Анотація до роботи:

Ткаченко Е.А. Тривимірні задачі стійкості шаруватих конструкційних елементів з покриттям.–Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.02.04 – механіка деформівного твердого тіла. – Інститут механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України, Київ, 2008.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню в тривимірній постановці стійкості стану рівноваги шаруватих конструкційних елементів з покриттям, які знаходяться в полі дії силових та температурних стискуючих навантажень при одноразовому і багаторазовому навантаженні,яке містить: вибір розрахункових схем і математичну постановку задачі, розробку методики дослідження та її експериментальну і чисельну реалізацію, розв’язок конкретних класів задач, аналіз отриманих результатів і виявлення нових закономірностей та механічних ефектів, формулювання рекомендацій для інженерних методів розрахунку та експлуатації реальних елементів конструкцій з шаруватим покриттям. Дослідження проведені в статичній постановці в рамках моделі кусково - однорідного середовища на основі тривимірної лінеарізованої теорії стійкості деформівних тіл при малих та скінченних докритичних деформаціях. Розглянуто два класи задач про поверхневу втрату стійкості для шаруватих тіл із скінченою кількістю шарів при плоскій, осесиметричній та просторовій формах втрати стійкості, коли їх властивості описуються моделлю пружних, пружньопластичних, та в’язкопружних тіл. Чисельно за допомогою ПЕОМ в межах плоскої деформації розглянуто ряд задач про поверхневу нестійкість шаруватих тіл і встановлено характер впливу температури, кількості шарів, фізико – механічних властивостей окремих шарів покриттів, рівня і типу поверхневого навантвження, компоновки шаруватого матеріалу та його структури на критичні параметри навантаження та хвилеутворення, що обумовлюють втрату стійкості шаруватих конструкційних елементів при одноразовому і багаторазовому термосиловому навантаженні. Для окремих матеріалів експериментально досліджено залежність фізико – механічних властивостей від середнього рівня температурного поля.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій вперше на основі тривимірної лінеаризованої теорії стійкості розглянуто проблему стійкості шаруватих конструкційних елементів з покриттям відповідно до умов одноразового та багаторазового силового і температурного навантаження конструкцій різного цільового призначення. Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному:

1.Дано постановку плоскої, осесиметричної та просторової задач стійкості шаруватих конструкційних елементів з покриттям, яка включає:

а) вибір розрахункових схем та формулювання граничних умов на поверхні шаруватих конструкційних елементів з покриттям, які адекватно описують умови спряження між шарами та умови контакту між покриттями в реальних елементах конструкцій;

б) вибір відповідного варіанту тривимірної лінеаризованої теорії стійкості, моделей суцільного середовища, які описують пружні і непружні фізико – механічні властивості окремих шарів матеріалу та покриттів;

в) формулювання в рамках моделі кусково – однорідного середовища загальної математичної постановки задач, що дозволяє звести всі розглянуті в роботі технічні задачі до дослідження поверхневої нестійкості шаруватих тіл двох видів ( шаруватий пакет, спряжений з однорідним півпростором та шаруватий пакет, розташований між двома півпросторами).

2. В рамках моделі кусково - однорідних середовищ запропонована експериментально – аналітична методика дослідження задачі стійкості, яка полягає у:

а) розробці методики, створенні апаратури і засобів вимірювання та визначення фізико – механічних характеристик шаруватих матеріалів і покриттів на всьому діапазоні зміни силового і температурного полів, що виникають при їх експлуатації;

б) формулюванні в рамках моделі кусково – однорідних середовищ на основі статичного підходу Ейлера для плоскої, осесиметричної і просторової форм втрати стійкості краєвої задачі про поверхневу нестійкость шаруватих покриттів і матеріалів з обмеженою кількістю шарів; побудові в рамках матричного підходу основних характеристичних рівнянь для матеріалів з пружними і непружними фізико – механічними властивостями;

в) розробці алгоритму та пакету прикладних програм для розв’язку на ПЕОМ характеристичних рівнянь та чисельного дослідження стану рівноваги шаруватих тіл.

