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 ім’я). 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 об’єктів 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 об’єктів, 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 розв’язання 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 розв’язання нелінійних крайових задач термомеханіки, що описують неізотермічні процеси пружно-в’язко-пластичного деформування з урахуванням деформаційної історії термосилового навантаження, технологічної спадковості, сучасних концепцій механіки руйнування та удосконалених моделей крихко-в’язкого 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, в’язко-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, пов’язаних 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