ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

В начале 50-х годов двадцатого века на кафедре появились новые науч­ные направления в следующих областях: динамика неголономных систем – В.В. Добронравов; вариационные методы классической механики – В.Ф. Кротов; развитие теории движения тяжелого твердого тела, имеющего неподвижную точку, – В.А. Чикин, В.К. Бочаров, В.В. Добронравов, В.В. Астафьев, З.И. Тихонова; движение сложных механических систем с полостями, наполненными жид­костью, – И.С. Чикина; устойчивость неголономных систем – Г.Н. Князев; анализ систем автоматического регулирования – Е.К. Шигин, В.П. Тронина, Г.Н. Князев; потенциальное движение сжимаемого газа и динамика крыла самолета при сверхзвуковых скоростях – Я.Г. Ковалев.

К этому периоду относятся первые публикации сотрудников кафедры, отражающие фундаментальные проблемы динамики сложных электро­гидромеханических систем. В частности, В.Н. Барановым и Ю.Е. Захаро­вым методом теории струйного обтекания, разработанным Н.Е. Жуковским, теоретически и экспериментально решены задачи о взаимодействии твердых тел различных геометрических форм с идеальной и реальной жидко­стями. Результаты работы нашли практическое внедрение. Работы по этому направлению ведутся уже в течение сорока лет. Были созданы математиче­ские методы аналитического исследования рабочих процессов сложных не­линейных электрогидромеханических систем, инженерные методы расчетов, были сконструированы и созданы натурные образцы новой техники для различных технологических целей в машиностроении. Результаты исследований изложены в трех книгах, двух докторских и одиннадцати кандидатских дис­сертациях; получены авторские свидетельства и патенты на изобретения.

Кафедра ТМ МГТУ им. Н.Э. Баумана в последние десятилетия ведет научную работу по следующему ряду направлений:

• Колебания и устойчивость сложных механических систем. Динамика летательных аппаратов (акад. К.С. Колесников).

• Разработка математических моделей динамических систем и создание приборов и установок, демонстрирующих законы и теоремы механики (акад. РАН К.С. Колесников, зав. каф. В.В Дубинин).

• Исследования по динамике и прочности толстостенных цилиндров и о движении цилиндрических оболочек под действием ударных нагрузок (зав. каф. В.В Дубинин).

• Упругие динамические задачи для конструкций на основе толстостенных цилиндров. Удар телом по оболочке (зав. каф. В.В Дубинин).

• Создание методов и установок для проведения и обработки экспериментальных работ по курсу «Механика» (зав. каф. В.В Дубинин).

• Вопросы развития информационных технологий в динамике механических систем различного назначения (в приложениях) (зав. каф. В.В Дубинин).

• Теория и практика шагающих машин (проф. В.В. Лапшин).

• Динамика механических систем с трением (и ударным трением) (проф. В.В. Андронов).

• Некоторые разделы прикладной небесной механики (доц. А.А. Панкратов).

• Задачи динамики трубопроводов, заполненных многофазными жидкостями (доц. П.М. Шкапов).

• Динамика пил (доц. А.Ю. Карпачев).

• Динамика транспортного средства (доц. И.В. Аксенов).

На кафедре ФН-3 с 1997 года по 2004 год проводилась большая работа по проекту ФЦП «Инте­грация»:  «Объединенный УНЦ фундаментальных научных проблем и подготовки высококвалифицированных специалистов в области авиации и космонавтики» (научный руководитель - академик РАН К.С. Колесников, главный исполнитель – заведующий кафедрой В.В. Дубинин, ответственный исполнитель – доц. А.А. Панкратов)..

Этот проект явился победителем конкурсов президентских грантов 1997-2000 гг. и 2001-2004 годов. В проекте участвовали совместно МГУ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, МЭИ, МАИ, Институт проблем механики РАН, Вычислительный центр РАН. По теме «Интеграция» преподавателями кафедры ТМ было опубликовано более 150 работ.

