СИБСТРИН

Новосибирский государственный архитектурно-
строительный университет (Сибстрин)

[ Я выбираю Сибстрин (видео), Сибстрин. Портрет на фоне города (видео) ]

Мы в соцсетях:            

История кафедры

В предвоенное и первое послевоенное десятилетия на кафедре решались, в основном, вопросы, связанные с постановкой учебного процесса. Определенный импульс развитию научной работы кафедры был дан в военные годы в связи с работой на кафедре крупных ученых в области строительной механики В.З.Власова и Б.Г.Коренева, а также в связи с участием сотрудников в выполнении оборонных заказов. Начиная с середины 50-х годов и по настоящее время на кафедре проводятся достаточно обширные научные исследования в различных направлениях. За это время подготовлено более тридцати кандидатов наук. Десять сотрудников кафедры в разные годы стали докторами наук, причем четверо из них защитили диссертации работая на кафедре. Ниже приводится краткий обзор итогов научной работы кафедры за прошедшие годы и обсуждаются актуальные проблемы и перспективы исследований, проводимых в настоящее время на кафедре.

Значительный вклад в организацию научных исследований по кафедре внес к.т.н., доцент Неустроев Б.Ф., который заведовал кафедрой с 1954 по 1963 г.г. Основные результаты его научной работы относятся к развитию энергетического метода исследования устойчивости и колебаний стержневых систем, разработке приближенных способов определения частот и форм колебаний, а также критических параметров нагружения при потере устойчивости [1,2]. Под научным руководством Б.Ф. Неустроева были подготовлены первые пять кандидатских диссертаций на кафедре (Н.П. Абовский, И.К. Погадаев, Л.С. Ляхович, В.И. Роев, А.И. Зайденберг), причем практически все его аспиранты стали известными специалистами в области строительной механики, руководителями научных школ и вузовских подразделений (Н.П. Абовский - д.т.н., профессор, академик МАН ВШ, завкафедрой строительной механики КрасГАСА, Л.С. Ляхович - д.т.н., профессор, академик РААСН, проректор по НИР Томского ГАСУ, И.К. Погадаев - д.т.н., профессор, В.И.Роев - профессор НГАСУ). В дальнейшем данное научное направление на кафедре было представлено в работах профессора Роева В.И., посвященных развитию приближенного метода расчета строительных конструкций и радиотехнических устройств на переменное во времени температурное поле, импульсные, гармонические возмущения и нагрузки, изменяющиеся во времени по произвольному закону [3]. Результатам работ в этом направлении явилось также создание исследовательского программного комплекса "DINAM", структура которого совершенствуется и в настоящее время.

Второе научное направление, интенсивно развиваемое на кафедре в 60-е годы в трудах к.т.н., доцента С.Ф. Соловых (зав. кафедрой с 1963 по 1968 годы) и его учеников (А.А. Крамаренко, Г.Б. Лебедев), было посвящено исследованию напряженного состоянию в сыпучей среде и определению давлений, оказываемых ею на ограждающую поверхность. В этих работах впервые были выявлены общие закономерности истечения сыпучего из силосов, объясняющие обнаруженные различными авторами в натурных экспериментах избыточные давления на стенки силосов [4]. Были предложены меры, позволяющие избежать больших давлений на стенки силоса. Показана необходимость дальнейшего изучения кинематики движения сыпучего,в частности, при определении давлений сыпучей среды на подпорные стенки с учетом возможной подвижки подпорной стенки. Кроме идеальных сыпучих сред, исследовалось поведение пылевидных сыпучих сред, где основное внимание было уделено выявлению характера взаимодействия пылевидного сыпучего с воздухом и определению суммарных давлений на стенки силоса [5]. В качестве перспективного направления исследований здесь можно отметить изучение напряженного состояния такой среды в момент выпуска сыпучего из силоса с учетом аэрации воздухом.

