, теории колебаний, теории механизмов и машин, теории автоматического управления, а также использованием вычислительного моделирования и лабораторного эксперимента.
Объект и предмет исследования.
Объектом исследования являются механические колебательные системы, которые состоят из массоинерционных, упругих, диссипативных элементов, а также устройств для преобразования движения, являющихся опорными расчетными схемами в задачах динамики машин, в том числе, и в задачах вибрационной защиты.
Предмет исследования – изучение закономерностей и особенностей формирования статических и динамических реакций, возникающих между типовыми элементами, а также при взаимодействии с опорными поверхностями в различных механических колебательных системах при действии периодических сил.
Методы исследования. Полученные результаты базируются на основах математического аппарата теоретической механики, теории механизмов и машин, теории колебаний, системного анализа и теории автоматического управления.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались, обсуждались на научных конференциях:
Международная научная конференция «Решетневские чтения». г. Красноярск. (2010-2012); IV Международная научно-практическая конференция «Математика, ее приложения и математическое образование». г. Улан-Удэ. (2011); Международная научно-практическая конференция «Кулагинские чтения». г. Чита. (2011-2012); II Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы права, экономики и управления», САПЭУ, г. Иркутск. (2011); V Международная научная конференция «Проблемы механики современных машин». г. Улан-удэ. (2012); Всероссийская конференция с международным участием «Информационные и математические технологии в науке и управлении». г. Иркутск. (2012-2013); 18-ая Международная научно-практическая конференция «Научные и интеллектуальные ресурсы Сибири» СИБРЕСУРС–18–2012. г. Новосибирск. (2012); V Международная научно-практическая конференция «Наука и образование транспорту». г. Самара. (2012); XXXXII Всероссийский симпозиум по механике и процессам управления. Миасс. (2012); European Science and Technology: 3rd International scientific conference. Bildungszentrum Rdk e.V. Wiesbaden. (2012); Science, Technology and Higher Education. Canada. Westmount. (2012); VII Международная научно-практическая конференция «Техника и технология: новые перспективы развития». г. Москва. (2012); Международная научно-практическая конференция «Транспорт - 2013». г. Ростов-на-Дону. (2013); Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы создания и эксплуатации тепловых двигателей в условиях дальневосточного региона России». г. Хабаровск. (2013); XII Всероссийская с международным участием научно-техническая конференция «Механики - XXI веку». г. Братск. (2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 5 в рецензируемых научных изданиях, получены два российских патента на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит на 167 страницах текста 60 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 126 наименований.
Похожие диссертации на Определение динамических взаимодействий между элементами систем вибрационной защиты на основе метода структурных преобразований
