Защита кандидатской диссертации аспирантом кафедры "Механика и процессы управления" СПбГПУ Д.А. Беловым
16 декабря 2009 года на заседании диссертационного совета Д.212.229.13 СПбГПУ аспирантом кафедры "Механика и процессы управления" Д.А. Беловым успешно защищена кандидатская диссертация по специальности 01.02.06 "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры". Работа выполнена в лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab) кафедры "Механика и процессы управления" СПбГПУ.
Тема диссертации – "Гомогенизация и гетерогенизация однонаправленных упругих волокнистых композитов".
Научный руководитель – профессор СПбГПУ, к.т.н. А.И. Боровков.
Официальные оппоненты:
- Мельников Борис Евгеньевич, д.т.н., профессор, зав. каф. “Сопротивление материалов” СПбГПУ;
- Шевченко Денис Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник ОАО “СПбАЭП”.
Ведущая организация – Институт проблем машиноведения РАН, г. Санкт-Петербург
Применение композитных материалов, обладающих высокой удельной прочностью и жесткостью, позволяет в современных машинах и конструкциях снизить материалоемкость и повысить коррозионную стойкость, открывает принципиально новые возможности по оптимальному проектированию и созданию новых конструкций. Современные инженерные подходы к расчету композитов позволяют найти приближенные результаты, аналитические подходы дают точные результаты лишь для периодических структур с достаточно простой геометрией. С развитием вычислительной техники и численных методов, прежде всего, метода конечных элементов (МКЭ), появилась возможность получать решения с высокой степенью точности как в случае макронапряженного состояния, так и в случае микронапряжений в компонентах композитов, которые играют определяющую роль для оценки прочности элементов клнструкций из композитов.
 |
 |
 |
| Выступает аспирант каф. "Механика и процессы управления" Д.А. Белов | Выступает научный руководитель, проф. А.И. Боровков |
Ученый секретарь диссертационного совета, проф. Б.С. Григорьев зачитывает отзыв ведущей организации - ИПМаш РАН |
Диссертационная работа Д.А. Белова посвящена изучению и решению актуального вопроса корректного определения микронапряженного состояния однонаправленных упругих волокнистых композитов (ОВКМ) с высокой объемной плотностью, как периодических, так и хаотически армированных волокнами (рис. 1).
Рис. 1. Рассмотренные типы однонаправленных волокнистых композитных материалов
В диссертационной работе Д.А. Белова получены следующие основные результаты:
- реализован метод “базовых решений” и “регулярных разложений” нахождения микронапряженного состояния периодического упругого ОВКМ, проведено численное сравнение получаемых значений со значениями эталонных решений, сделан вывод о возможности использования метода для решения практических задач;
- разработан и реализован метод “итерирования условий сопряжения” устранения разрыва микронапряжений на границе раздела гетерогенных и гомогенизированных сред гибридных математических моделей упругих композитов, проведена его численная верификация;
- реализован метод “локальных гетерогенизаций” для вычисления полей микронапряжений периодических упругих ОВКМ в зонах приложения локальных нагрузок и зонах краевых эффектов, проведено сравнение получаемых с его помощью значений с эталонными решениями (максимальная относительная погрешность не превышает 5-6%), продемонстрирована его эффективность;
- на основе объединения МКЭ и метода Монте-Карло разработан алгоритм определения эффективных упругих характеристик хаотически армированных ОВКМ, установлен минимально необходимые размеры представительных элементов объема композитов и число случайных реализаций произвольного расположения волокон при статистическом определении эффективных характеристик;
- установлен характер зависимости значений эффективных упругих характеристик стохастических ОВКМ от геометрических размеров и упругих свойств их компонентов, показана возможность оценки значений эффективных упругих характеристик стохастических ОВКМ с достаточно высокой точностью на основе их регуляризованных моделей.
