Размер шрифта
Межстрочный интервал
Цвет
Степень: Кандидат технических наук
Лаборатория механики и физики новых материалов и устройств - Старший научный сотрудник
Опубликовано:
1. в научно-технических журналах и изданиях РФ более 150 публикаций;
2. в зарубежных научно-технических журналах и изданиях 18 публикаций;
3. поисковая платформа WoS: 19 публикации;
4. поисковая платформа SCOPUS: 55 публикаций;
5. имеется 1 патент;
6. имеется 1 свидетельство на регистрацию ПО.
Направления работы:
- Разработка методов диагностики технического состояния и дефектов в конструкциях;
- Развитие методов вибродиагностики;
- Проведение теоретико-экспериментальные исследования пьезогенераторов;
- Исследование методов оценки механических свойств и НДС в элементах нефтегазопроводах;
- Расчет конструкций в конечно-элементном комплексе ANSYS;
- Разработка алгоритмов моделирования в математических пакетах;
- Разработка программного обеспечения для аппаратуры вибродиагностических комплексов;
- Разработка инструментальных комплексов;
- Проведение натурных полномасштабных исследований.
Научно-исследовательская работа:
Южный федеральный университет, 2009г.- по настоящее время.
(Подразделение: Институт Математики, механики и компьютерных наук им. И.И.Воровича, Лаборатория Механики и Физики Новых Материалов и Устройств, Ростов-на-Дону.)
- Научный сотрудник.
Сфера деятельности: - участие в научно-исследовательских мероприятиях.
Руководство и сопровождение проектов, поддерживаемых:
- Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ) РФ;
- Федеральными целевыми программами Минобразования;
- Южным Федеральным университетом.
Резюме достижений автора
Александр Владимирович Черпаков получил степень магистра техники и технологии в Ростовском государственном строительном университете в 2000 году, степень к.т.н. в области механики деформируемого твердого тела в Донском государственном техническом университете в 2013 году.
Работает в Институте математики, механики и компьютерных наук им. И.И. Воровича Южного федерального университета (Ростов-на-Дону, Россия) с 2009 года. На текущий момент он является старшим научным сотрудником.
В 2009-2025 гг. участвовал в работе РФФИ (10 грантов), Российского научного фонда (4 грантов), Мин. обр. науки и образования РФ (3 гранта). Опубликовал свыше 150 научно-технических публикаций среди них 5 монографий. Имеет 1 российский патент и 4 свидетельства на государственные регистрации программ для ЭВМ по РФ. Его разработки были отмечены 1 золотой медалью и специальными наградами европейских выставок.
Его научные интересы включают разработку строительных материалов, композитов, пьезоэлектрики, механику разрушения и физику прочности, математическое моделирование динамического поведения различных конструкций, разработка устройств возобновляемой энергетики и различные применения передовых материалов и композитов.
Ранее в СМИ вышла статья “Российские ученые создали новый пьезоэлектрический генератор энергии”. РИА Новости. Москва, 10.12.2022 г., подтверждающая важность и актуальность проведенных работ. Более распространенная информация находится на интернет-странице: https://sfedu.ru/en/person/acherpakov
Основные научные результаты руководителя проекта за период с 1 января 2018 года (результаты подтверждаются нижеприведенным списком публикаций с участием автора)
1. Разработаны, построены численные модели и проведен анализ эффективности работы пьезоэлектрических генераторов с активным основание [1, 2, 3, 11];
2. Разработка и проведение численных и экспериментальных исследований, оптимизации пьезоэлектрического генератора кантилеверного типа с активным основание при использовании пьезокерамических материалов различной пористости и прикрепленной массой [1, 2, 6, 7];
3. Обзор работ в области исследования систем генерации энергии с пьезоэлементами и пьезоактивным основанием [1, 2, 4];
4. Разработка, моделирование и оптимизации пьезогенератора осевого типа [6, 7, 10];
5. Проведение экспериментальных исследований свойств новых ферроактивных материалов [1, 5, 8, 9, 12];
7. Публикации интервью в электронных СМИ о разработке нового типа генератора энергии [13];
8. Зарегистрированные программы для ЭВМ для организации процесса испытаний при проведении лабораторных исследований моделировании колебаний пьезоэлектрических генераторов энергии и прочих вспомогательных конструкций стендов [14-16].
