На кафедре теоретической и прикладной механики функционирует НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ) МОДЕЛИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНЫХ СРЕД И СИСТЕМ. В его состав входят проблемная научно-исследовательская лаборатория «Вибродиагностика и виброзащита машин», учебно-научная лаборатория вычислительной механики кафедры ТиПМ, учебно-научная лаборатория кафедры прикладной математики, межвузовская научно-исследовательская лаборатория «Биомеханика». Директором НОЦ является доктор физ.-мат. наук, заведующий кафедрой ТиПМ Маслов Л.Б.

Исследование обтекания преграды жидкостью и другие задачи, связанные с динамическим взаимодействием жидкой и твердой среды

   Основной целью НОЦ моделирования и диагностики структурно-сложных сред и систем является создание научно-инновационной базы для формирования специалистов новой генерации, ориентированных на развитие фундаментальных исследований в области механики структурно-сложных гетерогенных сред и математического моделирования, на разработку и применение современных средств компьютерного инжиниринга и технической диагностики в энергетике, машиностроении, точном и медицинском приборостроении.

      НОЦ ориентирован на решение следующих задач:

• развитие прогрессивных форм инновационной деятельности, научно-технического сотрудничества с научными, проектно-конструкторскими, технологическими организациями и промышленными предприятиями с целью совместного решения важнейших научно-технических и образовательных задач,
• повышение научного уровня и инновационной эффективности поисковых НИР и НИОКР за счет объединения научно-исследовательской, инновационной и учебной деятельности по решению перспективных научно-технических проблем за счет применения современных компьютерных средств математического моделирования,
• повышение качества подготовки инженеров и качественного перехода на двухуровневую систему обучения в соответствии с ФОС третьего поколения подготовки бакалавров и магистров по направлениям физико-механического и математического профилей за счет интеграции обучения и самостоятельной научно-исследовательской работы студентов,
• обеспечение подготовки в ИГЭУ научно-педагогических кадров высшей квалификации на основе новейших достижений научно-технического прогресса в области деятельности НОЦ по специальностям 01.02.06 «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры»; 05.13.18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»; 05.17.08 «Процессы и аппараты химических технологий».

Прямое конечно-элементное моделирование технологических процессов

       НОЦ ведет следующие направления деятельности:

1. Научно-исследовательская деятельность:

• разработка новых математических моделей гетерогенных сплошных и дисперсных сред,
• разработка вычислительных методов решения задач динамики деформируемых твердых и жидких  тел,
• разработки современных систем технической диагностики напряженно-деформированного состояния структурно-сложных сред и промышленных систем.

2. Инновационная внедренческая деятельность:

• решение прикладных задач механики с помощью средств компьютерного моделирования, проектно-конструкторские разработки,
• консультативные услуги по различным вопросам механики твердого тела и динамики машин и систем,
• проведение квалифицированной оценки надежности используемого оборудования, решить сложные технические проблемы,
• внедрение результатов научных исследований в производство и учебный процесс.

3. Образовательная деятельность:

• совершенствование компонентов учебных дисциплин для студентов и аспирантов за счет внедрения новых курсов, ориентированных на применения современного проблемно-ориентированного программного обеспечения для решения высокотехнологических задач,
• оказание дополнительных образовательных услуг предприятиям по индивидуальным программам переподготовки кадров и повышения квалификации специалистов по углубленному изучению специальных разделов механики твердого тела, вычислительной механики, теории надежности машин и оборудования, экспериментальных методов диагностики,
• ознакомление со специализированным проблемно-ориентированным компьютерным обеспечением ведущих фирм, предназначенным для конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния сложных технических конструкций и деталей машин.   

