Академия Наук Республики Узбекистан
Институт механики и сейсмостойкости сооружений
имени М.Т. Уразбаева

Академия Наук Республики Узбекистан
Институт механики и сейсмостойкости сооружений
имени М.Т. Уразбаева

ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ



Механика деформируемого твердого тела, сейсмодинамика и прочность конструкций зданий и сооружений

В 1943-1954 гг. под руководством академиков М.Т.Уразбаева и Х.А.Рахматулина разработаны основные соотношения теории упругости и пластичности, теоретической и прикладной механики, теоретические основы механики весомой деформируемой нити, распространения волн в средах, теории колебаний и методы расчета на динамическую прочность стержней, пластин и оболочек.

Под руководством академика М.Т. Уразбаева произведен анализ последствий Чаткальского (1946 г.) и Ашхабадского (1948 г.) землетрясений и установлено, что сейсмические воздействия на каменные здания в несколько раз больше, чем нагрузки, определяемые по нормам ТУ-58-48. Это обстоятельство привело к необходимости существенного пересмотра принятых методов определения сейсмических воздействий, и был предложен поправочный коэффициент для сейсмических нагрузок. Последствия землетрясений широко использованы при разработке рекомендаций по сейсморайонированию территории Средней Азии и применению местных материалов в сейсмостойком строительстве, а также при составлении и уточнении важнейшего нормативного документа ТУ-58-48.

В 1954-1966 гг. под руководством академиков В.К.Кабулова и Т.Ш.Ширинкулова проводились исследования в области теории колебаний упругих и упругопластических стержней, плит и оболочек постоян¬ного и переменного сечения в линейной и нелинейной постановке, прочности элементов конструкции, закономерностей деформирования грунта с учетом нелинейной ползучести, вопросов алгоритмизации в сплошных средах.

Под руководством академика М.Т.Уразбаева и проф. В.Т.Рассказовского исследованы воздействия импульсивных нагрузок на гибкие и жесткие сооружения по схеме с дискретными и распределенными массами. Предложены методы определения и оценки сейсмических нагрузок, расчетные модели зданий разных конструктивных решений, методы расчета плотин типа пластин на сейсмические воздействия, что позволило уточнить требования по сейсмостойкому строительству и проектированию зданий и сооружений.

Разрушительное Ташкентское землетрясение 26 апреля 1966 г. дало новый толчок в развитии фундаментальной теории и прикладных исследований сейсмостойкости зданий и сооружений. Под руководством академика М.Т. Уразбаева с 1966 по 1970 г. проведен анализ сейсмических воздействий на сооружение в эпицентральной зоне, определены интенсивность землетрясения и границы сейсмических зон по макросейсмическому эффекту. Решены вопросы перевода основной части территории Узбекистана в девятибалльную зону, приспособления существующих типовых проектов для массового строительства к условиям девятибалльной зоны, дополнения к шкале сейсмической балльности. Построены региональные графики динамического коэффициента для девятибалльной зоны, исследованы спектры сейсмических ускорений, изучены динамические характеристики афтершоков землетрясения. Разработаны практические рекомендации по восстановлению поврежденных зданий и проектированию новых. Совместно с другими организациями составлены СНиП II-А.12-69, в которых учтены результаты исследований по сейсмостойкости сооружений с учетом последствий землетрясения. Развернулись работы по организации инженерно-сейсмометрической службы для накопления фактического материала о поведении зданий и сооружений при землетрясениях. Проведены лабораторные и натурные исследования конструкций, применяемых при восстановлении зданий. Экспериментально-теоретическими методами оценены несущие способности и определены динамические характеристики зданий и сооружений типа «структур», главных корпусов ГРЭС, высотных зданий рамной конструкции. Отдельные этапы этих исследований отражены в монографии В.Т.Рассказовского, Т.Р.Рашидова, К.С.Абдурашидова «Последствия Ташкентского землетрясения» (Ташкент: Фан, 1967).

В конце 1960-х годов перед учеными и специалистами встал вопрос о проектировании и строительстве Ташкентского метрополитена в условиях высокой сейсмичности региона со сложными грунтовыми условиями. В Институте совместно с институтом «Ташметропроект» в 1974 г. по результатам инженерно-геологических изысканий, теоретических и экспериментальных исследований были решены такие важные проблемы, как выбор трассы линий метрополитена, глубина заложения сооружений при строительстве открытым и закрытым способами работ, расстояние между деформационными швами в зависимости от их геометрических размеров и грунтовых условий. Впервые в практике метростроения разработаны и внедрены сейсмостойкие конструкции круглой обделки тоннеля из сборных железобетонных элементов и прямоугольные цельносекционные обделки открытого и закрытого способов работ, станции метрополитена колонного типа и односводчатые станции метрополитена, состоящие из крупных блоков. Разработанные под руководством академика Т.Р.Рашидова и проф. А.А.Ишанходжаева основные положения и методики расчета на сейсмостойкость тоннелей мелкого и глубокого заложения нашли широкое применение при проектировании и строительстве Ташкентского и Софийского метрополитенов, а также туннелей БАМа.