В 2003 г. на каф. ТМ получен грант: «Поддержка научных школ» (№ гранта НШ-1816.2003.8. Рук. академик РАН К.С. Колесников, зав.каф. «Теоретическая механика» В.В. Дубинин).

Под руководством академика РАН К.С. Колесникова и зав.каф. «Теоретическая механика» В.В. Дубинина преподаватели кафедры проводят научные разработки по следующим научным темам:

1) Разработка методов дискретизации для решения краевой задачи Неймана с малым параметром и граничных условиях, зависящих от времени, разработка методов для анализа неоднородной задачи гидроупругости, связанной с вытеканием жидкости из бака через днище сосуда. Разработка методов дискретизации для анализа внутренней задачи Неймана в конструктивно связанных полостях (проф. А.А. Пожалостин).

2) Удар тела о поверхность при наличии дополнительной точки контакта тела и поверхности. Исследование задач управления движением в механических системах (экстренное торможение колеса, экстренное торможение колесного экипажа), разработка соответствующих алгоритмов управления. Исследование задач управления движением в механических системах (резонансное управление в том числе, для робототехнических систем, управления движением шагающего аппарата после потери статической устойчивости), разработка соответствующих алгоритмов управления (проф. В.В. Лапшин).

3) Динамика механиче­ских систем с трением, в частности с ударным трением. Приложение теоретической механи­ки к задачам технологии и динамики машин лесного комплекса (проф. В.В. Андронов).

4) Разработка математических моделей нестационарных процессов в гидросистеме с учетом двухфазности потока. Расчет собственных характеристик гидросистем с замкнутыми контурами с учетом двухфазности протекающей рабочей жидкости. Разработка методов диагностирования гидросистем на основе  анализа их частотного спектра (доц. П.М. Шкапов, ст. препод. В.Д. Сулимов).

5) Изучение некоторых классов механических систем с помощью геометрической квазигрупповой теории многообразий с траекториями. Исследование и описание локально-симметричных и абелевых механических систем в дифференциально-геометрических терминах (доц. А.В. Паншина).

6) Исследование периодических и условно-периодических движений трехосного и осесимметричного спутника-гироскопа вокруг центра масс на круговой и эллиптической орбите с помощью методов малого параметра Пуанкаре и КАМ-теории, изучение устойчивости движений. Исследование вопросов эволюции движения искусственных и естественных небесных тел относительно центра масс (доц. А.А. Панкратов).

7) Исследования оптимальных форм режущих инструментов в виде пил с учетом температурного фактора их нагружения на основе динамического анализа их конструкции для создания прогрессивных технологий проектирования инструмента станкостроения (доц. А.Ю. Карпачев).

Зав. каф. «Теоретическая механика» В.В. Дубинин проводит научные исследования по следующим темам:

1.      Разработка теоретических основ и экспериментальных методов замеров колебаний оболочек (цилиндрических, сферических) при ударе по ним телом, совершающим плоское движение в осевой или центральной плоскости оболочек.

2.      Учет упругих локальных деформаций. Разработка теории удара для упругопластических локальных деформаций в общем случае контакта.

3.      Математическое решение контактной задачи удара телом по оболочке в условиях упругопластических деформаций (разработка численных методик решения и расчетных программ для ЭВМ). Учет влияния граничных условий.

4.      Развитие и расширение лаборатории по записи и обработке физического эксперимента на механических установках.

5.      Создание нового оборудования и программного обеспечения для автоматизированных установок в оболочке LAB-VIEW.

6.      Создание качественного научно-методического обеспечения для работы со специальной автоматизированной лабораторией (информационные технологии) и малых лабораторных работ по всем темам учебного процесса по ТМ, а также для научных исследований.

7.      Разработка экспериментальной установки замера ударных сил и колебаний оболочек после удара телом по оболочке. Удар по оболочке, находящейся под внутренним давлением. Удар по оболочке, заполненной жидкостью.

8.      Постановка обратной задачи – идентификации места и параметров удара при ударе телом, совершающим плоское движение в осевой или центральной плоскости.

