История кафедры

Механика твёрдого деформируемого тела является составной частью механики сплошных сред. Ее теоретические основы изложены в курсах теории упругости, пластичности, устойчивости. Под прикладной механикой твёрдого деформируемого тела обычно понимают сопротивление материалов с элементами теории сплошных сред и строительной механики. Часто этот раздел механики называют наукой о прочности.

Первое знакомство учащихся Института Корпуса инженеров путей сообщения с науками прочностного цикла в начальный период существования Института происходило на занятиях по математике, физике и механике, которые вели известные ученые — профессора А. И. Майоров, С. Е. Гурьев, П. П. Базен, М. В. Остроградский, Б. Я. Буняковский, Б Клапейрон, Г. Ламе, Г. И. Гесс.

С 1816 года в Институте читался так называемый «Курс построений». Его преподавал на французском языке профессор К. И. Потье.

В 1830 году в курс вводится самостоятельный раздел «Сопротивление материалов», читаемый с 1831 года профессором М. С. Волковым (1802 — 1878) на русском языке.

В конце 30-х годов XIX в. существенно расширенный «Курс построений» стал называться «Курсом строительного искусства». Первое литографическое издание этого курса появилось в 1842 году. Его авторы — профессора М. С. Волков, Н. И. Липин, Н Ф. Ястржембский (последнему принадлежит авторство первого русского учебника по сопротивлению материалов).

В 1842 году первым по успехам в учебе заканчивает Институт замечательный русский инженер и ученый Дмитрий Иванович Журавский (1821 — 1891), который стал одним из основоположников научной школы прикладной механики.

Источником научной деятельности Д. И. Журавского явилась его работа на строительстве Петербурго – Московской железной дороги, куда он попал сразу после окончания Института. Ему принадлежит авторство проектов и руководство постройкой многих мостов. Среди них выдающимся является Веребьинский мост, представляющий собой девятипролетное неразрезное деревянное пролетное строение с фермами системы Гау (каждый пролет по 55 м при высоте моста 50 м).

Д. И. Журавский

Журавскому пришлось разработать теорию расчёта ферм Гау, применение которых до этого надежным расчетом не обосновывалось. При создании этой теории было выполнено экспериментальное исследование на модели в 1/26 от натурального размера. После Кулибина это было, пожалуй, первое опытное исследование целого сооружения.

На основании расчётов Журавским был обнаружен ряд особенностей работы раскосной фермы, до этого не известных. Для подтверждения существования некоторых из них Журавскому пришлось ставить публичный опыт. Для иллюстрации явления убывания усилия в раскосах и стойках от опор к середине пролёта он, заменив стойки одинаково натянутыми проволоками, проводил по ним смычком, предварительно загрузив модель фермы. Наиболее нагруженные элементы у опор издавали звук более высокого тона, а чем ближе элемент располагался к середине пролёта, тем издаваемый звук становился ниже.

К заслугам Журавского при разработке расчёта ферм Гау следует отнести и использование им впервые шарнирной расчетной схемы фермы, и вычисление ординат линий влияния усилий в её элементах.

Эти научные изыскания были обобщены в работе «О мостах раскосной системы Гау» (1855), удостоенной Демидовской премии Российской Академии наук. Заключение по работе Журавского в этом конкурсе дал знаменитый русский математик П. Л. Чебышев.

В этой же работе Журавским была выведена формула для определения касательных напряжений в балках при поперечном изгибе. Эта формула входит во все учебники по сопротивлению материалов и носит его имя.

Двести лет потребовалось крупнейшим учёным от Галилея до Навье для того, чтобы выяснить характер распределения нормальных напряжений в изгибаемых балках. Задача о распределении касательных напряжений несравненно сложнее. Журавский поставил эту задачу и совершенно самостоятельно ее решил.

Некоторые учёные более позднего периода считали, что это решение Журавского сопоставимо с открытием Д. И. Менделеевым периодической таблицы элементов.

Часть труда Журавского, посвящённая определению касательных напряжений, была высоко оценена Сен-Венаном и издана во Франции в 1856 году.

Результаты исследований Д. И. Журавского были включены в курс строительной механики Петром Ивановичем Собко (1819 — 1879) — одним из создателей отечественной школы по этой дисциплине. В 1848 году он был избран первым профессором в Институте Корпуса инженеров путей сообщения по строительной механике и с 1850 года читал строительную механику как самостоятельный предмет.

Одной из крупнейших заслуг П. И. Собко перед отечественной наукой и техникой является создание в Институте Механической лаборатории. Он явился инициатором её организации, автором проекта (совместно с профессором Ф. И. Сулимой) и первым заведующим (1854 — 1862).

К созданию лаборатории побуждало начало интенсивного строительства в России шоссейных и железных дорог и гидротехнических сооружений. Опытное изучение свойств строительных материалов и конструкций уже производилось как в стенах Института, так и вне их. Например, в 30-х годах XIX в. потребовалось испытать стальные звенья для постройки новых цепных мостов в Петербурге. Профессором М. С. Волковым были разработаны основные положения по проведению этих опытов, которые выполнялись преподавателями (позднее профессорами) С. В. Кербедзом и Н. Ф. Ястржембским. Экспериментально исследовались прочностные свойства горных пород, рельсов, чугунных колёс, осей подвижного состава. К подобным исследованиям, конечно, следует отнести и упомянутые ранее опыты Д. И. Журавского.