Исследование динамических свойств биологических тканей опорно-двигательного аппарата человека и микроперемещений внутритканевой жидкости в системе пор костного вещества

  НОЦ сотрудничает с производственными предприятиями Ивановской области и других регионов России, работающих в наукоемких сферах тяжелого и легкого машиностроения, приборостроения, энергетики. Специалисты Центра оказывают консультативные услуги по различным вопросам механики твердого тела и динамики машин и систем, помогают провести квалифицированную оценку надежности используемого оборудования, с помощью средств компьютерного моделирования помогают решить сложные технические проблемы. НОЦ оказывает дополнительные образовательные услуги по углубленному изучению специальных разделов механики твердого тела, вычислительной механики, теории надежности машин и оборудования, экспериментальных методов диагностики; организует группы по ознакомлению со специализированным проблемно-ориентированным компьютерным обеспечением ведущих фирм, предназначенным для конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния сложных технических конструкций и деталей машин.
   По заказам предприятий (ОАО «Дефорт», ОАО «Машиностроительная Компания КРАНЭКС», ОАО «Концерн Росэнергоатом», ОАО «ОГК-6», Samsung Electronics Co.) методами компьютерного моделирования проведен анализ напряженно-деформированного состояния механических конструкций и решен ряд задач:

• Статические задачи: упруго-пластический изгиб трубы (большие перемещения); расчет дисковых пружин (большие деформации); расчет ножки эндопротеза тазобедренного сустава; расчет напряжений в стреле экскаватора.
• Динамические задачи: соударение магнитной головки с поверхностью жесткого диска; контакт стопы шагающего робота с поверхностью; распространение волны напряжений в стволе орудия.
• Колебания: расчет вибраций протяженных паропроводов тепловых станций; вынужденные колебания элементов опорно-двигательного аппарата человека.
• Связанные задачи: деформации углеродных нанотрубок в электрическом поле; взаимодействиежидкости и твердого тела.

Оценка надежности трубопроводов тепловых станций на основе математического моделирования динамического напряженно-деформированного состояния и данных натурных вибрационных измерений

    При проведении оценки технического состояния трубопроводов Кольской АЭС и Рязанской ГРЭС реализован разработанный расчетно-экспериментальный метод определения динамического напряженно-деформированного состояния вибрирующих конструкций. В результате выполнения хоздоговорной работы с филиалом концерна «Росэнергоатом» «Кольская атомная станция» в 2002-2003 годах (Исследование влияния вибрации на ресурс трубопроводов / Отчет по НИОКР, х/д № 378/01) разработаны автоматическая контрольно-измерительная аппаратура для проведения многоканального вибромониторинга трубопроводов и портативный виброметр VD-200МТ (ИГЭУ) для измерения параметров вибрации. Ведущими сотрудниками НОЦ «Моделирования и диагностики структурно-сложных сред и систем» проведены расчеты собственных частот и форм колебаний для разветвленной сети трубопроводов питательной воды и основного конденсата ТГ№1, дана оценка влияния стационарной низкочастотной вибрации по сравнению с нормативными значениями, изложены рекомендации по организации периодического вибромониторинга трубопровода основного конденсата.

Оценка прочности деталей машин и биомеханических конструкций, работающих в сложных условиях нагружения

     В ходе выполнения хозяйственных договоров с Рязанской ГРЭС (ОАО «ОГК-6») в 2005-2008 годах (Исследование влияния нестационарных процессов и вибрации на ресурс трубопроводов / Отчет по НИОКР, х/д № 1270/02/02-3174, № ОГК6-02/07-0271/331/07/20/6499) рассматривалась общая постановка и актуальность проблемы определения влияния нестационарных процессов и постоянно действующей низкочастотной вибрации на ресурс трубопроводов. Для измерения вибрации низкой частоты при рабочей температуре на опорах и подвесках трубопровода были применены низкочастотные высокочувствительные акселерометры на основе высокотемпературной пьезокерамики серии 1ПА-48 (НПК ЦНИИТМАШ). Для синхронного измерения давления теплоносителя была разработана схема на основе измерителя блока преобразователя избыточного давления «Сапфир-22М», позволяющая без искажений проводить измерения пульсаций давления в широком диапазоне частот. Для регистрации данных и их передачи в компьютер использовался многоканальный самописец S-Recorder-L (ООО «АДСЛлаб»). Была представлена общая методика и алгоритм применения средств конечно-элементного моделирования для расчета напряжений и перемещений в конструкции с апробацией методов и средств на трубопроводе острого пара блока 800 МВт с рабочей температурой среды 540 °С и максимальным давлением 245 кгс/см2.