9.      Решение задач динамики сложных деформируемых конструкций под действием динамических нагрузок различного вида, в том числе: а) анализ нагрузок на камеру и ствол баллистических легкогазовых установок; б) расчет нагрузок на камеру и ствол баллистических установок с взрывным разгоном элементов; в) анализ движения элемента в стволе баллистических легкогазовых установок, создание математической модели и моделей нагружения ствола от элемента; г) решение упругой задачи о динамическом нагружении ствола подвижными комбинированными нагрузками (давление газов, контакт с элементом).

Большая работа ведется зав.каф. «Теоретическая механика» В.В. Дубининым по подготовке лабораторных комплексов для лаборатории кафедры теоретической механики, а именно:

а) создание новых установок (регулятор Уатта, гироскопы Фуко, установки «Динамика тела с одной неподвижной точкой», установки по статике);

б) оснащение новым программным оборудованием установок лаборатории теории колебаний (нелинейные колебания, частоты и собственные формы балки, динамический гаситель колебаний);

в) создание программного обеспечения для дистанционного образования, комплекса контрольно-обучающих программ по основным темам курсов ТМ и ТК.

В 2006/2007 учебном году преподаватели кафедры «Теоретическая механика» продолжали вести научную и методическую работу по следующим направлениям:

·        Разработка основ теории упруго-пластического удара, местного деформирования и поведения оболочки под действием ударной нагрузки произвольного вида, создание алгоритмов определения параметров удара по результатам измерений колебаний оболочки.

·        Разработка новых методов дискретизации задач механики сплошной среды, совершенствование методов расчета аэрогидродинамических характеристик (АГДХ) стреловидных крыльев в несжимаемом потоке вблизи экрана.

·        Разработка аналитических и численных методов исследования динамики механических систем.

·        Изучение эволюции движения космических аппаратов относительно центра масс в режимах пассивной ориентации. Изучение движения космических аппаратов относительно центра масс в режимах пассивной ориентации.

·        Создание научно-методического и учебно-методического обеспечения для подготовки высококвалифицированных специалистов по теоретической и прикладной механике, подготовка новых программ и курсов для углубленного изучения механики.

·        Создание компьютерно-лабораторного обеспечения математического моделирования движения механических систем, получения и обработки данных измерений в механических системах для курса теоретической механики и научных исследований.

·        Создание электронно-измерительной базы (аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и записывающие программы), разработка методик обработки сигналов и математического моделирования физических экспериментов.

Результаты научной работы преподавателями кафедры докладывались на Международных научных симпозиумах и конференциях, на научных семинарах ведущих вузов страны и институтов РАН, в том числе, преподавателями кафедры было сделано 8 докладов на IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике (август 2006 г., Н.Новгород); в 2001 г. (Пермь) на VIII съезде сделано 3 доклада (В.В. Дубинин, О.П. Феоктистова).

В 2007/2008 учебном году преподаватели кафедры «Теоретическая механика» продолжали вести научную и методическую работу по следующим направлениям:

·        Разработка основ теории упруго-пластического удара, местного деформирования и поведения оболочки под действием ударной нагрузки произвольного вида, создание алгоритмов определения параметров удара по результатам измерений колебаний оболочки.

·        Разработка новых методов дискретизации задач механики сплошной среды.

·        Разработка новых методов дискретизации задач механики сплошной среды, совершенствование методов расчета аэрогидродинамических характеристик.

·        Разработка аналитических и численных методов исследования динамики механических систем.

·        Изучение движения космического аппарата относительно центра масс движущегося по круговой или эллиптической орбите.

·        Создание научно-методического и учебно-методического обеспечения для подготовки высококвалифицированных специалистов по теоретической и прикладной механике, подготовка новых программ и курсов для углубленного изучения механики.

·        Создание компьютерно-лабораторного обеспечения математического моделирования движения механических систем, получения и обработки данных измерений в механических системах для курса теоретической механики и научных исследований.