Все эти интересные, но разрозненные исследования уже не могли удовлетворять растущих нужд практики. От отдельных опытов следовало переходить к систематическим исследованиям, центром которых должна была стать специализированная лаборатория.

Торжественное открытие Механической лаборатории состоялось 28 января (10 февраля) 1854 года. Это была первая в Европе учебная и научная лаборатория по изучению прочностных и деформационных свойств материалов и элементов конструкций. Под руководством П. И. Собко здесь были разработаны первые методы испытания строительных материалов. Практически всё, что делалось профессором П. И. Собко, делалось впервые.

П. И. Собко впервые сформулировал основные принципы проектирования профиля рельса, за 10 лет до Винклера отметил необходимость учёта неразрезности рельса при расчёте его на изгиб. Им была разработана теория кривых стержней и двухшарнирных арок.

В конце 1850-х годов П. И. Собко являлся одним из самых авторитетных и уважаемых профессоров Института. Стремясь создать научно-техническое объединение русских инженеров, он стал одним из организаторов Русского технического общества (1866).

В 1864 году в Институте произошло формальное образование кафедры «Строительная механика» (первый заведующий-профессор Н. М. Соколов). В дальнейшем работы, проводимые кафедрой и Механической лабораторией, осуществлялись под руководством общего заведующего.

В 1873 году, после смерти Н. М. Соколова, конференция Института избирает заведующим Механической лабораторией и профессором по строительной механике 28-летнего Николая Аполлоновича Белелюбского (1845 — 1922).

Профессор Н. А. Белелюбский занимает особое место в истории науки и техники вообще, и в истории кафедры и лаборатории в частности. Тот факт, что Механическая лаборатория названа его именем, не является случайным. Почти 50 лет Н. А. Белелюбский руководил кафедрой и лабораторией. При нём лаборатория завоевала славу одной из лучших в Европе, а сам Н. А. Белелюбский был избран президентом Международного общества по испытанию строительных материалов.

Сфера деятельности профессора Н. А. Белелюбского чрезвычайно широка. «Своим» его считают и мостостроители, и специалисты по строительной механике и строительным материалам.

В течение нескольких десятилетий Н. А. Белелюбский фактически руководил мостостроением в России. По его проектам и, отчасти, под его руководством построено около 100 мостов, включая мосты через такие крупные реки, как Волга, Днепр, Обь. Сызранский мост через Волгу, построенный по его проекту, был в то время самым длинным мостом в Европе и получил высшую награду — Гран-при на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Кроме этого, Н.А. Белелюбский был удостоен золотых медалей на международных выставках в Эдинбурге (1890), Чикаго (1893) и Стокгольме (1897). Он является основоположником современной теории проектирования и типизации мостов. Разработанная им в 1884 году конструкция типовых ферм около 40 лет находила применение в практике мостостроения.

Одной из важнейших задач Механической лаборатории Н. А. Белелюбский считал изучение физико-механических свойств отечественных строительных материалов. С 1876 года в лаборатории начинаются исследования свойств русского цемента, выпускаемого различными заводами. Они легли в основу Технических условий Министерства путей сообщения по приёмке и испытанию цементов, изданных в 1881 году. Н. А. Белелюбский был организатором ряда совещаний и съездов по вопросу исследования цементов. Знаком признания авторитета лаборатории в этой области явилось проведение одного из съездов в её стенах.

К числу капитальных исследований, проводимых под руководством Н. А. Белелюбского, следует отнести изучение свойств литого железа, рельсовой стали, разработку сортамента прокатного металла. Завершающим этапом этих работ явилось создание соответствующих Технических условий. Выпущенный в 1899 году «Русский нормальный сортамент в метрических мерах» действовал с незначительными изменениями до 1926 года.

Начало ХХ века ознаменовалось бурным развитием железобетона. Обрушение ряда железобетонных конструкций порождало недоверие к применению этого материала. Серьёзные научно-исследовательские работы, проведённые в Механической лаборатории Н. А. Белелюбским вместе с его учениками, позволили разработать «Технические условия для железобетонных сооружений» и снять все предубеждения против его использования в строительстве.

Большое внимание Н.А. Белелюбский уделял учебному процессу. В 1885 году вышло типографское издание его лекций по строительной механике, которое имело большую популярность у студентов и инженеров. С 1884 года занятия в Механической лаборатории стали обязательными, и оценка за них выставлялась в диплом. Белелюбский читал специальный курс «Методы испытания строительных материалов» и издал методические указания по проведению лабораторных работ.

Если имена Д. И. Журавского и П. И. Собко знаменуют начало формирования в Институте научной школы механики твёрдого деформируемого тела, то имя Н. А. Белелюбского относится к периоду её расцвета. Именно в это время в Институте сформировалась целая плеяда крупных учёных-прочнистов, работавших под его руководством.

Механическая лаборатория в конце XIX века

Штатными помощниками Н. А. Белелюбского были: с 1888 по 1891 г. — Н. К. Лахтин, с 1891 по 1898 г. — Л. Д. Проскуряков, с 1898 по 1903 г. — С. И. Дружинин, с 1903 по 1906 г. Н. М. Абрамов. Все они впоследствии возглавили собственные научные школы и перенесли в них традиции и положительный опыт, приобретённые в Механической лаборатории.

