Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) » Кафедра «Теоретическая механика» | О кафедре


Кафедра «Теоретическая механика» | О кафедре

 

Кафедра теоретической механики была создана в сентябре 1931 г., вскоре после основания МАДИ. С 2004 кафедру возглавляет профессор, д.т.н. Борисевич Владимир Борисович, работающий на кафедре с 1974 года.

Основателем и бессменным руководителем кафедры на протяжении многих лет был заслуженный деятель науки и техники РСФСР, д-р техн. наук, профессор Хачатуров Абгар Альбертович (1901-1987 гг.). В 1986 г. заведование кафедрой принял на себя ученик А.А.Хачатурова, выпускник МАДИ, профессор Жигарев Виктор Петрович (1938-2004 гг.). Первыми преподавателями кафедры были К.А.Загаржельский, А.Л.Шеф, М.И.Есипов, В.К.Гольцман. В таком составе кафедра работала до 1941 г. (до начала войны). Дальнейшее количественное и качественное развитие кафедры происходит после переезда в 1955 г. МАДИ в новое здание. Стабильное руководство, наличие исследовательской лаборатории, привлечение на кафедру талантливой молодежи создали уникальные возможности формирования педагогического и научного коллектива, работающего в рамках единой школы.

Кафедра имела связи со всеми структурами института: специальными и выпускающими кафедрами, научными лабораториями и другими кафедрами, обеспечивающими фундаментальную и общетеоретическую подготовку специалистов.

На начальном этапе тематика исследований кафедры была связана со строительными проблемами. Так, докторская диссертация А.А. Хачатурова была посвящена устойчивости опор строительных конструкций (1943 г.), кандидатская диссертация А.Л. Шефа - исследованию увода трамвайных путей в процессе сезонного воздействия (1941 г.). Но уже исследования М.И. Есипова относятся к качению колеса с эластичной шиной (1950 г.).

Во второй половине 50-х годов на кафедре была создана научная лаборатория, деятельность которой в первые годы была уникальной для кафедральных лабораторий аналогичных вузов страны. Официально лаборатория электромоделирования зарегистрирована 4 мая 1960 г.

В лаборатории были начаты работы по созданию методов исследования механических систем на основе физического и математического моделирования с применением сначала аналоговых, а затем и цифровых вычислительных машин. Лаборатория такого рода была одной из первых в стране. В ее создании активное участие принимали доценты Г.П. Григорян, Г.В. Гольдин, И.К. Пчелин, являющиеся в то время аспирантами кафедры. Первая установка, выполненная на кафедре, была на пассивных элементах (индуктивности и емкости) и позволила решать механические задачи на основе электромеханических аналогий. С ее помощью, например, была выполнена диссертационная работа И.К. Пчелина по исследованию виброударного погружения свай.

Развитие техники подобных исследований привело к созданию целого поколения аналоговых вычислительных машин (АВМ), которые на протяжении более 20 лет стали основным научным инструментом в лаборатории кафедры. Широко применялись также и многократно обновлялись АВМ отечественного производства (от МПТ-9 до АВК 3-2). Последние модели АВМ, приобретенные и действующие на кафедре, представляют устройства больших размеров и возможностей. Они пригодны для моделирования сложных механических систем практически неограниченной сложности с учетом всех реальных динамических свойств их элементов, включая нелинейности, запаздывание воздействия и др. Об опыте работы на АВМ и результатах исследования сотрудники кафедры, начиная с конца 50-х годов, неоднократно докладывали на различных межвузовских конференциях и всесоюзных совещаниях (в МЭИ, Минске, НАМИ и т.д.).

