МЕТОДОЛОГІЯ ПРОЄКТНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ БРОНЕКОРПУСІВ ЛЕГКОБРОНЬОВАНИХ МАШИН ІЗ НЕТРАДИЦІЙНИХ, ПОВЕРХНЕВО ЗМІЦНЕНИХ МАТЕРІАЛІВ ТА КОМПОЗИЦІЙ

Автор(и)

  • Микола А. Ткачук доктор технічних наук, професор, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», професор кафедри теорії і систем автоматизованого проектування механізмів і машин; м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-4174-8213
  • Андрій Грабовський доктор технічних наук, професор, провідний науковий співробітник кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин»; Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-6116-0572
  • Микола М. Ткачук доктор технічних наук, старший дослідник, провідний науковий співробітник кафедри інформаційних технологій та систем колісних і гусеничних машин імені О.О. Морозова; Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-4753-4267
  • Антон Васильєв кандидат технічних наук, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна; старший науковий співробітник кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-8106-0950
  • Андрій Коба Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна; аспірант кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин»; м. Харків, Україна https://orcid.org/0009-0006-0162-9208
  • Володимир Троценко – підполковник, Військовий інститут танкових військ при Національному технічному університеті «Харківський політехнічний інститут», ст. викладач кафедри «Експлуатація, озброєння та військова техніка»; м. Харків, Україна https://orcid.org/0009-0000-6537-7245
  • Денис Кислиця Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна; аспірант кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин»; м. Харків, Україна
  • Анатолій Набоков Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна; аспірант кафедри «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин»; м. Харків, Україна
  • Олег Рікунов полковник, кандидат технічних наук, доцент, Національна академія Національної гвардії України, заступник начальника кафедри «Управління логістикою» ННІ ПКК; м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-7581-7531
  • Олег Шаталов кандидат технічних наук, Національна Академія сухопутних військ ім. гетьмана Петра Сагайдачного, доцент кафедри бронетанкової техніки, м. Львів, Україна https://orcid.org/0000-0001-8941-8734
  • Вадим Карпов доктор філософії, старший викладач кафедри «Інформаційні технології і системи колісних та гусеничних машин імені О. О. Морозова; Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-7851-2458
  • Андрій Богач кандидат технічних наук, командир самохідного артилерійського дивізіону військової частини А 4010, Україна https://orcid.org/0009-0008-0359-3450

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-0775.2026.1.13

Ключові слова:

бронекорпус, легкоброньована машина, напружено-деформований стан, експрес-модель, міцність, жорсткість, точність ведення вогню, стійкість, композит, проєктування

Анотація

У роботі розроблено новий підхід до аналізу напружено-деформованого стану бронекорпусів легкоброньованих машин із нетрадиційних, поверхнево зміцнених матеріалів та композицій. На основі розрахунково-експериментальних та розрахунково-розрахункових досліджень пропонується створювати експрес-моделі напружено-деформованого стану цих бронекорпусів. Зокрема, розглядаються багатошарові композиції «сталь – кераміка - сталь», «сталь - тканий матеріал» із різним чергуванням шарів із властивостями, які визначають певні службові характеристики бронекорпусу. Мова йде про балістичну, протимінну та протиуламкову (вторинні уламки) стійкість. Крім того, до уваги беруться критерії міцності, жорсткості та стійкості бронекорпусів легкоброньованих машин. Зокрема, ці характеристики впливають на динамічну збудливість від дії реактивних сил віддачі при здійсненні пострілів із високотемпової зброї, у тому числі – малокаліберних автоматичних гармат. Також важливим є вплив на збурення у канали наведення і стабілізації озброєння, які виникають внаслідок деформування бронекорпусів. Із точки зору стійкості становить інтерес дія надлишкового тиску ударної хвилі від вибухів фугасних зарядів на бронекорпус. У кінцевому результаті бронекорпус має виконувати ще й опорну функцію для усіх систем і агрегатів легкоброньованої машини. Таким чином, виникає проблема здійснення великого обсягу проєктних розрахунків задля обґрунтування прогресивних технічних рішень бронекорпусів із нетрадиційних, поверхнево зміцнених матеріалів та композицій. При цьому виникає проблема  побудови розрахункових моделей напружено-деформованого стану таких бронекорпусів за критерієм збалансованості точності та термінів здійснення багатоваріантних розрахунків. Із залученням узагальненого параметричного моделювання пропонується визначати прийнятні експрес-моделі із нетрадиційних, поверхнево зміцнених матеріалів та композицій. Тобто будується така експрес-модель, яка задовольняє вимоги точності результатів та тривалості розрахунків. Вона створює можливості на перших етапах проєктних досліджень досягати прогресу у задоволенні конкуруючих вимог до бронекорпусів легкоброньованих машин із підвищеними тактико-технічними характеристиками