Н. К. Лахтин стал основателем аналогичной лаборатории в Московском училище живописи, зодчества и ваяния.

Лавр Димитриевич Проскуряков (1858 — 1926) был одним из организаторов создания Московского инженерного училища МПС и возглавил в нём кафедру строительной механики и механическую лабораторию. Он получил широкую известность как блестящий инженер-мостостроитель. По его проектам были построены мосты через Нарву, Западный Буг, Волхов, Оку, Амур, Енисей, Зею и др. За проект моста через Енисей на Всемирной выставке в Париже в 1900 году он был награждён золотой медалью. Детально разработанные им графоаналитические методы расчёта и теория линий влияния явились основой для изменения методов расчёта мостовых ферм.

Сергей Иванович Дружинин (1872 — 1955) организовал кафедру строительной механики и механическую лабораторию в Политехническом и Кораблестроительном институтах Петербурга. Он стал автором широко известных задачника и учебника по сопротивлению материалов. В 1905 году на Международной выставке в Милане он был награждён за научные достижения золотой медалью.

Н. М. Абрамов стал заведовать кафедрой строительной механики и механической лабораторией Донского политехнического института в Новочеркасске.

Успехи школы Н. А. Белелюбского во многом связаны с деятельностью и других известных учёных, работавших под его руководством. К их числу относятся профессора М. Я. Ляхницкий, Н. Н. Митинский, С. К. Куницкий, Ф. С. Ясинский.

Особенно интересными представляются исследования Феликса Станиславовича Ясинского (1856 — 1899) в области продольного изгиба стержней. Разработанная им методика расчета стержней на устойчивость за пределом упругости получила мировое признание. Его учениками считали себя академики Е. О. Патон, Г. П. Передерий, С. П. Тимошенко.

Весомый вклад в науку о прочности внесли также работавшие при Н. А. Белелюбском профессора Д. Я. Акимов-Перетц,О. А. Маддисон,Е. Ю. Пистелькорс,В. П. Петров,В.П.Фармаковский.

Н. А. Белелюбский привлекал к работе в Механической лаборатории учёных, которые являлись крупными специалистами в смежных с механикой деформируемого тела областях. Так, в изучении химических и механических свойств стали рельсов, прослуживших длительное время, участвовали инженер-химик С. В. Лебедев — будущий автор промышленного способа получения синтетического каучука и будущий академик, А. А. Байков — будущий основатель петербургской школы металловедов и будущий академик, крупнейший специалист в области металлургических процессов и превращениях в металлах.

Одним из наиболее ярких представителей научной школы механики деформируемого твёрдого тела Петербургского института инженеров путей сообщения является Степан Прокофьевич Тимошенко (1878 — 1972). Окончив в 1901 году ПИИПС, он был принят на работу в Механическую лабораторию, где занимался исследованием цемента и определением твёрдости и прочности рельсовой стали. С 1922 года его деятельность протекала в эмиграции, в основном в США. Он стал профессором Мичиганского и Калифорнийского университетов, где его именем назвали лабораторию инженерной механики, в которой он проработал 30 лет.

С. П. Тимошенко

С. П. Тимошенко был членом- корреспондентом АН СССР (1928), позднее — её иностранным членом. Он член академий многих стран мира, обладатель большого числа премий и наград за научные достижения. Ему принадлежат капитальные исследования по теории тонкостенных стержней, теории устойчивости широкого класса конструкций, нелинейной теории оболочек, по учету поперечного сдвига и инерции поворота сечений в стержнях при их свободных колебаниях. Тимошенко автор многочисленных учебников и монографий по сопротивлению материалов, теории упругости, теории устойчивости, теории пластин и оболочек, теории колебаний. Все эти книги отличает научная строгость, ясность изложения и практическая инженерная направленность. После смерти Н. А. Белелюбского возникло опасение, что не удастся удерживать уровень научных исследований на прежней высоте. К счастью, оно не оправдалось. В 1923 году к руководству Механической лабораторией и кафедрой «Сопротивление материалов» пришел профессор Николай Михаилович Беляев (1890 — 1944) — учёный, определивший направление деятельности кафедры и лаборатории не на одно десятилетие.

Под руководством Н. М. Беляева проводились фундаментальные исследования физико-механических свойств бетона. Разработанный им метод проектирования состава бетона заданной прочности и контроля его качества применялся при строительстве Волховской, Днепровской, Свирской и Чирчикской гидроэлектростанций, Беломоро-Балтийского канала, Химкинского моста через канал имени Москвы.

Большое значение этих работ побудило Народный комиссариат по строительству организовать в 1929 году на базе Механической лаборатории Научно-исследовательский институт бетона, заместителем директора которого был назначен Н. М. Беляев.

С 1923 года в лаборатории начинаются исследования явления усталостного разрушения металлов. Разрабатываются рекомендации по борьбе с усталостным разрушением в рельсах и деталях подвижного состава. Начатая ещё при Н. А. Белелюбском «рельсовая» тема становится одной из основных и в исследованиях при Н. М. Беляеве. На основании изучения местных напряжений в головках рельсов в 1933 году были разработаны новые Технические условия на стальные рельсы широкой колеи.

Н. М. Беляеву принадлежит авторство первой в мире работы по динамической устойчивости (параметрическому резонансу) стержней под воздействием периодически изменяющейся продольной сжимающей силы. Пионерными были его работы в области теории пластичности и вязкости и применения их к толстым оболочкам.