Современная для своего времени аппаратурная база кафедры позволила создать уникальную методику исследования возмущающего воздействия от дорожной поверхности. Решающим шагом в этом направлении было сделанное на кафедре изобретение: динамический преобразователь профиля дороги (ДПП). Авторы - А.А. Хачатуров, В.Л. Афанасьев, В.И. Кольцов (1963 г., авт. свид. № 166500). Научные основы метода записи и анализа микропрофиля дорожной поверхности были изложены в диссертации В.Л. Афанасьева в 1965 г. Большая заслуга в создании аппаратурной части этой методики принадлежала В.С. Васильеву. В его диссертационной работе впервые содержались систематизированные сведения, полученные в результате измерений микропрофиля дорожной поверхности достаточно большого количества участков.

С этого времени тематика научных исследований стала концентрироваться на проблемах динамики движения транспортных средств и их взаимодействия с дорожной поверхностью. Принципиальным был переход от решения детерминистских задач динамики транспортных машин к разработке теоретико-вероятностных методов. Кафедра была одним из научных центров, где разрабатывались эти методы. Сотрудники кафедры внесли большой вклад в решение разнообразных задач движения, колебаний и вибронагруженности транспортных средств и дорожной поверхности в вероятностной постановке. В частности, была построена математическая модель участка поверхности дороги как стационарного векторного случайного процесса. Одной из первых таких работ была диссертация Г.П. Григоряна по исследованию колебаний легкового автомобиля. Диссертационная работа В.И. Кольцова "Принципиальные возможности подвески автомобиля" являлась для своего времени настолько новаторской, что на протяжении многих она лет вызывала серьезные споры в научных кругах. По прошествии ряда лет результаты этой работы были общепризнанны.

Ко времени становления этого научного направления кафедры относится одно из первых ее общественных признаний : 1-я премия НТО Машпрома на всесоюзном конкурсе "На лучшую работу в области автомобильной техники, выполненную с применением электронно-вычислительных машин" и диплом НИИАТ в 1963 г.

Прибор ДПП в течение более 20 лет использовался в Министерстве общего машиностроения СССР, Министерстве автомобильной промышленности СССР для маршрутов транспортировки специальных грузов, для получения статистических характеристик микропрофилей испытательных трасс автополигона в г. Дмитрове и дорог общего пользования, для контроля их ровности в процессе эксплуатации.

Кафедра теоретической механики МАДИ , совместно МИП МАДИ использует прибор ДПП для контроля ровности федеральных автомобильных дорог и улично-дорожной сети (УДС) г. Москвы, для оценки качества строительных и ремонтных работ, для исследования динамики изменения показателей ровности автомобильных дорог и УДС в процессе эксплуатации.

С помощью дорожной лаборатории исследовалась ровность МКАД, КАД в г. Санкт-Петербург, автомобильных дорог "Москва-Домодедово", "Москва-Шереметьево", "Москва-Рига", "Москва-Киев", "Москва-Симферополь", Щелковское шоссе, Минское шоссе, Ленинградское шоссе, Осташковское шоссе и многих других, а так же УДС г. Москвы,  маршрут транспортировки проходческого щита от Южного порта до Лефортово, спортивной трассы «MOSCOW RECEWAY».

Научный авторитет кафедры привлек к ней внимание производственных и научных коллективов страны. Кафедра стала выполнять заказы на научную разработку на стадии эскизного и опытного производства автомобильной техники. Наиболее тесными были в 60-80-е годы научные связи кафедры с автомобильными заводами ЗИЛ, им. Ленинского комсомола, Московским карбюраторным заводом, Ижевским машиностроительным заводом, заводом "Горизонт", НАМИ, НИИХСМ, НИИ-21, ЦНИАП НАМИ, НИИАТом и др.

Диссертационная работа В.П.Жигарева "Плавность хода автомобилей" была тесно связана с созданием новых моделей автомобилей ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, ЗИЛ-133. В ней было получено аналитическое решение задачи расчета параметров колебаний некоторых линейных моделей транспортных средств и методом статистической линеаризации эти решения обобщены на нелинейные модели.