Посилання

  1. Грабовський А.В., Ткачук М.М., Васильєв А.Ю., Ткачук М.А., Коба А. М., Карпов В. О., Троценко В.В., Богач А.С., Набоков А.В., Соловей В.Ю., Рікунов О.М. Забезпечення підвищених тактико-технічних характеристик легкоброньованих машин на основі визначення динамічної міцності бронекорпусів із гомогенних та композиційних матеріалів. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР. – 2025. №1. –С. 27-46. doi: 10.20998/2079-0775.2025.1.04
  2. Leonid Davydovskyi, Serhii Bisyk, Iliyan Hutov, Iliyan Lilov, Alexander Kuprinenko, Oleg Yalnytskiy. Optimization of the parameters of the energy absorbing element of the armored combat vehicle's seat in the conditions of explosive loading. Trans & Motauto World. 2020. YEAR V. ISSUE 2. – Р. 45-47. ISSN PRINT 2367-8399
  3. Davydovskiy L., Bisyk S. Formation of requirements for anti-mine energy-absorbing seats of armored combat vehicles. Collection of Sciences. Proceedings of the Central Research Institute of Weapons and Military Equipment of the Armed Forces of Ukraine, Kyiv. 2016.– Iss. 2 (61). – P. 18–30.
  4. Bisyk S.P., Davydovskiy L.S., Chepkov I.B., et al. Theoretical evaluation of mine resistance of multipurpose tactical vehicle Kozak2. Weapons and military equipment. 2016. – №1 (9). –P. 26-31.
  5. Jones N. Several phenomena in structural impact and structural crashworthiness. Europ Mechanics - 5th EUROMECH Solid Mechanics Conference. – 2003. – № 22(5). –P. 693-707.
  6. White M.D., Jones N. Experimental quasi-static axial crushing of top- hat and double-hat thin-walled sections. International Journal of Mechanical Sciences. 1999. – 41(2), 179-208.
  7. Energy absorption capabilities of complex thin walled structures / Електронний ресурс [https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/257/1/012027/pdf]
  8. Shahravi S., Rezvani M.J., Jahan A. Multi-response Optimization of Grooved Circular Tubes Filled with Polyurethane Foam as Energy Absorber. Journal of Optimization in Industrial Engineering. 2019. – 12 (1). – P. 133 149.
  9. Davydovs’kyi L.S., Bisyk S.P., Chepkov I.B. et al. Alternatives of Energy Absorption Element Design Parameters for an Armored Combat Vehicle Seat Under Explosive Loading. Strength Mater. 2020. https:/ /doi.org/10.1007/s11223-020-00140-7
  10. Davydovsky L., Bisyk S., Korbach V. Investigation of the energyabsorbing element of the mine seat of a crew of a combat armored vehicle. Weapons and military equipment. 2017. – vol. 1 (13). – P. 5-12.
  11. Chepkov I.B., Lapitsky S.V., Kuchinskiy A.V., Kuchinska O.B., Zirka M.V., Zvershkhovskiy I.V., Hurnovich A.V., Dokuchaev O.V., Andriyenko A.M.& Oliarnik B.O. Experimental Studies on the Effect of Destructive Reagents on Metal Structural Elements. Рowder metallurgy industry and managerial economics. 2024. – Volume 63. – P. 117–122. https://link.springer.com/article/10.1007/s11106-024-00443-3
  12. Чепков І. Б. Роль та місце матеріалознавства у створенні новітнього озброєння та військової техніки Збройних Сил України. Visnik Nacional noi academii nauk Ukraini. 2023. – № 6. – С. 73-83. DOI: 10.15407/visn2023.06.073
  13. Chepkov I. B., Hurnovych A. V., Lapyts’kyi S. V., Oliiarnyk B. O., Trofymenko V. H. & Maistrenko O. A. Method of Conversion for the Ballistic Coefficient of Bullets. Strength of Materials. 2020. Volume 52, pages 419–422. https://doi.org/10.1007/s11223-020-00193-8
  14. Леднянський О. Ф., Бісик С. П., Санін А. Ф., Пошивалов В. П. Визначення придатності пористих пресовок з алюмінію та алюмінієвих сплавів для використання в якості енергопоглинаючих елементів. Технічна механіка. 2020. № 4. С. 109-116. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2020.04.109
  15. Бісик С. П., Голуб В. А., Ларін О. Ю., Чеченкова О. Л. Числове моделювання вибухового навантаження модульних стільникових конструкцій бойових броньованих машин. Вісник НТУ «ХПІ». Харків. 2013. № 23 (996). С.26–33.
