МЕТОДОЛОГІЯ РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО АНАЛІЗУ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ВИСОКОНАВАНТАЖЕНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗАДЛЯ ЗАБЕЗПЕ-ЧЕННЯ СВІТОВОГО РІВНЯ ТЕХНІЧНИХ І ТАКТИКО-ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН ЦИВІЛЬНОГО ТА ВІЙСЬКОВОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Автор(и)

  • Ганна Ткачук Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Україна http://orcid.org/0000-0003-0435-1847
  • Дмитро Бібік кандидат технічних наук, науковий співробітник кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин», Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-3896-699X
  • Олег Веретельник кандидат технічних наук, науковий співробітник кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин», Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-4174-8213
  • Сергій Кравченко доктор технічних наук, провідний науковий співробітник кафедри двигунів та гібридних енергетичних установок, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-2882-7814
  • Світлана Марусенко науковий співробітник кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин», Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-1340-5491
  • Валерія Субботіна доктор технічних наук, доцент, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», завідувачка кафедри «Матеріалознавство»; м. Харків, Україна
  • Віталій Альохін кандидат технічних наук, докторант кафедри «Двигуни та гібридні енергетичні установки», Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна
  • Наталя Дьоміна кандидат технічних наук, доцент, завідувачка кафедри вищої математики і фізики, Таврійський державний агротехнологічний університет імені Дмитра Моторного, м. Запоріжжя, Україна https://orcid.org/0000-0002-1118-1834
  • Володимир Сєриков кандидат технічних наук (PhD in Eng. S.), доцент, старший науковий співробітник, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», старший науковий співробітник кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-5295-3925
  • Тетяна Протасенко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», доцент кафедри «Матеріалознавство», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-5207-7478
  • Ірина Гречка кандидат технічних наук, доцент, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», доцент кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-4907-9170
  • Олег Льозний Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», аспірант кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин», м. Харків, Україна https://orcid.org/0009-0001-1122-9068

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-0775.2026.1.12

Ключові слова:

метод розрахунково-експериментального дослідження; міцність; довговічність; гідрооб’ємна передача; дискретно-континуальне зміцнення; гідроциліндр

Анотація

Сучасні машини цивільного та військового призначення експлуатуються в режимах інтенсивних навантажень, у тому числі - при контактній взаємодії. Це спричиняє проблеми із їх міцністю та довговічністю. Зокрема, це елементи турбодетандерних установок, трансмісій транспортних засобів, тепловозних і танкових двигунів, рушіїв, систем підресорювання, наземних роботизованих комплексів, а також – технологічних систем для їх виробництва. Відповідно, з’являються нові проєктні та технологічні рішення щодо цих та інших елементів конструкцій. У свою чергу, виникає необхідність у розвитку  нових моделей і методів дослідження їх напружено-деформованого стану із урахуванням контактної взаємодії. Оскільки у цих випадках необхідно враховувати низку нових чинників (шорсткість, напилення, термообробка та зміцнення поверхонь деталей), то постає проблема адекватності, точності та ефективності дослідження напружено-деформованого стану, у тому числі із урахуванням контактної взаємодії таких складнопрофільних відповідальних елементів конструкцій. Задля цього у роботі розробляється та застосовується розрахунково-експериментальний метод, що поєднує, з одного боку, аналіз напружено-деформованого стану різними експериментальними методами, а з іншого – чисельно-аналітичними засобами. У результаті різко підвищується, по-перше, достовірність результатів такого аналізу, а по-друге – ефективність проєктно-технологічних рішень. Своєю чергою, таке дослідження забезпечує принципові переваги при створенні цивільної та військової техніки із основними технічними і тактико-технічними характеристиками на світовому рівні, у т. ч. – міцність та довговічність. Зокрема, мова йде про підвищення ККД, довговічності та навантажувальної здатності машин, агрегатів та обладнання. Можливості розробленої методології проілюстровані на прикладі елементів двигунів, радіальної гідрооб’ємної передачі, а також силових гідроциліндрів. Результати здійснених досліджень покладені в основу при обґрунтуванні прогресивних технічних рішень об’єктів подібного типу.

