Проблем міцності Інститут імені Г. Писаренка НАНУ

ПРОБЛЕ́М МІ́ЦНОСТІ Ін­ститут імені Г. Писаренка НАНУ — наукова установа, що проводить фундаментальні та прикладні дослідже­н­ня у галузі екс­периментальної механіки деформівного твердого тіла і міцності матеріалів та елементів кон­струкцій в екс­тремальних умовах термосилового навантаже­н­ня, роз­робляє нові методи роз­рахунків напружено-деформівного стану, механічних ви­пробувань, моделі деформува­н­ня та критерії міцності матеріалів та елементів кон­струкцій. Засновано 1966 у Києві на базі сектору міцності Ін­ституту металокераміки і спец­сплавів АН УРСР з ініціативи Г. Писаренка (до 1988 — директор, 1988—2001 — почесний директор; 2002 присвоєно його імʼя). Спочатку Ін­ститут був під­порядкований Від­ділен­ню математики, механіки та кібернетики АН УРСР, від 1983 — Від­ділен­ню механіки НАНУ. Наукова тематика досліджень орієнтована на виріше­н­ня актуальних науково-технічних зав­дань, зокрема таких, як ви­значе­н­ня міцності керамічних матеріалів за різних видів навантаже­н­ня при високих температурах (до 3300 К); міцності та твердості тугоплавких матеріалів у вакуумі за температур до 2300 К; циклічної міцності та дисипативних властивостей матеріалів, що використовують в турбомашинобудуван­ні та міцності теплозахисних матеріалів, що за­стосовують в космічній техніці. Вибір за­значених напрямів досліджень зумовлений необхідністю виріше­н­ня конкретних питань, що виникали при створен­ні таких обʼєктів техніки, як атомні енергетичні установки, нові типи літальних апаратів, парові та газові турбіни, спецтехніка та ін., з урахува­н­ням впливу високих і низьких температур, радіаційних полів, вакууму, корозії, нестаціонарних, зокрема й циклічних і тривалих статичних, теплових і силових навантажень тощо. На 31 грудня 2022 працювали 97 науковців, з них 19 докторів і 54 кандидати наук. У структурі — 7 наукових від­ділів (механіки кон­струкційних матеріалів; міцності матеріалів і елементів кон­струкцій за дії кріоген­них і електромагнітних чин­ників; міцності матеріалів і елементів кон­струкцій у термосилових полях і газових потоках; коливань та вібраційної надійності; високочастотних методів дослідже­н­ня міцності і дефектності матеріалів; чисельних і екс­периментальних методів дослідже­н­ня кон­струкційної міцності; опору матеріалів і елементів кон­струкцій руйнуван­ню від втоми та імпульсних навантажень) та лабораторія міцності та руйнува­н­ня за умов ударного та імпульсного навантаже­н­ня, науково-дослідна робота яких здійснюється за такими науковими напрямами: граничний стан і критерії міцності матеріалів та кон­струкцій; роз­рахункові й екс­периментальні методи дослідже­н­ня напружено-деформованого стану; механіка руйнува­н­ня і живучість кон­струкцій; колива­н­ня неконсе­рвативних механічних систем. Г. Писаренко сформував наукову школу з ви­вче­н­ня міцності матеріалів та кон­струкцій в екс­тремальних умовах. Пізніше на її основі утворили наукові школи: теорії коливань неконсе­рвативних механічних систем; з утоми металів та роз­робле­н­ня критеріїв руйнува­н­ня і статистичних теорій міцності матеріалів при циклічному навантажен­ні; з ви­значе­н­ня критеріїв міцності та закономірностей деформува­н­ня і руйнува­н­ня матеріалів та кон­струкцій при складному напружено-деформованому стані. По­єд­на­н­ня теоретичних і екс­периментальних досліджень науковцями Ін­ституту до­зволяє на високому науковому рівні вирішувати фундаментальні про­блеми міцності матеріалів та елементів кон­струкцій і доводити результати наукових досліджень до практичного викори­ста­н­ня. Нині Ін­ститут є базовою організацією Наукової ради з про­блем механіки деформівного твердого тіла й єдиною в Україні спеціалізованою науковою установою, в якій комплексно ви­вчають пита­н­ня міцності та довговічності матеріалів і кон­структивних елементів з урахува­н­ням факторів, характерних для реальних умов їх екс­плуатації. Його науковці роз­робляють нові методи екс­периментальних