Взаимодействия деформируемых оболочек вращения и жестких поверхностей с сухим трением при комбинированной кинематике относительного движения

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-29-00987

НазваниеВзаимодействия деформируемых оболочек вращения и жестких поверхностей с сухим трением при комбинированной кинематике относительного движения

Руководитель Киреенков Алексей Альбертович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-602 - Моделирование технических систем

Ключевые слова Комбинированное сухое трение, деформируемые оболочки вращения, жесткие поверхности, контактное взаимодействие

Код ГРНТИ30.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Будет предложена реализация теории многокомпонентного сухого трения в некоторых инженерных задачах, в частности задачах динамики роботизированных систем и задачах качения пневматиков различных устройств и объектов. С этой целью будет продолжена разработка методов исследования динамики взаимодействия деформируемых оболочек вращения и жестких поверхностей с сухим трением при комбинированной кинематике относительного движения. Ключевым элементом исследования динамики деформируемых тел при качении с проскальзыванием и верчением является дальнейшее развитие теории поликомпонентного сухого трения. Для этого, в частности требуется усовершенствовать методику определения коэффициентов феноменологических моделей поликомпонентного сухого трения, основанных на замене точных интегральных выражений для момента и силы трения их аппроксимациями, представляемыми аналитическими функциями, а также осуществить выбор и обоснование приближенных моделей, основанных на различных аналитических решениях контактных задач, достигнутых в теории оболочек. Предполагается обобщить разработанные ранее модели комбинированного сухого трения на случай сложных форм пятен контакта трущихся тел с учетом аналитических решений задач о деформированном состоянии оболочек, взаимодействующих с жесткими поверхностями опоры. Особое внимание будет уделено развитию приближенных моделей контактного взаимодействия для тонких оболочек, для которых распределения контактного давления по области контакта с опорной поверхностью может существенно отличаться от распределения Герца. Исследования динамики качения с трением деформируемых оболочек требует учета влияния формы распределения контактного давления на характеристики поликомпонентного сухого трения, в первую очередь момента верчения. В процессе работ будут рассмотрены и решены задачи о динамике оболочек, катящихся по шероховатым поверхностям с одновременным проскальзыванием и верчением и проведено исследование влияния деформированного состояния оболочки на характер движения. В связи с необходимостью описания взаимодействия в системе <оболочка - опора> будут получены решений новых пространственных контактных задач для оболочек и жестких опорных поверхностей, построены новые оригинальные методы и алгоритмы решения проблем пространственного контактного взаимодействия для тонкостенных конструкций, что потребует определения особенностей процессов контактного взаимодействия и проведение широких параметрических исследований.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Е. Ю. Михайлова, Г. В. Федотенков Удар абсолютно твердого тела по пластине Кирхгофа Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: Материалы XXIX Международного симпозиума им. А.Г. Горшкова, Т.2, С. 33-34. (год публикации - 2023)

2. А. А. Киреенков, Е. Ю. Михайлова Влияние комбинированного сухого трения на колебания кругового цилиндра вертикально опирающегося на вращающеюся платформу Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: Материалы XXIX Международного симпозиума им. А.Г. Горшкова, Т.2, С. 20. (год публикации - 2023)

3. Федотенков Г.В., Киреенков А.А. Reconstruction of the Spatial Distribution of Non-stationary Load for Timoshenko Beam AIP ICCMSE 2022 Conference Proceedings, No. 3030, 2023 (год публикации - 2024)

4. Киреенков А.А., Федотенков Г.В. Contact problem for а spherical shell supported on two flat surfaces International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 2024 г., т. 20, N° 1 (год публикации - 2024)

5. Киреенков А.А. On Interaction of Elastic Composite Shell with Two Rails AIP ICCMSE 2022 Conference Proceedings, AIP ICCMSE 2022 Conference Proceedings No. 3030, 2023 (год публикации - 2024)

6. Киреенков А.А., Михайлова Е.Ю., Федотенков Г.В. Метод сведения контактных задач для сферических оболочек типа Тимошенко к парным рядам-уравнениям Механика композиционных материалов и конструкций, Т. 29, № 3. – С. 390-401. (год публикации - 2023)
10.33113/mkmk.ras.2023.29.03.06.

7. К. А. Кулаженкова, Т. Ш. Фан, Г. В. Федотенков Мембрана произвольной геометрии под действием нестационарного давления Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: Материалы XXIX Международного симпозиума им. А.Г. Горшкова, Т.2., С. 144-147. (год публикации - 2023)

8. Киреенков А.А., Федотенков Г.В. Contact problem for a spherical shell supported on two flat surfaces International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 20(3) 24–34 (2024) (год публикации - 2024)
10.22337/2587-9618-2024-20-3-24-34

9. Киреенков А.А., Федотенков Г.В. Построение кинематико-силовой модели взаимодействия композитного сферического упругого тела с двумя наклоненными друг к другу плоскими поверхностями Механика композиционных материалов и конструкций, Т. 31. – № 1. (год публикации - 2025)

10. Федотенков Г.В., Киреенков А.А. Reconstruction of the spatial distribution of non-stationary load for Timoshenko beam AIP Conference Proceedings, Vol. 3030, no. 1. — P. 080005 (год публикации - 2024)
10.1063/5.0193699