С 1939 года Н. М. Беляев — член-корреспондент АН СССР, заведующий отделом прочности Института механики АН СССР, с 1941 года — заместитель директора этого института.

До 1930 года в состав Механической лаборатории входила мостоиспытательная станция. В её работе принимали участие известные учёные — профессора В. А. Гастев, С. В. Душечкин, Г. К. Евграфов, В. К. Качурин, В. И. Крыжановский, Г. П. Передерий. На основании обследований эксплуатируемых мостов были созданы научно обоснованные нормы для нагрузок и допускаемых напряжений и была проведена классификация мостов по их грузоподъёмности. По инициативе Н. М. Беляева в Институте вводится преподавание курса «Испытание мостов», в котором используются материалы, полученные на мостоиспытательной станции.

Н. М. Беляев

Заслуженное признание получила и педагогическая деятельность Н. М. Беляева. Его учебник «Сопротивление материалов» выдержал 17 изданий и стал классическим по этому предмету. Неоднократно переиздавались «Руководство к лабораторным работам по сопротивлению материалов» и «Сборник задач». Не будет преувеличением сказать, что методика преподавания сопротивления материалов, разработанная на кафедре при Н. М. Беляеве, легла в основу преподавания этой дисциплины во всех высших учебных заведениях страны.

Традиции школы Н. М. Беляева продолжили в послевоенный период профессора В. К. Качурин, А. С. Малиев, А. Н. Митинский, В. П. Петров, Н. К. Снитко, А. П. Филин.

Профессор Анатолий Петрович Филин проработал в ЛИИЖТе более 20 лет (с 1957 по 1979 г.) При нём кафедра одной из первых в стране начала компьтеризацию учебного процесса и научных исследований. Характерной чертой научной деятельнос-ти А. П. Филина являлось применение в прикладной механике такого математического аппарата, который ранее в ней почти не использовался, но который, с одной стороны, позволяет более удачно формулировать и развивать теорию, с другой стороны, облегчает практическое решение с применением ЭВМ. Так, в арсенал расчетных средств механики он ввел теорию матриц, теорию линейных пространств и теорию графов.

А. П. Филин

А. П. Филин — признанный специалист по проблемам дискретизации расчётных схем для континуальных объектов, по расчёту пластин и оболочек, в области задач оптимизации конструкций, по расчётам с применением ЭВМ.

Под руководством А. П. Филина сотрудниками кафедры и лаборатории составлялись программы для расчёта сложных инженерных сооружений: Ингурской и Красноярской ГЭС, гидротурбин, автоклавов, радиотелескопов, корпусов судов, сильфонов, кузовов вагонов, тракторных рам, портальных кранов и т. д. На базе кафедры проводился ряд всесоюзных конференций по применению ЭВМ в строительной механике.

Приступив в 1959 году к научному руководству Механической лабораторией, А. П. Филин застал ее в состоянии, требовавшем выполнения ряда неотложных мер, хотя рабочее состояние имевшегося оборудования успешно поддерживалось заведующим лабораторией В. Н. Свешниковым.

В первую очередь было необходимо наладить проведение исследовательских работ, которые продолжительное время выполнялись лишь в форме рядовых испытаний образцов по заказам предприятий.

Был заключен ряд договоров с производственными и проектными организациями. В научную работу были включены многие сотрудники лаборатории и кафедры.

Механическая лаборатория в наши дни

Ниже приведены некоторые из этих работ (в скобках указаны исполнители).

В связи с переходом от чугунных тюбингов к железобетонным в обделках тоннелей и станций Ленинградского метрополитена возникла потребность в оценке надежности нового элемента конструкции. Был создан специальный стенд и проведены необходимые исследования в условиях, воспроизводящих работу тюбинга в обделке (доцент Я. И. Кипнис), кроме этого, были произведены работы по созданию бетона высокой марки для тюбингов (доценты Я. Е. Иохельсон, О. В. Кунцевич).

Для гидротехнических сооружений (Красноярской ГЭС и др.) был разработан морозостойкий и износостойкий бетон доценты Я. Е. Иохельсон, О. В. Кунцевич, ассистент Ю. А. Жуков).

На основании более совершенной расчетной схемы, чем та, которая была применена при проектировании моста Александра Невского через Неву, был проведен проверочный расчет пролетного строения этого моста как пространственной конструкции (доцент Е. С. Гребень).

Исследовалась работа врубных матриц (инженер Э. А. Шраер).

Выполнены экспериментальные исследования с моделями оболочек по заказу Ленпромстройпроекта (доцент А. А. Самойлов, ассистент Я. К. Кульгавий).

Произведен расчет арочной плотины двоякой кривизны Ингурской ГЭС (профессор А. П. Филин, ассистент И. М. Чернева) и выполнено ее экспериментальное исследование на хрупких моделях (ассистент Я. К. Кульгавий).

Исследовалось напряженное состояние декомпозера, применяемого в алюминиевой промышленности (доцент С. А. Стёпкин).

Были изучены свойства металлов в условиях длительного воздействия высокой температуры (доцент Ю. П. Каптелин).

