Научные подразделения СГУПС - НИЛ Методы оценки прочности элементов верхнего строения пути и ж.-д. сооружений - История

А. Я. Александров

Кафедра «Строительная механика» была создана в ВУЗе в первый учебный год после его открытия в составе факультета «Мосты» как кафедра сопротивления материалов, а с 1935г. переименована в кафедру строительной механики. С 1964г. в составе кафедры появилась лаборатория НИЛ «Прочности». Основоположником научной школы прочнистов по праву считается Авраам Яковлевич Александров. С приходом профессора А.Я. Александрова на кафедре «Строительная механика» началось усиленное развитие экспериментальной базы, была создана лаборатория фотоупругости, существенно расширена механическая лаборатория.

Фотоупругая картина полос, зафиксированная при иссследовании модели соединения лопаток турбины с дисками

Как известно, фотоупругость основана на свойстве многих прозрачных материалов становится при нагружении оптически анизотропными, причем мера этой анизотропии зависит от уровня напряжений в этом материале. Это свойство стало использоваться в лаборатории для исследования распределения давления по подошве фундамента, на поверхности сваи, для изучения напряжений в дисковых арках и в некоторых других случаях. Однако классическая схема применялась лишь для исследования упругих, в основном плоских задач.

Авраам Яковлевич предложил принципиально новую схему поляризационно-оптического метода, которая в последствии получила название метода фотоупругих покрытий.

Своеобразным итогом этой большой работы, связанной как созданием метода фотоупругих покрытий, так и совершенствованием классических методов фотоупругости стала монография "Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела", которая вышла в Москве, в издательстве "Наука" объемом 38 печатных листов в 1973 г., написанная А.Я.Александровым в соавторстве с М.Х.Ахметзяновым. Всего по этому направлению опубликовано около 40 работ, а цикл исследований завершился присуждением Государственной премии СССР А.Я.Александрову и М.Х.Ахметзянову в 1980 году.

М. Х. Ахметзянов

В рамках этого направления позднее стали развиваться и другие оптические методы исследования деформаций на поверхности элементов конструкций, основанные на использовании лазеров. Это методы муаровых полос голографической интерферометрии, спектр-интерферометрии.

С сентября 1964 года в нашем институте была организована отраслевая научно-исследовательская лаборатория прочности при кафедре строительной механики.

Период наибольшего расцвета и плодотворной деятельности НИЛ прочности приходится на 1970 -1985 годы. В лаборатории в это время работало около 30 человек штатного состава и около 40 совместителей. Совместителями были профессора, доценты и преподаватели кафедр строительной механики, теоретической механики, математики, физики, мостов и другие.

Научные исследования выполнялись по приказам МПС СССР и хоздоговорам. Заказчиками были: МПС (Главное управление пути), ВНИИЖТ, службы пути Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской, Забайкальской, Свердловской, Южно-уральской и Алма-Атинской железных дорог, Сибирский НИИ авиации, ЦАГИ, КБ Туполева, п/я Климовска, Миасса, Бийска, Ленинградский металлический завод, Институт электросварки имени Патона и многие другие.

Одной из первых тем в этой лаборатории была тема, связанная с определением уровня остаточных напряжений в железнодорожных рельсах. В те годы разрабатывалась технология закалки рельсов.

Исследование распределения продольных остаточных напряжений в железнодорожном рельсе

В первых партиях рельсов, прошедших объемную закалку, были обнаружены высокие остаточные напряжения, наблюдались даже случаи саморастрескивания рельсов. Для того чтобы откорректировать технологию термической обработки рельсов и их последующей правки, необходимо было научиться определять эти напряжения. На базе метода фотоупругих покрытий удалось создать оригинальную методику, которая ВНИИЖТом была признана в качестве образцовой, по которой оценивались все приближенные ускоренные методы контроля остаточных напряжений. Несколько лет в лаборатории определяли эти напряжения в опытных партиях термообработанных рельсов, что позволило отработать режимы закалки и последующего отпуска при допустимых уровнях остаточных напряжений. В этих исследованиях активное участие принимали В.А.Кушнеров и Ф.Ф.Плешаков.

В этот же период нашей лаборатории начинает работать Г.И.Тарнопольский; область его интересов - проблемы надежности железнодорожных рельсов. Используя статистические данные о выходе рельсов по различным дефектам при различных условиях эксплуатации, то есть рассматривая железнодорожный путь как естественную лабораторию, где непрерывно идут испытания на надежность под воздействием потока случайных нагрузок, он строит модели отказов железнодорожных рельсов, которые позволяют решать такие задачи, как планирование ремонта железнодорожного пути, оптимальное размещение рельсовых ресурсов, планирование сроков использования средств дефектоскопии и др. Эти исследования продолжили ученики Г.И.Тарнопольского - В.Н.Шкляр и И.Ф.Сухов.