11. Федотенков Г.В., Киреенков А.А. Алгоритм решения контактных задач с использованием технологий глубокого машинного обучения СТИН, № 12. – С. 24-27. (год публикации - 2024)

12. Федотенков Г.В., Фан Тунг Шон, Киреенков А.А. Application of Machine Learning Technologies to the Study of Wave Processes in Structural Elements AIP conference proceedings (год публикации - 2025)

13. Киреенков А.А. On interaction of elastic composite shell with two rails AIP Conference Proceedings, Vol. 3030, no. 1. — P. 080004 (год публикации - 2024)
10.1063/5.0193766

14. Киреенков А.А, Федотенков Г.В. Контактная задача для сферической оболочки, опирающейся на две плоские поверхности International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, vol. 20, no. 3, pp. 24–34 (год публикации - 2024)
10.22337/2587-9618-2024-20-3-24-34

15. Киреенков А.А. About the Force State in the Contact of a Cylinder with One End Elastically Fixed on a Rotating Platform AIP Conference Proceedings (год публикации - 2024)

16. Киреенков А.А., Оконечников А.С., Феоктистова Е.С. Нестационарная контактная задача для штампа и мембраны в осесимметричной постановке Труды МАИ, № 138. (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках выполнения проекта в отчетном году проведены следующие работы и получены научные результаты: 1. Выполнен сравнительный анализ моделей, описывающих силовое состояние внутри пятен контакта тонкой упругой оболочки, опирающейся на две наклонённые друг к другу плоскости. Установлено, что точные модели, разработанные на первом этапе, обладают высокой точностью и применимостью для задач сложного кинематического движения. Упрощенные модели, основанные на классических подходах, целесообразны для стационарных условий и задач с ограниченными вычислительными ресурсами. Рекомендации по применению моделей опубликованы в научных журналах и конференционных материалах. 2. Построены аппроксимации распределения контактных напряжений для оболочек, совершающих сложное кинематическое движение. Разработанные аппроксимации позволяют упростить расчет и использовать их в задачах проектирования и моделирования. 3. Разработана методика определения коэффициентов приближенных моделей трения. Методика обеспечивает высокую точность расчета силовых параметров, основана на численных экспериментах и учитывает кинематические параметры движения оболочки. 4. Исследована зависимость контактных напряжений от угла между плоскостями. Рассмотрены предельные случаи раскрытия угла и вырождения его в одну плоскость. Результаты сопоставлены с ранее разработанными моделями, что позволило уточнить области их применимости. 5. Создана кинематическая модель распределения скоростей внутри пятен контакта, применимая для задач управления «роботом-бабочкой». Модель учитывает кинематически сложное движение оболочки. 6. Установлена взаимосвязь силовых и кинематических параметров внутри пятен контакта, что позволило адаптировать разработанную модель к случаям движения по двум параллельным плоскостям. Полученные результаты нашли применение в задачах управления робототехническими системами. 7. Усовершенствована методика расчета коэффициентов поликомпонентных моделей трения. Замена точных интегральных выражений аналитическими аппроксимациями позволила повысить эффективность вычислений. 8. Разработаны рекомендации по выбору моделей трения для инженерных приложений. Предложены подходы к учету комбинированного трения в задачах динамики и управления. Научные результаты опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях и представлены на международных конференциях.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта обладают значительным потенциалом для практического использования в различных отраслях экономики и социальной сфере. Разработанные модели и методики открывают перспективы для повышения эффективности и конкурентоспособности инженерных и робототехнических решений, что способствует технологическому развитию и экономическому росту. Основные направления практического применения включают: 1. Робототехника и автоматизация. Разработанные модели трения и динамики оболочек могут быть использованы для проектирования и управления робототехническими системами, включая транспортные роботы, промышленные манипуляторы и специальные мобильные платформы, такие как «робот-бабочка». Это улучшит точность управления, устойчивость и энергоэффективность роботизированных систем, что особенно важно для задач в сфере промышленной автоматизации и логистики. 2. Транспортная отрасль. Результаты исследования динамики оболочек применимы для анализа и оптимизации работы транспортных систем, включая колесные и рельсовые механизмы. Использование усовершенствованных моделей трения позволит повысить безопасность, надежность и долговечность транспортных средств, а также снизить энергозатраты на их эксплуатацию. 3. Машиностроение. Методики расчета контактных взаимодействий находят применение в проектировании деталей машин и механизмов, таких как подшипники, шестерни и элементы подвески. Это способствует созданию высокоточных и надежных механизмов, что повышает их производственные характеристики и экономическую эффективность. 4. Научные и технологические заделы. Результаты проекта формируют научную базу для дальнейшего развития технологий моделирования контактных взаимодействий и трения. Они могут быть использованы в образовательных и исследовательских учреждениях для подготовки квалифицированных специалистов и создания новых инновационных решений. 5. Социальная сфера. Оптимизация робототехнических и транспортных систем на базе разработанных моделей способствует улучшению качества жизни за счет повышения доступности и безопасности транспортной инфраструктуры, а также внедрения автоматизированных решений в повседневную жизнь, таких как роботизированные помощники и устройства с элементами искусственного интеллекта. Таким образом, результаты проекта обеспечивают формирование научных и технологических заделов, направленных на укрепление экономического потенциала и социальное развитие Российской Федерации. Они способствуют внедрению современных технологий в производство и развитие ключевых отраслей промышленности.