С приходом на кафедру в 1965 г. доцента И.А. Чаплинского на кафедре было организовано направление работ, связанное с развитием теории пластичности при больших деформациях и теории предельного равновесия. В работах И.А. Чаплинского теория больших пластических деформаций была построена в координатах "интенсивность истинных напряжений - интенсивность логарифмических деформаций" на основе фундаментальных экспериментальных исследований законов пластичности при больших деформациях металлов [6]. Изучено влияние первого и второго инвариантов напряженного состояния на сопротивление металлов пластическому деформированию. При этом зависимости между напряжениями и деформациями выражены конечными соотношениями, характерными для деформационной теории пластичности. Дано практическое приложение теории больших пластических деформаций к расчету кабелей в пучинистых грунтах при действии низких температур, с изобретением защиты от их повреждения. По результатам выполненных работ И.А. Чаплинским в 1968 г. была защищена докторская диссертация. В том же году И.А. Чаплинский возглавил кафедру и в течение последующих 20 лет руководил ее работой, не прекращая исследований в вышерассмотренном направлении. Закономерности, установленные в работе при больших пластических деформациях, были рассмотрены и при малых пластических деформациях. Из полученных в этом направлении результатов следует отметить критерий для оптимального выбора условия пластичности и закона упрочнения металлов в виде равномерного удлинения при разрыве, новую методику для определения предела текучести, получение общих уравнений пластичности металлов при больших деформациях [7].

В конце 60-х - начале 70-х годов в аспирантуру кафедры пришла целая группа молодых специалистов - выпускников НИСИ и НГУ, а также целевые аспиранты из других вузов сибирских и дальневосточных регионов. Основную нагрузку по руководству аспирантурой в это время взял на себя завкафедрой, д.т.н., профессор И.А. Чаплинский. Тематика исследований аспирантов была достаточно разнообразна и включала разработку методов расчета конструкций (пластиной, сферических и цилиндрических оболочек) на упругом основании в геометрически и физически нелинейных постановках (асп. Канышев Ю.И., Гребенюк Г.И., Кращук А.А.), расчеты пластин и арок по предельной несущей способности (асп. Клягин В.М., Коробко В.И., Себешев В.Г., Коротеев Г.И.), исследование сопротивления пластмасс удару при нормальных и низких температурах (асп. Русов Б.П., Лебедева Е.К.) и др. Следует особо отметить, что практически все аспирантские работы того времени включали экспериментальную часть, выполняемую в лабораториях кафедры с изготовлением силами кафедры и мастерских вуза образцов, моделей, необходимых установок и приспособлений.

Из основных научных результатов, полученных сотрудниками кафедры в тот период, отметим следующие. Получены решения задач расчета сферических и цилиндрических оболочек на упругом основании в геометрически нелинейной постановке с использованием аналитических, вариационных и конечно-разностных методов; разработаны методики выбора рациональных координатных функций [9] и назначения соотношения жесткостей в системе "оболочка-упругое основание", исключающего отрыв оболочки от основания [10]. Полученные решения позволяли давать оценку устойчивости системы "оболочка-основание" в большом и хорошо согласовывались с результатами экспериментов [11].

Разработан новый метод оценки сопротивления жестких пластмасс удару. Предложенная характеристика позволила с высокой достоверностью выполнять расчеты элементов конструкций на удар, что было использовано в дальнейшем при проведении расчетов балок и пластин [12].

В последующие годы исследования, связанные с развитием численного метода расчета конструкций на упругом основании (в том числе многосвязных пластин сложного очертания и сложных пространственных тел), были продолжены в работах к.т.н., доцента Кращука А.А. [13]. В 70-е годы в работах аспирантов кафедры получены существенные результаты по оценке несущей способности круглых, кольцевых и полигональных пластин как постоянного, так и переменного сечения (асп. В.М. Клягин, В.И. Коробко, Г.И. Коротеев). При исследовании предельного равновесия арок (асп. В.Г. Себешев) выявлено влияние на их несущую способность каждого из внутренних силовых факторов. Кроме того, были решены задачи оптимального проектирования арок минимального веса по методу предельного равновесия [14]. Позднее несущая способность нелинейно деформируемых арок исследована в работе асп. Мищенко А.В.

