Исследование влияния особенностей внутренних структур на динамику нелинейных роторных систем и технологических агрегатов с вращающимися элементами

Вращение валов технологических машин и роторных систем (валопроводы, турбоагрегаты, центробежные сепараторы, насосы, турбины, роторные машины, вибровозбудители с неуравновешенным ротором) сопровождается различными динамическими эффектами (резкое повышение амплитуд колебаний при прохождении критических частот вращения, возбуждение автоколебаний, динамическая неустойчивость, эффект Зоммерфельда, самосинхронизация нескольких роторов и т.п.), которые, с одной стороны, приводят к повышенному износу, нарушению прочности, аварийным ситуациям (в то числе, имеющих техногенную опасность), а, с другой стороны - используются для реализации многих технологических процессов, использующих вибрацию (транспортирование, внедрение, классификация, перемешивание, разделение, резание). Обеспечение надежности, безопасности, эффективности технологических машин с быстровращающимися элементами представляет собой актуальную проблему, имеющую важное практическое значение для самых различных областей их применения. Решение этой проблемы связано с выявлением новых динамических эффектов и необходимостью разработки новых подходов к моделированию, расчету и проектированию роторных систем с учетом особенностей внутренней структуры, взаимодействия их элементов и взаимовлияния технологической нагрузки. Тематика проекта соответствует Стратегии НТР РФ в части п. Н1 "Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования...". Одной из основных задач проекта является разработка и анализ комплексных математических моделей вибрационных машин с самосинхронизирующимися вибровозбудителями при учете нелинейных взаимодействий с технологической нагрузкой, что является отличительной особенностью новизны постановки задач и ожидаемых результатов. В проекте также будут рассмотрены задачи, связанные с особенностями нелинейной динамики гибких валов на до- и закритических скоростях вращения в зависимости от внутренних свойств материала (законов упругости и внутреннего трения), механических характеристик приводного двигателя, вибрации опор и/или несущего тела. Решение поставленных задач позволит получить принципиально новые результаты, раскрывающие физические механизмы возникновения колебаний и характер проявления динамической неустойчивости при вращении валов. На основе математического анализа математических моделей и экспериментальных исследований будут получены новые данные о влиянии параметров нелинейностей упруго-диссипативных характеристик и сил взаимодействия на динамическое поведение рассматриваемых систем, а также о рациональных значениях их конструктивных и управляемых параметров. Научная новизна и практическая значимость проекта определяется тем, что в результате выполнения проекта будут получены новые математические модели, описывающие динамическое поведение исследуемых систем, будут усовершенствованы методы анализа и математического моделирования; будут получены новые знания о функционировании роторных систем и технологических машин с вращающимися валами в зависимости от конструктивных особенностей и условий их эксплуатации, меняющие существующие представления о природе возникновения наблюдаемых явлений. Использование полученных результатов позволит прогнозировать динамическое поведение роторных систем в зависимости от их конструктивных особенностей и условий эксплуатации, а также позволят сформулировать практические рекомендации по предупреждению и снижению виброактивности роторов, повышению устойчивости и эффективности работы технологических машин с вращающимися валами.