Кафедра теоретической механики

Кафедра теоретической механики – одна из старейших кафедр университета. Научные основы преподавания механики в Казанском университете заложил профессор Н. И. Лобачевский (1792-1856). С 1826 по 1833 гг. он читал лекции в университете по механике, в том числе по гидростатике. В 1835 году заведование кафедрой механики принял профессор П. И. Котельников (1809-1879), друг и сподвижник Н. И. Лобачевского. С 1839 по 1852 гг. он читал публичные лекции по теоретической механике с целью распространения технических знаний среди рабочих. В середине 19-го века преподавал механику и прикладную математику профессор А. Ф. Попов (1815-1878), который за исследования в области гидромеханики был избран членом-корреспондентом Петербургской Академии наук. В шестидесятые годы профессором механики университета был выдающийся ученый И. С. Громека (1851-1889). Академия наук СССР в середине 20-го века издала собрание его научных трудов. Следующий важный этап в истории кафедры механики наступил уже после революции 1917 года, когда кафедру возглавлял профессор Е. А. Болотов (1870-1922), а с 1922 по 1929 годы – профессор Д. Н. Зейлигер (1864-1936). Е. А. Болотов был ректором университета с 1918 по 1922 годы. Н. Е. Жуковский характеризовал его как одного из самых крупных механиков России. После смерти Н. Е. Жуковского Е. А. Болотов был приглашен заменить его на посту заведующего кафедрой теоретической механики Московского высшего технического училища. Из  учеников Д. Н. Зейлигера нужно выделить, прежде всего, Н. Г. Четаева – выдающегося специалиста в области устойчивости движения. Профессор Н. Г. Четаев (1902-1959) в 30-е годы 20 века заведовал аэродинамическим отделением кафедры теоретической механики. Он обосновал необходимость создания в Казани авиационного института на базе аэродинамического отделения. Его инициатива была поддержана правительством страны и Казанский авиационный институт был открыт. Позже Н. Г. Четаев был приглашен в Москву и возглавил Институт механики АН СССР. Работая в Казанском университете, он получил ряд фундаментальных результатов и основал Казанскую научную школу устойчивости движения. За свои научные достижения Н. Г. Четаев был избран членом-корреспондентом АН СССР. С 1930 года кафедру теоретической механики возглавил профессор Н. Н. Парфентьев (1877-1943) – выдающийся ученый, педагог, мыслитель. Н. Н. Парфентьев явился инициатором создания при кафедре механики лаборатории оптических методов исследования напряжений. Одним из первых сотрудников этой лаборатории был В. Я. Булыгин (1916-2010). После смерти Н. Н. Парфеньтева, с 1944 г. заведование кафедрой было поручено доценту Г. Г. Тумашеву (1910-1984). Перед кафедрой стояли большие и сложные задачи по укомплектованию штата и развертыванию учебной и научно-исследовательской работы. Докторская диссертация Г. Г. Тумашева, защищенная им в 1946 году, положила начало развитию нового направления теории аналитических функций – теории обратных краевых задач. Общую теорию обратных краевых задач разрабатывали также Ф. Д. Гахов и вернувшийся с фронта М. Т. Нужин. В 1954 г. произошло разделение общей кафедры механики, и были образованы кафедры гидромеханики (зав. –профессор Г. Г. Тумашев) и теоретической механики (зав. – профессор М. Т. Нужин). После смерти М. Т. Нужина (1914-1983), с 1979 по 1988 гг. кафедрой теоретической механики заведовал профессор А. В. Саченков. С 1988 г. по настоящее время кафедрой заведует профессор Ю. Г. Коноплев. 

