Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.)

Доповідь присвячено результатам досліджень, проведених в Інституті
 проблем міцності імені Г.С. Писаренка НАН України, щодо розроблення
 методів та засобів визначення і підвищення демпфірувальної здатності
 композитних елементів конструкцій, вібродіагностики локальних пошкодж...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Вісник НАН України
Date:2023
Main Author: Деркач, О.Л.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/201416
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.) / О.Л. Деркач // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 7. — С. 67-71. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860111031944085504
author Деркач, О.Л.
author_facet Деркач, О.Л.
citation_txt Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.) / О.Л. Деркач // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 7. — С. 67-71. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.
collection DSpace DC
container_title Вісник НАН України
description Доповідь присвячено результатам досліджень, проведених в Інституті
 проблем міцності імені Г.С. Писаренка НАН України, щодо розроблення
 методів та засобів визначення і підвищення демпфірувальної здатності
 композитних елементів конструкцій, вібродіагностики локальних пошкоджень різного типу, а також дослідження впливу порушення циклічної симетрії на вібронапруженість робочих коліс турбомашин. The report presents the results of research conducted at the G.S. Pisarenko Institute for Problems of Strength of the NAS
 of Ukraine. The research focuses on the development of methods and techniques for determining and enhancing the
 damping capacity of structural elements, vibration diagnostics of different types of damage in multilayer polymer composite
 elements, and the investigation of the impact of breaking cyclic symmetry on the vibrational stress of bladed disks
 in turbomachines. The main objectives of this research are to enhance the vibrational reliability of structural elements by
 improving their damping capacity, establish the scientific foundations for vibration diagnostics of various types of damage,
 analyze the vibrational stress of bladed crowns in turbomachines, and predict their stability limits under gas flow
 conditions.
first_indexed 2025-12-07T17:33:48Z
format Article
fulltext ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 7 67 РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДІВ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІБРАЦІЙНОЇ НАДІЙНОСТІ СТРУКТУРНО- НЕОДНОРІДНИХ МЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ За матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 року Доповідь присвячено результатам досліджень, проведених в Інституті проблем міцності імені Г.С. Писаренка НАН України, щодо розроблення методів та засобів визначення і підвищення демпфірувальної здатності композитних елементів конструкцій, вібродіагностики локальних пошко- джень різного типу, а також дослідження впливу порушення циклічної си- метрії на вібронапруженість робочих коліс турбомашин. Ключові слова: демпфірування коливань, вібродіагностика, композитні матеріали, робочі колеса турбомашин, вібраційна міцність. Застосування нових матеріалів, зокрема полімерних компо- зитів, армованих вуглецевими волокнами, є пріоритетним на- прямом у створенні літальних апаратів та підвищенні техні- ко-економічних показників газотурбінних двигунів [1]. Дослі- дження вібраційної міцності композитних матеріалів та відпо- відальних конструктивних елементів, що працюють в умовах динамічних навантажень, є необхідними для обґрунтування їх безпечної експлуатації. Крім того, для підвищення надійності конструкцій та вдосконалення технології виробництва деталей важливою є своєчасна діагностика дефектів. Для вирішення цих завдань у відділі коливань і вібраційної на- дійності Інституту проблем міцності імені Г.С. Писаренка НАН України проводять фундаментальні та прикладні дослідження, спрямовані на розроблення методів зниження динамічної на- пруженості структурно-неоднорідних елементів. Основна мета цих досліджень полягає у підвищенні вібраційної надійності елементів конструкцій завдяки збільшенню їх демпфірувальної здатності, розробленні наукових основ вібраційної діагностики ДЕРКАЧ Олег Леонідович — кандидат технічних наук, завідувач відділу коливань і вібраційної надійності Інституту проблем міцності імені Г.