Эти два обстоятельства в 1970-1982 гг. значительно расширили область и интенсивность развития как фундаментальных, так и прикладных исследований путем широкого использования достижений механики и вычислительной техники в теории колебаний и прочности элементов конструкции, в задачах динамики грунтов и сейсмостойкости зданий и сооружений. Разработаны новые направления в теории консолидации с учетом линейной и нелинейной ползучести скелета грунтов, изгиба балочных и круглых плит и рам на неоднородном сплошном основании, колебаний плит и оболочек с учетом их реологических свойств и взаимодействия со средой, нестационарные колебания упругих и вязкоупругих сред, решены двумерные задачи динамики грунтов. Исследованы нелинейные колебания деформируемых тел в зависимости от физических и геометрических параметров, распространения волн в различных средах, решены задачи дифракции волн с преградой.

Разработан метод определения реакции сооружений на сейсмические воздействия с помощью весовых функций, физические методы определения сейсмических воздействий, методы устойчивости земляных сооружений. Построены модели нестационарного мультипликативного сейсмического процесса, взаимно-корреляционные функции и спектральные плотности составляющих сейсмических ускорений. Экспериментально-теоретическими методами исследована сейсмостойкость зданий разных конструктивных решений с учетом пространственной работы и взаимодействия их элементов при динамических воздействиях. Выявлены закономерности деформирования элементов конструкций и разработаны указания по расчету зданий на сейсмические воздействия.

Исследованы вопросы взаимодействия плотин с водой, как единой механической системы при сейсмических воздействиях. Выбраны и уточнены расчетные схемы и разработаны методы и программы для динамического расчета бетонных плотин (арочных, гравитационных и др.) с учетом влияния пространственного характера работы сооружений, физико-механических свойств основания, материала сооружения и водной среды. В работах профессоров Р.Х.Мухутдиновой и М.М.Мирсаидова развита методика расчета сейсмодинамики гидротехнических и энергетических сооружений, исследованы напряженно-деформированные состояния грунтовых плотин и прочностные свойства неоднородного массива вокруг подземных гидротехнических сооружений. Созданы методики и руководства по расчету бетонных гравитационных и массивных контрфорсных плотин с учетом нестационарности сейсмического воздействия. Решены волновые задачи о сейсмостойкости сооружений, исследована динамика плоских и пространственных систем с учетом внутренней диссипации и волнового уноса энергии. Изучены напряженно-деформированные состояния грунтовых плотин с учетом сейсмопоясов, определены расчетные значения динамических характеристик и сейсмических ускорений грунтовых плотин. К числу значимых теоретических работ относятся исследования взаимодействия подземных сооружений с грунтом. Проблемы сейсмодинамики подземных сооружений впервые стали разра¬батываться под руководством академика Т.Р.Рашидова в конце 1950-х годов. Проведен глубокий анализ последствий сильных землетрясений и установлены основные виды повреждений, выявлены влияние глубин заложения, грунтовых условий, геометрических размеров, вида стыковок и качества строительства на сейсмостойкость подземных трубопроводов различного назначения. В результате создана динамическая теория сейсмостойкости подземных трубопроводов, в которой впервые учтены относительные смещения системы «труба - грунт» при распространении сейсмической волны.

Под руководством проф. Г.Х.Хожметова на основе экспериментальных исследований в лабораторных и натурно - полевых условиях впервые установлена природа взаимодействия подземного сооружения с окружающим грунтом, разработана реологическая модель взаимодействия трубопровода, обладающая упруго-вязкопластическими свойствами. Под руководством член-корр. АН СССР А.А. Ильюшина и академика РУз Т.Р.Рашидова при изучении распространения стационарной волны вдоль оси подземного трубопровода обнаружено существование двух различных режимов распространения волны, условно названных «до-» и «сверхзвуковыми». Этот эффект существенно изменил представление о напряженном состоянии подземного сооружения и позволил дать ответы на многие вопросы о причинах повреждений и разрушений подземных сооружений при сильных землетрясениях. Решен ряд задач сейсмодинамики подземных трубопроводов с учетом вязкоупругих и упругопластических свойств взаимодействия, материалов трубы, стыков в узлах систем трубопроводов, нецентральной и не ортогональной стыковкой труб в сложных узлах и др.

В дальнейшем сейсмодинамическая теория подземных сооружений была развита под руководством академика Я.Н.Мубаракова при исследовании напряженно-деформированного состояния подземных пространственных конструкций типа оболочек, пластин и стержневых систем. Разработаны методики по динамическому расчету подземных цилиндрических и сферических сооружений замкнутого и открытого профиля, исследованы колебания перегонных тоннелей прямоугольного и кругового очертания, станций метрополитена колонного и односводчатого типов при сейсмических воздействиях. Проведены натурные экспериментальные исследования на построенном участке Ташкентского метрополитена, разработаны рекомендации по защите сооружений от вибраций, возникающих при прохождении поездов метрополитена. Решен ряд задач о колебаниях подземных пространственных сооружений с учетом конструктивных особенностей, вязкоупругого и упругопластического взаимодействия с грунтом при действии сейсмических волн. Изучен характер взаимодействия подземного сооружения с грунтом сейсмовзрывным методом в полевых условиях. Определены сейсмические нагрузки и параметры взаимодействия подземных сооружений с грунтом в трех взаимно-перпендикулярных направлениях. Определена область применения сеймодинамической теории и волновой динамики при исследовании напряженно-деформированного состояния подземных сооружений.