·        Создание электронно-измерительной базы (аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и записывающие программы), разработка методик обработки сигналов и математического моделирования физических экспериментов.

Результаты научной работы за 2007/2008 учебный год докладывались преподавателями кафедры на научных семинарах ведущих вузов страны и институтов РАН, на Международных научных симпозиумах и конференциях.

В 2006 - 2009 гг. на кафедре проводились  НИР по темам:

1.                     «Разработка методов исследования форм собственных и вынужденных колебаний упругих диссипативных систем с распределенными параметрами» (руководитель НИР Колесников К.С., академик РАН).

2.                     «Развитие системы ведущих научных школ как среды генерации знаний и подготовки научно-педагогических кадров высшей квалификации. Выполнение научно-исследовательских работ по приоритетным направлениям Программы».  «Динамика механических и гидромеханических систем энергетических установок, их оптимизация и диагностика», НШ-6108.2006.8. (руководитель НИР Колесников К.С., академик РАН).

3.                     «Разработка теории динамики и статики сложных механических систем» (руководитель НИР Дубинин В.В., зав. каф. «Теоретическая механика» МГТУ им. Баумана; отв. исп. Панкратов А.А.).

4.                     «Разработка методов решения обратных спектральных задач для механических и гидромеханических систем» (руководитель НИР Колесников К.С., академик РАН; отв. исп. Шкапов П.М., Сулимов В.Д.).

5.                     «Грант Президента РФ по поддержке ведущих научных школ в 2008-2009 гг.» НШ-1311.2008.8. (руководитель НИР Колесников К.С., академик РАН; отв. исп. Шкапов П.М.).

6.                     Проект в разделе «Информационные технологии и физический эксперимент», тема: «Создание лабораторной работы по дисциплине «Теория колебаний»»  (рук. зав. каф. ФН-3 Дубинин В.В.. Приказ федерального агентства по образованию от 22.08.2008 г. № 71 и письмо руководителю совета МКР ИТО от 29.02 2009 № 14/4-09 (отмечено приказом ректора от 10.03.2009 г. № 31-03/236)

7.                     Проект «Разработка банка контрольных тестов по разделу «Кинематика» дисциплины «Теоретическая механика» для технических университетов» (рук. проф. каф. ФН-3 И.Г. Благовещенский. Приказ, письмо те же, что в п.6).

8.                     Направление научной работы «Динамика стволов легкогазовых пушек», тема «Практическая постановка и решение контактных задач для толстостенных полых цилиндров» (рук. зав. каф. ФН-3 Дубинин В.В., исп. Ремизов А.В.).

9.                     Создание методов расчета динамики толстостенных цилиндров в условиях спецнагружения (рук. зав. каф. ФН-3 Дубинин В.В., исп. Максимов Г.М.).

10.                 Создание научных материалов по разработке типовых моделей для моделирования динамики узлов промышленных установок (рук. зав. каф. ФН-3 Дубинин В.В., отв. исп. Витушкин В.В., Дубровина Г.И.).

11.                 Динамика и устойчивость пил (рук. Карпачев А.Ю.).

По всем направлениям работ опубликованы статьи и работы представлены на Всероссийских и международных конференциях (до 25 – 30 работ в год).

12.                 Разработка темы «Первые интегралы для механической системы в практических задачах и в учебном процессе» (рук. зав. каф. ФН-3 Дубинин В.В., отв. исп. Дубровина Г.И).

13.                 Новый комплект приборов по статике, кинематике (рук. зав. каф. ФН-3 Дубинин В.В., отв. исп. Витушкин В.В.).

(представлялся на ВВЦ  2002 – 2006 гг.)

14.                 Новый комплект приборов по динамике (рук. зав. каф. ФН-3 Дубинин В.В., отв. исп. Витушкин В.В.).

(представлялся на ВВЦ  2005 – 2006 гг.)

По пп. 12 – 14 написано более 10 научных работ (авторы Дубинин В.В., Витушкин В.В., Дубровина Г.И.).