Mechanikos sekcija

Tęsiame LMA Technikos mokslų skyriaus mechanikos sekcijos ataskaitą, kurią parengė akad. Kazimieras Ragulskis, Vytautas
Ostaševičius iš jų kolegos. Pradžia Nr. 4 (536)

4. LMA TMS Mechanikos sekcijos veikla

 

4.1. Precizinė vibromechanika ir vibrotechnika

Tyrimų užuomazga buvo LMA (1954 m.), vėliau perbazuota į KPI (1963 m.) ir išvplėtota iki Mokslinio centro „Vibrotechnika“. Buvo sukurta nauja mokslo sritis, vadinamoji precizinė vibromechanika ir vibrotechnika (kūrėjas ir mokslinis vadovas – Kazimieras Ragulskis). Pirmaisiais Lietuvos nepriklausomybės metais Mokslinis centras „Vibrotechnika“ buvo performuotas į atskiras laboratorijas, centrus bei padalinius aukštosiose mokyklose ir pramonėje.

Mokslo aktualumas ir perspektyvumas kyla iš to, kad mechaninės sistemos bei kuriami objektai sparčiai plėtojami dėl sąveikos su kitais fiziniais procesais ir gyvais organizmais, taip pat kinta jų dydžiai ir svoriai, greitis ir dinamiškumas, jų tikslumas artėja prie asimptomiškai nepasiekiamų ribų.

Precizikos požiūriu technikoje, kaip ir negyvojoje bei gyvojoje gamtoje, viskas virpa ir banguoja. Čia yra didelės perspektyvos plėtoti tyrimus netiesinių dinaminių sistemų efektams bei savybėms atskleisti, kurti mokslinius pagrindus ir principus vis tobulesnėms naujoms sistemoms sudaryti.

Sukurta precizinės vibromechanikos ir vibrotechnikos mokslinė sritis yra ne funkcionalinio pobūdžio, kadangi pritaikoma visose srityse (pramonės, aerokosminės technikos, medicinos, biologijos, meno). Šioje mokslo srityje buvo sukurtos stabilizacijos, robotizacijos, kontrolės mokslinės kryptys, pagrįstos virpesiais, bangomis ir netiesiniais dinaminių sistemų efektais bei savybėmis.

Teorinis ir eksperimentinis mokslinis evoliucinis darbas bei išradyba buvo vykdomi lydint malonioms vadinamosioms minirevoliucijoms, kurias sukelia atrasti ir sukurti nauji faktai.

Efektų principai:

• sudarytas kombinuotos dinaminės sinchronizacijos efektas ir originalūs įgyvendinimo metodai bei priemonės;
• sukurtas tam tikrų sistemų dinaminio nukreipimo efektas. Naudojant virpesius, sukuriami savaime besiorganizuojančių sistemų judesių dėsniai, trajektorijos arba sistemų nestabilios bei stabilios dinaminės struktūros. To pagrindu sukurtos naujos technologijos. Pavyzdžiui, virpinant skystus polimerus pereinant į kietą būseną yra suorientuojami dipoliai, kurie leidžia polimero ominę varžą pagal atskiras kryptis padaryti net per tūkstantį kartų skirtingų dydžių;
• sukurtos sistemos su kintamais laisvės laipsniais. Įgyvendinta relėse, susidedančiose iš dviejų tamprių tarpusavyje smūgiais kontaktuojančių elementų: sutapus jų saviems dažniams, abu elementai kontakto taške sulimpa ir juda kartu tam tikroje parametrų srityje, arba vienkartinio smūgio metu nėra daugkartinių kontaktavimų;
• sudaryti kai kurie įtaisai, paremti skersinėmis stovinčiomis bangomis:
• vožtuvai ir skysčio dozatoriai, sudaryti iš skysčiu užpildyto vamzdelio su pertvaromis – vožtuvų atramomis ir laisvai patalpintais tų vamzdelių viduje rutuliukais;
• daugiafazių skysčių skirstymo į atskiras dedamąsias įtaisas;
• pasiūlytas besisukančio cilindro paviršiaus valymas nuo užterštumo su ore sužadinamomis bėgančiomis bangomis.