В 1983-1991 гг. получил дальнейшее развитие учет волнового характера сейсмических воздействий, распространения волн в вязкоупругой и вязкопластичной среде, дифракции волн на преградах различного очертания. В работах проф. К.С.Султанова исследованы модели взаимодействия при жестком контакте, возникновение трения и свободного скольжения подземного сооружения в грунте с учетом условий нагружения и свойств среды. В области динамики упругих и гидроупругих систем исследованы взаимодействия грунтового основания с сооружениями, оборудованными системой сейсмоизоляции, вязкоупругие виброгасители с распределенными параметрами для защиты сооружений. Под руководством к.т.н. У.Ш.Шамсиева проведена оценка сейсмостойкости коробчатых сооружений с локально-присоединенными массами, разработаны сейсмодинамические методы расчета пространственных систем с ядрами жесткости. Рассмотрены вопросы колебания высотных сооружений со стволами жесткости при наличии демпферных устройств, с присоединенными массами, с упругим и упругопластическим грунтовым основанием. Исследованы прочность и устойчивость вязкоупругих оболочечных конструкций, взаимодействующих с жидкостью, многослойных пластин с заполнителями, круглых пластин с податливым включением. Под руководством проф. К.Ш.Бабамурадова был развит и применен метод СН-ЭВМ для анализа процессов пластичности деформаций тел по различным теориям пластичности при сложном нагружении, определена область применимости некоторых теорий пластичности для описания процессов деформирования в виде траекторий с изломом. Развит метод граничных элементов для задач пластичности при сложном нагружении и для трехмерных задач упругости.

В 1992-2002 гг. были развиты детерминированный, вероятностный и волновой методы и исследована сейсмостойкость систем подземных сооружений с учетом вязкоупругопластических свойств взаимодействия с грунтом при воздействии упругих и неупругих волн. Решены задачи о распространении волн в вязкоупругом стержне с внешним трением, цилиндрических упругопластических волн в задачах взаимодействия сооружения с грунтом, нестационарные задачи о взаимодействии подземного трубопровода с грунтом при динамических воздействиях, задачи сейсмодинамики сложного узла с учетом дифракционных сил. Изучен нелинейный характер взаимодействия систем подземных трубопроводов с грунтом, влияние диаметра подземных труб на закономерности их взаимодействия с грунтом и определены динамические коэффициенты для подземных сооружений. Результаты исследований включены в 1997 г. в нормативный документ по сейсмостойкому строительству, изданный Госкомархитектстроем РУз.

Решены задачи распространения волн в вязкоупругом полупространстве, включающем деформируемую преграду, в цилиндрическом теле с различного рода внешними трениями. Изучена нестационарная дифракция плоских упругих волн на преградах различной конфигурации, дозвуковое обтекание цилиндрической конструкции, взаимодействующей с окружающей средой, нестационарное взаимодействие протяженных подземных сооружений с грунтом. Исследовано взаимодействие плоских волн с параллельными тоннелями, рапространение волн от движения поездов метрополитена с учетом упруговязкопластических свойств грунта. Развиты сеймодинамические методы расчета подземных цилиндрических сооружений и тоннельных конструкций метрополитена мелкого и глубокого заложения. Определены оптимальные расстояния между параллельными тоннелями, допустимые расстояния от линии тоннеля до зданий, коэффициент жесткости узлов соединений между сборными элементами круглой обделки тоннеля.

В области механики грунтов исследован нелинейный закон объемного деформирования грунта, упруго-вязкопластическая модель деформирования структурно-неустойчивой грунтовой среды и закон деформирования грунта с учетом дилатации. Изучено динамическое поведение плоского грунтового массива под штампом с учетом нелинейного упругопластического закона деформирования грунта и закономерности деформирования грунтов при просадке с учетом влажности. Разработаны численные методы расчета грунтовых гидротехнических сооружений с учетом упругопластических свойств материала при сейсмических воздействиях. Оценены влияние пластических свойств и структурных изменений грунта, направление действия сейсмической нагрузки на поведение грунтовой плотины, исследованы резонансные режимы нагружения. Определено напряженно-деформированное состояние Чарвакской, Рогунской, Туполангской и других плотин при сейсмических воздействиях и разработаны рекомендации для обеспечения их сейсмоустойчивости.

Изучены колебания многоэтажных зданий с нелинейными основаниями, созданы методы исследования зданий и сооружений на основе пространственной дискретной и пластинчато-балочной модели при динамических воздействиях. Разработано принципиально новое конструктивное решение по технологии строительства зданий и сооружений повышенной сейсмостойкости на слоистоэластомерных опорах. Установлено, что слоистоэластомерные опоры уменьшают интенсивность воздействия сейсмических нагрузок при землетрясениях до 2-х баллов. Создан альбом акселерограмм и определены динамические параметры зданий по записям реальных землетрясений. Предложены поправочные коэффициенты для нормативных нагрузок, учитывающие влияние грунтовых условий. Результаты включены в нормативный документ по сейсмостойкому строительству в 1997 г.