Ссылки на некоторые основные публикации в сети Черпакова Александра Владимировича
Монографии
1. Ivan A. Parinov, Sergey V. Zubkov, Alexander S. Skaliukh, Valery A. Chebanenko, Alexander V. Cherpakov, Yuri E. Drobotov. Advanced Ferroelectric and Piezoelectric Materials With Improved Properties and their Applications. ISBN: 978-981-12-8424-3. World Scientific Publishers, Singapore, 263 p. 2024
На англ. яз. Усовершенствованные сегнетоэлектрические и пьезоэлектрические материалы с улучшенными свойствами и их применение.
Электронная версия: https://doi.org/10.1142/13622
Книга открывает для читателя последние достижения в области материаловедения сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков с помощью этой всеобъемлющей монографии, разделенной на шесть глав, каждая из которых предлагает уникальные сведения об этой области.
Глава 1 посвящена производству и изучению новых керамических материалов, с акцентом на сложные оксиды различных металлов (фазы Ауривиллиуса). Авторы исследуют слоистые титанаты и ниобаты висмута, известные своей высокой температурой Кюри, и обсуждают, как изменение их химического состава может привести к значительным изменениям их электрофизических свойств.
Глава 2 исследует захватывающий мир сегнетоэлектриков — диэлектриков со спонтанной поляризацией. Математические модели и подходы дробного исчисления используются для понимания процесса переключения поляризации в этих материалах, проливая свет на фрактальность электрических откликов.
В главе 3 читатели получают ценные сведения о процессе неоднородной поляризации поликристаллических сегнетоэлектриков, важнейшем этапе создания пьезокерамических образцов для преобразователей энергии. Авторы представляют всеобъемлющую математическую модель, позволяющую определять различные характеристики, включая диэлектрические и пьезоэлектрические петли гистерезиса и влияние процессов затухания.
Глава 4 посвящена современному состоянию пьезоэлектрического преобразования энергии, обсуждаются теоретические, экспериментальные и компьютерные подходы к моделированию. Авторы рассматривают пьезоэлектрические генераторы (ПЭГ) различных типов (консольные, пакетные и осевые) и нелинейные эффекты, возникающие при их работе.
Глава 5 представляет расширенные тестовые и конечно-элементные модели для консольных и осевых ПЭГ с активными элементами. Исследования охватывают различные структурные и электрические схемы ПЭГ с инерционной массой, биморфными и цилиндрическими пьезоэлектрическими элементами, а также возбуждающими нагрузками.
Наконец, глава 6 рассматривает некоторые результаты последних пяти лет, полученные при моделировании вибрации устройств из пьезоактивных материалов, включая пять важных эффектов: пьезоэлектрический, флексоэлектрический, пироэлектрический, пьезомагнитный и флексомагнитный.
Эта книга, представляющая собой разнообразное дополнение к существующей литературе, является полезным ресурсом для исследователей, инженеров и студентов, стремящихся расширить свои знания о передовых разработках в этой захватывающей области.
2. Sergey N. Shevtsov, Arkady N.Soloviev, Ivan A. Parinov, Alexander V. Cherpakov, Valery A. Chebanenko. Piezoelectric Actuators and Generators for Energy Harvesting - Research and Development. Series: Innovation and Discovery in Russian Science and Engineering. Springer Cham, Switzerland. 2018. – 182 p. ISBN: 978-3319756288
На англ. яз. Пьезоэлектрические актуаторы и генераторы для сбора энергии — исследования и разработки. Серия: Инновации и открытия в российской науке и технике.