  16. Бісик С. П., Чепков І. Б., Голуб В. А., Корбач В. Г. Оцінка впливу способу кріплення протимінного екрана на протимінну стійкість бойових броньованих машин. Системи озброєння і військова техніка. Харків. 2013. № 1 (33). С. 8–12.
  17. Грубель М. Г., Крайник Л. В., Хоменко В. П. Дослідження конструктивних особливостей та тактикотехнічних характеристик бойових броньованих машин типу MRAP. Системи озброєння і військова техніка. Харків. 2018. № 1 (53). С. 7–19.
  18. Anatoliy L. Maystrenko, Volodymyr I. Kushch, Evgeniy A. Pashchenko, Vitaliy G. Kulich, Olecksiy V. neshpor, Sergiy P. Bisyk. Ceramic Armour for Armoured Vehicles Against Large-Calibre Bullets. Problemy Mechatroniki: uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa. 2020. Vol. 11, Nr 1 (39). Strony 9-16. DOI: 10.5604/01.3001.0014.0279
  19. Сливінський О.А., Бісик С. П., Чепков І.Б., Васьківський М.І., Чернозубенко О.В. Проблеми виготовлення зварних бронекорпусів вітчизняних бойових броньованих машин. Озброєння та військова техніка. 2017. №4. С. 29-38. https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=WqIer8gAAAAJ&cstart=20&pagesize=80&sortby=pubdate&citation_for_view=WqIer8gAAAAJ:hFOr9nPyWt4C
  20. Кривенко О. П., Лізунов П. П., Ворона Ю. В., Калашніков О. Б. Моделювання термопружних властивостей композитного матеріалу в задачах стійкості багатошарових оболонок. Управління розвитком складних систем. Київ, 2023. № 54. С. 77–89, dx.doi.org10.32347/2412-9933.2023.54.77-89
  21. Углеродные волокна и углекомпозиты: пер. с англ. / под ред. Э.Фитцера. Москва: Мир. 1988. 336 с.
  22. Кучер М. К., Заразовський М. М. Оцінка мікромеханічних моделей прогнозування ефективних констант пружності волокнистих композитів. Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Серія Машинобудування. 2010. № 58. С.24–29.
  23. Баженов В. А., Кривенко О. П., Соловей М. О. Нелінійне деформування та стійкість пружних оболонок неоднорідної структури. Київ: ЗАТ «Віпол», 2010. 316 с.
  24. Кривенко О. П., Лізунов П. П., Ворона Ю. В., Калашніков О. Б. Використання моментної схеми скінченних елементів при дослідженні тонких пружних оболонок неоднорідної структури. Управління розвитком складних систем. Київ. 2023. № 53. С. 52–62, dx.doi.org10.32347/2412-9933.2023.53.52-62.
  25. Баженов В. А., Кривенко О. П. Стійкість і коливання пружних неоднорідних оболонок при термосилових навантаженнях. Київ: Каравела. 2020. 187 с.
  26. Krivenko O. P., Lizunov P. P., Vorona Yu. V., Kalashnikov O. B. A Method for Analysis of Nonlinear Deformation, Buckling, and Vibrations of Thin Elastic Shells of an Inhomogeneous Structure. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles. Kyiv: KNUBA. 2023. Issue 110. P. 131–149.
  27. Bazhenov V., Krivenko O. Buckling and Natural Vibrations of Thin Elastic Inhomogeneous Shells. Saarbruken, Deutscland: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2018. 97 p.
  28. Киркач О.Б., Конохов В.І. Напружено-деформований стан та міцність шаруватих композитних пластиків із навантаженими отворами. Матеріали XXIV міжнар. наук.-практ. конф. «Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я» (MicroCAD-2016). Харків. НТУ «ХПІ». 2016.
  29. Смірнова Я.О., Гурія І.М. Мікроструктура та механічні властивості шаруватого литого композиту ВТ-6/Al. ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr. 2022. vol. 30. № 1 (328). P. 84-90 https://doi.org/10.15407/steelcast2022.01.084
  30. Du Y., Fan G., Yu T., Hansen N., Geng L., Huang X. Laminated Ti-Al composites: processing, structure and strength. Materials Science & Engineering A. 2016. Vol. 673. P. 572–580. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.07.108
  31. Padnuru Sripathy A., Gupta M. Insight Into Layered Metal Matrix Composites. Encyclopedia of Materials: Composites. 2021. Vol. 1. P. 121–139. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819724-0.00021-5