Разработана конструкция накладного динамометра для определения усилий в уже растянутом тросе (доцент Н. Ф. Махновский). Этот динамометр использовался не только в лаборатории, а был применен в производственных условиях при натяжении арматуры во время изготовления пролетных строений моста Александра Невского. Прибор дважды удостаивался медали ВДНХ и был рекомендован к серийному производству.

Была разработана методика расчета складывающихся сварных сильфонов и были получены новые данные о механических характеристиках материалов, служащих для их изготовления (профессор Э. Л. Аксельрад, ассистент Н. М. Савкин).

Восстановлена работа отдела фотоупругости, в котором были разработаны оригинальные оптико-геометрические методы оценки деформированного состояния моделей конструкций (доценты Б. М. Аллахвердов, В. М. Никитин, инженеры Э. Д. Трощенков, Р. А. Шафеев).

Произведены расчеты оболочек вращения (доцент О. И. Борщев), трубок Бурдона (доцент Б. Н. Васильев), оребренных круглых плит (доцент Ю. Б. Шулькин).

По инициативе А. П. Филина на факультете «Мосты и тоннели» были организованы студенческие группы с повышенной механико-математической подготовкой. Введение таких спецгрупп подняло всю учебную работу кафедры «Строительная механика» на более высокий уровень. Многие из выпускников этих групп защитили диссертации и остались работать преподавателями в Институте.

А. П. Филиным была написана соответствующая новым требованиям учебная и научная литература: «Матрицы в статике стержневых систем» (1966), «Приближенные методы математического анализа, используемые в механике твёрдых деформируемых тел» (1971), «Современные проблемы использования ЭЦВМ в механике твёрдого деформируемого тела» (1972), «Элементы теории оболочек» (1970) и др.

Всего профессором А. П. Филиным опубликовано более 150 работ, из которых 22 — монографии. Его трёхтомник «Прикладная механика твёрдого деформируемого тела» назван в книге профессора Н.Н. Малинина «Кто есть кто в сопротивлении материалов» энциклопедией науки о прочности.

У профессора А. П. Филина большое количество учеников. Под его руководством 56 человек защитили кандидатские диссертации, 13 из них стали профессорами.

В 1979 году А. П. Филин перешел на работу в Ленинградский кораблестроительный институт. С 1976 по 1977 г. и с 1979 по 1985 г. кафедрой «Строительная механика» заведовал доцент Ю. П. Каптелин, научные интересы которого сосредоточены на проблемах ползучести, релаксации и длительной прочности металлов. Большое внимание он уделял разработке полного комплекта методических указаний, типовых задач, унификации календарных планов по сопротивлению материалов.

Немногим более года, в 1977 — 1979 г., кафедрой руководил профессор Е. С. Гребень (1929 — 1979) — бывший аспирант А. П. Филина, ставший известным специалистом в области матричных методов расчета сложных стержневых систем и тонкостенных конструкций.

С 1986 по 2003 г. кафедрой, называвшейся в этот период «Прочность материалов и конструкций» (ПМиК), руководил профессор В. 3. Васильев. Коллективу кафедры, который в тот момент насчитывал 5 профессоров и 13 доцентов, удалось достойно пережить сложные девяностые годы, сохраняя верность традициям школы Н. А. Белелюбского — Н. М. Беляева — А. П. Филина.

В. З. Васильев

Основными направлениями научных исследований профессора В. 3. Васильева и его учеников явились аналитические решения пространственных задач теории упругости. По итогам исследований в этом направлении ими опубликовано более 100 научных статей. Личные научные результаты профессора В. 3. Васильева опубликованы в монографиях «Осесимметричная деформация элементов строительных конструкций» (1988) и «Простран-ственные задачи прикладной теории упругости» (1993). 14 его учеников защитили кандидатские диссертации. В 2001 году вышел из печати его «Краткий курс сопротивления материалов с основами теории упругости».

Дальнейшее совершенствование расчетов конструкций на основе метода конечных элементов (МКЭ) нашло отражение в работах профессоров М. Д. Никольского и О. Д. Тананайко.

М. Д. Никольский

В докторской диссертации М. Д. Никольского «Встречные формы метода конечных элементов в теории упругости» (1992) разработана общая теория форм МКЭ, основанных на принципе минимума дополнительной работы. Использование встречных форм МКЭ совместно с традиционной формой дает возможность получать двустороннюю оценку точного решения. М. Д. Никольским предложена оригинальная формулировка основных уравнений нелинейной теории упругости, позволяющая реализовать общий подход к решению статических и динамических задач геометрически изменяемых и предварительно напряженных вантовых систем.

Теоретические исследования профессора М. Д. Никольского, реализованные в программных комплексах, позволили получить решение ряда практически важных задач (эффективность систем виброизоляции зданий, работа балочных пролетных строений мостов при высоких скоростях движения подвижного состава, динамическое взаимодействие токоприемника и контактной сети и др.).

О. Д. Тананайко

Профессор О. Д. Тананайко (1937 — 2007) является признанным специалистом в области статических и динамических расчетов, в том числе и на сейсмическое воздействие, арочных плотин, оболочек, мостов, тоннелей, зданий. Им разработан метод расчета континуальных объектов, синтезирующий свойства стержневых моделей и МКЭ. От расчетной схемы традиционного МКЭ предложенная им модель отличается тем, что в ней используется единственный универсальный элемент — квазистержень. В связи с этим отпадает необходимость в создании обширной библиотеки разнообразных конечных элементов. Ряд работ О. Д. Тананайко (в соавторстве с А. П. Филиным, И. М. Черневой, М. А. Шварцем) посвящен алгоритмизации построения разрешающих уравнений теории стержневых систем.