Проблемам плавности хода автомобиля были посвящены также работы С.А. Гончарова, В.Б. Борисевича, С.В. Борисова, В.Т. Панкова. Кроме того, решались и другие задачи, связанные с динамикой и устойчивостью движения автомобилей и прицепов. Достаточно большое развитие получили работы в области устойчивости и управляемости (Б.М. Додонов, Г.В. Гольдин, И.Н. Шестаков, А.А. Асриянц, М.М. Хорев), создания модели водителя (Е. И. Яковлев).

В русле научного направления кафедры  находится докторская диссертация профессора, заведующего кафедрой  Борисевича В.Б. «Модели процессов взаимодействия  транспортных машин с грунтом в задачах оптимизации управления» (2006 год).

Важным шагом в развитии динамики и вибронагруженности автотранспортных средств был переход от дискретных моделей к дискретно-континуальным моделям, в которых учитывалась податливость несущих систем при изгибе и кручении (В.П. Жигарев, В.В. Борисевич). Все работы, выполняемые в последнее время по исследованию плавности хода и динамической вибронагруженности автотранспортных средств, устойчивости и управляемости, выполняются с учетом упругости элементов конструкции.

Большой объем научных исследований был выполнен в автомобиле-лаборатории, созданной на кафедре и оснащенной комплексом измерительных средств. В 1970 г. на автополигоне НАМИ в г. Дмитрове были проведены уникальные для того времени комплексные исследования по изучению всех свойств автомобиля на различных режимах его движения: прямолинейного, в процессе выполнения маневра (переставка, змейка, движение по окружности) на дорогах с различными покрытиями. Полученные результаты широко использовались в дальнейшей работе при создании и доводке различных математических моделей автотранспортных средств.

Разработке и совершенствованию разнообразных моделей различных автотранспортных средств послужили также выполненные в 80-е годы комплексные исследования колебаний и вибронагруженности различных специальных машин: трехосного автомобиля ЗИЛ-4334 (предполагался к выпуску взамен автомобиля ЗИЛ-131), многоосных автопоездов в составе тягачей МАЗ-537 и седельных полуприцепов, специальных четырехосных и шестиосных моношасси. Эксперименты выполнялись как в различных дорожных условиях, так и на барабанных и электрогидравлических стендах.

Выполненные в 80-90-е годы исследования микропрофиля дорожной поверхности дорог большой протяженности позволили построить его математическую модель как многокомпонентного кусочно-стационарного векторного случайного процесса. Было разработано математическое обеспечение базы данных по статистическим характеристикам микропрофиля автомобильных дорог и создана база данных по многочисленным дорогам европейской части страны и ее восточного региона. В 1994 г. были выполнены сравнительные испытания различных приборов оценки ровности дорожных покрытий, позволившие определить области применения различных приборов и методов. Эта работа была выполнена при научном руководстве В.П. Жигарева сотрудниками кафедр теоретической механики и строительства и эксплуатации дорог МАДИ, Росдорнии, Союздорнии.

Научные исследования, проводившиеся на кафедре, позволили создать единую научную школу по проблеме динамики системы дорога-шина- автомобиль-водитель. Отличительными чертами этой школы являются:

  • широта охвата исследуемых объектов (были созданы и исследованы различные математические модели автомобиля, прицепа, водителя, дорожной поверхности, шины, исследовались плавность хода, устойчивость и управляемость, взаимодействие колеса с дорогой и т.д.);
  • высокий научный уровень исследований;
  • применение современных математических методов (в частности, методов теории вероятности, математической статистики, теории случайных процессов);
  • применение современных электронно-вычислительных машин.

Результаты научной работы на кафедре изложены в двух монографиях: "Динамика системы дорога – шина – автомобиль – водитель" (под общей редакцией А.А. Хачатурова, М., Машиностроение, 1976 г.) и "Расчет эксплуатационных параметров движения автомобиля и автопоезда" (А.А. Хачатуров, В.Л. Афанасьев, В.С. Васильев и др., М., 1982 г.). Кроме того, научная работа кафедры широко представлена в многочисленных отчетах по НИР, статьях в журналах и сборниках трудов (более 200 статей), диссертационных работах (26 диссертаций). Сотрудники кафедры регулярно выступают с докладами на семинарах, конференциях, симпозиумах.