Исследованы функционалы пластичности при нагружении образцов материала тел методом СН-ЭВМ и уточнены области достоверности простейших теорий пластичности металлов для класса нагружений в виде траекторий с изломом и средней кривизны. Развита теория трехслойных пластин с толстым сжимаемым заполнителем на основе трехмерной теории упругости.

В 2003-2012 гг. построена двумерная теория толстых анизотропных пластин при воздействии статических и динамических нагрузок. Получены основные соотношения бимоментной теории изгиба и колебания толстых пластин и оболочек с учетом анизотропных свойств материалов. Разработана методика решения пространственных краевых задач взаимодействия плоских волн с круговым цилиндрическим препятствием с учетом анизотропии и многокомпонентности грунтовой среды.

Исследована физическая достоверность классических теорий пластичности для пространственных процессов сложного нагружения и физические уравнения состояния для плоских процессов и вязкопластических тел. Определены закономерности тиксотропного разрушения и восстановления структуры в малопрочных твердообразных средах при их течении. Созданы программы расчетов транспортных сооружений с учетом накопленных пластических деформаций и анализа напряженно-деформированного состояния трещиноватых тел в нелинейной постановке. Методика по определению устойчивости откосов трещиноватых пород внедрена в практику ГАЖК «Узбекистон темир йуллари».

Развита теория деформирования и разрушения грунтов, контактирующих с твердыми деформируемыми телами при динамических воздействиях. Определены параметры движения протяженных сооружений при динамических воздействиях с учетом волновых процессов в системе «грунт-сооружение». Развита сейсмодинамическая теория подземных сооружений и разработаны реологические модели взаимодействия твердых тел с грунтом, учитывающие влияние структуры и консистенции грунта, материала и состояния поверхности контактирующих тел. Произведена дифференцированная оценка сейсмических воздействий на подземные системы жизнеобеспечения, обобщены критерии повреждаемости подземных сооружений и определены пределы применимости различных теорий и подходов.

Исследованы закономерности деформирования системы «грунт–фундамент–здание» при действии нестационарной плоской упругой волны сжатия. Разработаны методики оценки уязвимости зданий и сооружений, возможного ущерба и потерь при сильных землетрясениях в крупных городах (на примере Ташкента, Самарканда, Намангана и Хивы).

Исследовано НДС плотины при основных нагрузках и особых сочетаниях нагрузок с учетом упругих и упругопластических свойств грунта и обнаружены зоны, где сжимающие напряжения могут привести к возникновению трещин разрыва и сплошности противофильтрационных элементов и переходных зон. Разработаны рекомендации по обеспечению сейсмостойкости грунтовых плотин с учетом реальных данных об их состояниях.

Вклад в развитие многолетних исследований и разработок по направлению механики деформируемого твердого тела, прочности и сейсмодинамики зданий и сооружений внесли ведущие сотрудники Института Ш.Р.Ризаев, Ю.Р.Лейдерман, Н.И.Шухгалтер, Х.С.Кариев, А.И.Мартемьянов, Ф.Т.Усманов, В.Е.Попов, Л.И.Бабич, Х.Касымов, Б.М.Мардонов, М.А.Ахмедов, И.Х.Алиев, А.К.Бахтияров, В.Г.Фасахов, Т.К.Абдуллаев, Т.М.Мавлянов, К.С.Султанов, М.Мирсаидов, Р.Н.Мушеев, Д.Ф.Руми, А.Маткаримов, В.А.Омельяненко, С.Джурабеков, Р.Ш.Ямин, Х.С.Сагдиев, К.Дж.Салямова, З.Р.Тешабоев, У.Т.Закиров, Б.С.Куванов, Ш.С.Юлдашев, М.К.Усаров, А.Ходжиметов, И.И.Сафаров, С.А.Абдукадиров, Б.Э.Хусанов, А.Т.Буриев, П.Ж.Маткаримов, М.К.Усаров, Р.А.Абиров, Р.Ш.Индиаминов, Е.В.Рожкова и др.


Теория механизмов и машин хлопкового комплекса, сельскохозяйственного, легкого и транспортного машиностроения

Начало развития современной науки теории механизмов и машин в Узбекистане связано с именами создателей научных школ - академиков М.Т.Уразбаева и Х.А.Рахматулина. В 1943-1953 гг. проводились исследования по вопросам сушки хлопка-сырца и определения его удельного веса. Изучены температурное поле, теплоотдача и испарения, определены коэффициенты испарения и теплообмена при послойной сушке хлопка.

Начиная с 1950-х годов, велись исследования по разработке процессов и созданию аппаратов хлопкоуборочных машин по двум направлениям: вырывание хлопка-сырца из коробочек нагнетающим потоком воздуха и уборка с помощью шпиндельных аппаратов. Разработана теория пневматической хлопкоуборочной машины, работающей по принципу нагнетания. Определены параметры пневмонагнетающего аппарата и проведены испытания пневматической хлопкоуборочной машины СХНП-1 в полевых условиях. Разработаны основные принципы работы шпиндельных машин, созданы их оригинальные конструкции и приспособления к вертикально-шпиндельной хлопкоуборочной машине АНТХ-1,2.