Электронная версия: http://www.springer.com/gp/book/9783319756288
В этой книге представлены некоторые достижения и результаты в этой области, полученные так называемой Ростовской научной школой по ферро-пьезоэлектричеству. Исследования трехкомпонентных систем на основе цирконата титаната свинца (PZT) начались в Ростовском государственном университете (ныне Южный федеральный университет) в конце 1960-х годов. Практически сразу же были начаты интенсивные исследования четырех- и пятикомпонентных твердых растворов, а затем, в конце 1990-х годов, – исследования шестикомпонентных систем на основе PZT. Пьезоэлектрическая керамика «Ростовская» (ПКР) – это хорошо известная марка, которая первоначально позиционировалась как керамика типа PZT. Ростовские ученые за это время разработали и изготовили более 100 систем ПКР на основе состава PZT, а также на основе других ферро-пьезоэлектрических твердых растворов. Многие материалы, композиты и устройства были разработаны, исследованы и изготовлены этими учеными в Ростове-на-Дону. Они опубликовали более 5000 статей в научных журналах и книг по этим темам, а также получили более 200 советских, российских и международных патентов (см., например, монографии [4–8, 20, 50, 64, 120, 130, 135–139] и ссылки в них).
В этой книге представлены некоторые из последних результатов, полученных учеными Южного научного центра Российской академии наук, Южного федерального университета и Донского государственного технического университета (Ростов-на-Дону). В ней также представлены новые подходы к НИОКР в области пьезоэлектрических генераторов и исполнительных механизмов различных типов, основанные на разработанных оригинальных конструкциях и современных исследованиях в области теоретических, экспериментальных и численных методов физики, механики и материаловедения.
Представлены усовершенствованные технические решения устройств, демонстрирующие высокие значения выходного напряжения и мощности, что позволяет применять эти изделия в различных областях сбора энергии.
Книга разделена на семь глав.
В главе 1 представлен общий обзор проблем электроупругости в применении к исследованию сбора энергии, в частности, к изучению пьезоэлектрических генераторов (ПЭГ). В этой главе рассматриваются определяющие уравнения электроупругости в тензорной форме и формулируются соответствующие краевые задачи.
Подробно представлено математическое моделирование пьезоэлектрических генераторов консольного и пакетного типов. В частности, рассматриваются биморфные пьезоэлектрические структуры с полным и частичным покрытием подложки пьезоэлементами. Представлены многочисленные численные результаты для широкого спектра характеристик (в частности, первой резонансной частоты, напряжения и выходной мощности).
В главе 2 обсуждаются разработанные оригинальные установки для тестирования вышеупомянутых преобразователей энергии, образцы пьезоэлектрических генераторов, а также соответствующие экспериментальные методы и оригинальные компьютерные алгоритмы. В статье представлены и обсуждаются сравнения полученных аналитических и конечно-элементных результатов с экспериментальными данными, полученными с использованием разработанных испытательных установок, с целью оптимизации конструкции пьезоэлектрических генераторов обоих типов. Экспериментальные, численные и сравнительные результаты получены для случаев различных видов нагрузки (гармонической, импульсной и квазистатической).
Глава 3 посвящена математическому моделированию флексоэлектрического эффекта, возникающего в неполяризованной пьезокерамике при механической (в частности, изгибающей) нагрузке. Обсуждается разработанная оригинальная установка для оценки этого эффекта и полученные экспериментальные результаты для флексоэлектрической балки при трехточечном изгибе. Формулируется соответствующая краевая задача и получается теоретическое решение, позволяющее проводить численные эксперименты. Результаты позволяют изучить возможность получения электрического отклика, вызванного флексоэлектрическим эффектом в сегнетоэлектрических керамических пластинах определенного состава. Численные результаты показывают возможность появления электрического потенциала в неполяризованной пьезокерамической балке, а также позволяют сделать выводы о качественных составляющих теоретической модели с помощью эксперимента.
Глава 4 посвящена аналитическому и численному моделированию мощности высокопоточного флексо-растяжимого пьезоэлектрического актуатора, состоящего из мощного пьезоэлектрического пакета и полимерной композитной оболочки, предназначенной для усиления хода. Для преодоления основного недостатка пьезоэлектрических преобразователей, заключающегося в очень малом ходе при относительно высокой рабочей силе, сформулирована и решена задача оптимизации конструкции актуатора. Для одновременного обеспечения достаточного хода и жесткости, позволяющих противодействовать внешним нагрузкам, форма усиленной оболочки параметризуется рациональными кривыми Безье. Их параметры (координаты и веса контрольных точек) итеративно изменяются генетическим алгоритмом в соответствии со значением целевой функции, которое рассчитывается конечно-элементной моделью преобразователя при изменении геометрии оболочки.