С. Писаренка НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.07.067МОЛОДІ МОЛОДІ ВЧЕНІВЧЕНІ 68 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (7) МОЛОДІ ВЧЕНІ різного типу, а також в аналізі вібронапруже- ності пошкоджень лопаткових вінців турбо- машин і прогнозуванні границі їх стійкості під впливом потоку рідини або газу. Ці дослідження мають велике практичне значення для підвищення надійності перспек- тивних конструктивних елементів з компо- зитних матеріалів, а також для розроблення методів забезпечення віброміцності та ресурсу турбомашин. Розроблення методів пасивного та актив- ного демпфірування коливань. Дисипація енергії відіграє визначальну роль у здатності матеріалів та елементів конструкцій опирати- ся вібраційним навантаженням. Для визначен- ня вібропоглинальних властивостей сучасних композитних матеріалів було модернізова- но оригінальні експериментальні установки, відмінною особливістю яких є мінімізація сторонніх втрат енергії, а також безконтак- тна реєстрація коливань. Дослідження ди си- пативних властивостей матеріалів здійснено на призматичних зразках за умови їх чистого згину. Це дозволяє одержати рівномірний на- пружений стан уздовж робочої частини зраз- ка, що забезпечує достовірність отримуваних даних. В основу експериментального методу дослідження покладено концепцію амплітуд- но залежного розсіювання енергії коливань у матеріалі. Так, у статті [2] було визначено ди- сипативну здатність плетених вуглепластиків у широкому діапазоні температур. Отримані дані можна використовувати як довідкові для проєктування. Було також розроблено математичні моделі для прогнозування пружних і дисипативних властивостей композитних матеріалів. На їх основі побудовано моделі п’єзоелектричних композитів, які застосовують у так званих смарт-конструкціях для активного керуван- ня коливаннями. П’єзоелектричні композитні елементи у вигляді шарів матеріалу або на- кладок використовують як актуатори і сенсо- ри. Активне керування здійснюється завдяки з’єднанню цих елементів у ланцюг із від’ємним зворотним зв’язком. Тому для реалізації ак- тивного демпфірування необхідно визначити різницю електричних потенціалів, яку по- трібно застосувати до п’єзоелектричного ак- туатора для зменшення амплітуд коливань. З метою вирішення цього завдання розроблено нові, уточнені моделі пластин з активними та пасивними п’єзошарами на основі зміша- ної варіаційної постановки зв’язаної задачі електров’язкопружності та дискретно-струк- турного підходу до побудови напіваналітичних скінченноелементних моделей. За допомогою цих моделей встановлено взаємозв’язок між параметрами зворотного зв’язку та композит- ної структури пластини й ефективністю актив- ного демпфірування нестаціонарних коливань від дії імпульсних силових навантажень [3]. Для проведення експериментальних дослі- джень активного демпфірування розроблено відповідне програмне та апаратне забезпечен- ня. З використанням цього обладнання було досягнуто зменшення максимальних амплітуд коливань удвічі порівняно з методом пасивно- го демпфірування коливань. Застосовуючи розроблені моделі, було вста- новлено залежності між частотою обертання ротора турбіни вертикально-осьового вітро- генератора, параметрами композитного мате- ріалу лопатей та їх вібронапруженістю [4]. Це дозволило визначити вплив цих факторів на коливання лопатей вітрогенератора й оцінити їх вібраційну надійність. Отримані результати можуть бути корисними для подальшого вдо- сконалення конструкції лопатей та підвищен- ня ефективності роботи вітрогенераторів. Розроблення методів вібродіагностики ло- кальних пошкоджень композитних елементів конструкцій. Під час експлуатації та виготов- лення багатошарових композитних елементів конструкцій можуть виникати пошкодження, які часто мають вигляд поверхневих надрізів та розшарувань. Для тривимірних скінченно- елементних моделей пошкоджених стрижнів прямокутного поперечного перерізу отримано нові дані, які засвідчують вплив співвідношен- ня пружних характеристик та анізотропії мате- ріалу на зміну основної частоти коливань [5]. Дослідження показали значний вплив дефор- мацій зсуву на характер залежностей, що ра- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 7 69 МОЛОДІ ВЧЕНІ ніше не враховувалося у стрижневих моделях. Крім того, було встановлено, що є такі місця розташування пошкоджень, у яких виявити їх за допомогою зміни власної частоти коливань практично неможливо. Вивчається також