Трудно переоценить его роль в написании совместно с С. В. Елизаровым и А. В. Бениным учебного пособия «Современные методы расчета инженерных конструкций на железнодорожном транспорте» (2002) и совместно с указанными авторами и В. А. Петровым монографии «Статические и динамические расчеты транспортных и энергетических сооружений на базе программного комплекса COSMOS/М» (2004). В этих книгах обобщается опыт расчетного анализа статической и динамической работы строительных конструкций, накопленный в ПГУПС и ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева.

Совместно с доцентом А. В. Бениным О. Д. Тананайко принимал участие в разработке новой математической модели нелинейной работы бетона, в исследовании механики разрушения и прочности железобетонных конструкций при циклических нагрузках. Особое внимание уделено поведению железобетона в системах сейсмоизоляции сооружений.

О. Д. Тананайко совместно с А. В. Бениным и А. А. Бекишем (кафедра «Железнодорожный путь» ПГУПС) разработал методику пространственного расчета железобетонных шпал. Вместе с учеными кафедры «Мосты» О. Д. Тананайко исследовал проблему взаимодействия системы мост — бесстыковой путь на высокоскоростных магистралях, принимал участие в исследовании напряженно-деформированного состояния опор моста через Днепр в Киеве и в разработке методики усиления труб под насыпями.

Плодотворной явилась его работа в ОАО «Ленниипроект», где он выполнял пространственные расчеты 17-этажных зданий и участвовал в разработке ТСН-31-332-2006 «Жилые и общественные высотные здания».

А. Н. Лялинов

Профессором А. Н. Лялиновым создано практически новое научное направление, связанное с расчетом механических источников звука. Эта работа получила признание как в России (автор награжден золотой медалью Сергия Радонежского), так и за рубежом. На основе разработанной им методики проведены обследования колоколов, колоколен, куполов, иконостасов, крестов православных храмов в России, Белоруссии, Латвии.

А. Н. Лялинов автор 140 работ в области строительной индустрии, железнодорожного транспорта, динамики вибрационных строительных машин, технологических процессов и акустических систем.

С. В. Елизаров

Профессор С. В. Елизаров заложил основы перспективного направления, связанного со структурной механикой материалов и прочностью конструкций, в которых применяются композиты. По результатам работы по этой теме опубликовано более 50 научных статей. Написаны три монографии: Елизаров С.В. «Механика деформирования слоистых композитов и некоторые новые области их применения» (2002), Александров П. Е. «Прочность и деформация хрупких материалов» (2002), Бенин А. В. «Деформирование и разрушение железобетона: аналитические, численные и экспериментальные исследования» (2006).

При участии С. В. Елизарова на кафедре активизировалась изобретательская деятельность. Была разработана новая конструкция вагонной тележки для подвижного состава железных дорог (автор изобретения доцент Н. М. Савкин). На этой основе кафедра представила инновационную разработку в Международный салон инноваций и инвестиций (авторы С. В. Елизаров, Н. М. Савкин, Г. И. Игнатенко). Предложена новая конструкция дейдвудного подшипника для судов увеличенного периода плавания (авторы изобретения доценты Н. М. Савкин и И. И. Рыбина). В этом случае также была представлена инновационная разработка (авторы С. В. Елизаров, Н. М. Савкин, И. И. Рыбина).

Разнообразен круг научных исследований доцентов кафедры ПМиК.

Доцент А. В. Бенин — выпускник Ташкентского института инженеров железнодорожного транспорта. В 1993 году защитил кандидатскую диссертацию «Напряженно-деформированное состояние неодно-родных тел с ослаблениями». Является автором более 50 научных и 15 методических работ, в том числе трех упомянутых ранее книг, посвященных Реформированию и разрушению железобетона и расчетам сооружений на базе программного комплекса COSMOS/М. Ему принадлежит 10 патентов на изобретения и полезные модели. Бенин автор технической теории прочности железобетонных конструкций (разработанной при участии профессора О. Д. Тананайко) и созданной на ее основе методики расчета железобетонных конструкций. С 2001 года А. В. Бенин является заведующим Механической лабораторией, с 2005 года — начальником научно-исследовательской части Университета.

Доцент О. И. Борщев, окончивший ЛИИЖТ в 1958 году, занимался (совместно с доцентом Ю. Б. Шулькиным) исследованием вынужденных колебаний блока агрегата Красноярской ГЭС, разработал расчет оболочек вращения с помощью метода конечных элементов, который явился основой его кандидатской диссертации (1971). Им произведен расчет градирни на ветровую нагрузку. Борщев (совместно с доцентом И. М. Черневой) является автором оригинального способа вычисления наименьшего корня уравнения устойчивости.

Первые работы доцента Б. Н. Васильева (окончил ЛИИЖТ в 1961 году) были посвящены изучению напряженно-деформированного состояния упругих чувствительных элементов приборов для измерения давления. Позднее его научные интересы были связаны со статическими задачами механики зернистых сред. В частности, установлена зависимость напряженного состояния среды от плотности упаковки частиц и числа их контактов. При решении подобных задач использовались статистические методы анализа. Несомненный интерес представляет выполненное им компьютерное моделирование движения системы взаимодействующих точечных масс, а также исследование устойчивости процесса движения применительно к нестационарным состояниям моделей транспортных систем (мост — поезд, мост-автомобиль, ветровое воздействие на висячие и вантовые мосты).