С 1985 г. на кафедре работал заслуженный деятель науки и техники РСФСР, почетный академик Российской академии ракетных и артиллерийских наук, доктор техн. наук, профессор А.Д. Поспелов (1918-2008) , крупный специалист по механике и сопротивлению материалов, воспитавший многих специалистов и ученых, много сделавший для развития артиллерийской науки.

Комплексные исследования, проведенные на кафедре, были представлены на Всесоюзной выставке достижения народного хозяйства и в 1967 г. получили ряд наград за разработку динамического преобразователя профиля (ДПП) и исследования плавности хода и управляемости автомобиля.

В 1978 г. монография "Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель" была выдвинута на соискание Государственной премии СССР.

В 1984 г. научные работы кафедры были представлены на конкурс Минвуза СССР. В результате ряд сотрудников кафедры были награждены почетными грамотами Минвуза СССР.

Сотрудниками кафедры получено 9 авторских свидетельств на изобретение. Авторские свидетельства, кроме упомянутого выше изобретения ДПП, также получили работы Б.М. Додонова, И.К. Пчелина "Устройство для регистрации и наблюдения результатов моделирования плоскопараллельного движения механических систем" (авт. свид. № 185572 от 5 июля 1965 г.); В.И. Кольцова в соавторстве с В.И. Ковицким "Способы исследования характеристик виброизоляции многоканальных систем" (авт. свид. № 1583777). Шесть авторских свидетельств в соавторстве получил профессор А.Д. Поспелов за изобретения в области сопромата и по закрытым темам.

Для достижения фундаментальности теоретической подготовки на кафедре постоянно анализировался на каждом этапе истории отечественной и мировой науки передовой методический уровень развития теоретической механики как науки, связанной с инженерной деятельностью. Хотя теоретическая механика - одна из древнейших наук, ее развитие тесно связано с решением прикладных задач. Эта традиция российской школы механики полностью реализована на кафедре теоретической механики МАДИ.

Начало деятельности кафедры совпало с внедрением в практику расчетов векторных методов. Широко используемый сейчас векторный метод в 30-е годы только начинал внедряться в высшей школе, и кафедра была одной из первых в стране освоившей его. Это позволило дать студентам целостное и достаточно компактное представление обо всех закономерностях механики. На его основе были развиты популярные в то время графические приемы анализа механических систем. Эта работа была проведена под руководством профессора А.А. Хачатурова.

Развитие вычислительной техники и вычислительных методов в 60-е годы привело к новому этапу развития аналитических методов. В настоящее время в основном закончены разработка и внедрение в курс механики аналитических и матричных методов анализа механических систем, сохранивших все преимущества ранее развитых методов. Первые разработки в этом направлении были сделаны профессорами В.И. Кольцовым и В.П. Жигаревым и сейчас широко используются и развиваются профессорами В.Б. Борисевичем, Б.М. Додоновым. При выполнении курсовых работ студенты активно используют  MATHCAD и другие математические пакеты.

Большое внимание уделяется методам изучения колебаний в механических системах. В этих разделах курса находят отражение результаты научных разработок кафедры в области изучения колебаний транспортных агрегатов.

Курс теоретической механики, изучаемый на кафедре теоретической механики, признавался одним из самых полных среди аналогичных курсов всех технических вузов СССР и таким остается в России.

В тесной связи с содержательной частью научно-методической работы проводилась и педагогическая проработка преподавания теоретической механики в МАДИ. В традициях кафедры прочной является связь лекционной, семинарской и индивидуальной форм работы преподавателей со студентами. Очень высок на кафедре профессиональный уровень преподавательских кадров. В 2008/2009 учебном году на кафедре работают: 4 профессоров, 8 доцентов, 5 старших преподавателей. Кадровая политика кафедры строилась и строится на сочетании двух принципов: комплектование преподавательского состава из числа выпускников и получение ими второго базового университетского образования на механико-математическом факультете МГУ. Кроме того, в МГУ и МВТУ практически все преподаватели регулярно повышают свою квалификацию.

