Ход выполнения работ по Соглашению N 14.607.21.0120 от 27 октября 2015 г. в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы"

Завершен второй этап проекта "Теоретические исследования", выполняемого в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы" (соглашение с Минобрнауки РФ о предоставлении субсидии N14.607.21.0120 от 27 октября 2015 г. Идентификатор ПНИЭР "RFMEFI60715X0120").

Основным содержанием отчета по второму этапу проекта являются теоретические исследования. В отчете приводятся модели нелинейных колебательных явлений, перечисленных в Техническом задании и Календарном плане. Эти чвления могут приводить к аварийным ситуациям в различных областях техники. Основой всех разработанных моделей являются описывающие их дифференциальные уравнения, а также некоторые фундаментальные соотношения. Для анализа моделей широко использован новый подход к исследованию действия вибрации на нелинейные системы - Вибрационная механика и его основа - Метод прямого разделения движений. Этот метод в процессе работы был развит и обобщен в докторской диссертации участника проекта В.С. Сорокина "Применение и развитие метода прямого разделения движений для исследования новых классов упругих динамических систем". Результаты этой работы использованы в теоретических исследованиях по этапу 2 проекта (подразделы 1.1 и 1.5), а также будут использованы на третьем этапе работы при подготовке патентной заявки.

Анализ математических моделей построен с учетом их использования для разработки рекомендаций по предотвращению или снижению риска соответствующих аварийных ситуаций. Некоторые из таких рекомендаций оказалось возможным сформулировать уже на этом этапе работы.

Попутно с запланированными результатами, на данном этапе работы был получен ряд научных результатов общего характера. Они также кратко отражены в отчете.

Основные результаты теоретических исследований состоят в следующем.

1. Разработана и проанализирована математическая модель явления вибрационного торможения вращения. Модель построена в виде уравнения вибрационной механики сложного реального машинного агрегата. Модель позволяет оценить тормозящий момент, действующий на ротор двигателя. Этот момент может быть значительным. Результаты послужат для разработки мероприятий по исключению подобных явлений или снижению риска их возникновения.

2. Предложена и исследована математическая модель явления вибрационного поддержания вращения в форме уравнения вибрационной механики. Модель относится к общему случаю периодических колебаний оси ротора в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Рассмотрена связь явления с эффектом вибрационного захватывания вращения ротора двигателя с неуравновешенным ротором. Отмечены возможные аварийные ситуации, связанные с данным явлением. На основе полученных результатов на заключительном этапе проекта будут даны рекомендации по предотвращению или снижению риска соответствующих аварий.

3. Исследовано явление, возникающее при работе нескольких неуравновешенных машин, установленных на едином фундаменте (самосинхронизация и синфазность). Установлено, что наиболее целесообразной является "мягкая" установка фундамента на основании. Лишь если по конкретным техническим причинам такая установка невозможна или затруднительна, то фундамент следует рассчитывать исходя из значения вынуждающей силы, равной сумме амплитуд вынуждающих сил, развиваемых всеми машинами.

4.Теоретически исследовано явление вибрационной инжекции газа в жидкость и связанного с ним явления запирания отверстий в вибрирующих сосудах с жидкостью. Получено условие, обеспечивающее подавление аварийного влияния этих явлений путем создания дополнительного давления воздуха в верхней части сосуда.

5. Предложена и изучена математическая модель, объясняющая относительный сдвиг тел, взаимодействующих посредством сил сухого трения, в результате слабых ударных и вибрационных воздействий. Объяснен факт существенного снижения эффективного коэффициента трения покоя под влиянием таких воздействий. Дана оценка величины возникающего смещения тел. Полученные результаты позволяют рассмотреть три группы проблем, связанных с данным явлением - проблему техногенных сейсмических явлений, проблему износа номинально неподвижных деталей машин и проблему аварий судов, перевозящих сыпучие тела и незакрепленные грузы в условиях качки. Исследованные модели применительно к упомянутым проблемам, позволяют разработать на заключительном этапе проекта рекомендации по устранению или снижению риска аварийных ситуаций, связанных с данным явлением.

В соответствии с требованиями Технического задания и Календарного плана разработана эскизная конструкторская документация, обеспечивающая проведение экспериментальных исследований изучаемых явлений. Разработаны также Программы и методики экспериментального исследования соответствующих явлений. Экспериментальные исследования позволят оценить проверить полученные теоретические результаты, выработать технические мероприятия по предотвращению аварийных ситуаций при работе вибрационных машин. Проведен комплекс работ по подготовке вибрационных стендов и помещения лаборатории к проведению экспериментальных исследований.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований, появилась возможность создания принципиально нового способа гашения вредной вибрации с одновременным преобразованием поглощаемой энергии механических колебаний в электрическую энергию. Подана патентная заявка на изобретение.

Исполнители проекта приняли участие в четырех международных конференциях, на которых были представлены результаты, полученные в ходе выполнения проекта. По результатам работы подготовлена научно-популярная телевизионная передача.