вплив іншого типу по- шкоджень вуглепластиків плетеної структури, які виникають під дією низькоенергетичних ударів. Було проведено дослідження на бага- тошарових зразках з різними типами таких локальних пошкоджень і встановлено залеж- ності між їхньою дисипативною здатністю та енергією удару. Результати засвідчили зна- чний вплив таких пошкоджень на абсолютну величину та зміну характеру амплітудної за- лежності показників дисипації енергії. Показано, що для пошкоджених зразків за- лежність логарифмічного декремента коли- вань від амплітуди циклічної деформації має локальний максимум в області малих дефор- мацій. Однак це спостерігається лише при досягненні певної критичної величини по- шкодження (енергії удару). Тому постає необ- хідність розроблення більш чутливих методів вібраційної діагностики пошкоджень у компо- зитних елементах конструкцій. Для вирішення цього завдання було вдоско- налено методику, яка ґрунтується на аналізі амплітуд домінуючих гармонік за умови осно- вного, суб- та супергармонічного резонансів. З використанням сучасного обладнання та роз- робленої у відділі оригінальної установки [6] було встановлено нові вібраційні ознаки на- явності низькоенергетичних ударних пошко- джень стрижневих елементів з багатошарового плетеного вуглепластику. Зокрема, показано, що спектр амплітуд ко- ливань для такої пружної системи характе- ризується домінуванням непарних гармонік. Кількісним показником наявності та величи- ни пошкодження є співвідношення амплітуд цих гармонік. Розроблено відповідну методи- ку розрахункових досліджень, яка враховує контакт між берегами тріщин та розшарувань. Уперше її застосовано для дослідження нелі- нійних коливань лопаток з наявністю дихаю- чих тріщин. За результатами обчислень отри- мано нові дані щодо вібраційної діагностики втомних тріщин у робочих лопатках турбін [7]. Дослідження впливу порушення струк- турної однорідності лопаткових вінців на їх вібронапруженість. Експлуатаційні пошко- дження різного типу та допуски на виготов- лення зумовлюють розкид значень власних частот коливань лопаток робочих коліс тур- бомашин. За результатами проведених роз- рахунково-експериментальних досліджень [8] встановлено, що локальний розлад частот коливань лопаток є причиною підвищення вібронапруженості міжпазових виступів дис- ків робочих коліс компресора низького тиску авіаційного газотурбінного двигуна. Зокрема, показано можливість зниження вібронапру- женості шляхом аналізу та вибору характерис- тик, що впливають на жорсткість зв’язку ло- паток з диском. Це має велике практичне зна- чення для підвищення вібраційної надійності робочих коліс компресорів. Результати дослі- джень передано провідним підприємствам, зо- крема ДП «Зоря»—«Машпроект». Крім того, цей напрям досліджень є одним із пунктів пер- спективного плану спільної науково-дослідної діяльності з ДП «Івченко-Прогрес». Ще од- ним напрямом таких досліджень є визначен- ня границь стійкості лопаток до флатеру. За результатами досліджень створено базу даних критичних значень параметрів лопаткових ре- шіток. На її основі розроблено експрес-метод прогнозування границь динамічної стійкості до дозвукового зривного флатеру, який може бути використано при проєктуванні компресо- рів авіаційних газотурбінних двигунів. Висновки. Отже, в Інституті проблем міц- ності імені Г.С. Писаренка НАН України роз- роблено комплекс розрахунково-експеримен- тальних методик, які дозволяють визначити динамічні властивості структурно-неоднорід- них матеріалів та оцінити вплив експлуата- ційних і конструктивних факторів на вібро- напруженість складних механічних систем. Побудовано уточнені моделі багатошарових елементів, які враховують реальні дисипатив- ні властивості матеріалів, що відрізняє їх від уже відомих моделей. На основі розроблених 70 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (7) МОЛОДІ ВЧЕНІ моделей було обґрунтовано ефективність ме- тодів активного демпфірування та отримано нові дані щодо вібродіагностики наявних по- шкоджень. Зазначений комплекс методів спрямовано на наукове обґрунтування застосування ком- позитних матеріалів у високонавантажених елементах конструкцій. Вивчення їх живу- чості за наявності локальних пошкоджень та розроблення методів аналізу залишкового ре- сурсу є актуальним завданням, яке може стати предметом подальших досліджень. REFERENCES [СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ] 1. Palchykovskiy V., Morozov A., Torba Yu. Methods for defect detection in aviation engine parts made of composite materials. Aerospace Technic and Technology. 