Наукова

Наукову діяльність A. Sładkowski розпочав ще під час шкільних років, коли у 1971 році брав участь у науковій конференції молодих науковців, яка відбулася в Києві.

Цю діяльність було продовжено в студентські роки. У 1976 і 1977 роках він брав участь у студентських конференціях Дніпропетровського державного університету. Виголошені на них доповіді, а також магістерська робота (1978), були присвячені проблематиці контактної взаємодії пружних тіл.

Зазначені дослідження було присвячено аналізу явища мікропроковзування. При цьому контактні задачі розглядалися як теоретично, так і експериментально. Для моделювання мікропроковзування під час кочення циліндричних тіл застосовували метод теорії комплексної змінної [1, 3] та метод скінченних елементів [2]. Експериментальну перевірку результатів проведено за допомогою тензометричних датчиків [1, 3, 9, 12] на спеціальних експериментальних установках [6, 14].

За допомогою методик, розроблених на основі MES, розв’язано задачу визначення зон мікропроковзування під час стискання та зсуву пружного прямокутника [5, 11, 25].

Під час виконання експериментальних досліджень спостерігали ефект армування тензометричними датчиками поверхні тіла з порівняно низьким модулем пружності. Запропоновано метод коригування показів датчиків на основі розрахунків із використанням MES. Згодом зазначений спосіб став основою для розроблення спеціальних тензометричних балок, які можуть мати великі деформації, залишаючись у пружній області [7, 17, 42].

Спільна науково-дослідна робота під назвою "Дослідження ефекту мікропроковзування у вузлах тертя", яка у 1983 році отримала першу премію VSNTO (Ради наукових і технічних товариств СРСР) [10], а також дисертація на здобуття ступеня кандидата (доктора) фізико-математичних наук (захищена у 1987) [18, 19], містили синтез зазначених вище досліджень.

Іншим напрямом наукового аналізу в ті роки були дослідження оболонкових конструкцій, які використовуються для виготовлення засобів повітряного транспорту. При цьому використовувалися розроблені вище експериментальні методики (тензометрія) та теоретичні дослідження (MES) [4] або теорія оболонок [13, 16]. Недоліком тензометрії було проведення вимірювань лише в обраних місцях, що унеможливлювало отримання повної картини деформацій усього об’єкта. Голографічна інтерферометрія дає змогу усунути цю незручність і забезпечує можливість дуже точних вимірювань. Проте їхнім недоліком було те, що отримане інтерферометричне зображення ще потрібно було розшифровувати, замінюючи це зображення розподілом переміщень поверхні об’єкта. У працях [8, 15] описано розроблену методику інтерпретації інтерферометричних зображень та аналізу оболонок, виготовлених із композитних матеріалів.

У разі розв’язання зазначеної вище задачі розшифрування постає завдання визначення нумерації інтерференційних смуг для подальшого обчислення переміщень відповідних ділянок поверхні оболонки. Запропоновано досить прості експериментальні методики, які дали змогу визначити нумерацію смуг [20, 21].

З 1987 року A. Sładkowski працював у Дніпропетровському металургійному інституті (DMetI, нині Національна металургійна академія України — NMetAU). Тематику наукових досліджень було дещо змінено, і вона набула характеру, пов’язаного з металургійним виробництвом, зокрема з виробами для залізничного транспорту (колеса та рейки). Відповідна група науковців працювала під керівництвом проф. V.P. Yesaulova.

У співпраці з київською групою відомих науковців Інституту механіки Національної академії наук України на чолі з дійсним членом J.M. Grigorenko було розроблено метод використання теорії оболонок обертання для розрахунку диска безбандажних коліс вагонів [30]. Розроблено також метод розрахунку колеса з плоским диском сталої товщини. Цей метод ґрунтується на застосуванні функцій комплексної змінної. Такі диски використовуються для коліс кранів і мостових кранів [22, 31].

З огляду на те, що залізничні колеса можна розглядати як осесиметричний об’єкт дослідження, підданий неосесиметричному навантаженню, для спрощення розрахунків в умовах використання комп’ютерів із порівняно обмеженими на той час обчислювальними можливостями запропоновано застосування напіваналітичного MES [24, 35, 36, 55].

За умови обмежених можливостей генерації сіток скінченних елементів дуже істотне значення має кількість елементів по товщині диска колеса. Оцінити точність розрахунків можна було шляхом порівняння числового розв’язку з використанням MES та аналітичного [32, 33, 90].