Посилання

  1. Tkachuk M.M., Grabovskiy А., Alokhin V., Tkachuk M.A., Vasiliev A. Sustainable Development of Transport Objects Through the Implementation of Industry 4.0 and Industry 5.0 Technologies. Pages 95-116. In: Marchenko, A., Koruba, Z. (eds) Decarbonization of Transport Energy Installations in the Context of Sustainable Development Strategies. Studies in Systems, Decision and Control. Springer. Cham. 2025. Vol 635. https://doi.org/10.1007/978-3-032-05884-3_6
  2. Stark R., Seliger G., Jé. Bonvoisin. Sustainable Manufacturing: Challenges, Solutions and Implementation Perspectives. Springer. 2017. P. 283. DOI 10.1007/978-3-319-48514-0
  3. Електронний ресурс. https://www.gm.com/commitments/ sustainability
  4. Bhamra, T. and Hernandez, R.J. Thirty years of design for sustainability: an evolution of research, policy and practice. Design Science. 2021. 7. p. e2. DOI 10.1017/dsj.2021.2.
  5. Industry 4.0 vs. Industry 5.0: Co-existence, Transition, or a Hybrid. Mariia Golovianko et al. Procedia Computer Science 217. 2023. Р. 102–113. https://doi.org/10.1016/j.procs. 2022.12.206https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S1877050922022840
  6. From Industry 4.0 towards Industry 5.0: A Review and Analysis of Paradigm Shift for the People, Organization and Technology. M. Crnjac Zizic, M. Mladineo, N. Gjeldum, L. Celent. Energies. 2022. 15(14), 5221. https://doi.org/10.3390/en15145221
  7. Tkachuk, M.A., Kravchenko, S. O., Grabovskiy, A., Tkachuk, M. M., Vasiliev, A., Novikov, M. & Subbotina, V. Complex Technologies for Reinforcing Stressed Machine Components. Pages 183-203. In: Marchenko, A., Koruba, Z. (eds) Decarbonization of Transport Energy Installations in the Context of Sustainable Development Strategies. Studies in Systems, Decision and Control. 2025. – Vol 635. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-032-05884-3_10
  8. Ткачук М. А., Новіков М. К., Ткачук М. М., Грабовський А. В., Паккі Г. В., Ткачук Г. В., Подрєза С. М., Деревянкін Р. П. Напрямки та етапи проєктно-технологічного забезпечення підвищених характеристик турбодетандерних електростан-цій. Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер.: Машинознавство та САПР: зб. наук. пр. Харків : НТУ "ХПІ". 2023. – № 2. – С. 106–112. https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/72438.
  9. Postelnyk, H. O., Pinchuk, N. V., Meylekhov, A. A., Zhadko, M. A., Andreev, A. A., & Stolbovoy, V. A. Influence of Bias Potential Magnitude on Structural Engineering of ZrN-Based Vacuum-Arc Coatings. Physics and Chemistry of Solid State. 2021. 22(1). 66-72. DOI: 10.15330/PCSS.22.1.66-72.
  10. Sobol’, O., Dur, O. Structural Engineering of Nanocomposite Coatings Based on Tungsten and Titanium Carbides. In: Ivanov, V., Trojanowska, J., Pavlenko, I., Zajac, J., Peraković, D. (eds). Advances in Design, Simulation and Manufacturing III. DSMIE 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. – 2020. DOI: 10.1007/978-3-030-50794-7_54.
  11. Bourebia M., Laouar L., Hamadache H., Dominiak S. Improvement of surface finish by ball burnishing: approach by fractal dimension. Surface Engineering. – 2017. – 33(4). 255-262. DOI: 10.1080/02670844.2016.1232778.
  12. Schalk, N., Tkadletz, M., Mitterer, C. Hard coatings for cutting applications: Physical vs. chemical vapordeposition and future challenges for the coatings community. Surface and Coatings Technology. 2022. – 429. – 27949. DOI:10.1016/j.surfcoat.2021.127949
  13. Maksakova, O., Pogrebnjak and others. Study of advanced nanoscale ZrN/CrN multilayer coatings. EastEuropean Journal of Physics. 2019. – № 2. – Р. 27–32. DOI:10.26565/2312-4334-2019-2-04
  14. Martin, J., Leone, P., Nomine, A., Veys-Renaux, D., Henrion, G., Belmonte, T. Influence of electrolyte ageing on the plasma electrolytic oxidation of aluminium. Surf Coat Technol. 2015. 269. 36–46. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2014.11.001.
  15. Чепков І .Б., Олійник І. І., Коробченко С. О. Процесний підхід в управлінні повним життєвим циклом озброєння та військової техніки на засадах програмно-проєктного мене-джменту. Озброєння та військова техніка. 2021. №4. С. 3–1
  16. Бісик С. Експериментальні дослідження вибухового наван-таження макета корпусу бойової броньованої машини. Collection of Scientific Papers «ΛΌГOΣ», (August 12, 2022; Zurich, Switzerland). P.78–83.
  17. Barber J.R. Contact Mechanics. Solid Mechanics and Its Applications #250. Springer International Publishing, – 2019. – 585 р.
  18. Berge R. L., Berre I., Keilegavlen E., Nordbotten J. M., Wohlmuth B. Finite volume discretization for poroelastic media with fractures modeled by contact mechanics. Journal for Numerical Methods in Engineering. Feb 2020. Vol. 121. Issue 4. P. 571-777. https://doi.org/10.48550/ arXiv.1904.11916