Доцент Я. К. Кульгавий (окончил ЛИИЖТ в 1962 году), помимо проведения упомянутых ранее экспериментов с хрупкими моделями оболочек, участвовал в обследовании и определении динамических характеристик моста Александра Невского, в исследовании работы ряда конструкций метрополитена и винтовых лестниц, проводил усталостные испытания алюминиевых пластин, осуществлял проверку прочности ряда колоколен Санкт-Петербурга и Подмосковья. С 1971 по 2003 год Я. К. Кульгавий являлся бессменным заместителем заведующего кафедрой, а с 1970 по 1990 год — заместителем заведующего Механической лабораторией.

Доцент Н. Ф. Махновский работает в ПГУПС с 1954 года. Область его научных исследований разнообразна: мостостроение, материаловедение (металловедение, металлография, технология металлов), экспертизное исследование причин разрушения мостов, деталей подвижного состава, рельсов, элементов электроснабжения на транспорте, контроль качества сварки. Являясь автором конструкции динамометра для измерения усилий в уже растянутых тросах, Н. Ф. Махновский занимается контролем усилий натяжения арматуры в мостах, антенно-мачтовых и башенных опорах радиоцентров и сотовой связи. Он осуществлял научно-техническую помощь при строительстве моста Александра Невского в Санкт-Петербурге, моста через Даугаву в Риге, при строительстве Останкинской телебашни.

Доцент Н. И. Невзоров окончил в 1982 году математико - механический факультет ЛГУ со специализацией по кафедре «Теория упругости», которой в то время заведовал академик В. В. Новожилов. Основное направление научной деятельности Невзорова — получение точных аналитических решений пространственных задач теории упругости (научное направление, возглавляемое профессором В. 3. Васильевым). По результатам исследований он защитил кандидатскую диссертацию «Осесимметричная деформация плит с упругим включением» (1990). В дальнейшем продолжал работу по построению незамкнутых аналитических решений пространственных задач и их численной реализации. Н. И. Невзоров принимает участие в расчетах сложных строительных конструкций с применением МКЭ, разработке конструкций колоколов (совместно с профессором А. Н. Лялиновым) с заданными акустическими характеристиками. Имеет ряд авторских свидетельств.

С 1976 года на кафедре работает доцент Н. Н. Ометова, окончившая ЛИИЖТ в 1972 году (спецгруппу факультета «Мосты и тоннели») и аспирантуру при кафедре «Строительная механика». Её основные научные интересы сосредоточены на анализе напряженного состояния тонкостенных конструкций (пластин, оболочек, сильфонов) и проблемах динамики сооружений. Ометовой удалось привести линейные уравнения полубезмоментной теории оболочек к форме, удобной для расчета стержней-оболочек разомкнутого сечения неограниченно большой кривизны. Эти исследования нашли отражение в ее кандидатской диссертации «Плоский изгиб кривых труб». Будучи специалистом в вопросах динамики, участвовала (совместно с профессором М. Д. Никольским) в постановке курса динамики сооружений. С 2003 по 2007 являлась заместителем заведующего кафедрой ПМиК.

Доцент И. И. Рыбина — выпускница 1971 года спецгруппы факультета «Мосты и тоннели». Защитила кандидатскую диссертацию «Оптимизация параметров центровки судовых валопроводов». Предложенная в диссертации методика использована при создании отраслевого стандарта, а разработанные алгоритмы, основанные на методах линейного программирования, легли в основу программных средств для проведения всестороннего исследования конструкции валопровода. Работает в области расчетов сложных конструкций с использованием современных программных комплексов. Активный пропагандист прогрессивных методов преподавания, основанных на применении компьютерных технологий, ведет курсы повышения квалификации для инженеров по практическому использованию программного обеспечения для проектирования и исследования конструкций. Совместно с М. Д. Никольским является автором учебника «Динамика и устойчивость искусственных сооружений» (2009).

Доцент Н. М. Савкин (окончил ЛИИЖТ в 1965 году) разработал метод расчета разрушающего давления на сильфоны, позволяющий установить диапазон допускаемого рабочего давления в регуляторах и пусковых клапанах, управляющих запуском и остановкой двигателей космических аппаратов. Предложил метод расчета сварных сильфонов со «складывающимися» гофрами. Результаты расчета были использованы при разработке Государственного стандарта на сильфоны (ГОСТ-2154-76). Н. М. Савкин разработал методику расчета статически неопределимых систем с переменными (односторонними) связями. Как уже говорилось ранее, он автор нового конструктивного решения дейдвудного подшипника скольжения для крупнотоннажных судов и новой конструкции вагонной тележки для подвижного состава железных дорог.

