У дисертаційній роботі розв’язана науково-технічна задача, яка полягає в розробці і реалізації підходу до забезпечення конструкційної міцності складних тонкостінних машинобудівних конструкцій, що працюють в умовах геометрично та фізично нелінійної поведінки матеріалу, на основі побудови і використання апроксимацій функцій відгуку.
Об’єкт досліджень: міцність у процесі експлуатаційного навантаження тонкостінних машинобудівних конструкцій при складній зміні параметрів із урахуванням геометричної та фізичної нелінійностей.
У роботі застосовуються методи твердотілого тривимірного моделювання та метод узагальненого параметричного моделювання складних і надскладних механічних систем − для створення параметричних моделей досліджуваних конструкцій, методи механіки суцільного середовища для аналізу напружено-деформованого стану тонкостінних машинобудівних конструкцій, метод скінченних елементів – для дискретизації досліджуваних конструкцій та розв’язання задач аналізу досліджуваних станів та процесів, метод скінченних різниць – для обчислення похідної функції відгуку в ході реалізації алгоритму пошуку раціонального поєднання конструктивних параметрів.
Наукова новизна отриманих результатів полягає в розробці підходу до забезпечення конструкційної міцності тонкостінних машинобудівних конструкцій, що працюють в умовах геометрично та фізично нелінійної поведінки матеріалу, шляхом обґрунтування параметрів із застосуванням апроксимацій поверхонь відгуку. При цьому розв’язані нові задачі та виявлені наступні закономірності:
1) розроблено новий підхід до обґрунтування проектних рішень для тонкостінних машинобудівних конструкцій при варійованих конструктивних, технологічних параметрах і умовах експлуатації на основі мінімізації апроксимаційної цільової функції (на відміну від традиційних підходів, у яких використовується дійсна функція відгуку) із урахуванням геометрично і фізично нелінійної поведінки матеріалу тонкостінних елементів конструкцій, що створює можливість більш оперативного визначення раціональних параметрів цих конструкцій;
2) удосконалено метод апроксимації поверхні відгуку у частині уточнення її вигляду в міру наближення до шуканого розв’язку, що створює умови для зменшення обсягу обчислень значень функції відгуку порівняно із відомими методами при збереженні прийнятної точності розв’язку;
3) установлено характер залежностей характеристик напружено-деформованого стану низки тонкостінних машинобудівних конструкцій від варійованих проектних параметрів, що є основою формування апроксимаційних поверхонь відгуку при синтезі раціональних розв’язків за різними критеріями.
Розроблений підхід дає можливість одночасно розглядати різні критерії, за якими проводиться обґрунтування параметрів, включаючи характеристики міцності, жорсткості, технологічні та економічні чинники. Ці критерії вводяться у цільову функцію з ваговими коефіцієнтами. Обмеження на допустимі значення параметрів враховуються введенням у цільову функцію штрафних функцій. Для обчислення чутливості окремих величин до зміни параметрів запропоновано використовувати скінченно-різницеві співвідношення. Апроксимована цільова функція відображає в цілому глобальні тенденції зміни рішень. Це дає змогу у більшості випадків знайти стійке раціональне технічне рішення, близьке до оптимального.
Розроблений спеціалізований програмно-модельний комплекс включає три основні компоненти: параметричні моделі, створювані спеціально під конкретний об'єкт дослідження або клас об'єктів; програмні модулі, які оперують з даними про об'єкт і варіюють чисельну модель; експерт, який контролює проведення усіх етапів дослідження.
Результати дисертаційних досліджень представляють інтерес для впровадження в НДІ, КБ і безпосередньо на підприємствах, які займаються проектуванням, виготовленням і експлуатацією тонкостінних машинобудівних виробів (або виробів, у складі яких містяться тонкостінні елементи), що працюють в умовах складних режимів навантаження при великих переміщеннях і деформаціях, які значно перевищують пружні. Це і рухомий склад залізничного транспорту (вагони, цистерни, платформи тощо), бойові машини, кар’єрні екскаватори, відвалоутворювачі, перевантажувачі тощо.
На цій основі розроблені рекомендації щодо раціонального проектування тонкостінних елементів вантажних вагонів, корпусів легкоброньованих машин, каркасів кузовів автобусів та кабін тракторів. Потенційну цінність представляють ці розробки для елементів гірничо-шахтного устаткування, підйомно-транспортних машин, транспортних засобів військового і цивільного призначення, суден, вітроенергетичних установок тощо.
Створено програмний комплекс, який впроваджений у практику проектних робіт у ТОВ «Науково-інженерний центр КК «РейлТрансХолдінг» (м. Маріуполь) та ДП «Завод ім. В.О. Малишева» (м. Харків).