2021. 173(4): 102—109. https://doi.org/10.32620/aktt.2021.4sup1.14 [Пальчиковський В.О., Морозов А.В., Торба Ю.І. Методи діагностування дефектів деталей авіаційних двигунів з композиційних матеріалів. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2021. Т. 173, № 4. С. 102—109.] 2. Boginich O.E., Derkach O.L., Kobzar V.L. Effect of low and elevated temperatures on the dissipative properties of woven carbon fiber plastics. Strength of Mater. 2023. 55(1): 58—68. https://doi.org/10.1007/s11223-023-00502-x [Богініч О.Є., Деркач О.Л., Кобзар В.Л. Вплив низької і підвищеної температури на дисипативні властивості тканих вуглепластиків. Проблеми міцності. 2023. Т. 55, № 1. С. 71—84.] 3. Derkach O.L., Zinkovskyi A.P., Savchenko O.V. Active damping of nonstationary vibrations of a three-layer elec- tro-viscoelastic composite plate. Strength of Materials. 2020. 52(6): 876—888. https://doi.org/10.1007/s11223-021- 00241-x [Деркач О.Л., Зіньковський А.П., Савченко О.В. Активне демпфірування нестаціонарних коливань тришаро- вої електров’язкопружної композитної пластини. Проблеми міцності. 2020. Т. 52, № 6. С. 65—78.] 4. Savchenko O.V., Derkach O.L., Zinkovskii A.P., Savchenko K.V. Modal analysis of a blade H-type Darrieus rotor un- der the action of centrifugal load and energy dissipation in the material. In: 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (September 13—17, 2021, Kharkiv). https://doi.org/10.1109/KhPIWeek53812.2021.9570035 5. Derkach O.L., Zinkovskii A.P., Onyshchenko Ye.O., Savchenko K.V. Notch-type damage influence on the frequency of the principal mode of the composite cantilever beam flexural vibrations. Procedia Structural Integrity. 2022. 36: 71—78. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.01.005 6. Patent of Ukraine No. 143486. Onishchenko E.O., Kabannyk S.M., Kruts V.O., Savchenko K.V. An experimental complex for determining the parameters of forced oscillations of a rod specimen with a fatigue crack when it is excited by a harmonic driving force. 27.07.2020. [Патент України № 143486. Онищенко Є.О., Кабанник С.М., Круц В.О., Савченко К.В. Експериментальний комплекс для визначення параметрів вимушених коливань стрижневого зразка з тріщиною втоми при його силовому збудженні гармонічною змушувальною силою. 27.07.2020.] 7. Onishchenko E.A., Zinkovskii A.P., Kruts V.A. Determination of the vibration diagnostic parameters indicating the presence of a mode I crack in a blade airfoil at the main, super- and subharmonic resonances. Strength of Mater. 2018. 50(3): 369—375. https://doi.org/10.1007/s11223-018-9980-y [Онищенко Є.О., Зіньковський А.П., Круц В.О. Визначення вібродіагностичних показників наявності дихаючої тріщини нормального відриву на вихідній кромці пера лопатки при основному, супер- та субгармонічному резонансах. Проблеми міцності. 2018. Т. 50, № 3. С. 5—13.] 8. Zinkovskii A., Merkulov V., Derkach O., Tokar I., Savchenko K. Stress state analysis of compressor blade-disk joint with the influence of centrifugal forces and blade mistuning. Aerospace Technic and Technology. 2021. 173(4): 47—54. https://doi.org/10.32620/aktt.2021.4sup1.07 [Зіньковський А.П., Меркулов В.М., Деркач О.Л., Токар І.Г., Савченко К.В. Дослідження напруженого стану міжпазових виступів диска робочого колеса компресора з урахуванням впливу відцентрових сил та розладу частот коливань лопаток. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2021. Т. 173, № 4. С. 47—54.] ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 7 71 МОЛОДІ ВЧЕНІ Oleh L. Derkach G.S. Pisarenko Institute for Problems of Strength of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6783-8516 DEVELOPMENT OF METHODS FOR ENSURING VIBRATION RELIABILITY OF STRUCTURALLY HETEROGENEOUS MECHANICAL SYSTEMS According to the materials of report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, May 3, 2023 The report presents the results of research conducted at the G.S. Pisarenko Institute for Problems of Strength of the NAS of Ukraine. The research focuses on the development of methods and techniques for determining and enhancing the damping capacity of structural elements, vibration diagnostics of different types of damage in multilayer polymer com- posite elements, and the investigation of the impact of breaking cyclic symmetry on