Ще одним напрямом наукових досліджень A. Sładkowskiego був аналіз контактної взаємодії в парі колесо-рейка. Для цього було розроблено квазігерцівський підхід, за допомогою якого вдалося оцінити розташування контактних зон і величину напружень у них, якщо наявна одна або дві зони контакту ("одноточковий" або "двоточковий" контакт) [28, 46, 50, 52, 60, 72, 80].

Очевидно, що однією з причин зносу коліс і рейок є невідповідність профілів поверхонь кочення коліс і рейок. Численні зміни в конструкціях коліс і рейок, а також у конструкціях колії в цілому, часто не приводили до зменшення зносу. Навпаки, багато змін у залізничній галузі призвели до катастрофічного зносу коліс і рейок у 80–90-х роках XX століття в межах залізничної системи СРСР, а згодом Співдружності Незалежних Держав. Відповідно, предметом досліджень A. Sładkowskiego є ці зміни та їхній вплив на знос [23, 34, 48, 54, 61]. Слід зазначити, що розглянуто знос коліс як на промисловому транспорті [72], на магістральному транспорті [71, 72], так і для пасажирських і вантажних вагонів [74, 84], а також для локомотивів [85, 94].

Велике значення для надійності коліс і рейок мають метал, з якого вони виготовлені, технологія їхнього виготовлення та інші аспекти, які можна досліджувати під час металографічного аналізу об’єктів. Ці дослідження проводилися у співпраці з групою науковців DMetI на чолі з дійсним членом Національної академії наук України Yu.N. Taranem, а згодом із проф. S.I. Gubenko. У зв’язку з цим проведено численні спільні дослідження, в результаті яких проаналізовано процес зносу коліс і рейок, виконано широкі дослідження мікроструктури колісної сталі та намічено способи розроблення раціональних конструкцій коліс і рейок [29, 51, 56, 63, 64, 70, 81].

Отже, на основі теоретичних розрахунків, аналізу напружено-деформованого стану пари колесо-рейка, числового моделювання, металографічних аналізів, вимірювань зносу коліс і рейок на промисловому та магістральному залізничному транспорті розроблено багато нових конструкцій коліс і рейок, новизну та ефективність яких підтверджено патентами [26, 27, 44, 47, 57, 78].

Запропоновані більш зносостійкі профілі залізничних коліс потребували нових технологічних рішень і нового інструменту для відновлення коліс вагонів і локомотивів в умовах заводів з ремонту рухомого складу. Розроблення повного комплекту інструменту (копірів, шаблонів і контрольних шаблонів) для різних колісотокарних верстатів [43, 62, 75, 77] та профільних фрез для фрезерних верстатів KŻ-20 різних модифікацій [41, 50, 65, 68, 75, 77] допомогло впровадити нові колеса не лише в дослідну, а й у промислову експлуатацію.

Певною перешкодою для впровадження нових рішень була необхідність довести їхню безпеку під час динамічної взаємодії колії та рухомого складу. Проведено дослідження зазначеної динаміки та моделювання руху окремої колісної пари з новими профілями коліс і руху візків вагонів [49, 58, 59]. A. Sładkowski брав участь у експериментальних динамічних дослідженнях, які проводили працівники DIIT. Слід також відзначити комплексний характер досліджень залізничних коліс із використанням MES, які дали змогу врахувати динамічний вплив на колеса [66, 69, 70, 76, 82].

Значний економічний ефект, отриманий у реальних умовах експлуатації кар’єрів, металургійних заводів і багатьох заводів з ремонту рухомого складу на магістральних залізницях, став доказом ефективності запропонованих конструктивних рішень. Зазначені наукові, технічні та технологічні рішення стали основою для написання докторської дисертації та здобуття ступеня доктора технічних наук [73, 74].

Комплексний характер проведених досліджень, розроблена методика і технологія можуть слугувати основою для застосування цього підходу до інших технічних пристроїв. Зокрема, досліджувалися канатні блоки та барабани, а також їхня взаємодія з канатом. Ці дослідження використано для написання кількох статей і патентів, присвячених транспортно-підйомному обладнанню [37, 38, 39, 40, 45, 53].

Ще одним об’єктом досліджень A. Sładkowskiego були зубчасті передачі. Методи дослідження контактних явищ із використанням MES успішно застосовано до вивчення напруженого стану при контакті зубців евольвентних передач [79, 83, 87, 101].