Для развертывания исследований по теории и практике машин различного назначения в 1961 г. под непосредственным руководством академика Х.Х.Усманходжаева проводились фундаментальные исследования по структуре, кинематике и динамике механизмов, машин с широким применением вычислительной техники. Разработаны методы моделирования электромеханических систем, охватывающие большой класс машин с их особенностями и связями в звеньях механизмов. Предложены математические и электронные модели машинных агрегатов, изучены вопросы движения механизмов и машинных агрегатов с учетом характеристики двигателя, трения в элементах кинематических пар, упругости и переменности масс. Созданы приборы: «Универсальный эпи-гипоциклограф» для исследования траектории точек на поверхности сателлита; для определения коэффициентов трения, скольжения, качения и верчения между элементами различных кинематических пар.

Анализ конструкции и принципа действия шпиндельных уборочных аппаратов, хлопкоочистительных машин позволил создать принципиально новую конструкцию рабочего органа - составного шпинделя в виде несущего стержня и расположенной на его поверхности винтовой цилиндрической зубчатой пружины. Предложена модель обобщенной динамичной кинематической пары (ОДКП) нового типа, позволившая обобщать известные работы по созданию составных самоочищающихся шпинделей уборочных аппаратов машин. Эти результаты в области теории хлопкоуборочных агрегатов привели к созданию нового направления – исследования стабильности полноты сбора хлопка и определения производительности машин по времени. Был изобретен новый навивочный станок для цилиндрической зубчатой пружины захватывающего элемента составного шпинделя. На его основе и модернизации конструкции с учетом способа горячей навивки пружины в ПО «Ташсельмаш» в содружестве специалистов Института и НПО «Технолог» была внедрена линия по производству захватывающих элементов.

Исследованиями установлена связь между абсолютными скоростями точек сателлита и передаточного отношения в планетарных механизмах, получена формула для определения передаточного отношения в некруглых планетарных механизмах, которая обобщает известную формулу Виллиса. Предложен новый механизм привода шпинделей хлопкоуборочных аппаратов, основанный на сцеплении конических муфт с обеспечением реверса сателлита. Создан фрикционно-пружинный привод шпинделей вертикально-шпиндельного аппарата, получены его основные параметры и разработана методика расчета.

Ученые Института совместно с подразделениями ВПО «Союзмаш-хлопководства» разработали ряд машин, позволивших механизировать уборку этой наиболее трудоемкой сельскохозяйственной культуры. В содружестве с заводом «Ташсельмаш» разработаны, изготовлены и испытаны экспериментальные двухрядные навесные хлопкоуборочные машины, осуществляющие трехкратную обработку кустов хлопчатника - АНТХ-1,8. На государственных испытаниях они показали самый высокий сбор хлопка-сырца в основной бункер. Полученные результаты применены при модернизации серийных хлопкоуборочных машин. Выполнены важные прикладные работы по созданию новых конструкций хлопкоуборочных машин, исследованы колебания барабанов, шпинделей и съемников вертикально-шпиндельных аппаратов, выявлены резонансные частоты рабочих валов хлопкоуборочных машин и механизмов, обеспечивающие регулируемость и беспрерывность вращения шпинделей. Разработаны новые разновидности составного шпинделя, в том числе оболочкового, нового привода шпинделей барабана уборочного аппарата, обеспечивающего переменные скоростные характеристики шпинделя в рабочей зоне сбора хлопка-сырца и позволяющего повысить активность зубьев шпинделей. Разработана теория технологического процесса механизированного сбора хлопка-сырца из нижних коробочек, на основании которой создана схема хлопкоуборочного вертикально-шпиндельного аппарата со ступенчатым расположением шпиндельных барабанов. Рассмотрены вопросы динамики узлов вращения уборочных аппаратов многорядных хлопкоуборочных машин. Создан новый пневмотранспорт хлопкоуборочной машины с применением диаметрального вентилятора. Испытаны гиперболические наклонные съёмники уборочного аппарата.

Решением Правительства республики в 1986 г. на базе Института под руководством академика А.Д.Глущенко образован Межотраслевой научно-технический центр (МНТЦ) по созданию высокоэффективной хлопкоуборочной техники, объединяемый совместными усилиями ученых страны. Анализ различных технологических схем вертикально-шпиндельных уборочных аппаратов позволил разработать уборочный аппарат многократной обработки кустов хлопчатника (МОКХ), полуприцепную хлопкоуборочную машину семейства МХ-1,8 и др. Разработаны пневматический и механический подборщики, новый прямоточный хлопкоуборочный аппарат. Проведены широкомасштабные исследования по определению влияния рабочих органов и степени раскрытия коробочек на качество хлопка-сырца машинного сбора. Изучены динамические явления при извлечении долек хлопка из раскрытых коробочек шпинделями и их влияние на повреждение хлопкового волокна. Разработаны методики оценки технологического процесса в хлопкоуборочных машинах, прогнозирования полноты сбора, оценки качества работы хлопкоуборочных машин по показателям хлопка-сырца и хлопкового волокна. Итогом деятельности МНТЦ явились созданные и внедренные с 1994 г. в производство хлопкоуборочные машины типа МХ-1,8, ХММ-1,8, ХНП-1,8М, ХС-25. Машины МХ-2,4 с аппаратами МОКХ были изготовлены в ПО «Ташсельмаш» и экспортированы.