the vibrational stress of bladed disks in turbomachines. The main objectives of this research are to enhance the vibrational reliability of structural elements by improving their damping capacity, establish the scientific foundations for vibration diagnostics of various types of dam- age, analyze the vibrational stress of bladed crowns in turbomachines, and predict their stability limits under gas flow conditions. Keywords: vibration damping, vibration diagnostics, composite materials, bladed disk, vibration strength. Cite this article: Derkach O.L. Development of methods for ensuring vibration reliability of structurally heterogeneous mechanical systems. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (7): 67—71. https://doi.org/10.15407/visn2023.07.067
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-201416
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1027-3239
language Ukrainian
last_indexed 2025-12-07T17:33:48Z
publishDate 2023
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format dspace
spelling Деркач, О.Л.
2025-01-16T17:08:00Z
2025-01-16T17:08:00Z
2023
Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.) / О.Л. Деркач // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 7. — С. 67-71. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.
1027-3239
DOI: doi.org/10.15407/visn2023.07.067
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/201416
Доповідь присвячено результатам досліджень, проведених в Інституті
 проблем міцності імені Г.С. Писаренка НАН України, щодо розроблення
 методів та засобів визначення і підвищення демпфірувальної здатності
 композитних елементів конструкцій, вібродіагностики локальних пошкоджень різного типу, а також дослідження впливу порушення циклічної симетрії на вібронапруженість робочих коліс турбомашин.
The report presents the results of research conducted at the G.S. Pisarenko Institute for Problems of Strength of the NAS
 of Ukraine. The research focuses on the development of methods and techniques for determining and enhancing the
 damping capacity of structural elements, vibration diagnostics of different types of damage in multilayer polymer composite
 elements, and the investigation of the impact of breaking cyclic symmetry on the vibrational stress of bladed disks
 in turbomachines. The main objectives of this research are to enhance the vibrational reliability of structural elements by
 improving their damping capacity, establish the scientific foundations for vibration diagnostics of various types of damage,
 analyze the vibrational stress of bladed crowns in turbomachines, and predict their stability limits under gas flow
 conditions.
uk
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
Вісник НАН України
Молоді вчені
Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.)
Development of methods for ensuring vibration reliability of structurally heterogeneous mechanical systems (According to the materials of report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, May 3, 2023)
Article
published earlier
spellingShingle Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.)
Деркач, О.Л.
Молоді вчені
title Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.)
title_alt Development of methods for ensuring vibration reliability of structurally heterogeneous mechanical systems (According to the materials of report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, May 3, 2023)
title_full Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.)
title_fullStr Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.)
title_full_unstemmed Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.)
title_short Розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 3 травня 2023 р.)
title_sort розроблення методів забезпечення вібраційної надійності структурно-неоднорідних механічних систем (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні президії нан україни 3 травня 2023 р.)
topic Молоді вчені
topic_facet Молоді вчені
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/201416
work_keys_str_mv AT derkačol rozroblennâmetodívzabezpečennâvíbracíinoínadíinostístrukturnoneodnorídnihmehaníčnihsistemzamateríalaminaukovogopovídomlennânazasídanníprezidíínanukraíni3travnâ2023r
AT derkačol developmentofmethodsforensuringvibrationreliabilityofstructurallyheterogeneousmechanicalsystemsaccordingtothematerialsofreportatthemeetingofthepresidiumofthenasofukrainemay32023