досліджень і створюють ви­пробувальні установки та стенди для їх реалізації в досліджен­ні процесів деформува­н­ня, по­шкодже­н­ня і руйнува­н­ня металевих і неметалевих кон­струкційних матеріалів, що використовують у ракетно-космічній техніці, авіа- i суднобудуван­ні, атомній енергетиці, газотурбобудуван­ні, магістральних нафто- i газо­проводів, автомобілебудуван­ні, сільськогосподарському машинобудуван­ні, будівництві. Серед понад 150-ти ви­пробувальних установок і стендів — серійні ви­пробувальні машини й обладна­н­ня, що екс­плуатують в їх оригінальному стані, а також обладна­н­ня, що було істотно вдосконалено й оснащено додатковим устаткува­н­ням (термокамерами, ви­пробувальною оснасткою, пере­творювачами, системами вимірюва­н­ня та управлі­н­ня) для проведе­н­ня спеціальних досліджень; оригінальні ви­пробувальні стенди, роз­роблені і виготовлені в Ін­ституті, що пере­важно не мають аналогів в Україні. Обладна­н­ня, роз­роблене або модернізоване в Ін­ституті, захищено 675-ма авторськими свідоцтвами та патентами. Газодинамічний високотемпературний стенд, пневмогідравлічний кріоген­ний стенд, гідравлічний стенд, стенди ударного і імпульсного навантаже­н­ня матеріалів і елементів кон­струкцій та ін. належать до наукових обʼєктів, що становлять національне на­дба­н­ня. Від 2006 функціонує Центр колективного користува­н­ня науковими приладами, оснащений сучасним ви­пробувальним обладна­н­ням: сервогідравлічною машиною «Instron 8802» (Велика Британія), резонансною машиною «RUMUL TESTRONIC» (Швейцарія). Найвагоміші досягне­н­ня Ін­ституту: ви­значено характеристики міцності, пластичності, повзучості, тріщино­стійкості та втоми широкого класу кон­струкційних матеріалів, зокрема вуглецевих і легованих сталей, сплавів кольорових металів, композитних, керамічних, металокерамічних, полімерних; роз­роблено фізично об­ґрунтовані й екс­периментально під­тверджені нові моделі деформува­н­ня та руйнува­н­ня таких матеріалів з урахува­н­ня виду напруженого стану, температури, режиму навантаже­н­ня і на їх основі за­пропоновано нові критерії міцності матеріалів в умовах складного напруженого стану за статичного, динамічного та циклічного навантаже­н­ня в широкому діапазоні температур та швидкостей деформува­н­ня, що дало можливість роз­робити норми роз­рахунку на міцність несівних елементів кон­струкцій, що екс­плуатують у складних умовах силових і температурних впливів; досліджено закономірності непружного циклічного деформува­н­ня і втомного руйнува­н­ня кон­струкційних матеріалів у широкому діапазоні температур й об­ґрунтовано можливість пришвидшеного ви­значе­н­ня границі втоми матеріалів в умовах однорідного і неоднорідного напружених станів із викори­ста­н­ням діа­грам циклічного деформува­н­ня; встановлено критерії зародже­н­ня і роз­витку тріщин утоми, що враховують структуру матеріалу, геометрію кон­струкції і умови екс­плуатації; роз­роблено методи ви­значе­н­ня характеристик демпфірува­н­ня коливань нелінійних систем гістерезисного типу, об­ґрунтовано методи оцінки демпфірувальної здатності, вібронапруженості і динамічної стійкості до флатера лопаткового апарату сучасних газотурбін­них двигунів, дослідже­н­ня й аналізу коливань регулярних пружних систем із порушеною симетрією і коливань пружних тіл при втомних по­шкодже­н­нях; з огляду на потребу забезпече­н­ня робото­здатності елементів ракетних двигунів, літаків, ядерного обладна­н­ня та іншої спецтехніки роз­роблено методи ви­пробувань та отримано характеристики пружності, твердості, міцності, пластичності, опору повзучості та втомі тугоплавких металів (вольфраму, молібдену, ніобію), їхніх сплавів у вакуумі та середовищах інертних газів в умовах високих температур (до 3000 К); для виріше­н­ня про­блем створе­н­ня енергетичних установок з над­провід­ними магнітними системами в умовах кріоген­них температур створено комплекс стендів та ви­пробувального устаткува­н­ня й ви­значено механічні характеристики матеріалів та кон­структивних