Разработки Института позволили решить важные проблемы хлопково-промышленного комплекса. Разработана теория привода рабочего органа по заданному закону движения ведомого звена, использованная при создании нового механизма привода опрыскивателей типа ОВХ-14, ОВХ-28 и др. Теоретико-экспериментальными методами исследованы колебания механизма отбойного ножа валичного джина, сила отрыва волокон от хлопковых семян, изучены и созданы вибрационные механизмы для привода отбойных органов валичных джинов. Разработан высокопроизводительный многоваличный джин. Изучены машинные агрегаты с многомассовой разветвленной системой. Проведен корреляционный анализ технологических нагрузок, действующих на элементы рабочего органа джина, влияние технологических сопротивлений и моментов инерции на динамику движения разветвленного машинного агрегата, ротационные механизмы очистителей хлопка с переменными передаточными отношениями, различные конструктивные варианты сопряжения «барабан-нож» валичных джинов. Разработаны рыхлитель волокнистого материала, пильные и валичные джины усовершенствованной конструкции.

Для решения проблемы механизации и автоматизации производственных процессов отечественной кожевенно-обувной и меховой промышленности, начиная с 1982 г., исследования Института были направлены на разработку новых видов машин и оборудования с научно обоснованными параметрами. По результатам научно-технических работ разработан целый класс передаточных механизмов, которые защищены патентами Республики Узбекистан и применены в различных типах валковых технологических машин.

С 1987 г. в Институте под руководством академика О.В.Лебедева началась разработка научных основ конструирования и эксплуатационной надёжности систем гидроприводов машин. С целью совершенствования систем гидроприводов машин изучена гидравлическая жидкость с улучшен¬ными эксплуатационными свойствами, произведена оценка смазочных свойств рабочих жидкостей и применения маловязких масел в гидросистемах тракторов. Исследованы динамические характеристики электрогидравлического привода при различном изменении входного воздействия, а также особенности динамики гидросистемы гибкого манипулирующего органа.

Проведены исследования по моделированию и оптимизации технологического процесса в уборочных аппаратах горизонтально-шпиндельных машин. Минсельводхозу РУз переданы рекомендации по эффективному использованию горизонтально-шпиндельных хлопкоуборочных машин типа Кейс-2022 в фермерских хозяйствах.

Создана обобщенная теория накопления динамической повреждаемости хлопка высокоэффективных сортов рабочими органами машин при его уборке и первичной переработке. Установлены рациональные режимы работ этих машин при минимизации механических повреждений волокна. Развита теория контактных взаимодействий рабочих органов машин для переработки волокнистых материалов на примере хлопка, кожи. Разработаны обобщенные модели, алгоритмы и проведены численные исследования для оценки влияния колебаний рабочих органов на повреждаемость волокна, а также обоснованы технические решения, снижающие такую повреждаемость и повышающие выход волокна и качество семян.

В области прикладных исследований механизмов и машин хлопкового комплекса развиты методы проектирования шпиндельных хлопкоуборочных аппаратов и создана универсальная монтируемая на трактор хлопкоуборочная машина для фермерских хозяйств на междурядья с расстояниями 60 и 90 см со сменными уборочными аппаратами различных типов. Созданы рациональная, ресурсосберегающая схема прицепной к трактору хлопкоуборочной машины и технологическая схема функционирования высокоэффективных энерго- и ресурсосберегающих систем машин на первичной переработке хлопка для различных условий с учетом времени и качественных показателей заготовки хлопка. Разработан метод расчета на динамическую прочность рабочего органа глубокорыхлителя, методы его рационального конструирования переданы в ОАО БМКБ-Агромаш. Изучены основные свойства отечественных и зарубежных тракторов с механической трансмиссией и определены зависимости между сопротивлениями движения трактора и передаточными отношениями. Разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции гидросистемы колесного трактора типа ТТЗ-80 и других модификаций.

Проведено моделирование динамики приводов с циклическими механизмами машин хлопково-промышленного комплекса, создания новых и усовершенствования существующих систем технологического оснащения производства по переработке хлопка-сырца, создания пневмомеханического очистителя волокна с пульсирующим потоком, изучения динамики машинного агрегата конденсора волокна с пульсатором и даны рекомендации для повышения эффективности работы конденсора. Разработаны динамические и математические модели машинного агрегата пильного цилиндра волокноотделителя с семяотводящим устройством сырцовой камеры. Модернизированный пильный джин типа 5 ДП-156 М внедрен в технологические процессы заводов «Бектемир», «Карасу», «Янгиюль», «Пскент», «Алимкент».

Разработаны методы расчета и создания устройств системы «кожполуфабрикат-транспортирующий конвейер - переходной участок - отжимные валы». Проведены теоретико-экспериментальные исследования по определению влияния механизма передачи валковых машин на свойства обрабатываемого материала и новые передаточные механизмы валичных машин. Создана математическая модель исследования напряженно-деформированного состояния волокнистого листового материала и установлена закономерность изменения свойств обрабатываемого материала в зоне контакта рабочих валов валковых машин. Экспериментально определены коэффициенты расправляемости кожполуфабриката. Исследовано влияние кинематической связи рабочих валов на свойства обрабатываемого кожполуфабриката, изменение свойств моншон в процессе отжима. Исследована динамика валковой пары с определением центра масс элемента кожполуфабриката между двумя валами. Изучено влияние привода отжимных валов на долговечность их покрытий.