Доцент И. М. Чернева окончила в 1958 году ЛПИ, работала на кафедре ПМиК с 1965 по 1995 год. В ее кандидатской диссертации «Дискретные расчетные схемы пластин и оболочек» предложен вариант МКЭ в усилиях, использованный для обоснования и оценки стержневой расчетной схемы пластин и оболочек. С применением такой расчетной схемы был произведен достаточно сложный расчет Ингурской арочной плотины. Основными направлениями научной деятельности Черневой в дальнейшем были разработка алгоритмов, программ расчета, проведение расчетов с помощью МКЭ пространственных стержневых и тонкостенных конструкций, исследования по теории стержневых систем, нашедшие отражение в книге «Алгоритмы разрешающих уравнений стержневых систем», написанной совместно с А. П. Филиным, О. Д. Тананайко и М. А. Шварцем. И. М. Черневой была осуществлена постановка ряда лекционных курсов и разработка заданий для групп с расширенной математической подготовкой (спецгрупп). Была разработана обучающая программа по расчету стержневых конструкций с простым, наглядным и вполне ясным для студентов интерфейсом.

Целая группа сотрудников кафедры (доценты Б. М. Аллахвердов, Г. А. Донской, В. М. Никитин) и инженеров Механической лаборатории (А. С. Ткаченко, Э. Д. Трощенков, Р. А. Шафеев), позднее ставших доцентами кафедры, проводила научные исследования в оптическом отделе лаборатории. Большинство проводившихся здесь работ выполнялось по хоздоговорам с предприятиями. Характерной чертой этого отдела было сочетание традиционных методов экспериментального исследования (методов фотоупругости) с новыми, основанными на муаровом эффекте. Экспериментальная оценка напряженно-деформированного состояния производилась на моделях самых разнообразных объектов. Среди них были многослойные дорожные одежды, металлоконструкции портальных кранов, растягиваемые перфорированные пластинки, твердосплавные врубные матрицы, анкеры безрастворной облицовки зданий, слоистые оболочки с низкомодульным заполнителем, изгибаемые пластины сложной формы, основания, в том числе свайные.

В отделе был разработан новый метод оценки деформированного состояния (получены авторские свидетельства), основанный на муаровом эффекте, образующемся при совмещении изображений случайных структур (нерегулярных растров). Определение деформаций осуществлялось по картине полос, образующихся при совмещении изображений растров на исследуемой поверхности до и после ее деформации под нагрузкой. Результаты работ оптического отдела неоднократно докладывались на всесоюзных конференциях по оптико-геометрическим методам исследования деформаций и напряжений (в Москве, Киеве, Челябинске, Днепропетровске).

На кафедре ПМиК регулярно работает общегородской семинар по специальности «Строительная механика». Ежегодно таких семинаров проводится не менее десяти.

Традиционно кафедра является инициатором и организатором проведения международных научно-технических конференций по проблеме «Прочность материалов и сооружений на транспорте». Первая конференция состоялась в 1990 году и была приурочена к 100-летию Н. М. Беляева.

В последнее время лаборатория получила новый импульс своего развития. Было проведено переоснащение материально-технической базы лаборатории, выполнен капитальный ремонт помещений, закуплено новое современное испытательное оборудование как отечественного, так и импортного производства. Все это позволило после длительного перерыва вновь возродить лабораторию как ведущую испытательную лабораторию Северо-Западного региона. За последние годы лаборатория прошла аккредитацию при ФГУ «Тест — С.-Петербург», Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии, ЗАО «Санкт-Петербургская техническая экспертная компания» (СТЭК) и Системе сертификации на Федеральном железнодорожном транспорте как ИЛ «Механическая лаборатория им. проф. Н. А. Белелюбского». В настоящее время квалифицированные специалисты лаборатории проводят научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по следующим направлениям.

Испытания деталей машин, строительных материалов и элементов конструкций, в том числе:

  • динамические испытания на пульсаторе ЦДМ-200 (детали подвижного состава, машин, ступени эскалаторов, рельсовые скрепления, рельсы и т. п.);
  • испытания тяговых цепей до разрыва;
  • химический и металлографический анализ сталей и сплавов; контроль качества сварных соединений разрушающим и неразрушающим (ультразвуковым) методами, аттестация специалистов сварочного производства;
  • испытания пожарных ограждений, лестниц, стремянок, страховочного снаряжения (обвязок, поясов, веревок, фалов, карабинов и т. п.);
  • стандартные испытания арматуры, бетона, кирпича и т. п.
  • обследование строительных конструкций, зданий и сооружений с разработкой методики усиления и защиты конструкций, восстановления несущей способности.
  • изготовление и тарировка накладных механических динамометров типа ДНМ-ЛИИЖТ, контроль усилий натяжения в гибких элементах — оттяжках вышек сотовой связи, вантах, канатах, арматуре и т. д.

Всего в области аккредитации лаборатории более 200 видов испытаний. Выпускаемые лабораторией механические динамометры внесены в Государственный реестр средств измерений под № 29170-05 (сертификат об утверждении средств измерений RU.С.28.001.А №20594), защищены свидетельством на полезную модель RU № 25940 U1, МПК 7G01 L 5/06 и внедрены на предприятиях всех ведущих сотовых операторов России, а также в Казахстане и Украине.

На фотографиях представлены различные виды испытаний, проведенных в лаборатории в последние годы.

Новости

Новости
31.05.2017  III место на Олимпиаде

Команда ПГУПС заняла третье...

16.11.2015  Олимпиада по сопротивлению материалов

23 декабря (среда) в 15.00 на кафедре «ПРОЧНОСТЬ...

02.06.2015  Результаты Олимпиады

29 апреля 2015 года состоялся...

17.05.2015  Отработка лабораторных работ

25 мая 2015 г. в 14.40 состоится отработка...