Judesių keitimo principai:

• sukurti keli nauji principai, pagrįsti kūnų virpesiais ir bangomis, panaudojant netiesinius efektus, siekiant priversti kūnus judėti pagal norimus dėsnius ir trajektorijas arba aukštu tikslumu atlikti pozicionavimą erdvėje. Tais principais sukurta daug vibropavarų ir vibroįtaisų;
• sukurtos dinaminės, be kinematinių ryšių, sistemos, kurios keičia rotacinius ir žengiamuosius judesius vienas į kitą;
• labai mažiems poslinkiams atlikti sukurtas vibracinis kapiliarinis metodas;
• mažiems poslinkiams atlikti sukurtos sistemos, pagrįstos tam tikrų sudarytų formų kietų kūnų deformacijomis.

Stabilizacijos principai:

• judančioms sistemoms stabilizuoti sukurti principai, paremti aukšto dažnio mikrovirpesiais ir bėgančiomis bangomis;
• sukurti savireguliuojamieji pagal jėginius laukus vibroapsaugos metodai ir priemonės;
• rotorinių sistemų statiniam centravimui pakeisti sukurti efektyvūs vibraciniai dinaminio centravimo metodai ir priemonės;
• apie bet kurią ašį besisukančių kietų kūnų identifikaciją ir stabilizaciją užtikrina sukurta metodika, pagrįsta jų dinamikos tyrimu apie tris ortogonalias ašis;
• įgyvendinta automatinė kelių laisvės laipsnių virpančių sistemų dinaminė izoliacija, kuri apsaugo aplinką nuo virpesių;
• įgyvendinta aktyvi žmogaus klausos organų apsauga nuo išorinių triukšmų;
• sukurti metodai ir priemonės vietoje akių, ausų išorės signalus priimti techniniais įtaisais ir juos perduoti į smegenis per žmogaus odos virpesius.

Energijos keitimo principai:

• sukurti metodai ir priemonės kietų kūnų arba srautų mechaninę energiją transformuoti į elektrinę autovirpesiais arba autobangomis;
• sukurti ekologiški varikliai ir vibraciniai įtaisai, pagrįsti nuolatinių magnetų sukaupta energija;
• sukurti termovarikliai, pagrįsti medžiagomis su vadinamąja atmintimi;
• įgyvendinta efektyvi mechaninės energijos dinaminė transformacija tarp rotacinio ir žengiamojo judesių;
• sukurtos sistemos optinės energijos greitaeigiam fokusavimui erdvėje.

Kontrolės principai:

• sukurti preciziniai virpesių matavimo metodai ir priemonės, kurie pašalina trikdžius;
• įgyvendinti poslinkių ir jų išvestinių matavimo metodai ir priemonės, paremtos paviršinėmis bangomis;
• taip pat sukurti poslinkių ir jų išvestinių matavimo metodai, pagrįsti stroboskopiniu procesu;
• sudaryti optiniai metodai poslinkiams nano išmatavimų lygyje matuoti;
• sukurti galingi valdomų spektrų akustiniai vibratoriai objektams ir statiniams bandyti, arba diagnozuoti, arba griauti.

Tie ir kiti tyrimais atskleisti faktai bei jų pagrindu sukurti metodai ir priemonės daugybei išradimų bei inovacijų buvo ir yra efektyviai panaudojami moksle ir technikoje. Kai kurių sukurtų objektų veikimas atrodo kaip paradoksalūs reiškiniai.