Созданы научные основы ресурсосберегающей технологии и класс высокопроизводительных, конкурентоспособных устройств ориентированной подачи листового материала в зону контакта валковой пары технологических машин (на примере кожевенной промышленности). Разработаны новые технология и конструкция валковой машины вертикального типа с рабочими механизмами: подачи материалов в зону обработки по вертикальной плоскости; давления между отжимными валами и зубчато - рычажные передаточные механизмы привода нового поколения. Создано устройство транспортирования, расправки и ориентированной подачи кожполуфабриката в зону обработки валковой пары, обеспечивающее плавный переход от транспортирующего устройства в зону обработки валковой пары, повышение качества и выход полезной площади обрабатываемого кожполуфабриката в процессах механической обработки.

Выполняются инновационные разработки по автоматизации технологического процесса на хлопкоочистительном заводе (на примере завода Ферганской области). По заказу Узчармпойафзали на основе разработок Института ведется глубокая модернизация отжимной машины; начаты работы по модернизации гидрораспределителя трактора ТТЗ-80.

В развитие многолетних исследований в области механики механизмов и машин внесли существенный вклад ведущие сотрудники Института М.И.Исмаилов, Л.М.Розенблюм, А.А.Каримов, Г.С.Кузибаев, Р.Х.Маликов, К.М.Иногамов, И.Х.Файзиев, Т.Ю.Аманов, К.А.Каримов, С.Б.Ерофеев, Х.Т.Туранов, Х.К.Ильясов, А.И.Усманов, Ш.З.Бахтиаров, А.Идрисов, В.Г.Бережной, Р.Д.Матчанов, Е.Сливинский, Ш.У.Рахматкариев, Р.И.Каримов, А.ЖДжураев, А.А.Ризаев, Г.А.Бахадиров, Г.А.Хромова, М.Т.Ташбалтаев, Р.Р.Худайкулиев, А.Т.Йулдашев, А.А.Шермухамедов, Г.К.Аннакулова, Д.М.Мухаммадиев, А.Т.Абдукаримов, И.К.Хужаев, З.М.Маликов, О.С.Норкузиев, Н.Б.Джураева и др.


Механика жидкости, газа, многофазных и многокомпонентных сред

В 1943-1957 гг. исследования в области механики жидкостей и газа связаны с именем член-корр. АН Узбекистана И.С. Аржаных, который исследовал синтез гидродинамики и аналитической механики, вихревой принцип аналитической динамики, интегральные уравнения установившихся движений вязкой несжимаемой жидкости и плоских вихревых движений идеальной жидкости.

С 1947 г. под руководством академика Х.А.Рахматулина проводились исследования по аэродинамике проницаемых тел и теории парашюта. Рассмотрен ряд задач обтекания тонких тел в двухскоростной и двухтемпературной модели с учетом отражения твердых частиц на стенки тела, а также пристеночного газового потока. Исследованы аэродинамические процессы пневматического хлопкоуборочного аппарата и создан пневматический сепаратор, обеспечивающий исключение боя семян при транспортировке хлопка-сырца.

В 1960-х годах под руководством член–корр. АН РУз Ж.Ф.Файзуллаева разработано новое направление – гидрогазодинамика многофазных сред на основе модели Х.А.Рахматулина о взаимопроникающем движении сред и квазигомогенной модели смесей. Решены задачи стационарного и нестационарного движения двух-и трехфазных сред в трубах при постоянных и переменных пористостях фаз. Выведены формулы сопротивления труб при движении в них многофазного потока, определены коэффициенты взаимодействия при взаимопроникающем движении сред.

Под руководством проф. Ж.А.Акилова проведены работы по изучению времени релаксации и длины начального участка фаз. Предложены гидромеханические модели движения смесей и способы определения коэффициента взаимодействия фаз.

С 1970-х годов получила развитие теория пограничного слоя, имеющая тесные связи с важнейшими задачами техники. Проведены широкие исследования по математической теории пограничного слоя для стационарных и нестационарных течений как несжимаемой, так и сжимаемой жидкостей. Изучено движение жидкостей и смесей при магнитной обработке и выявлен новый эффект влияния магнитной обработки на увеличение испарения с мокрой поверхности.

Под руководством проф. К.Наврузова проведены биомеханические исследования движения крови в кровеносных сосудах. Рассмотрены различные задачи движения жидкости с учетом упругости стенки, влияния стенозы на движение крови. Выполнены гидродинамические расчеты движения крови в протезах, применяемых в хирургии.

Разработаны гидродинамические основы движения одно и двухфазных сред в трубе с пористыми и перфорированными стенками применительно к внутрипочвенному орошению. Под руководством профессоров А.И.Умарова и А.А.Шакирова изучено влияние малой добавки водорастворимых полимеров на параметры движения жидкостей и смесей. Установлено, что добавляемые полимеры 0.001%-ного объема воды ускоряют осаждение твердых частиц в 3 – 4 раза, уменьшают сопротивление трубы на 30% , увеличивают расход через отверстия на 45%. Разработаны методы расчета, обеспечивающие рациональное использование поливной воды, решены задачи влагопереноса с учетом транспирации и испарения. Решены задачи движения двухфазных сред в открытых потоках с переменным расходом и установлены зоны русла, подвергаемые размыву.