3. При різних значеннях температури шарів визначені пружні характеристики для окремих видів пружних, еластомірних і полімерних матеріалів; розроблена та апробована технологія безперервно-пошарового формування фторполімерного покриття на еластомірних основах із контрольованим процесом отримання заданих фізико-механічних и геометричних параметрів шару, що формується.

4. Досліджені різні класи конкретних задач при малих і скінченних докритичних деформаціях про поверхневу структурну нестійкість шаруватих конструкційних елементів з покриттями і з інтерметалідними прошарками під дією стискуючих поверхневих навантажень «мертвого» або слідкуючого характеру при різних рівнях температури експлуатації.

5. На основі аналізу розв’язку конкретних задач запропонована модель еволюції поверхні покриттів в елементах конструкцій тріботехнічного призначення при стаціонарному температурно - силового режиму їх експлуатації. Вперше в тривимірній постановці в рамках третього варіанту лінеарізованій теорії стійкості досліджені плоскі задачі стійкості шаруватого пакету спряженого з основою, коли структура шаруватого середовища кардинально змінюється в результаті виникнення на границі розділу різнорідних матеріалів інтерметалідних шарів з різко відмінними від вихідних матеріалів характеристиками жорсткості.

6. Наведено розв’язок задачі про стійкість рівноваги конкретних шаруватих покриттів в разі екстримальних значень параметрів термосилового навантаження.

Проведені теоретичні дослідження та аналіз отриманих результатів розв’язку конкретних задач дозволяють зробити такі висновки прикладного характеру:

1. Явище поверхневого випучення в шаруватих елементах з покриттям, яке виникає при експлуатації елементів конструкцій в сучасній техніці, може бути обумовленим поверхневою втратою стійкості в структурі матеріалу.

2. На критичні значення параметрів навантаження і хвилеутворення, які обумовлюють реалізацію втрати стійкості в структурі матеріалу, істотний вплив надають такі величини, як кількість шарів в пакеті, співвідношення між фізико-механічними властивостями окремих шарів і півпростору, структурна компановка шаруватого пакету, величини параметру поверхневого навантаження та характеру зовнішнього навантаження.

3.Співвідношення товщини окремих шарів матеріалу і покриття у меншій мірі впливає на величину критичних значень параметрів навантаження, ніж на параметр хвилеутворення.

4. «Мертві» поверхневі навантаження залежно від значення модулів пружності шарів і покриття можуть виступати як стабілізуючий чинник, так і чинник, що дестабілізує стан рівноваги в структурі матеріалів, при розгляді стійкості шаруватих конструкційних елементів з покриттям. Тому можна знайти такий інтервал параметрів середовища, коли зміна у практично не впливає на стан рівноваги покриттів.

5. Вплив підвищеного рівня температурного поля на критичні параметри задачі може досягати величин порядка 30% .

6. При високих значеннях поверхневих навантажень і нормальній температурі шарів можлива стрибкоподібна зміна критичних значень параметрів хвилеутворення при бесперервній зміні параметра навантаження. Таке явище не спостерігається при підвищених рівнях температурного поля шарів.

7. Розв’язки задач, отримані в разі плоскої деформації можуть бути використані при дослідженні задачі в просторовій постановці при навантаженні середовища розподіленими зусиллями , якщо параметри хвилеутворення зв’язані між собою співвідношеннями .

8. Різна компоновка шаруватого пакету при незмінному наборі матеріалів шарів дозволяє зменшити або збільшити значення критичних параметрів задачі, обумовлюючих реалізацію явища поверхневої втрати стійкості в шаруватому середовищі.

9. Наведені рекомендації для інженерних методів розрахунку і режимів експлуатації шаруватих конструкційних елементів з покриттям різного призначення.

Основний зміст дисертації викладено у таких працях:

1. Гузь А.Н. Поверхностное выпучивание многослойных покрытий регулярной структуры / А Н Гузь, Э А Ткаченко, В С Стукотилов, В Н Чехов // Доп. НАН України – 1996 - № 2 - С 66-70.