Начало 80-х годов в нашей стране и за рубежом характеризовалось интенсивным развитием нового научного направления в МДТТ и строительной механике - оптимального проектирования конструкций (ОПК). В этот период на кафедре под руководством д.т.н., проф. И.А. Чаплинского и к.т.н., доц. Г.И. Гребенюка сформировалась группа исследователей, большинство из которых работают в данном направлении и по настоящее время. По результатам проведенных исследований были защищены пять кандидатских (Илизаров А.Г., Безделев В.В., Попов Б.Н., Дмитриева Т.Л., Яньков Е.В.) и одна докторская (Г.И. Гребенюк, 1990 г.) диссертации. В настоящее время при научном руководстве Г.И. Гребенюка подготовлена к защите еще одна кандидатская диссертация (Кучеренко И.В). К основным результатам, полученным на кафедре в этом направлении, относятся следующие.

  1. Выработаны общие положения, обобщающие существующие подходы при построении итерационных процессов в ОПК, и определены основные итерационные схемы ОПК [15].
  2. Разработана эффективная методика, новые алгоритмы и программы аппроксимации параметров состояния конструкций, основанные на рациональном комбинировании методов локальной и глобальной аппроксимации.
  3. Для решения формируемых условно-экстремальных задач предложен новый эффективный вариант методов модифицированных функций Лагранжа, названный методом подвижного внешнего штрафа [16].
  4. Предложен новый подход при декомпозиции исходных задач ОПК, основанный на использовании поэтапности и направленного обобщения переменных проектирования [17].
  5. Решены разнообразные прикладные задачи оптимизации стержневых, пластинчатых, пластинчато-стержневых оболочечных и комбинированных систем при варьировании геометрических и жесткостных характеристик сечений элементов, геометрических и топологических параметров систем, параметров граничных условий и др. Созданы программные комплексы для решения задач расчета и оптимизации строительных конструкций (РИОСК, ВМР, APPROX, ORAPS, OSTEN), часть из которых в настоящее время используются при проведении проектно-исследовательских работ и в учебном процессе

К основным проблемам в данном направлении исследований следует отнести, прежде всего, определенный отрыв теоретических исследований от запросов и задач практики, необходимость проведения комплексных исследований, объединяющих задачи расчета, конструирования и выполнения оптимальных проектов для практического использования. В этом плане перспективными представляются проводимые в настоящее время на кафедре исследования по оптимизации отдельных видов конструкций (металлических, металло-деревянных) с учетом реальной работы узлов и соединений. Начаты исследования в актуальном направлении оптимизации динамически загруженных конструкций (гармоническое и импульсное загружения), особо важные в связи с внедрением новых норм и ограничений при проектировании высотных сооружений каркасного типа.

Начиная с середины 70-х годов на кафедре под руководством Б.П. Русова проводились углубленные исследования в области механики реономных сред. С приходом на кафедру в качестве совместителя д.ф.-м.н. А.Ф. Никитенко (ИГиЛ СО РАН) диапазон исследований в этом направлении был существенно расширен. По результатам исследований была защищена докторская диссертация (Б.П. Русов, 1996 г.) К основным достижениям, полученным на кафедре в этом направлении, относятся следующие.

  1. В механике реономных сред введены два новых структурных параметра, на основе которых сформулированы определяющие уравнения деформирования нестабильных сред. Экспериментально открыт эффект перераспределения составляющей полной деформации. Для описания этого эффекта сформулирована общая неаддитивная форма определяющих уравнений. В рамках этой модели сформулирован новый критерий длительной прочности кристаллических полимеров [18].
  2. На основе теории случайных процессов сформулирована общая вероятностная модель деформирования структурно-нестабильных сред. Модель с высокой достоверностью описывает различные явления, сопровождающие ползучесть различных материалов, в том числе влияние деструкции и структурирования на процессы деформации полимеров и аномальные эффекты при деформации бетонов [19].
  3. Предложены два метода расчетов конструкций на ползучесть и разработан метод расчетов задач нестабильной вязко-упругости. Проведены расчеты различных систем [20]. Даны практические рекомендации по проектированию высокоточных приборов и получено два авторских свидетельства на изобретения.
  4. Разработан приближенный метод расчета НДС и времени начала разрушения элементов конструкций с использованием смешанного вариационного принципа. Разработана методика расчета по предельному состоянию при ползучести [21]. Получены нижняя и верхняя оценки времени начала разрушения элементов конструкций, испытывающих стационарные внешние температурно-силовые воздействия [22]. Перспективные исследования по данной тематике ведутся в двух направлениях: - на основе предложенной ранее динамической характеристики развиваются методы расчетов элементов конструкций на ударные нагрузки;