З 2000 року науково-дослідна діяльність проф. A. Sładkowskiego пов’язана з Сілезькою політехнікою. Це не означало принципової зміни напряму наукових досліджень чи радикальної зміни наукових контактів. Певні зміни стосувалися порівняно більших можливостей користування (використання) комп’ютерної техніки в Польщі або застосування експериментальних методик для проведення вимірювань. Обмін дослідницьким досвідом Польщі та України був корисним для обох сторін і сприяв розвитку наукових зв’язків, розробленню нових методів дослідження та розширенню сфери наукової діяльності. Наприклад, дослідження впливу термічних напружень під час колодкового гальмування коліс вагонів проф. Sładkowski розпочав ще в Україні на замовлення Індійських залізниць і продовжив їх у Польщі [106, 109, 116, 118].

Застосування MES до розв’язання контактних задач має певні обмеження. Проблема полягає в тому, що контактні задачі з наперед невідомою зоною контакту належать до класу суттєво нелінійних задач. Їх розв’язання потребує ітераційного підходу, який може бути складним для реалізації при використанні дуже густих (просторових) сіток скінченних елементів. Проведено тестування з використанням класичних розв’язків і розроблено метод розв’язання контактних задач для порівняно рідких узгоджених сіток скінченних елементів [125, 160].

Дослідження контактної взаємодії коліс і рейок мали певні відмінності порівняно з попередніми аналогічними дослідженнями в Україні, які полягали в тому, що аналізувалися інші профілі коліс і рейок, у тому числі й реальні, виміряні за допомогою експериментального сканування зношених коліс і рейок [114, 123, 126, 133, 134, 137, 141, 145, 148, 149, 150, 166].

Найбільш значущою працею, присвяченою розрахунку контактних напружень у парі колесо-рейка з використанням MES, була стаття [152] опублікована в журналі Wear у 2005. Згідно з переліком бази цитувань Scopus цю статтю цитовано 37 разів, і кількість цитувань зростає з року в рік.

У статтях [158, 185] проф. Sładkowski продовжив моделювання явища мікропроковзування з використанням MES. Також очевидно, що зазначене контактне явище має великий вплив на знос [205, 295].

У своїх дослідженнях контактної взаємодії колеса і рейки проф. Sładkowski продовжив співпрацю з науковим колективом металургів і металознавців із Дніпропетровська. Порівняльний аналіз структури металу в приконтактній зоні дає змогу перевірити результати розрахунків за допомогою MES [139, 146, 151, 164]. Монографія [153] стала певним підсумком багаторічних досліджень контактної взаємодії коліс і рейок.

Технологічні проблеми відновлення зношеної поверхні коліс локомотивів безпосередньо близькі до описаних вище. Одним із перспективних напрямів подальших досліджень є розроблення нових конструкцій фрез для коліс локомотивів із поліпшеною якістю обробки поверхні кочення [98, 107, 110, 113, 132, 140, 187, 188, 212].

Залізничні колеса мають також інші поля напружень, зумовлені контактною взаємодією, які виникають унаслідок монтажних з’єднань колеса й осі або під час гарячої посадки бандажа на колісний центр (у випадку бандажних коліс). Зазначені технологічні процеси є дуже відповідальними, оскільки визначають безпеку експлуатації рухомого складу. Ці процеси та отримані в їх результаті поля напружень аналізувалися в статтях [91, 92, 93, 97, 100, 112, 233].

Продовжено також дослідження впливу генерації сітки скінченних елементів на точність розрахунків не лише для контактних задач, а й для залізничного колеса в цілому [103, 112, 121].

Комплексний характер розрахунків коліс із використанням MES, який дає змогу врахувати різні види навантажень, став основою для аналізу напруженого стану в різних конструкціях коліс [95, 102, 124, 130, 131, 161]. У такий спосіб вдалося оцінити несучу здатність залізничних колісних пар [244, 284, 289]. Результати розрахунків коліс із використанням MES перевірено експериментально в лабораторних дослідженнях за допомогою тензометричних датчиків [104, 120, 162].

З 2000 року дослідження зубчастих передач із застосуванням MES було продовжено. Змінився об’єкт досліджень. Таким об’єктом стали зубчасті передачі локомотивів [122, 127, 129, 135, 142, 147, 165]. Розглядався також привід локомотивів у цілому [191, 192, 196, 230].