2. Гузь А.Н. Устойчивость многослойных покрытий триботехнического назначения при малых докритических деформациях / А Н Гузь, Э А Ткаченко, В С Стукотилов, В Н Чехов // Прикладная механика - 1996 -32,№ 10 - C 38-45.

3. Гузь А. Н. Поверхностная неустойчивость слоистых композитных покрытий триботехнического назначения / А Н Гузь, Э А Ткаченко, В Н Чехов // Доп. НАН України - 1996 - №8 - С 44 - 49.

4. Гузь А.Н. Устойчивость слоистых покрытий триботехнического назначения / А Н Гузь, Э А Ткаченко, В Н Чехов // Прикладная механика - 1996 - 32, №9 - С 16-24.

5. Гузь А.Н. Расчеты на устойчивость слоистых композитных покрытий в триботехнике / А Н Гузь, Э А Ткаченко, В Н Чехов // Механика композитных материалов – 2000 - №2 –С 229-236.

6. Гузь А.Н. Поверхностная неустойчивость слоистых покрытий при неупругом деформировании / А Н Гузь, Э А Ткаченко, В Н Чехов // Механика композитных материалов – 2000 - 36, №6 – С 791-800.

7. А с 1520283 СССР, МКИ-⁴ F 16 J 15/34 Лабиринтное торцовое уплотнение / Э А Ткаченко (СССР) - №4378131/31-29 заявл 15 02 88, опубл 07 11 89, Бюл №41.

8. А с 1603727 СССР, МКИ-⁵ С 08 J 7/16 Способ поверхностного модифицирования изделий из эластомеров / Э А Ткаченко (СССР) - №4287022/23-05 заявл 20 07 87, опубл 01 07 90.

9. А с 1516654 СССР, МКИ-⁴ F 16 F 3/08 Амортизатор / Э А Ткаченко (СССР) - №4287182/25-28 заявл 20 07 87, опубл 23 10 89, Бюл №39.

10. Ткаченко Е.А. Вплив поверхневого навантаження на стійкість шаруватих покриттів при підвищених температурах / Е А Ткаченко //Доп. НАН України – 1999 - №8 – С 89-93.

11. Ткаченко Э.А. Устойчивость слоистых покрытий триботехнического назначения под действием следящих нагрузок / Э А Ткаченко // Прикладная механика – 1999 - №6 – С 32-38.

12. Ткаченко Э.А. Влияние геометрических и механических характеристик покрытий триботехнического назначения на их устойчивость / Э А Ткаченко // Прикладная механика – 1999 - №9 – С 94 - 99.

13. Исследование приповерхностной устойчивости слоистых покрытий из эластомеров в триботехнике при сжатии: Thes. of Intern. conf. rep. "Dynamical systems modelling and stability investigation" / Э А Ткаченко – Kyiv – 1999 – P 52.

14. Ткаченко Е.А. Залежність фiзикo-мexaнiчниx характеристик елементів покриття в тріботехниці від температури / Е А Ткаченко // Доп. НАН України -2000 - №10 – С 62-65.

15. Ткаченко Э.А. К определению механических свойств материалов слоистых покрытий при различных значениях температуры / Э А Ткаченко // Прикладная механика -2000 - №12 –С 134-138.

16. Ткаченко Э.А. Постановка задач устойчивости слоистых покрытий при неупругом деформировании / Э А Ткаченко // Геотехническая механика – 2000 - №21 - С 23-29.

17. К расчету потери устойчивости слоистых покрытий в трехмерной постановке: Thesis of сonference reports «Dynamical systems modelling and stability investigation» / Э А Ткаченко – Kyiv - 2001 – С 330.

18. Ткаченко Э. А. К расчету устойчивости в структуре слоистых композитных конструкционных материалов / Э А Ткаченко // Системні технології – 2003 - 2 ' (25) – С 35-39.