Под руководством М.И.Исмаилова определены ветроустойчивость различных типов почв в зависимости от структуры, влажности, характера эрозии поверхности, а также степени турбулентности набегающего потока при наличии градиентов давления вдоль течения. Установлены аналитические выражения для определения пороговых скоростей, интенсивности сдува и уноса для почв, обработанных различными концентрациями противоэрозионных препаратов.

Проведены исследования в области теории турбулентных струй реагирующих газов. Под руководством профессоров Ф.Алиева и З.Ш.Жумаева изучен тепломассообмен при движении реагирующих газов в плоских и круглых турбулентных струях в процессе диффузионного горения при наличии химического равновесного течения, а также протекания химической реакции. Разработаны математические модели и алгоритмы для решения ряда практически важных задач по прогнозу колебания уровня грунтовых и напорных вод, оптимальному расчету газовых месторождений.

В 1983-1991 гг. исследованы нестационарные движения двухфазных сред в круглой проницаемой трубе, механика пористых сред, насыщенных двухфазной смесью. Разработаны более десяти моделей упруго-вязко-инертнодеформируемых сплошных сред с различными временами релаксации и ретардации. Решением одномерных и двумерных задач гидродинамики движения вязко-инертнодеформируемой среды установлены закономерности распределения основных гидродинамических параметров потока.

Дальнейшее развитие исследований в 1992-2002 гг. отражено в работах А.И.Умарова, А.А.Шакирова, И.Н.Хусанова и З.М.Маликова при решении задач движения жидкости, многофазных, многокомпонентных смесей в трубах, пограничных слоях, пористых средах, пневмо- и гидротранспорта и тепломассообмена с учетом реологии. Исследованы процессы тепломассообмена между фазами и компонентами с учетом силовых и энергетических взаимодействий при течении смесей в трубах. Установлены закономерности распределения скоростей, давлений потока и концентраций среды вдоль течения и по сечению трубы и предложены эффективные способы гидротранспорта и горения. Изучены реологические свойства упруго-вязко-инертнодеформируемых сред и предложены способы получения смесей с заданными физико-механическими и реологическими параметрами для конкретных гидродинамических процессов. Исследованы процессы фазово-переходных явлений в конденсационных испарительных явлениях применительно к химической, пищевой и нефтегазовой промышленности с целью интенсификации механических процессов. Определены эффективные способы транспортирования смесей, установлены механизмы кавитационных процессов, а также закономерности водной ветровой эрозии почв.

В 2002-2012 гг. развита фундаментальная теория многофазных и многокомпонентных сред при движении смесей в трубах, открытых потоках, транспортировке нефти и газов. Решены задачи стекания вязкопластической (модель Шведова-Бингама) и вязко-инертной жидкости (модель И.Хусанова) по наклонной плоскости. Исследовано распространение импульса давления при течении сжимаемой жидкости с различными реологическими свойствами в деформируемой трубе. Получена расчетная формула для скорости распространения гидравлического удара в зависимости от концентрации воздуха в смеси.

Прикладными исследованиями разработаны методы определения причин смятия обсадных труб и технология, предотвращающая возможные осложнения и аварии при бурении и эксплуатации скважин. Математическим моделированием, расчётом и экспериментом установлено смятие обсадной трубы в зоне солевого слоя на расстоянии 2700-3000 м от устья, наблюдаемое на практике. Исследования позволили выявить причины и условия смятия колонн труб при бурении и эксплуатации скважин. Разработан способ предотвращения смятия колонн труб скважин в интервалах солевых отложений.

Разработан гидромеханический преобразователь структуры газожидкостного потока, увеличивающий дебит нефти и период фонтанного способа эксплуатации скважин. Осуществляемые устройствами принудительные циклические гидродинамические процессы в газонефтяном потоке, движущемся в насоснокомпрессорной трубе (НКТ) скважин без использования дополнительной внешней энергии, увеличивают дебет нефти на 10-20 %, уменьшают газовый фактор до 30% и дают возможность экономно расходовать пластовое давление, продлевая фонтанный период эксплуатации скважин на 1-2 года. Разработан гидродинамический способ реализации энергосберегающей структуры течения смеси при горизонтальном бурении скважин, создана экспериментальная установка для исследования транспортирования частиц выбуренной горной породы в горизонтальных участках скважин.

Произведено математическое моделирование динамики пылевоздушного потока в криволинейных каналах и разработан принципиально новый центробежный пылеуловитель для очистки промышленных выбросных газов.

В развитие многолетних исследований в области механики жидкости, газа, многофазных и многокомпонентных сред внесли существенный вклад ведущие сотрудники Института К.Ш.Латипов, Э.А.Багранов, О.Норкабулов, С.Джурабеков, С.Абидов, А.Азизов, А.Абдурахимов, У.Мамбетов, Т.Ахраров, Б.Тошев, Ф.Буранов, Ш.Ахмедов, З.Сейдаметова, Ш.Алимухамедов, Х.Мирхамидова, У.Нурматов, Г.Н.Цой, А.А.Ризаев, А.Т.Йулдошев и др.