  32. Smirnova Y., Huriia I., Loboda P. Liquid phase fabrication technology of layered Ti/Al composite. U.P.B. Scientific bulletin, Series B: Chemistry and Materials Science. 2021. Vol. 83. Iss. 4. P. 273–282. URL: https://www.scientificbulletin.upb.ro/ rev_docs_arhiva/rezb3b_447954.pdf
  33. Сметанкіна Н. В., Місюра С.Ю., Місюра Є.Ю. Аналіз деформування шаруватих конструкцій аерокосмічної техніки при багатофакторному навантаженні. Математичні проблеми технічної механіки – 2024 : матеріали міжнародної наукової конференції, 18-19, 22 квітня 2024 р. : тези допов. Дніпро. 2024. 000C. 43–45. http://repository.hneu.edu.ua/handle/123456789/32847
  34. Sierikova O., Strelnikova E., Gnitko V., Degtyarev K. Boundary calculation medels for elastic properties clarification of three-dimensional nanocomposites based on the combination of finite and boundary element methods. In: 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advavced Technology (KhPIWeek). 2021. P. 351-356.
  35. Smetankina N., Ugrimov S., Kravchenko I., Ivchenko D. Simulating the process of a bird striking a rigid target. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II. DSMIE 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. 2020. P. 711-721. https//doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_71
  36. Шупиков А.Н., Бузько Я.П., Сметанкина Н.В., Угримов С.В. Нестационарные колебания многослойных пластин и оболочек и их оптимизация. Харьков. ХНЭУ, 2004. 252с.
  37. Керамічні бронеплити – технологічна еволюція захисту. Електронний ресурс.
  38. https://balistyka.ua/articles/keramichni-broneplyty-tekhnolohichna-evolyutsiya-zakhystu. 01.07.2024
  39. Бурлаєнко В. М., Львов Г.І., Дімітрова–Бурлаєнко С. Д. Дослідження стійкості метал-матричних композитних балок змінного поперечного перерізу з аксіальноградієнтним армуванням. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР. 2025. №2. С. 26-34. DOI:https://doi.org/10.20998/2079-0775.2025.2.04
  40. Burlayenko V.N., Kouhia R, Dimitrova S.D. Free vibration analysis of curvilinearly tapered axially functionally graded material beams. Applied Sciences. 2024. https://doi.org/10.3390/app14156446https://doi.org/10.3390/app14156446
  41. Burlayenko V.N., Sadowski T., Altenbach H. Efficient free vibration analysis of FGM sandwich flat panels with conventional shell elements. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2022. https://doi.org/10.1080/15376494.2021.1909191
  42. Burlayenko V.N. A continuum shell element in layerwise models for free vibration analysis of FGM sandwich panels. Springer. 2021. Volume 33. P. 1385–1407. https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=uk&user=CqTeRTIAAAAJ&cstart=20&pagesize=80&sortby=pubdate&citation_for_view=CqTeRTIAAAAJ:J_g5lzvAfSwC
  43. Burlayenko, V.N., Altenbach, H., Sadowski, T. An evaluation of displacement-based finite element models used for free vibration analysis of homogeneous and composite plates. J. Sound Vib. 358, 152–175 (2015)
  44. Hajlaoui, A., Chebbi, E., Wali, M., Dammak, F. Geometrically nonlinear analysis of FGM shells using solid shell element with parabolic shear strain distribution. Int. J. Mech. Mater. Des. 2020. 16. 351–366. DOI: 10.1007/s10999-019-09465-x
  45. Altenbach, H., Altenbach, J., Kissing, W. Mechanics of Composite Structural Elements, 2nd edn. Springer, Singapore (2018).
  46. Burlayenko, V.N., Altenbach H., Sadowski, T. Dynamic fracture analysis of sandwich composites with face sheet/core debond by the finite element method. In: Altenbach, H., et al. (eds). Dynamical Processes in Generalized Continua and Structures. Advanced Structured Materials. 2019. vol. 103. P. 163-194. Springer, Cham.
  47. Burlayenko V. N., Kouhia R., Dimitrova S. D. Free vibration analysis of curvilinearly tapered axiallyfunctionally graded material beams. Applied Sciences. 2024. vol. 14. N 15. 6446. https://doi.org/10.3390/app14156446