19. О моделях эволюции поверхности слоистого покрытия, находящегося в трибосопряжении с однородным полупространством: Thes. of Intern. conf. rep. «Mathematic problems of the technical mechanic» / Э А Ткаченко – Днепродзержинский технич. ун-т, – 2006 - С 17.

20. Материаловедческие аспекты гидроуплотнительной техники: сб. текстов выступлений на Всесоюзн. сем. «Триботехнические композиционные материалы на основе полиуретанов; технология производства и переработки, опыт внедрения в промышленность» / Э А Ткаченко, Л М Лейбзон, Г Г Ловейко – Д.: Днепропетровский химико-технологический ин-т, - 1989 – С 23-25.

21. Устойчивость слоистых покрытий триботехнического назначения при силовом и температурном нагружении сред: Тез. докл. Укр. конференции "Моделирование и исследование устойчивости систем" / Э А Ткаченко, В Н Чехов – К:. Киевский нац. Ун-т. – 1997 - С 141.

22. Ткаченко Э.А. Совместное влияние температуры и поверхностных сжимающих нагрузок на устойчивость многослойных упругих покрытий при малых докритических деформациях / Э А Ткаченко, В Н Чехов // Прикладная механика – 1998 - №8 – С 32 -39.

23. Ткаченко Э.А. Учет температуры в задачах устойчивости слоистых покрытий триботехнического назначения / Э А Ткаченко, В Н Чехов // Доп. НАН України – 1999 - №3 - С 66-70.

24. Ткаченко Э.А. Об устойчивости слоистых полимерных покрытий применительно к триботехнике / Э А Ткаченко, В Н Чехов // Прикладная механика – 2000 - №9 – С 83-89.

25. Ткаченко Э.А. Устойчивость слоистых эластомерных покрытий при поверхностном нагружении / Э А Ткаченко, В Н Чехов // Прикладная механика - 2000 - №10 - С 102-108.

26. Ткаченко Э.А. Устойчивость слоистых покрытий при упругопластическом деформировании / Э А Ткаченко, В Н Чехов // Прикладная механика - 2001 - №3 – С 80-86.

27. Ткаченко Е.А. Задачі стійкості шаруватих покриттів конструкційних мaтepiaлiв при стиску / Е А Ткаченко, В М Чехов // Вісник Київського Ун-ту. Серія: фізико-мат. науки – 2001 - №5 - С 365 - 370.

28. Ткаченко Э.А. Исследование устойчивости слоистых покрытий в трехмерной постановке при различных видах нагружения / Э А Ткаченко, В Н Чехов // Теоретическая и прикладная механика - 2001 -№32 - С 34-40.

29. Ткаченко Э.А. Устойчивость упругого слоистого пакета, сопряженного с двумя полупространствами, при действии сжимающих нагрузок / Э А Ткаченко, В Н Чехов // Прикладная механика – 2002 - 38, №11 - С 110-116.

30. Выбор расчетной модели при исследовании задач устойчивости слоистых покрытий триботехнического назначения: Матеріали III Всеукраїської наукової конференції «Математичні проблеми технічної механіки» / Э А Ткаченко, В Н Чехов – Дніпродзержинський техн. ун-т, – 2003 – С 148.

31. Ткаченко Э.А. Устойчивость упругого слоистого пакета, сопряженного с двумя однородными полупространствами, при неупругих деформациях / Э А Ткаченко, В Н Чехов // Прикладная механика – 2005 - 41, №5 – С 22-31.

32. Об эволюции ограничивающей поверхности слоистого покрытия в трибосопряжении: Матеріали VII Всеукраїнської наук. конф. «Математичні проблеми технічної механіки» / Е А Ткаченко, В М Чехов - Дніпродзержинський техн. ун-т, – 2007 – С 157.

33. Разработка, исследование и широкомасштабное внедрение полимерных композиционных материалов триботехнического назначения с целью повышения надежности и долговечности машин: сб. текстов выступлений на Всесоюзн. семин. «Триботехнические композиционные материалы на основе полиуретанов; технология производства и переработки, опыт внедрения в промышленность» [А Н Трафимович, Э А Ткаченко, И В Вязовая, Г Ф Киселев] – Д.: Днепропетровский химико-технологический ин-т. - 1989 – С 3-11.