Научному росту преподавательских кадров в значительной мере способствует аспирантура при кафедре теоретической механики. Самостоятельная аспирантура на кафедре была до 1966 г. и вновь восстановлена в 1995 г., в этом же году проведено зачисление аспирантов. Кроме того, часть аспирантов кафедры на протяжении многих лет закреплялись за профилирующими кафедрами института при самостоятельном научном руководстве от кафедры механики. Большинство научных работ было выполнено под руководством А.А. Хачатурова, В.П. Жигарева, Б.М. Додонова и В.И. Кольцова.

Благодаря такому высокому профессиональному уровню преподавателей, качество лекций традиционно очень высокое, что отмечают очень многие выпускники МАДИ. Наиболее популярны в студенческой среде были лекции старшего поколения преподавателей: профессоров А.А. Хачатурова, В.П.Жигарева, доцентов М.И.Есипова, И.К. Пчелина, А.Л.Шефа, Г.П.Григоряна, В.Л. Афанасьева, Е.И.Яковлева, А.Д. Поспелова, а среди тех, кто продолжает эти традиции: профессоров  В.Б. Борисевича, В.И.Кольцова, Б.М.Додонова, Б.Е.Ермакова, доц. С.В. Борисова.

Для организации педагогического процесса на кафедре разработана единая система подготовки учебных курсов на основе учебно-методического комплекса. Для успешного освоения учебного материала все студенты выполняют индивидуальные курсовые или расчетно-графические работы. Их состав также разработан на кафедре, и соответствующие материалы выдаются студентам. Для выполнения этих работ студенты используют разработанные на кафедре учебные пособия по всем разделам, а на занятиях - раздаточные материалы. Всего на кафедре имеется более 50 изданных методических материалов. Этот фонд постоянно обновляется и пополняется. Среди методических разработок кафедры можно выделить такие работы:

  • "Алгоритмические методы теоретической механики" (В.И.Кольцов);
  • "Методические указания к изучению случайных колебаний автомобиля" (В. Л. Афанасьев);
  • "Подвеска автомобиля" (С.В.Борисов совместно с кафедрой автомобилей);
  • "Методические указания к автоматизированному проектированию аэродромов" (Е.И. Яковлев совместно с кафедрой аэропортов);
  • "Методические указания к курсовой работе по аналитической механике и электромеханическим аналогиям" (С.В. Борисов, В.П. Жигарев);
  • "Метод конечных элементов" (А.Д. Поспелов);
  • "Теоретическая механика. Справочное пособие" (С.А. Гончаров).
  • В разных издательствах выпущены научные монографии, написанные преподавателями кафедры:
  • "Метод конечных скоростей" (Б.Е. Ермаков);
  • "Вращение масс и сопутствующие эффекты" (Г.М. Розенблат);
  • "Гироскопические эффекты в механике твердых тел" (Г.М. Розенблат);
  • "Первые интегралы и их применение при решении задач механики" (Г.М. Розенблат);
  • "Механика в задачах и примерах" (Г.М. Розенблат).

В 2005 году на кафедре было подготовлено учебное пособие "Теоретическая механика. Теория. Задания и примеры решения задач", которое имеет гриф УМО. Авторы учебного пособия: профессора Б.Е. Ермаков (общая редакция), В.Б. Борисевич, В.И. Кольцов, доцент А.А. Асриянц.