  19. Serednytska Kh.I., Martynyak R.M. Contact of the Faces of an Interface Thermally Insulated Crack Under Thermomechanical Loading. Materials Science. 2021. 57. Pages173–179. DOI:10.1007/s11003-021-00528-z
  20. Li Q., Pohrt R., Lyashenko I. A., Popov V. L. Boundary element method for nonadhesive and adhesive contacts of a coated elastic half-space. Proc. Inst.Mech. Eng. 2019. J 234. Р. 73–83. https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.01885
  21. Ciavarella, M., Joe, J., Papangelo, A., Barber, J. R. The role of adhesion in contact mechanics. Journal of the Royal Society Interface. 2019. 16(151). DOI:10.1098/rsif.2018.0738
  22. Joe, J., Thouless, M. D., Barber, J. R. (2018). Effect of roughness on the adhesive tractions between contacting bodies. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1. 18. Р. 365–373. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2018.06.005
  23. Pandey S., Muniyappa A. Experimental Investigations to Analyze Surface Contact Fatigue Wear by Using a Dynamic Response of the Roller Bearing System. Research Square. –2021. DOI: 10.21203/rs.3.rs-219458/v1
  24. Geffroy S., Wegner S., Gels S., Schmitz K. Experimental Investigation of New Design Concepts for the Tribological Contact between the Valve Plate and the Cylinder Block in Axial Piston Machines. Proc. of the 17:th Scand. Int. Conf. on Fluid Power, SICFP’21, Linköping, Sweden. DOI: https://doi.org/10.3384/ecp182p104
  25. Tkachuk, M., Lvov, G., Kravchenko, S., Moiseiev, S., Novikov, M., Burniashev, A., Pakki, G., Podrieza, S. Substantiating promising technical solutions for turbo- expander power plants based on the research into working processes and states. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2023. Vol. 4, 7(124). Р. 98–105. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.28586
  26. Marchenko A., Tkachuk M.A., Kravchenko S., Tkachuk M.M., Parsadanov I. Experimental Tests of Discrete Strengthened Elements of Machine-Building Structures. In: Tonkonogyi V. et al. (eds) Advanced Manufacturing Processes. InterPartner 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. 2020. Р. 559-569. https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-030-40724-7_57
  27. Грабовський А. В., Ткачук М. А., Дьоміна Н. А., Ткачук Г. В., Іщенко О. А., Волошина І. О., Третяк В. В. Розрахунково-експериментальне дослідження контактної взаємодії тіл із поверхнями близької форми. Вісник Національного технічно-го університету «ХПІ», серія: Машинознавство та САПР. 2021. №1. С. 23–32. http://misapr.khpi.edu.ua/article/view/232447
  28. Кравченко С. О., Ткачук М. А., Грабовський А. В., Веретель-ник О. В., Ткачук М. М., Гречка І. П., Васильєв А. Ю., Льоз-ний О. С., Чала Ю. C. Теоретико-експериментальне обґрун-тування дискретно-континуальних методів зміцнення на ос-нові аналізу контактної взаємодії елементів машин військо-вого та цивільного призначення. Вісник Національного тех-нічного університету «ХПІ», серія: Машинознавство та САПР. –2021. № 1. С. 53–63. http://misapr.khpi.edu.ua/ article/view/230116
  29. Ткачук М. М., Гречка І. П., Ткачук М. А., Сєриков В. І., Грабовський А. В., Пінчук Н. В., [та ін.] Інтегрована розраху-нкова-експериментальна технологія аналізу контактної взає-модії з урахуванням пружного проміжного шару. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР. 2023. № 1. С. 131–151. http://misapr.khpi.edu.ua/ article/view/273735
  30. Кравченко С. О. Забезпечення ресурсу ДВЗ шляхом застосу-вання дискретно–контінуальних технологій зміцнення робочих поверхонь. Дис. д-ра техн. наук за спеціальністю 05.05.03 Дви-гуни та енергетичні установки. Національний технічний уні-верситет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2018.
  31. Аврунин Г.А., Кабаненко И.В., Хавиль В.В., Истратов А.В. и др. Объемная гидропередача с шариковыми поршнями ГОП-900: характеристики и технический уровень. Механіка та машинобудування. 2004. №1. С.14–21.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-28

Як цитувати

Ткачук , Г., Бібік , Д. ., Веретельник , О. ., Кравченко , С. ., Марусенко , С. ., Субботіна , В. ., Альохін , В. ., Дьоміна , Н. ., Сєриков , В. ., Протасенко , Т. ., Гречка , І. . і Льозний , О. . (2026) «МЕТОДОЛОГІЯ РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО АНАЛІЗУ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ВИСОКОНАВАНТАЖЕНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗАДЛЯ ЗАБЕЗПЕ-ЧЕННЯ СВІТОВОГО РІВНЯ ТЕХНІЧНИХ І ТАКТИКО-ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН ЦИВІЛЬНОГО ТА ВІЙСЬКОВОГО ПРИЗНАЧЕННЯ », Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР, (1), с. 103–132. doi: 10.20998/2079-0775.2026.1.12.

Номер

№ 1 (2026): Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР

Розділ

Статті

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.