Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 13 Механічна інженерія 131 Прикладна механіка. Національний технічний універси-тет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі – підвищення ефективності використання гідроабразивного обладнання при обробці вуглепластиків (CFRP) шляхом оптимізації технологічних параметрів та розробки нової опорної конструкції для пригнічення відбитих пошкоджень. Вуг-лепластики завдяки своїй високій питомій міцності, низькій щільності та корозій-ній стійкості широко застосовуються в аерокосмічній, автомобільній та суднобуді-вній промисловості. Гідроабразивне різання (AWJ) є одним із найбільш перспек-тивних методів обробки цих матеріалів завдяки відсутності термічного впливу та високій адаптивності до складних геометричних форм. Однак наявність типових дефектів, таких як розшарування, висмикування волокон, ерозія матриці та впро-вадження абразиву, а також проблема відбитих пошкоджень від проникного стру-меня суттєво обмежують застосування AWJ для виготовлення відповідальних деталей.
У роботі виконано ґрунтовний аналіз сучасного стану досліджень у галузі гі-дроабразивного різання композиційних матеріалів. Розглянуто механізми вида-лення матеріалу, енергетичні аспекти процесу, закономірності формування повер-хні різу, а також стратегії оптимізації технологічних параметрів. Показано, що існуючі дослідження зосереджені переважно на макромасштабному моделюванні та параметричних експериментах, тоді як питання кількісного опису критичного стану «якраз наскрізь» та механізми вторинних пошкоджень від відбитого струме-ня залишаються недостатньо вивченими. На основі виконаного аналізу сформу-льовано основну гіпотезу дослідження: ефективність використання гідроабразив-ного обладнання при обробці CFRP можна суттєво підвищити шляхом точного регулювання енергетичного балансу в зоні різання та розробки конструктивних заходів для усунення впливу відбитого струменя.
Розкрито механізми енергетичної дисипації при гідроабразивному різанні CFRP. На основі закону збереження енергії введено поняття коефіцієнта дисипації енергії, який характеризує частку енергії, витраченої на руйнування матеріалу на різній глибині різання. Встановлено, що швидкість подачі є ключовим фактором, що визначає ефективність використання енергії: зменшення швидкості подачі при-зводить до збільшення питомої енергії, що вноситься в матеріал, і, відповідно, до зростання глибини різання та покращення якості поверхні. Запропоновано модель оцінки критичної енергії, необхідної для наскрізного різання матеріалу, яка врахо-вує товщину заготовки, об'ємну частку волокон, енергоємність руйнування воло-кон і матриці, а також енергію розкриття міжфазної поверхні.
Досліджено механізм поширення хвиль напружень при гідроабразивному рі-занні CFRP. На основі теорії пружних хвиль визначено швидкості поширення поздовжніх і поперечних хвиль у матеріалі з урахуванням його анізотропії. Розра-ховано коефіцієнти відбиття та проходження хвиль на міжшарових межах, що дозволило встановити умови виникнення розтягуючих напружень, які є першоп-ричиною розшарування. Показано, що інтенсивність розшарування залежить від амплітуди падаючої хвилі, яка визначається тиском струменя, та міцності міжша-рового зв'язку.
Встановлено закономірності поведінки відбитого струменя після проникнен-ня через матеріал. На основі аналізу залишкової енергії проникного струменя та її розподілу при відбитті від опорної конструкції показано, що традиційні плоскі опори мають коефіцієнт ефективності відбиття 0,3–0,5, що призводить до значно-го вторинного ураження вже обробленої поверхні. Розроблено нову направляючу опорну конструкцію, що реалізує принцип «адсорбція-направлення-дисипація». Конструкція складається з трьох функціональних зон: верхньої чашоподібної по-верхні з кільцевими дренажними отворами, яка забезпечує пристінне течію рідини; середньої буферної камери для попереднього розсіювання енергії; нижнього ежек-ційного механізму Вентурі, який створює розрідження та відводить залишкову рідину в систему збору.
Проведено чисельне моделювання гідродинамічних характеристик запропо-нованої опорної конструкції з використанням програмного комплексу ANSYS Fluent. Моделювання базувалося на методі об'єму рідини (VOF) для відстеження руху вільних поверхонь та обліку взаємодії фаз. Встановлено, що запропонована конструкція забезпечує зниження пікової швидкості відбитого струменя на 35%, висоти підйому крапель на 40% та радіусу радіального поширення на 30% порів-няно з традиційною опорною конструкцією. Виконано розрахунки на міцність основних елементів конструкції, які підтвердили її працездатність при багаторазо-вому запасі міцності.