елементів, що екс­плуатують за кліматичних і кріоген­них температур (від 4,2 К) в умовах статичного, мало- та багатоциклового навантаже­н­ня і впливу магнітних полів та імпульсів електричного струму високої густини; на газодинамічних стендах за дії високотемпературних газових потоків ви­значено праце­здатність матеріалів і теплозахисних кон­струкцій в умовах, що моделюють входже­н­ня космічних апаратів в щільні шари атмо­сфери, з накладе­н­ням статичних та вібраційних навантажень при температурах до 2700 К; для зразків, натурних соплових і робочих лопаток газотурбін­них двигунів в умовах термоциклува­н­ня при температурах до 2000 К ви­значено характеристики їх термоміцності й термовтоми; роз­роблено загальну методологію роз­вʼяза­н­ня актуальних задач механіки з об­ґрунтува­н­ня міцності та ресурсу критичних елементів обладна­н­ня першого контуру реакторних установок із водо-водяним енергетичним реактором (ВВЕР) АЕС України, зокрема корпусів ядерних реакторів, парогенераторів та внутрішньокорпусних при­строїв реакторів ВВЕР-1000; створено ефективний апарат роз­рахункових досліджень для чисельного моделюва­н­ня кінетики напружено-деформованого стану на основі нових та удосконалених змішаних схем методу скінчен­них елементів під­вищеної точності для роз­вʼяза­н­ня нелінійних кра­йових задач термомеханіки, що описують неізотермічні процеси пружно-вʼязко-пластичного деформува­н­ня з урахува­н­ням деформаційної історії термосилового навантаже­н­ня, технологічної спадковості, сучасних концепцій механіки руйнува­н­ня та удосконалених моделей крихко-вʼязкого руйнува­н­ня, радіаційних ефектів зміцне­н­ня, роз­пуха­н­ня і повзучості матеріалу й кон­струкцій, що пере­бувають під впливом під­вищених температур, нейтрон­ного опроміне­н­ня в умовах екс­плуатаційного та аварійного навантажень; для оцінки міцності та ресурсу корпусів реакторів ВВЕР роз­роблено галузевий нормативний документ, з викори­ста­н­ням якого подовжено термін екс­плуатації 7-ми енерго­блоків АЕС України; для виготовле­н­ня надійних тепловидільних елементів ядерних реакторів створено комплекс екс­периментального обладна­н­ня, що до­зволяв ви­пробовувати зразки матеріалу без­посередньо в ка­налі атомного реактора та ви­значати його міцність, зокрема й при довготривалому статичному і циклічному навантажен­ні з урахува­н­ням факторів радіаційного й корозійного впливу та високих температур в активній зоні реактора, що слугували основою для ви­значе­н­ня критеріїв граничного стану феритно-мартенситних сталей в умовах нейтрон­ного опроміне­н­ня; за­пропоновано фізично об­ґрунтовану модель квазікрихкого руйнува­н­ня металів, на основі якої проведено кількісне ви­значе­н­ня критичної температури крихкості як міри тріщино­стійкості металів, роз­винуто узагальнений критерій руйнува­н­ня, роз­роблено методи про­гнозува­н­ня впливу на тріщино­стійкість, вʼязко-крихкий пере­хід і критичну температуру крихкості сталей та сплавів таких ви­значальних факторів як роз­міри деталей, швидкість навантаже­н­ня, нейтрон­не опроміне­н­ня тощо. За наукові досягне­н­ня науковцям Ін­ституту присуджено 13 Державних премій у галузі науки і техніки України та 19 премій НАНУ. Ін­ститут спів­працює з КБ «Пів­ден­не» (Дні­про), під­приємством «Антонов», компанією «Енергоатом» (обидві — Київ), Запорізьким машинобудівним КБ «Про­грес» імені О. Івченка, АТ «Мотор Січ» (Запоріж­жя), Науково-виробничим комплексом газотурбобудува­н­ня «Зоря»—«Маш­проект» (Миколаїв) та ін. В остан­ні роки Ін­ститут активізував роботу над виріше­н­ням про­блемних питань, повʼязаних із забезпече­н­ням обороно­здатності та національної без­пеки держави. Від 1969 видає між­народний науково-технічний журнал «Про­блеми міцності». Серед ві­домих науковців — А. Красовський, А. Лебедєв, В. Матвєєв, М. Новіков, В. Стрижало. Ін­ститут також очолювали В. Трощенко (1988—2011), В. Харченко (2011—21), А. Зіньковський (2021—22), від 2022 директор — О. Чирков.

Фотоілюстрації

×

❮ ❯

Завантажити статтю