На кафедре разрабатываются методы расчетов конструкций на ползучесть с учетом структурных превращений, происходящих в материалах (по этой тематике ведется подготовка одного аспиранта). Еще одним важным направлением в научной работе кафедры является развитие эффективного метода в экспериментальной механике - метода нелинейной фотоупругости. Это направление, развиваемое на кафедре в работах к.т.н., доц. Г.Н. Албаут и к.т.н., доц. В.Н. Барышникова, позволяет расширить границы применимости поляризационно-оптических методов на область больших деформаций. По результатам исследований опубликовано более 60 научных работ, в том числе одна монография [23], а также защищена докторская диссертация (Г.Н. Албаут, 1999 г.). Из наиболее существенных результатов, полученных в этом направлении, отметим следующие.

  1. Разработаны численные и экспериментальные способы разделения напряжений и деформаций с учетом нелинейной теории деформирования [24].
  2. Методом фотоупругих покрытий решена одна из наиболее сложных и спорных задач механики разрушения - задача о НДС в шейке стального плоского образца [23].
  3. Обобщен большой экспериментальный материал о полях напряжений в зонах предразрушения, который позволил сделать вывод о сходстве напряженных состояний вблизи различных концентраторов (подобие картин интерференционных полос и эпюр напряжений, сдвижка максимальных значений от концентратора вглубь образца и др.)

Разработаны модели напряженного состояния предразрушения по данным экспериментальных исследований [25].

Говоря о перспективах развития данного направления на кафедре, отметим, что методы нелинейной фотоупругости являются базовыми экспериментальными методами для создания нелинейной механики разрушения. В этом направлении предполагается расширять диапазон исследований задач механики трещин в моделях из пьезооптических эластомеров, а также в элементах и образцах натурных (прежде всего - металлических) конструкций с трещинами-надрезами методом фотоупругих покрытий. Эффективной формой интеграции усилий научных коллективов ученых вузов и подразделений академии наук является создание филиалов кафедр в институтах СО РАН и привлечение к работе на кафедре по совместительству ведущих специалистов этих подразделений. Одним из наиболее активных участников этого процесса с середины 80-х годов является совместитель кафедры д.ф.-м.н., проф. Ю.В. Немировский (ИТПМ СО РАН).

В течение последних пяти лет под руководством проф. Ю.В. Немировского и при активном участии д.ф.-м.н., проф. И.Т. Вохмянина и к.т.н., доц. А.В. Мищенко на кафедре выполнен цикл исследований по проблемам оптимального проектирования слоистых композитных систем (балок, арок, рам) при статических нагрузках и динамических нагрузках гармонического типа [26-28]. Из основных результатов, полученных в этом направлении, отметим следующие.

  1. Разработаны принципы подбора материалов и их распределения вдоль конструкции, обеспечивающие снижение веса и стоимости в 2-3 раза по сравнении с традиционными вариантами конструкций.
  2. Разработанный подход применен к задачам проектирования полиметаллических стержневых систем в условиях ползучести. При этом для заданного времени эксплуатации или разрушения конструкции определяется такое распределение материалов, которое обеспечивает максимальное снижение веса или стоимости конструкции.
  3. Проведено большое количество разнообразных конкретных расчетов, показавших эффективность разрабатываемого подхода для проектирования типовых строительных конструкций.

В рамках тематики г/б НИР кафедры и при научном руководстве проф. Ю.В. Немировского выполнен также цикл исследований по определению рациональных схем армирования прямоугольных и кольцевых и железобетонных плит. Показана возможность различных схем эффективного армирования для одинаковых конструкций и при одинаковых условиях закрепления и нагружения [29]. Для пологих и непологих куполов определены структуры армирования, обеспечивающие реализацию безмоментного напряженного состояния.

В настоящее время исследования в двух последних направлениях развиваются в направлении усложнения конструкций и условий их загружения, учета не только силовых, но и температурных воздействий, анализа их долговечности и надежности в процессе их эксплуатации.