Поскольку повреждения и дефекты оказывают решающее влияние на все возможные характеристики рассматриваемых пьезоэлектрических преобразователей, вторая часть книги посвящена экспериментально-теоретическим методам, компьютерному моделированию и устройствам, разработанным для изучения и идентификации дефектов в конструкциях консольных упругих стержней.
В главе 5 представлен современный контекст наших исследований в этой области.
Глава 6 посвящена разработке методов идентификации параметров дефектов в упругой консоли с надрезом, а также исследованию параметров колебаний в контексте зависимости от типа дефекта. Выполняется конечно-элементный расчет модальных параметров полнотелых моделей консольного стержня с дефектом с использованием метода конечных элементов, и представлены формы колебаний модели. Исследуются зависимости собственных частот от расположения и размера дефекта. Определяются наиболее чувствительные моды колебаний в зависимости от размера дефекта в его различных положениях. Выполняется расчет зависимости между размером дефекта (надреза) консольного стержня полнотелой конечно-элементной модели и изгибной жесткостью упругого элемента для аналитической модели на основе динамической эквивалентности моделей.
В главе 7 представлена измерительная установка, позволяющая проводить техническую диагностику конструкций стержней. Она основана на методах, разработанных в предыдущей главе. Кроме того, обсуждаются результаты разработки и внедрения алгоритма расчетно-экспериментального подхода к идентификации дефектов в элементах консольных конструкций. Для этой цели разработаны оригинальное программное обеспечение и лабораторная информационно-измерительная установка, обеспечивающие автоматизированный сбор информации о вибрациях конструкции и диагностику дефектов.
Авторы книги выражают особую благодарность В. А. Акопяну и Е. В. Рожкову за участие в разработке экспериментальных подходов и создании испытательных установок. Мы также благодарим Российский фонд фундаментальных исследований и Министерство образования и науки Российской Федерации за гранты, которые помогли провести данное исследование.
Эта самодостаточная книга, охватывающая необходимые теоретические, экспериментальные и численные подходы к моделированию, предназначена для широкого круга студентов, инженеров и специалистов, интересующихся и участвующих в НИОКР современных устройств сбора энергии, материалов для этих устройств, разработке физико-математических методов их изучения, а также экспериментального оборудования для определения их характеристик.
Публикации
3. Rakesh Kumar Haldkar, Alexander V. Cherpakov, Ivan A. Parinov. Modeling, Analysis and Design Optimizations of an Axial-Type Piezoelectric Energy Generator for Optimal Output // Smart Materials and Structures, 2022, V. 31, No. 6, 065019 (Q1, IF = 0.89) (на англ. Моделирование, анализ и оптимизация конструкции пьезоэлектрического генератора аксиального типа для получения оптимальной производительности)
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-665X/ac6d2f/pdf
В данной статье представлен оптимальный проект осевых пьезоэлектрических генераторов. Задача оптимизации решена для комбинации двух различных типов используемых поляризующих пьезоэлементов и суммарного выходного напряжения. Задача состоит в оптимизации конструкции таким образом, чтобы получить оптимальное выходное напряжение при заданном механическом возбуждении. Пьезоэлектрические генераторы имеют две области – активную и пассивную. Процесс оптимизации разделен на несколько этапов, что значительно сокращает количество вычислений. В данной статье основное внимание уделяется процессу оптимизации в пассивной области, который увеличивает выходное напряжение при заданном механическом возбуждении. В процессе оптимизации может быть разработан алгоритм для конкретных условий эксплуатации, различной длины дюралюминиевой опорной пластины, различного положения инерционной массы и различного приложенного ускорения. Он был смоделирован и проанализирован для осевых пьезоэлектрических генераторов. Максимальная мощность составляет 1355 мкВт при частоте 633 Гц и 1158 мкВт при частоте 271 Гц, когда длина дюралюминиевого основания составляет 150 мм и 250 мм соответственно. Анализ, проведенный в данном исследовании, может помочь в оптимизации пассивной области фотоэлектрических генераторов для достижения желаемых целей сбора энергии.