 

Buvo vykdomi paieškomieji, taip pat „hobby“ tipo darbai:

• kietų kūnų skaldymas į molekules;
• dainininkų ir chorų sukuriamų garso formančių susidarymo skirtumų esmė;
• sukurta platforma plaučiams valyti, sukeliant plaučiuose valdomas bangas;
• įkvepiamo oro į plaučius virpinimas pagal norimus parametrus;
• kvėpavimo metu oro debito matavimo įrenginys;
• sukurta platforma, ant kurios nuvargusiam žmogui per kelias minutes pašalinamas nuovargis, tai yra atstatomi kai kurie žmogaus parametrai (pulsas, kraujo spaudimas), buvę prieš varginantį darbą;
• sudaryta metodika ir priemonės pagal žmogaus raumenų vibracines charakteristikas diagnozuoti kai kurioms nervų ir širdies ligoms;
• sudarytos priemonės bangomis biologinių sistemų kanaluose transportuoti medžiagas;
• sukurti jutikliai žmogaus organizmą veikiantiems vidiniams ir išoriniams mechaniniams judesiams, jėgoms, energijai, temperatūrai, šviesai, magnetiniams, elektrostatiniams, cheminiams procesams registruoti. Techniniai įtaisai leidžia išplėsti jų pajutimo charakteristikas ir matuoti procesus, į kuriuos žmogaus sensorinis aparatas nereaguoja. Tačiau techniniais įtaisais fiksuojamus procesus galima perduoti į smegenis per žmogaus odos virpesius. Smegenys reaguoja įvairių spalvų ženklais, priklausomai nuo virpesių dažnių ir formų charakteristikų.

Technikos mokslai yra sudėtingi, kadangi, kuriant naujais principais veikiančias sistemas, reikia sudaryti supaprastintus modelius, kurie pagal duotus parametrus teisingai įvertintų veikiančius procesus. Tenka fundamentinių mokslų pasiekimus modifikuoti pritaikant konkrečių tipų sistemų taikomiesiems tyrimams, sukurti metodus naujais principais veikiančioms sistemoms sudaryti, be to, mokslo rezultatus pritaikyti inžinerinei praktikai ir gamybos technologijoms. Tam reikalingi įvairios specializacijos ir polinkio inžinieriai teorinio, eksperimentinio, išradybinio, inovacijų įgyvendinimo tyrimo darbams. Atsižvelgiant į jų polinkius, skiriamos disertacijų tematikos.

Iš LMA TMS Mechanikos sekcijos septynių narių šeši yra iš precizinės vibromechanikos ir vibrotechnikos mokslo srities mokslininkai.

 

4.2. LMA TMS Mechanikos sekcijos veikla 2014 m.

Ramutis Bansevičius vykdo tyrimus pagal mechatronikos krypties adaptyvinias precizines mikrosistemas, pagrįstas piezomechanikos įtaisų virpesiais.

2014 m. atliko svarbius tyrimus, tokių sistemų kūrime taikant 3D nano ir piko palydovų orientavimui erdvėje. Sukūrė principines schemas ir atlieka tyrimus, kurie prisideda prie kompleksinės problemos mikropalydovų spiečiaus kūryboje. Lazerinis ryšys tarp atskirų palydovų ir su baziniu palydovu aukštos skyros greitaeigiai 2D lazerio spindulio deflektoriai. Darbas atliekamas su Politecnico di Milano ir didžiausia kosmoso firma Italijoje SITAEL.

 

Vytautas Ostaševičius vykdo tyrimus kuriant adaptyvias vibrotechnologijas, MEMS sistemas ir biomechanikos principus. Reikšmingiausi vykdyti moksliniai tyrimai: tarptautiniai projektai: Framework 7 – „ManuFuture – 2013“; Framework 7 – „PiezoMat“; Eurostars – „Moinfo“; nacionaliniai projektai: „In-Smart“; „VibroHarvester“. Šiuose darbuose atliekami dinamikos tyrimai, kuriami „protingi“ įrankiai, skaitmeninio pirštų anspaudo technologijos. LMA ir kitų valstybinių institucijų prašymu atliktos mokslinės ekspertizės, Europos Komisijos prašymu atliktos europinių „Horizon-2020“ projektų ekspertizės.