В лаборатории на базе метода составных моделей была разработана методика определения контактных напряжений в головке рельса, выяснены наиболее неблагоприятные условия контакта, оценены с точки зрения этих напряжений различные предложения по изменению формы поверхности катания колес и рельс, даны оценки ресурса рельсов с поперечной трещиной, получены количественные данные об эффективности усиления ослабленного сечения рельса стыковыми накладками. В этих работах принимали участие В.Н.Агуленко, В.П.Тырин, которые защитили кандидатские диссертации на основе материалов исследований.

Руководителем научной школы по интерференционно-оптическим методам исследования задач механики деформируемого тела стал д-р техн. наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, академик академии транспорта Марат Халикович Ахметзянов.

Под его руководством продолжены исследования методами интегральной фотоупругости осесимметричных пространственных задач, контактных напряжений в железнодорожных рельсах с использованием методов голографической фазовой интерферометрии. Совместно с Р.А.Елистратовым были разработаны новые схемы измерений при исследовании пространственных задач методом рассеянного света, при этом были получены 6 авторских свидетельств на изобретения.

В 1993 г. под руководством М. Х. Ахметзянова была начата разработка системы контроля за температурными усилиями в рельсовых плетях бесстыкового пути на основе применения фотоупругого датчика деформаций. Тихомировым В.М. и Шабановым А.П. была отработана технология приклейки датчиков на шейку железнодорожного рельса, разработан и изготовлен прибор позволяющий визуально измерять температурные усилия. Работы в этом направлении продолжаются.

Картина фотоупругих полос в модели пластины с центральной трещиной

В настоящее время также продолжается цикл исследований по механике разрушения. Здесь экспериментальные работы сочетаются с расчетными. Используя весь арсенал разработанных интерференционно-оптических методов, удалось выяснить закономерность развития трещин, результаты были доложены М.Х.Ахметзяновым на 7 Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (1991 г.) и на 8 Всероссийском съезде (2001 г.) в совместном докладе с Г.Н.Албаут и В.М.Тихомировым.

По результатам исследований в области лазерной интерферометрии подготовили и успешно защитили докторские диссертации С.И.Герасимов (1997 г.) и В.П.Кутовой (1999 г.). Развитые в более ранних работах основы метода нелинейной фотоупругости (для задач механики разрушения), легли в основу докторской диссертации Г.Н.Албаут. А.М.Попов завершил в 2000 году докторскую диссертацию по развитию метода муаровых полос и успешно защитил ее.

В итоге к концу ХХ века в СГУПСе сложилась уникальная школа по интерференционно-оптическим методам исследования задач механики твердого деформируемого тела, равной которой по научному уровню не существует ни в России, ни в странах ближнего зарубежья.

Докторские диссертации защитили:
1. Соловьев Ю.И. (1967 г.);
2. Куршин Л.М. (1966 г.);
3. Прусаков А.П. (1966 г.);
4. Махо Г.П. (1966 г.);
5. Ахметзянов М.Х. (1970 г.);
6. Клячко С.Д. (1975 г.);
7. Лазарев И.Б. (1980 г.);
8. Жилкин В.А. (1984 г.);
9. Чебаевский Б.П. (1985 г.);
10. Бабков В.В. (1990 г.);
11. Ракин А.С. (1990 г.);
12. Зиновьев Б.М. (1990 г.);
13. Борыняк Л.А.; (1996) ;
14. Герасимов С.И. (1997);
15. Албаут Г.Н. (1999 г.);
16. Кутовой В.П. (1999 г.);
17. Попов А.М. (2000 г.).
18. Тихомиров В.М. (2004 г.)

По результата работ, выполненных за все годы было опубликовано 9 монографий; более 650 статей; защищено 62 диссертации, из них 45 кандидатских и 17 докторских.

Одновременно с развитием направления, связанного с фотоупругими покрытиями, в лаборатории большое внимание уделялось созданию методов исследования пространственных задач. Здесь основное внимание уделяется очень перспективному методу рассеянного света. На полученные здесь усовершенствования выдано 6 авторских свидетельств на изобретения. Большой вклад в эту работу внесли Ф.Ф.Плешаков, Р.А.Елистратов, а позднее В.М.Тихомиров, который защитил кандидатскую диссертацию по этой проблеме.

В 1995 г. в нашем университете была проведена международная конференция "Фотомеханика - 95", посвященная памяти А.Я.Александрова. В ней участвовали специалисты из Франции, Италии, Польши, Китая и из стран ближнего зарубежья. Конференция проводилась под эгидой международного оптического общества, труды ее изданы в США.