34. Третьяков А.О. Исследование релаксации модифицированных полиуретанов, применяемых в качестве триботехнических изделий / А О Третьяков, Э А Ткаченко, П И Баштаник, М В Бурмистр // Пластические массы – 2004 - №1 – С 25-26.

35. Влияние параметров прессования на свойства фенопластов, армированных базальтовыми и натуральными волокнами: Материалы XXI Международной научно-практической конференции «Композиционные материалы в промышленности" (1-5 июня 2002г., Ялта) / А О Третьяков, Э А Ткаченко, П И Баштаник, М В Бурмистр - Киев: УИЦ «Наука. Техника. Технология». - 2002. – С 121.

36. Визначення фізико-механічних властивостей гірничих порід та дослідження складкоутворення у шаруватій товщі земної кори при сейсмічному зондуванні окремих її частин: Тез. Доп. 2-й міжнар. наук. конфер. «Геофізичний моніторинг небезпечних геологічних процесів та стану кори при сейсмічному зондуванні» / В М Чехов, В Д Омельченко, Е А Ткаченко - Київ: Київський Нац. Ун-т.-2001,-С.27.

37. Чехов В.Н. Исследование складкообразования в слоистой толще горных пород с учетом результатов сейсмического зондирования мантии / В Н Чехов, В Д Омельченко, Э А Ткаченко // Науковий вісник НГАУ – 2001 - №4 - С 117-120.

38. Чехов В.Н. Визначення фізико-механічних властивостей гірських порід та дослідження складкоутворення у шаруватій товщі земної кори / В Н Чехов, В Д Омельченко, Э А Ткаченко // Вісник Київського Нац. університету. Геологія, 2002. – С 23-24.

39. Исследование устойчивости слоистых покрытий триботехнического назначения: Тез. докл. Укр. Конференции "Моделирование и исследование устойчивости систем" / В Н Чехов, Э А Ткаченко -Киев: Киевский нац. Ун-т, 1996. - С 131.

40. Исследование устойчивости слоистых покрытий триботехнического назначения в трехмерной линеаризированной постановке: Тез. докл V Крымской Междунар. Матем. школы (МФЛ-2000) "Метод Ляпунова и его приложения" / В Н Чехов, Э А Ткаченко - Симферополь: Таврический нац. Ун-т, 2000. – С 165.

41. Устойчивость многослойных покрытий триботехнического назначения при действии сжимающих нагрузок: Матеріали VIII Міжн. наук. конф. iм. акад. М. Кравчука / В Н Чехов, Э А Ткаченко, В П Белокурский – К.: НТТУ(КПИ), 2000.-С 218.

42. Устойчивость состояния равновесия слоистых материалов нерегулярной структуры: Тез. докл.VI Крымского междунар. Матем. Школы МФЛ-2002. «Метод функций Ляпунова и его приложения» / В Н Чехов, Э А Ткаченко - Симферополь: Таврический нац. Ун-т, 2002. – С 150.

43. Чехов В.Н. Устойчивость эластомерных слоистых материалов при конечных докритических деформациях / В Н Чехов, Э А Ткаченко // Системні технології – 2004 - 4'(33) – С 12-16.

44. Устойчивость поверхностей контакта слоистых элементов конструкций триботехнического назначения: Тез. докл. VIII Крымского междунар. Матем. Школы «МФЛ-2006. Метод функций Ляпунова и его приложения» / В Н Чехов, Э А Ткаченко – Симферополь: Таврический нац. Ун-т, 2006. – С 180.

45. Чехов В.Н. Устойчивость слоистых покрытий в трибосопряжении при жидкостной смазке поверхностей контакта / В Н Чехов, Э А Ткаченко // Системні технології - 2007 - 4'(51) – С 88-93.