Подводя итого вышеизложенному, отметим, что кафедра строительной механики НГАСУ за период 1930-2002 г.г. прошла трудный путь становления и в настоящее время является творческим коллективом, обладающим большим научным потенциалом. На кафедре активно развиваются несколько актуальных научных направлений в области механики ДТТ и строительной механики, связанных с разработкой теории и решением разнообразных прикладных задач оптимизации конструкций из однородных и композитных материалов, разработкой теоретических подходов и экспериментальных методов нелинейной фотоупругости в реологии и механике разрушения строительных материалов и конструкций, развитием аналитических и численных методов расчета конструкций в пределах и за пределом упругости, в том числе и при ползучести. Основные публикации последних лет [21-39] свидетельствуют о большом потенциале научной школы кафедры.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Неустроев Б.Ф. К вопросу проверки устойчивости плоских стержневых систем с узловой нагрузкой // Сб. "Исследования по теории сооружений", вып. VI.-М., 1954.
  2. Неустроев Б.Ф. Об энергетическом методе в теории устойчивости стержневых систем // Известия вузов. Строительство и архитектура, N 1, 1958.
  3. Роев В.И. Метод перемещений в расчетах на меняющееся во времени температурное поле и динамические нагрузки // Известия вузов. Строительство и архитектура, N 9, 1974.
  4. Соловых С.Ф. О связи напряженного состояния сыпучего с формой движения его в силосе // Известия вузов. строительство и архитектура, N 5, 1962.
  5. Лебедев Г.Б., Соловых С.Ф. О напряженном состоянии заполнителя при истечении его из силоса, квадратного в плане // Известия вузов. строительство и архитектура, N 2, 1965.
  6. Крамаренко А.А. Экспериментальные исследования состояния пылевидного сыпучего материала // Сб. ЦИНТИ Госкомхоза СССР "Давление сыпучих материалов в силосах и бункерах",М., 1969.
  7. Ягн Ю.И., Чаплинский И.А. Сопротивление металлов пластическому деформированию. ДАН СССР. - 1953, т.50, N 6.
  8. Чаплинский И.А. Уравнения пластичности металлов при больших деформациях. // Известия вузов. Строительство и архитектура, - 1990, № 10.
  9. Гребенюк Г.И. О существовании, устойчивости и сходимости решения при расчете пологих сферических оболочек вариационным методом.// Труды Иркутского ПИ "Вопросы механики деформируемых сред", в. 65, 1971.
  10. Кращук А.А. Исследование прочности цилиндрических оболочек, лежащих на упругом основании // Автореферат дис. канд. техн. наук. Новосибирск, 1972.
  11. Гребенюк Г.И., Чаплинский И.А. Экспериментальное исследование сферических оболочек на упругом основании // Известия вузов. Строительство и архитектура, 1972, N 3.
  12. Русов Б.П. Метод оценки прочности вязко-упругих балок при ударном загружении // Проблемы прочности, 1986, N 6.
  13. Кращук А.А. Численный расчет сложного пространственного тела в матричной форме // Известия вузов. Строительство, 1977, N 11.
  14. Себешев В.Г., Чаплинский И.А. Проектирование арок минимального веса по методу предельного равновесия // Известия вузов. Строительство и архитектура, 1974, N 5.
  15. Гребенюк Г.И. Об эффективной организации итерационных процессов конечномерной оптимизации конструкций // Известия вузов. Строительство и архитектрура, 1988, N 4.
  16. Гребенюк Г.И., Безделев В.В. Метод подвижного внешнего штрафа в задачах оптимального проектирования конструкций // Сб. "Вопросы динамики и прочности в машиностроении". - ОмПИ, Омск, 1983.
  17. Гребенюк Г.И. Эффективный метод декомпозиции задач оптимизации конструкций // Тр. 2-ой Международной конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук", том 2, кн. 2. - Москва, 1994.
  18. Русов Б.П. Неаддитивная модель ползучести // Известия вузов. Строительство, 1999, N 7.