Исследование прочности преграды при динамическом воздействии

    Сотрудники ПНИЛ «Вибродиагностика и виброзащита машин» в рамках малого инновационного предпринимательства на условиях самофинансирования разработали ряд технических устройств, реализующих принципы вибрационной диагностики и теории надежности динамических систем. Оценка технического состояния механизма, диагностика его отдельных узлов и прогнозирование работоспособности эффективно производится по параметрам вибрации работающей машины. Снижение общей вибрации и продление ресурса подшипников, исключение повреждений фундаментов достигается балансировкой роторов в собственных опорах. Диагностика в рабочем режиме без разборки машины позволяет значительно уменьшить число отказов, вовремя заказывать комплектацию и производить замену изношенных деталей, увеличить межремонтный период и уменьшить расходы на эксплуатацию. Разработанные приборы являются экономичными средствами мобильного экспресс-контроля технического состояния производственного парка машин и механизмов, отличаются простотой и удобством в эксплуатации и обслуживании:

1. Контроллер состояния подшипников (КСП-1):
Контрольно-диагностический прибор, предназначенный для автоматической регистрации, нормирования, амплитудно-частотного анализа вибрационного сигнала и оценки работоспособности, в виде цветной световой индикации уровня состояния, подшипников качения электрических и промышленных роторных машин с частотой вращения от 600 до 6000 об/мин. Прибор используется для диагностики состояния подшипников стационарно установленных машин при эксплуатации и приемочных испытаниях на холостом ходу после ремонтов.

2. Виброметр-анализатор-тахометр-балансировщик «ТИТАН»:
Многофункциональный микропроцессорный виброизмерительно - анализирующий прибор, предназначенный для выполнения на любом предприятии вибрационного контроля и ранней диагностики распространенных дефектов узлов (подшипники, фундамент, дисбаланс, расцентровка валов) роторного промышленного оборудования в условиях эксплуатации; двухплоскостной динамической балансировки роторов (валы, рабочие колеса, муфты) в собственных подшипниках при ремонтных и пуско-наладочных работах.

3. Стетоскоп вибрационный «Стетоскоп-ВМ»:
Контрольно-диагностический прибор предназначен для измерения вибрации машин и механизмов, преобразования и воспроизведения спектра вибрации в звуковом диапазоне (получение аудио сигнала вибрации). Широко используемая механиками «диагностика на слух» с прибором "Стетоскоп-ВМ" становится многократно эффективнее и проще, поскольку высокочувствительный прибор позволяет быстро и точно установить место расположения, вид и характер неисправности в узлах и звеньях различных механизмов.

4. Виброметр VD-200M:
Контрольно-измерительный прибор для измерения и контроля основных параметров вибрации любого промышленного роторного оборудования. Прибор измеряет среднее квадратическое значение (СКЗ) виброскорости и размах (пик-пик) виброперемещения, что позволяет оценивать техническое состояние оборудования на момент контроля и прогнозировать работоспособность. Применяется в качестве первичного средства (на уровне цехового контроля) измерения вибрации энергетического и электромеханического оборудования при вибромониторинге технического состояния.

5. Виброметр-балансировщик «ТАНТАЛ-М»:
Многофункциональный микропроцессорный виброизмерительный и анализирующий прибор, предназначенный для вибрационного контроля и диагностики роторного промышленного оборудования в условиях эксплуатации; балансировки роторов в собственных подшипниках при ремонтных и пуско-наладочных работах.

6. Программа вибромониторинга оборудования предприятий «TechCard+»:
Программа "TechCard+" предназначена для организации вибромониторинга оборудования промышленных предприятий и является программной поддержкой аппаратных виброизмерительных средств, таких как виброметр-балансировщик «ТАНТАЛ» и «ТАНТАЛ-М», виброметр VD-200 и VD-200М.

 ПНИЛ «Вибродиагностика и виброзащита машин» в рамках НОЦ может оказывать следующие научно-технические услуги:

• разработка и поставка «под ключ» компьютерных систем сбора и обработки информации о вибрации машин и систем виброиспытаний деталей, узлов машин и материалов;
• разовые и периодические обследования роторных и поршневых машин для оценки технического состояния и выявления дефектов;
• виброзащита конструкций и снижение вибрации промышленного оборудования;
• экспертная оценка качества монтажа или выполненного ремонта роторных машин;
• оценка технического состояния и возможных дефектов в фундаментах и конструкциях.