Числові методи також використано для розв’язання задач динаміки рухомого складу. Це здійснено шляхом аналізу як порівняно невеликих моделей (з невеликою кількістю ступенів вільності), так і більш серйозних моделей вагонів і колії з урахуванням різних видів нерівностей, які моделювалися з використанням сучасних програмних пакетів ADAMS/RAIL, UM, Medina, Vampire та інших [96, 99, 105, 108, 111, 115, 128, 136, 156, 157, 163, 182, 278, 297].

Ще один напрям наукових досліджень щодо залізничного рухомого складу став результатом співпраці зі Східноукраїнським національним університетом імені W.I. Dalia (VUNU). Працівники цього університету запропонували нову конструкцію фрикційних гасників коливань для вагонів і локомотивів. Описаний вище спосіб розрахунку контактної взаємодії з використанням MES успішно застосовано до аналізу зв’язаної задачі термопружності для фрикційної взаємодії частин гасника коливань [168, 169, 174, 175]. Паралельно розв’язано технологічну задачу пластичного деформування заготовки з товстої плити, щоб забезпечити виробництво деталей гасника коливань [159, 170].

Для аналізу термічних напружень, що виникають у деталях гасника коливань під час його динамічної роботи, необхідне використання досить потужних комп’ютерів. Одним зі способів розв’язання цієї задачі є проведення паралельних обчислень. MSC.MARC дає змогу використовувати декомпозицію сітки на окремі домени, завдяки чому обчислювальний процес стає продуктивнішим [236, 247, 249].

Рухомий склад не є єдиним об’єктом залізничного обладнання, для якого застосовуються методи, розроблені або використовувані проф. Sładkowskiego. Зокрема, ці методики застосовано до аналізу напруженого стану деталей стрілочних переводів [138, 143, 144, 154, 173]. Ці методики також використано для розроблення нових вимірювальних пристроїв, призначених для контролю стрілок.

Проводилися також дослідження напружено-деформованого стану зварних рейок під час взаємодії з рейковими скріпленнями. Враховано термічні навантаження рейок, а також контакт із колесами залізничного рухомого складу [180, 181, 301, 309, 313, 326, 335]. Для аналізу рейок, прикріплених до шпал, необхідно мати дані про механічні властивості пружних прокладок. З цією метою проведено додаткові експериментальні дослідження та розрахунки з використанням MES [183, 194, 198].

Інфраструктура залізничного транспорту — це також щогли світлофорної сигналізації. Для них також виконуються розрахунки на основі застосування MES [155, 167, 172].

Очевидно, що розроблені методи застосовувалися для аналізу напружено-деформованого стану не лише залізничного рухомого складу чи транспортної інфраструктури. Наприклад, досліджувалися пружні муфти [176, 177], деталі та компоненти транспортно-підйомних систем [201, 204, 231, 232] або засоби внутрішнього транспорту [203].

Транспортно-підйомні машини також потребують проведення розрахунків динамічних систем. У працях [171, 210, 211] виконано моделювання динаміки мостових кранів. Ці дослідження проводилися разом із описаними вище розрахунками MES. У статті [258] досліджувалися з’єднання конвеєрних стрічок, що використовуються в умовах кар’єрів. Правильність моделювання та аналізу зрештою впливає на безпеку експлуатації транспортних засобів [262].

Багато уваги в статтях A. Sładkowskiego приділено аналізу гірничих машин [331, 332, 333], способам транспорту в підземних шахтах [306, 314] або кар’єрних [329].

Перехід проф. A. Sładkowskiego у 2006 році на кафедру логістики та промислового транспорту, завідувачем якої його обрано у 2009 р., сприяв його зацікавленню логістичною проблематикою. Це призвело до того, що з року в рік зростає кількість праць, присвячених логістиці, виконаних як у співавторстві, так і самостійно. У своїх працях проф. A. Sładkowski розглядає різні логістичні проблеми, які часто межують з іншими галузями науки.

Наприклад, для казахстанських залізниць істотною проблемою є розвантаження цистерн із нафтою високої в’язкості. Особливо гострою ця проблема є в зимовий період. Спільні з KazNTU розробки, опубліковані в працях [238, 251, 255] дадуть змогу розв’язати зазначену проблему.

