Дисертаційна робота присвячена дослідженню коливань пружних валів та стержнів при обертанні з урахуванням геометричної нелінійності, гіроскопічних навантажень, поздовжніх зовнішніх навантажень.
В роботі здійснено огляд літератури за темою дослідження, розглянуті фундаментальні праці видатних вчених у галузі динаміки стержневих систем, а також роботи сучасних вчених, які займаються проблемами динаміки ротаційних систем з урахуванням дії гіроскопічних навантажень, при здійсненні складного руху.
Виконано математичне моделювання динаміки пружних стержнів, що обертаються, з урахування геометричної нелінійності, сил інерції поступального руху елементів стержня, відцентрових сил інерції, коріолісових сил інерції, гіроскопічних моментів, поздовжніх зовнішніх та гравітаційних навантажень. Побудовані рівняння коливального руху.
Отримані формули для визначення критичних швидкостей обертань і частот власних коливань. За допомогою розроблених на основі цих формул програм отримані і представлені результати, які показують залежності критичних швидкостей обертань від таких параметрів: розміри поперечного перерізу стержнів, їх довжини, величин поздовжніх навантажень.
На основі розробленої методики комп’ютерного моделювання коливального руху та створеного на цій базі програмного забезпечення проведено дослідження поперечних коливань елементів конструкцій, показано як гіроскопічні сили впливають на процес коливального руху при різних швидкостях обертання. Графіки, що отримані, відображають розвиток амплітуд коливань у часі, а також траєкторії руху перерізів стержнів як в системі координат, що обертається разом зі стержнем (валом), так і в нерухомій системі координат.
Для стержнів значної довжини, якими моделюються бурильні колони, за допомогою розробленого програмного забезпечення отримані форми їх вигину у різні моменти часу при здійсненні коливального руху. Показано, що при дії поздовжньої зосередженої сили, прикладеної до нижнього кінця вертикального стержня, виникає ефект закручування його нижньої частини по спіралі. Такий ефект виникає внаслідок дії гіроскопічних моментів, які починають з’являтися саме через збільшення вигину нижньої частини стержня, оскільки збільшення вигину призводить до збільшення кутів повороту його перерізів, швидкість зміни яких і є складовими гіроскопічного моменту.
При дослідженні динаміки руху стержнів, що обертаються під дією поздовжніх періодичних навантажень, для різних об’єктів виявлені залежності швидкостей обертання і частот зміни поздовжніх навантажень, при яких навіть при докритичних швидкостях обертання виникає динамічна нестійкість системи як при прямому, так і при зворотному прецесійному русі.
В процесі виконання дисертаційної роботи розроблено методику дослідження динаміки об’єктів у зазначеній постановці. На основі розробленої методики створено програмне забезпечення, за допомогою якого визначенні критичні швидкості обертання, частоти власних коливань, області динамічної нестійкості для об’єктів з різними параметрами. Досліджено вплив гіроскопічного ефекту на значення критичних швидкостей обертань при різних параметрах системи. Для різних систем виявлені параметри, при яких вони мають динамічну нестійкість і можуть швидко увійти в інтенсивний коливальний рух після виведення їх зі стану рівноваги.