Основные научные направления современного развития кафедры теоретической механики были намечены Н. Н. Парфентьевым и Х. М. Муштари. В предвоенные годы профессор Х. М. Муштари заложил основы нелинейной теории оболочек, изложенные в его докторской диссертации, опубликованной в Ученых записках Казанского университета в 1937 году. Основополагающие для нелинейной теории упругости результаты были получены учеником Н. Н. Парфентьева профессором К. З. Галимовым. Им намечены общие приемы и подходы к анализу напряженно-деформированного состояния тела при произвольных перемещениях, получены уравнения неразрывности деформаций, установлены физические соотношения между компонентами тензоров деформаций и напряжений при произвольных перемещениях и деформациях, получены основные уравнения статики тела, дано их преобразование в компонентах симметрического тензора напряжений и развиты вариационные методы решения задач. Монография Х. М. Муштари и К. З. Галимова [1] , изданная в Казани в 1957 году, стала заметным событием в мировой науке. По инициативе NACA она была переведена на английский язык и издана в США. Чуть позже она была издана в Китае на китайском языке. В 1957 г. на кафедру пришел работать ученик Х. М. Муштари А. В. Саченков (1928-1988), сыгравший огромную роль в развитии научных исследований на кафедре и в открывшейся в 1959 году лаборатории прочности НИИ математики и механики им. Н. Г. Чеботарева (позже переименованной в лабораторию механики оболочек). Им получены крупные научные результаты в области  нелинейной теории упругости, теории пластичности, статической и динамической устойчивости и колебаний оболочек, теории трехслойных и многослойных оболочек, релятивистской механики. В начале 60-х годов на кафедре начались исследования по ракетной тематике, предложенной  КМЗ «Союз». Решением сложных задач исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости неоднородных оболочек под руководством молодого доктора наук профессора А. В. Саченкова с увлечением занимались студенты и молодые сотрудники кафедры и лаборатории механики оболочек. Важные для практики сложные задачи удалось решить благодаря новому методу, получившему название «теоретико-экспериментальный метод». Разработанный А. В. Саченковым и его сотрудниками смешанный теоретико-экспериментальный метод [2] позволяет на основе анализа разрешающих уравнений и граничных условий получить искомые структурные зависимости или формулы с точностью до некоторых констант или функций, определение которых является затем задачей эксперимента. На основе данного метода в лаборатории механики оболочек университета, начиная с 1965 г., были широко развернуты теоретические и экспериментальные исследования статических и динамических задач механики оболочек с использованием различных экспериментальных методов: тензометрирования, муаровых полос, фотоупругих покрытий, голографической интерферометрии, тензочувствительных покрытий. На кафедре и в НИИММ активно работала группа сотрудников в составе: Ю. П. Артюхин, В. Г. Выборнов, А. К. Галыньш, А. Б. Гребнев, Н. Г. Гурьянов, А. С. Ефимов (1934-1995), Ю. П. Жигалко (1937-2002), Ю. Г. Коноплев, А. К. Шалабанов и др.

В 70-е и 80-е годы на кафедре и в лаборатории интенсивно работала аспирантура. Очень много и плодотворно работал с молодежью А. В. Саченков, воспитавший около 40 кандидатов наук, из которых 6 стали докторами наук. Крупные научные результаты были получены в области разработки общей теории механики деформируемых твердых тел, решения задач о деформировании оболочек с учетом геометрической и физической нелинейности, задач о контактном взаимодействии оболочек с жесткими и упругими телами, задач об устойчивости  неоднородных оболочек при нелинейном докритическом состоянии, о колебаниях оболочек и пластин с вырезами или присоединенными массами. Высокая научная квалификация сотрудников кафедры и лаборатории позволяла проводить как фундаментальные, так и прикладные исследования по заказам отраслевых НИИ, КБ и промышленных предприятий (КМЗ «Союз», ЦКБ «Фотон», НПО «Вакууммаш», Казанское КБ штепсельных разъемов, ЦНИИ по строительству магистральных трубопроводов, Мединструмент, ВНИИ технического стекла, КамАЗ, НИИ «Турбокомпрессор», НИИ Союзхимпромпроект и др.). В этих исследованиях кроме сотрудников, перечисленных в предыдущем абзаце, принимали участие А. Б. Анкудинов, Л. У. Бахтиева, Я. З. Бурман (1956-1996), В. С. Геркина, А. И. Голованов (1956-2010), Л. М. Дмитриева, И. Г. Коноплев (1947-2005), А. В. Копп, И. Ю. Красновский, С. А. Кузнецов, С. В. Митина, В. Н. Мишин (1949-2007), В. В. Нехотяев, А. А. Саченков, Ф. Х. Тазюков, А. Л. Тильш, Е. Б. Филиппов, А. Г. Шишкин, А. Н. Якушев, Р. С. Якушев, а также аспиранты и студенты. В эти годы кафедра активно сотрудничала с Казанским высшим командно-инженерным училищем ракетных войск. Преподаватели училища К. П. Алексеев, Р. П. Большунов, В. Н. Догадкин, Г. Г. Клементьев, М. М. Мигранов были соискателями на кафедре и защитили диссертации, выполнив  исследования по научной проблеме кафедры. Результаты исследований за этот период времени содержатся в научных статьях, а также в монографиях [3-8], научных отчетах и обзорных статьях .