У працях [197, 219, 220, 224, 229, 235, 259, 305, 307, 328, 334] проаналізовано залізничні перевезення на маршрутах схід–захід. Проаналізовано причини порівняно недостатньої провізної спроможності залізниць. Вказано "вузькі місця" і запропоновано способи розв’язання цієї проблеми. Розглядалися також питання керування залізничним транспортом [276, 280, 300, 324, 325], інтелектуальні транспортні системи [304, 310] або перевезення продукції вугільної промисловості в Польщі засобами залізничного та автомобільного транспорту [237].

Багато уваги у творчості A. Sładkowskiego приділяється також автомобільному транспорту. Розглядалися питання перевезення негабаритних вантажів [189], питання автоматичного стягнення плати з автомобільного транспорту та їхнього впливу на логістику транспортних компаній [243, 257, 321], використання автомобільного транспорту в глибоких кар’єрах [267, 298, 308], використання бортових вимірювальних систем автомобілів [274, 277], контролю маси транспортних засобів [283], якості дорожнього покриття [296].

Значне місце серед праць A. Sładkowskiego, присвячених логістиці, посідають статті щодо внутрішнього та промислового транспорту. Наприклад, розглядалися різні аспекти транспорту на суднобудівних заводах [179], використання вилкових навантажувачів у портах [275], проблему оптимізації складування [234, 268, 286, 291, 293], раціоналізації транспортних процесів для харчової промисловості [272], металургійної [209], вугільної [215] або для окремих підприємств і компаній [202, 212, 225].

Серед праць A. Sładkowskiego знайшлося також місце для аналізу регіональних транспортних і логістичних проблем [178, 214, 241, 285], а також методів планування постачання товарів [207, 240, 261, 292].

Нині велике значення мають проблеми рециклінгу та утилізації. І якщо для засобів автомобільного транспорту ця тема достатньо розроблена, то для засобів промислового транспорту це й досі досить новий напрям [208, 216, 239, 242, 253].

Ще одним новим напрямом досліджень A. Sładkowskiego була проблема утилізації CO₂. Для польської енергетики це дуже нагальна проблема. Її логістичні аспекти розглянуто в статтях [217, 226].

Слід зазначити, що логістика має багато напрямів і цілком очевидно, що не можна працювати в усіх. Проте серед праць A. Sładkowskiego є багато статей, присвячених загальним проблемам логістики, управління транспортом та іншим науковим аспектам [216, 218, 223, 228, 256, 260, 263, 269, 270, 282, 330].

Проф. A. Sładkowski є головним редактором або членом редакційної колегії, головою або членом наукового і програмного комітету багатьох наукових конференцій і журналів. Він ділиться своїм досвідом у методичних статтях, наприклад [288].

У 2010–2013 роках він обіймав посаду голови Наукової ради Науково-дослідного центру вантажопідйомних машин і транспортних пристроїв "DETRANS" (дослідного інституту).

Протягом своєї наукової кар’єри проф. A. Sładkowski неодноразово отримував нагороди ректорів: Дніпропетровського державного університету (1983); Національної металургійної академії України (1988); Сілезької політехніки (2006, I ступеня; 2012, III ступеня; 2014, II ступеня; 2016, III ступеня; 2018, III ступеня; 2021, III ступеня; 2023, III ступеня).

Наукову діяльність A. Sładkowskiego відзначено також на міжнародній арені. У 2013 році проф. A. Sładkowski обрано дійсним членом Російської академії транспорту. Він співпрацює з Уральським відділенням RAT.

У 2015 році Східноукраїнський національний університет імені W. Dalia присвоїв A. Sładkowskiemu звання почесного доктора EUNU.

У 2016 році він став членом Спілки науковців Болгарії. Також у 2016 році його прийнято до Федерації наукових і технічних спілок Болгарії як члена Клубу інженерів-механіків (територіальної організації наукових і технічних експертів у Русе).

У 2017 році його обрано почесним членом Наукової ради Інституту механіки машин Національної академії наук Грузії.

У 2018 році Університет імені Angela Kanczewa в Русе (Болгарія) присвоїв A. Sładkowskiemu звання почесного доктора.

Отже, спектр наукових інтересів і досвіду наукової діяльності проф. A. Sładkowskiego є достатньо широким. Щоб досягти результатів, описаних у статтях і монографіях, він працював із багатьма фахівцями, організаціями та підприємствами і відкритий до такої взаємовигідної співпраці в майбутньому.

Назад