  48. Burlayenko V.N., Sadowski T., Marsavina L. Free vibration analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced beams with variable cross-section using the differential transform method. Meccanica. 2025, in press.
  49. Mykola Tkachuk, Anton Tkachuk. Large deformation of cable networks with fiber sliding as a second-order cone programming. International Journal of Solids and Structures. 2024. Vol. 298. P. 112848. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2024.112848
  50. Jubera R., Ridruejo A., González C., LLorca J. Mechanical behavior and deformation micromechanisms of polypropylene nonwoven fabrics as a function of temperature and strain rate. Mech. Mater. 2014. 74. P. 14-25. DOI 10.1016/j.mechmat.2014.03.007
  51. Kanno Y. Nonsmooth Mechanics and Convex Optimization. 9781420094244, CRC Press (2011). URL https://books.google.se/books?id=52XMBQAAQBAJ.
  52. Ridruejo A., Jubera R., González C., LLorca J. Inverse notch sensitivity: Cracks can make nonwoven fabrics stronger. J. Mech. Phys. Solids. 2015. 77. P. 61-69. DOI: 10.1016/j.jmps.2015.01.004
  53. Tkachuk M. Complementary energy principle for cable networks in terms of force vector variable. Bull. Natl. Tech. Univ. KhPI Ser. Eng. CAD (1). 2022. P. 85-90. doi: 10.20998/2079-0775.2022.1.09
  54. Tkachuk M., Linder C. The maximal advance path constraint for the homogenization of materials with random network microstructure. Phil. Mag. 2012. 92 (22). P. 2779-2808. DOI: 10.1080/14786435.2012.675090
  55. Kanno Y., Ohsaki M. Contact analysis of cable networks by using second-order cone programming. SIAM J. Sci. Comput. 2006. 27 (6). P. 2032-2052. https://doi.org/10.1137/S106482750343194
  56. Negi V., Picu R. C. Mechanical behavior of cross-linked random fiber networks with inter-fiber adhesion. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2019. 122. P. 418-434. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2019.11.003
  57. Deogekar S., Picu R. C. Strength of stochastic fibrous materials under multiaxial loading. Soft Matter. 2021. 17(3). P. 704-714. https://doi.org/10.1039/D0SM01713B
  58. Deogekar S., Yan Z., Picu R. C. Random Fiber Networks With Superior Properties Through Network Topology Control. Journal of Applied Mechanics. 2019. 86(8). P. 081010. https://doi.org/10.1115/1.4043828
  59. Chen, N., Silberstein, M. N. A micromechanics-based damage model for non-woven fiber networks. International Journal of Solid and Structures. 2019. 160. P. 18-31. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2018.10.009
  60. Тkachuk М.М. Elastic Homogenization of Materials with Composite Network Structures. Published: 10 June 2022 Volume 263. P. 104–119, (2022). DOI:10.1007/s10958-022-05910-z
  61. Tkachuk M. M. Method of elastic homogenization of bimodal networks. Visnyk Nats. Tekh. Univ. “KhPI,” Ser. Mashynoznavstvo SAPR. 2019. № 7. Р. 107–115. https://doi.org/10.20998/2079-0775.2019.7.17.
  62. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М., Мир, 1987. 542с.
  63. Гольденвейзер А. Л. Теория упругих тонких оболочек. М.: Наука, 1976. 512 с.
  64. Zienkiewicz O. C., R. L. Taylor, Govindjee S. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. 87th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann. 2024. 632 p.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-28

Як цитувати

Ткачук , М. А., Грабовський , А. ., Ткачук , М. М., Васильєв , А. . ., Коба , А. ., Троценко , В. ., Кислиця , Д. ., Набоков , А. ., Рікунов , О. ., Шаталов , О. ., Карпов , В. . і Богач , А. . (2026) «МЕТОДОЛОГІЯ ПРОЄКТНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ БРОНЕКОРПУСІВ ЛЕГКОБРОНЬОВАНИХ МАШИН ІЗ НЕТРАДИЦІЙНИХ, ПОВЕРХНЕВО ЗМІЦНЕНИХ МАТЕРІАЛІВ ТА КОМПОЗИЦІЙ», Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР, (1), с. 133–151. doi: 10.20998/2079-0775.2026.1.13.

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.