Рис. 2. Схема применения методов гомогенизации и гетерогенизации
В диссертационной работе применяются аналитические и численные методы. Численное моделирование выполнено с помощью МКЭ, одного из самых мощных и эффективных численных методов решения задач механики. Разработанные процедуры МКЭ реализованы в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS.
 |
 |
| Члены диссертационного совета главный научный сотрудник ОАО "Конструкторское бюро специального машиностроения", д.т.н., проф. Ю.Л. Рутман (слева), зам. директора по научной работе ИПМаш РАН, д.ф.-м.н., проф. А.К. Беляев |
Вопрос задает член диссертационного совета, д.ф.-м.н., профессор инженерно-строительного факультета СПбГПУ В.Г. Корнеев |
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе Д.А. Белова, состоит в следующем:
- на основе объединения МКЭ и метода Монте-Карло разработан алгоритм определения эффективных упругих характеристик стохастических ОВКМ; получены точные выражения для вычисления 13 эффективных упругих характеристик стохастических ОВКМ, обладающих свойством моноклинной симметрии; установлен минимально необходимый размер ПЭО композитов и число реализаций произвольного расположения в них волокон при статистическом определении этих характеристик; выявлен характер зависимости значений эффективных упругих характеристик от геометрических размеров и упругих свойств компонентов стохастических ОВКМ;
- реализован метод “локальных гетерогенизаций” нахождения полей микронапряжений периодических упругих ОВКМ в зонах приложения локальных нагрузок и зонах краевых эффектов (метод основан на применении принципа локальности в механике композитных материалов и концепции гибридной математической модели композита), проведена верификация и продемонстрирована его эффективность;
- реализован метод “базовых решений” и “регулярных разложений” вычисления микронапряженного состояния периодического упругого ОВКМ, проведено сравнение получаемых значений микронапряжений со значениями эталонных решений;
- на основе метода “базовых решений” и “регулярных разложений” разработан и реализован алгоритм устранения разрыва микронапряжений на границе раздела гетерогенных и гомогенизированных сред гибридных математических моделей упругих композитов с использованием специально сконструированного функционала (метод “итерирования условий сопряжения”).
Рис. 3. Алгоритм вычисления эффективных упругих характеристик стохастического ОВКМ
Рис. 4. Распределения компонентов тензора микронапряжений до и после применения метода
“итерирования условий сопряжения” устранения разрыва значений микронапряжений
на границе сопряжения гетерогенной и гомогенизированной сред гибридной мат. модели ОВКМ
Д.А. Белов имеет 18 опубликованных работ, в том числе по теме диссертации - 13 работ, из них - 2 статьи опубликованы в рецензируемом научном журнале из Перечня ВАК ("Научно-технические ведомости СПбГПУ").
Содержание диссертации достаточно полно отражено в публикациях:
1. Белов, Д.А. Принцип локальности в механике волокнистых композитов. 2. Влияние относительной жёсткости и объёмной концентрации волокон композита на микронапряжения [Текст] / Д.А. Белов, А.А. Михайлов, А.И. Боровков// XXXIV Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. – Часть IV. – С. 47-48.
2. Белов, Д.А. Исследование методов конечно-элементного восстановления микронапряжений в гомогенизированных волокнистых композитах [Текст] / Д.А. Белов, А.И. Боровков // Труды 38-й международной научной конференции аспирантов и студентов – СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского ун-та, 2007. - С. 113-119.
3. Боровков, А.И. Конечно-элементная реализация метода устранения разрыва микронапряжений на границе раздела гетерогенного и гомогенизированного материалов периодического композита [Текст] / А.И. Боровков, Д.А. Белов // Материалы XI Всероссийской конференции “Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах”. – СПб, 2007. – С. 215.
4. Белов, Д.А. Метод “локальных гетерогенизаций” для восстановления микронапряжений в композитах [Текст] / Д.А. Белов, А.И. Боровков // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – 2008. – №6. – С. 44–50.
5. Белов, Д.А. Новый метод восстановления микронапряжений в гомогенизированных композитах [Текст] / Д.А. Белов, А.И. Боровков, В.А. Пальмов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – 2008. – №6. – С. 50–57.
6. Белов, Д.А. Гомогенизация упругих стохастических однонаправленных волокнистых композитов [Текст] / Д.А. Белов, А.И. Боровков// XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. – Часть V. – С. 41-42.
