Анотація до роботи:

Русанова О.О. Пружно-пластичні деформації корпусу гідроімпульсних приладів з урахуванням хвильових процесів динамічного навантаження. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.09 - динаміка та міцність машин. - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2007.

У дисертації наведено рішення актуальних задач теорії пружності і гідродинаміки стосовно до гідроімпульсних конструкцій, яке мають важливе науково-практичне значення, що полягає в обґрунтуванні математичної моделі і розробці методики розрахунку на міцність гідроімпульсних пристроїв з урахуванням динамічних навантажень, пружно-пластичних деформацій і нестаціонарної кавітації. Розроблено алгоритми і програми, проведене комп'ютерне моделювання.

Для розрахунку нестаціонарних рухів рідини з кавітацією і пружно-пластичних деформацій корпусу гідропристрою адаптований чисельний метод зі штучною в'язкістю. Розраховано параметри течії рідини, що супроводжується нестаціонарною хвильовою кавітацією. Показано, що при знехтуванні кавітацією якісно й кількісно змінюються параметри течії.

Уперше в нестаціонарній постановці розраховано напружено-деформований стан корпуса експериментального зразка порохової гідрогармати з урахуванням динаміки процесу, реальної геометрії пристрою і кавітації рідини. Задача вирішена комплексно при спільному розрахунку пружно-пластичних деформацій корпусу й руху ідеальної стисливої рідини. Результати досліджень реалізовані у вигляді робочої методики розрахунку параметрів гідрогармат.

У дисертації наведено рішення актуальних задач теорії пружності і гідродинаміки стосовно до гідроімпульсних конструкцій, яке мають важливе науково-практичне значення, що полягає в обґрунтуванні математичної моделі і розробці методики розрахунку на міцність гідроімпульсних пристроїв з урахуванням динамічних навантажень, пружно-пластичних деформацій і нестаціонарної кавітації. Розроблено алгоритми і програми, проведене комп'ютерне моделювання.

Основні наукові і практичні результати проведених досліджень полягають у наступному.

1. Уперше розроблено математичні моделі і робоча методика для розрахунку напружено-деформованого стану корпусу гідропристрою під дією неоднорідного імпульсного навантаження з урахуванням пружно-пластичних деформацій і кавітації, сумісності деформацій робочого середовища (рідини) і матеріалу конструкції пристрою.

2. Для розрахунку нестаціонарних рухів рідини з кавітацією і пружно-пластичних деформацій корпусу гідропристрою адаптований чисельний метод зі штучною в'язкістю. Результати розрахунків за даним методом порівнюються з експериментальними даними, відомими аналітичними рішеннями і розрахунками іншими чисельними методами. Збіг результатів підтверджує вірогідність розрахунків.

3. Докладно проаналізовані дві моделі нестаціонарної кавітації: з постійним тиском і постійною швидкістю звуку. Показано, що при зменшенні критичної швидкості звуку для другої моделі кавітації результати розрахунків за обома моделями збігаються. Модель кавітації з постійним тиском має більш зрозумілий фізичний зміст і легко реалізується при чисельних розрахунках. Показано, що нехтування кавітацією істотно спотворює фізику процесу і кількісні значення гідродинамічних параметрів. Встановлено, що кавітація істотно впливає на гідродинамічні параметри гідрогармат ударної дії, але для гідроімпульсних пристроїв інших конструкцій кавітацією часто можна знехтувати.

4. Отримано розрахункові залежності і методику зміцнення корпусу пристрою шляхом навивання високоміцного сталевого дроту; визначені значення раціональної кількості шарів витків, що навиваються, для заданих граничних напружень у корпусі гідрогармати. Показано, що для лабораторної гідрогармати, розробленої в ДонНУ, доцільно обмежитися 6-10 витками при натягу дроту з напруженням 500 - 600 МПа.

5. Вперше в нестаціонарній постановці розрахований напружено-деформований стан корпусу лабораторного зразка порохової гідрогармати з урахуванням динаміки процесу, реальної геометрії пристрою і кавітації. Задача вирішена комплексно при спільному розрахунку пружно-пластичних деформацій корпусу і руху ідеальної стисливої рідини. Показано, що лабораторні гідрогармати виконані з достатнім запасом міцності. Нехтування динамікою процесу приводить до зменшення значень розрахункових напружень більш ніж на 30 %.

Публікації автора:

1. Марченко О.А. (Русанова О.А.), Семко А.Н. Исследование импульсного генератора струй жидкости с учетом кавитации // Вiсник Донецького Унiверситету, Сер. А: Природничi науки. – 2002. – № 1. – С. 162–165.

2. Русанова О.А., Семко А.Н. Моделирование нестационарной кавитации // Вiсник Донецького Унiверситету, Сер. А: Природничi науки. – 2003. – № 1. – С. 148–156.

3. Атанов Г.А., Русанова О.А., Семко А.Н. Расчет нестационарных течений жидкости с кавитацией // Прикладна гiдромеханика. – 2004. – Т. 6(78), № 4. – С. 9–16.

4. Русанова О.А., Семко А.Н. Об импульсном генераторе струй жидкости // Вістник Дніпропетровського університету. Механіка. – 2004. – № 6/2. – С. 211–218.

5. Русанова О.А. Расчет напряженно–деформированного состояния пороховой гидропушки при упрочнении навивкой высокопрочной стальной проволоки // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. – Донецк, 2005. – № 29. – С. 159–165.

6. Русанова О.А. Расчет напряженно-деформированного состояния корпуса гидропушки // Вiсник Хмельницького нацiонального унiверситету: Технiчнi науки. – 2006. – № 2. – С. 38 – 42.

7. Гескин Е.С., Петренко О.П., Русанова О.А., Семко А.Н. Прочностной расчет и оптимизация ствола пороховой гидропушки // Проблемы прочности. – 2006. – №2. – С. 137–146.

8. Русанова О.А., Семко А.Н. Напряженно-деформированное состояние корпуса пороховой гидропушки при выстреле // Вiсник Донецького Унiверситету, Сер. А: Природничi науки. – 2006. – № 1. – С. 166–171.

9. Русанова О.А., Семко А.Н. Эволюция напряжений в корпусе пороховой гидропушки в процессе выстрела // Актуальные проблемы механики деформируемого твердого тела: материалы 4 международной научной конференции, посвященной памяти академика НАН Украины А.С. Космодемианского. – Донецк, 2006. – С. 301 – 303.

10. Atanov G., Rusanova O., Semko. A. Unsteady cavitation in the impulse and wave processes // Proc. 5th International Symposium on Cavitation. – Osaka (Japan). – 2003. – P. 1–7. – Cav03-OS-7-002.

11. Geskin E., Petrenko O., Rusanova O., Semko A., Bitardse T. Application of Numerical Techniques for Optimization of the Water Cannon Design // Proc. 2005 WJTA American Water Jet Conference. – Houston (USA). –2005. – Paper 3A–1. – P. 11.

12. Русанова О.А. Об упрочнении корпуса гидропушки // Математичне моделювання. – 2006. – № 1,2 (15). – С. 35–40.

У роботах [1] – [4], [10] Русановій О.О. належить реалізація алгоритмів, проведення розрахунків, обробка результатів; у [7] - [9], [11] - рішення завдань, пов'язаних зі зміцненням корпусу гідропристрою, розробка методики для визначення раціональної кількості шарів навиваємого дроту, розрахунок напружено-деформованого стану за допомогою пакета ANSYS, реалізація алгоритмів чисельного розрахунку методом зі штучною в’язкістю, проведення розрахунків, обробка результатів. Постановка задач та обговорення результатів виконана разом із співавторами.