В 90-е годы профессор Ю. Г. Коноплев, доценты Ф. Х. Тазюков и А. А. Саченков продолжали исследования в области динамической устойчивости оболочек. В монографии [9] изложена общая теория и приведены решения многочисленных конкретных задач в этой области. Профессор Ю. П. Жигалко совместно с кандидатом физико-математических наук А. В. Конюховым вели исследования в области локальной прочности оболочек при термосиловых воздействиях.  Профессор Ю. П. Артюхин совместно с аспирантами занимался решением геометрически нелинейных контактных задач для мембран и тонких пластин. Профессор А. И. Голованов совместно с доцентом Д. В. Бережным начали исследования в области нелинейной механики грунтов и, совместно с кандидатом физико-математических наук О. Н. Гурьяновой, – в области нелинейной механики упругих оболочек. Доценты В. Г. Выборнов и А. А. Саченков проводили теоретико-экспериментальное исследование нелинейного деформирования и устойчивости цилиндрических и конических оболочек. Доцент Р. С. Якушев исследовал поведение оболочек при действии подвижных нагрузок. 

В последующие годы сотрудниками кафедры теоретической механики и лаборатории механики оболочек  получен ряд новых научных результатов: разработан метод исследования больших деформаций упругопластических тел, построен алгоритм пошагового нагружения и созданы программы его реализации на базе МКЭ, решен ряд задач нелинейного деформирования упругопластических твердых тел (профессор А. И. Голованов, профессор Ю. Г. Коноплев, доцент С. А. Кузнецов, кандидат физ.-мат. наук, Л. У. Султанов, С. А. Якушин); разработан и реализован метод расчета взаимодействия деформируемых конструкций с сухими и водонасыщенными грунтами (доцент Д. В. Бережной, А. И. Голованов, Ю. Г. Коноплев, Л. Р. Секаева, Р. Р. Хакимзянов); созданы теория и алгоритм, позволяющие решать контактные задачи взаимодействия пластин произвольного очертания и плоских тел со штампами (С. А. Кузнецов); разработан, реализован и апробирован на тестовых задачах метод исследования процесса неизотермического деформирования нефтеводонасыщенной пористой матрицы сложной физической природы на основе лагранжево-эйлерова подхода к описанию движения, выполнен расчет процесса деформирования нефтеводонасыщенного коллектора на различных этапах освоения месторождения, в частности, на этапе земляных работ при учете фильтрационной консолидации, а также на этапе извлечения битумов при термическом воздействии (Д. В. Бережной, А. И. Голованов, Ю. Г. Коноплев, кандидаты физ.-мат.наук С. А. Малкин, Л. Р. Секаева, Л. У. Султанов); разработаны современные конечно-элементные модели и методы исследования статики и динамики тонкостенных конструкций (А. И. Голованов, кандидаты физ.-мат. наук А. В. Песошин, О. Н. Тюленева, А. Ф. Шигабутдинов); решена задача о несимметричной деформации полого цилиндра и ряд других задач трехмерной теории упругости (профессор Н. Г. Гурьянов, О. Н. Тюленева); разработаны методы идентефикации механических характеристик нелинейно-вязкоупругих композиционных материалов (профессор Р. А. Каюмов, доцент Б. Ф. Тазюков); решены контактные задачи теории мембран, пластин и плоской теории упругости с неизвестными границами контакта, задачи нелинейного деформирования ортотропных пластин со сложным очертанием контура методом граничных элементов (профессор Ю. П. Артюхин, профессор А. П. Грибов, кандидаты физ.-мат. наук П. Г. Великанов, С. А. Малкин, О. В. Клейдман-Чумарина); проведено математическое моделирование больших деформаций термогиперупругих тел (А. И. Голованов, Ю. Г. Коноплев, А. В. Конюхов). 

Ю.Г. Коноплев

2011