7. Белов, Д.А. Применение метода "базовых решений" и "регулярных разложений" для нахождения микронапряжений в упругих однонаправленных волокнистых композитах [Текст] / Д.А. Белов, А.И. Боровков// XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. – Часть V. – С. 43-44.
 |
 |
| Выступает официальный оппонент, член диссертационного совета, д.т.н., зав. каф. "Сопротивление материалов", проф. Б.Е. Мельников |
Выступает председатель диссертационного совета, заслуженный деятель науки РФ, д.ф.-м.н., зав. каф. "Механика и процессы управления", проф. В.А. Пальмов |
 |
 |
| Выступает член диссертационного совета, д.ф.-м.н., зав. каф. "Теоретическая механика", проф. А.М. Кривцов |
Выступает член диссертационного совета, д.ф.-м.н., |
На автореферат кандидатской диссертации Д.А. Белова поступило 9 положительных отзывов из следующих организаций:
- Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (г. Москва), подписан зав. лабораторией безопасности и прочности композитных конструкций, д.т.н., проф. А.Н. Полиловым;
- ГОУ ВПО "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова", подписан д.ф.-м.н., проф. каф. "Вычислительная механика" механико-математического факультета В.А. Левиным;
- ГОУ ВПО “Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана”, подписан зав. каф. “Компьютерные системы автоматизации производства”, д.т.н., проф. С.С. Гаврюшиным и д.т.н., проф. каф. “Прикладная механика” Ф.Д. Сорокиным;
- ГОУ ВПО "Московский авиационный институт", подписан зам. проректора, к.ф.-м.н., доцентом, Лауреатом государственной премии РФ в области науки и техники А.Л. Медведским;
- Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН, подписан старшими научными сотрудниками лаборатории “Механика структурно-неоднородных сред”, д.ф.-м.н. Ю.П. Стефановым и д.ф.-м.н. И.Ю. Смолиным;
- ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов "Прометей", подписан к.т.н. В.Н. Ривкиндом;
- ГОУ ВПО "Пензенский государственный университет", подписан проф. каф. "Техническая и прикладная механика", д.т.н. А.Ю. Муйземнеком;
- ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет", подписан зав. каф. инженерных наук и технологий, д.т.н., проф. С.М. Галилеевым;
- ООО "Технологическая компания Шлюмберже ", подписан ведущим научным сотрудником, д.ф.-м.н. И.Л. Софроновым.
 |
| Члены диссертационного совета во время работы счетной комиссии обсуждают диссертацию (слева направо): проф. М.М. Ветюков (СПб горный университет), проф. Б.С. Григорьев и проф. Б.Е. Мельников; проф. А.Б. Фрейдин и проф. Д.Г. Арсеньев; проф. А.М. Кривцов и проф А.И. Боровков |
При проведении тайного голосования диссертационный совет в количестве 24 человек (из них – 7 докторов наук по профилю рассматриваемой диссертации), участвовавших в заседании, из 29 человек, входящих в состав совета, проголосовал "единогласно" (за – 24, против – нет, недействительных бюллетеней – нет), за присуждение Д.А. Белову ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.06 "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры".
Справка. Ранее под руководством проф. СПбГПУ, зав. лаб. "Вычислительная механика" (CompMechLab) А.И. Боровкова защищено 5 кандидатских диссертаций по специальности 01.02.06 "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры", о которых сообщал наш сайт:
21/06/2009 Защита кандидатской диссертации сотрудником CompMechLab Д.С. Михалюком
(тема диссертации – "Конечно-элементное моделирование и исследование динамики палубного аэрофинишера");
26/01/2009 Защита кандидатской диссертации сотрудником CompMechLab А.В. Гаевым
(тема диссертации – "Иерархическая последовательность моделей для исследования напряженного и вибрационного состояния рабочих лопаток паровых турбин");
07/06/2005 Защита кандидатской диссертации сотрудником CompMechLab Д.В. Шевченко
(тема диссертации - “Конечно-элементное моделирование и исследование проблем механики радиотелескопа РТ-70”);
15/05/2003 Защиты кандидатских диссертаций сотрудниками ОАО "Электросила":
- О.Л. Кийло (тема диссертации - “Моделирование и исследования соединений с натягом конструкционных элементов бандажных узлов роторов турбогенераторов” );
- И.З. Штилерманом (тема диссертации - “Неравножесткость ротора двухполюсного турбогенератора и ее выравнивание”).