  19. Русов Б.П. Трехмерная стохастическая модель деформации структурно-нестабильных материалов // Известия вузов. Строительство, 1990, N 11.
  20. Русов Б.П. Модифицированный метод расчета конструкций на установившуюся ползучесть // Известия вузов. Строительство и архитектура, 1989, N 4.
  21. Никитенко А.Ф. Предельное состояние тела в процессе ползучести его материала // Сб. докл. 2-го Всероссийского семинара "Проблемы оптимального проектирования сооружений". - Новосибирск: НГАСУ, 1998.
  22. Никитенко А.Ф. Оценка времени до разрушения элементов конструкций с учетом повреждаемости материалов в процессе ползучести // Труды 8 Межвуз. конф. "Математическое моделирование и краевые задачи". - Самара: СГТУ, 1998.
  23. Албаут Г.Н., Барышников В.Н. Основы методов нелинейной фотоупругости и их применение в инженерном проектировании конструкций.- Новосибирск: НГАСУ, 1997.
  24. Албаут Г.Н., Барышников В.Н. К вопросу о расшифровке результатов поляризационно-оптических исследований при больших деформациях // Сб. тр. "Исследование по механике деформируемых сред".- Иркутск: ИПИ, 1976.
  25. Албаут Г.Н. Модель напряженного состояния предразрушения по данным поляризационно-оптических исследований // Известия вузов. Строительство, 1999, N 6.
  26. Немировский Ю.В. Равнопрочные слоистые упругие балки и арки // Изв. вузов. Стр-во, 1996, №8.
  27. Немировский Ю.В., Вохмянин И.Т. О проектировании равнопрочных слоистых упругих балок минимального веса и стоимости с учетом температуры // Сб. докл. Всероссийского семинара "Проблемы оптимального проектирования сооружений" - Новосибирск: НГАС,1997.
  28. Мищенко А.В., Немировский Ю.В. Оптимальное проектирование равнопрочных слоистых рам // Известия вузов. Строительство, 1998, N 1.
  29. Немировский Ю.В., Янковский А.П. Проектирование плоских элементов железобетонных строительных конструкций с равнонапряженной арматурой // Известия вузов. Строительство, 1998, N 11-12.
  30. Гребенюк Г.И. Разработка методов дискретной оптимизации динамически нагруженных конструкций на основе декомпозиционных подходов// Материалы II Белорусского конгресса по теоретической и прикладной механике "Механика-99", Минск,1999.- С. 219-220.
  31. Немировский Ю.В. Многослойные анизотропные оболочки и пластины. Изгиб, устойчивость, колебания. - Новосибирск, Наука, Сиб. отд., 2001г. - 287с.
  32. Гребенюк Г.И., Дмитриев П.А., Стрижаков Ю.Д., Кучеренко И.В. Оптимизация параметров деревянных рамных конструкций с узловыми соединениями на нагелях// Известия вузов. Строительство, 1999, №11. -С.4-11.
  33. Немировский Ю.В. On time of possible exploration in conditions of the over a long of temperature and fors loading// Proc of 1-st Russian-Korean Int. Symp.Appl. Mech.-Новосибирск, из-во НГТУ, 2001. - С. 61-64.
  34. АлбаутГ.Н. Анализ полей напряжений у концентраторов и трещин на стадии предразрушения на основе экспериментальных данных// Известия вузов. Строительство, 1997, №10.-С. 27-34. 35. Никитенко А.Ф. Ползучесть и длительная прочность металлических материалов. -Новосибирск: НГАСУ, 1997.-278 с.
  35. Русов Б.П. Неаддитивная модель ползучести металлов//Известия вузов. Строительство, 1999, №7.-С.37-41.
  36. Akhmetzyanov M., Albaut G., Baryshnikov V. Solution of Problems by Non-Linear Photoelastic Metods under Signisicant Elastic and Plastic Strains. Proceeding of IVTAM Symposium. Poitiers-Futuroscope -France&, 1998&, Tome 1,-Mo-P9.
  37. Гребенюк Г.И., Пантелеев Н.Н., Яньков Е.В. Оптимизация пространственной жесткости многоярусных связевых железобетонных каркасов сложных в плане зданий//Доклады IV Всероссийского семинара "Проблемы оптимального проектирования сооружений".-Новосибирск:НГАСУ, 2002.-С. 98-108.
  38. Немировский Ю.В., Вохмянин И.Т. Оптимальное проектирование неоднородных слоистых куполов// Известия вузов. Строительство, 1999, №7.- С.20-30.