Подготовка на кафедре методических работ указанной направленности выражает важнейшее направление разработок кафедры по построению всего методического комплекса в тесной увязке с решением конкретных задач подготовки студентов не только в общетеоретической области, но и в области будущей профессиональной деятельности. В новых условиях подготовки специалистов в высшей школе учебный процесс перестраивается в связи с постоянно меняющимися общественными потребностями. Специалист 21 века должен иметь такую базовую подготовку, которая позволит ему достаточно легко адаптироваться к новой профессиональной деятельности. Вместе с этим научная работа кафедры показала, что решение прикладных задач требует разработки специальных методов. Успешное решение такой проблемы высшего образования связано с многоступенчатой подготовкой специалиста в институте по системе бакалавр-инженер-магистр. Если подготовка бакалавра и инженера строится в основном на традиционных принципах, то участие кафедры в подготовке магистров идет по неизведанному пути. На этом пути кафедра в настоящее время интенсивно разрабатывает целый набор элективных курсов. Наиболее опытные лекторы кафедры разработали ряд элективных курсов, среди которых:

  • "Динамическое нагружение дорожной поверхности" (доц. С.В. Борисов).
  • "Динамическое нагружение мостовых конструкций" (проф. Б.М. Додонов).
  • "Алгоритмические методы динамики системы твердых тел" (проф. В.И. Кольцов).
  • "Методы аналитической механики в теории транспортных потоков и расследования дорожно-транспортных происшествий" (доцент С.А. Гончаров).
  • "Прикладные методы моделирования механических систем на ЭВМ" (профессор Б.М. Додонов).
  • "Основы теории гироскопа" (доцент А.А. Асриянц).
  • "Спецэффекты при движении твердых тел" (доцент Г.М. Розенблат).

На кафедре по инициативе профессора Б.М. Додонова создан и оборудован специализированный учебный класс, в котором учебный процесс проводится на основе новых информационных технологий. На Всероссийском совещании заведующих кафедрами теоретической механики (г. Пермь, июль 2004 г.) и на IX  Всероссийском съезде по теоретической и прикладной  механике 22-28 августа 2006 г. в Нижнем Новгороде были представлены доклады В.Б. Борисевича и Б.М. Додонова о новой организации учебного процесса. Работа кафедры в этом направлении признана очень перспективной и была поддержана Научно-методическим советом Министерства образования РФ.  В настоящее время  освоена подготовка цифровых образовательных ресурсов на базе двух программных комплексов 1С-Образование и eAuthor. Кафедра ведет разработку учебного сайта в ИНТЕРНЕТЕ  (http://student-madi.ru).

Все вышесказанное относится к материальной сфере обеспечения учебного процесса. Но, как бы ни была важна эта работа, главные лица в вузе - СТУДЕНТ и ПРЕПОДАВАТЕЛЬ. Их взаимодействие определяет конечный результат - формирование творческой личности молодого специалиста. Эта работа идет в непростых условиях. Престиж инженерной деятельности последнее время падал. На кафедре постоянно шел поиск форм организации взаимодействия студентов с преподавателями. Одной из таких разработок, внедренных в практику педагогической работы кафедры, является рейтинговая система контроля качества учебной работы, стимулирующая учебную работу студентов. Той же цели служит постепенный переход на письменную форму экзамена и создаются электронные тестирующие программы.

Для наиболее подготовленных студентов кафедра предлагает разнообразные формы внепрограммной учебной и научно-исследовательской работы. Наиболее популярны:

Студенческий научный кружок. В разное время существования кружка работа в нем проводилась в самой разнообразной форме: доклады, рефераты, участие в научно-исследовательской работе кафедры. Сейчас развивается такая форма, как изучение методов применения ЭВМ для решения задач механики. Студенты участвуют в разработке программ, лучшие из которых рекомендуются для внедрения в учебный процесс.

Олимпиада по теоретической механике, которая проводится ежегодно на протяжении более 15 лет. Олимпиада проводится в три тура: институт - город Москва - Россия (ранее - общесоюзный). Очень часто студенты МАДИ участвуют во всех трех турах и достаточно успешно выступают на них. Сейчас этой работой руководит профессор Г.М. Розенблат.

Традиции кафедры, созданные предыдущими и настоящим поколениями преподавателей кафедры, продолжаются.