4. Ivan A. Parinov, Alexander V. Cherpakov. Overview: State-of-the-Art of Energy Harvesting based on Piezoelectric Devices for Last Decade // Symmetry, MDPI, 2022, V. 14(4), 765 – 813 (Q2, IF = 0.54). (на англ. яз. Обзор: Новейшие технологии сбора энергии на основе пьезоэлектрических устройств за последнее десятилетие)
https://www.mdpi.com/2073-8994/14/4/765
Технологии сбора энергии интенсивно развиваются с начала XXI века, представляя собой альтернативу традиционным источникам энергии (например, батареям) для малогабаритной и маломощной электроники. Батареи имеют многочисленные недостатки, связанные, например, с ограниченным сроком службы и необходимостью периодической подзарядки/замены, что создает значительные проблемы для портативных и дистанционных устройств, а также для силового оборудования. Экологическая энергия включает солнечную, тепловую и колебательную энергию. При этом колебательная энергия постоянно существует вокруг нас благодаря работе многочисленных искусственных структур и механизмов. Различные материалы (включая пьезоэлектрики) и механизмы преобразования могут преобразовывать колебательную энергию в электрическую энергию для использования во многих устройствах сбора энергии. Пьезоэлектрические преобразователи, обладающие электромеханической связью и демонстрирующие высокую плотность мощности по сравнению с электромагнитными и электростатическими датчиками, широко применяются для генерации энергии из различных источников колебательной энергии. В течение последнего десятилетия были разработаны новые пьезоэлектрические материалы, механизмы преобразования, электрические схемы, а также экспериментальные и теоретические подходы с результатами компьютерного моделирования для улучшения различных пьезоэлектрических устройств сбора энергии. В данном обзоре представлены результаты, полученные в области пьезоэлектрического сбора энергии за последнее десятилетие, включая широкий спектр экспериментальных, аналитических и компьютерных исследований.
5. Andryushina I.N., Andryushin K.P., Shilkina L.A., Pavelko A.A., Moysa M. O., Rudskiy D.I., Reznichenko L.A., Nagaenko A.V., Cherpakov A.V., Parinov I.A., Popov A.V. Crystal structure, microstructure and electrophysical properties of highly sensitive ferroactive materials based on the Pb(Zr1-xTix)O3 system // Materials Science & Engineering B, 2022, V. 283, 115804 (Q2, IF = 0.60) (на англ. яз. Кристаллическая структура, микроструктура и электрофизические свойства высокочувствительных ферроактивных материалов на основе системы Pb(Zr1-xTix)O3 )
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921510722001982
Высокопрочные сегнетоэлектрические материалы на основе многокомпонентной системы с присутствием PZT, характеризующиеся высокой температурой Кюри (ТК), повышенной чувствительностью к механическим напряжениям и долговременной стабильностью, были получены методом двухстадийного твердофазного синтеза с последующим спеканием по традиционной керамической технологии. На основе исследований диэлектрических свойств в температурном диапазоне (300–800) К были определены частоты переменного электрического поля (25–2 × 10⁶) Гц и выявлены особенности наблюдаемых дисперсионных явлений. Было показано, что эти материалы также обладают стабильными пьезоэлектрическими свойствами в широком температурном диапазоне. Сделан вывод о целесообразности использования полученных данных при разработке акселерометров, ультразвуковых дефектоскопов, устройств неразрушающего контроля и т. д. с использованием аналогичных материалов.
6. Alexander V. Cherpakov, Ivan A. Parinov, Rakesh K. Haldkar. Parametric and Experimental Modeling of Axial-Type Piezoelectric Energy Generator with Active Base // Applied Sciences, MDPI, 2022, V. 12, No. 3, 1700 – 1721 (Q2, IF = 0.51) (на англ. яз. Параметрическое и экспериментальное моделирование осевого пьезоэлектрического генератора энергии с активным основанием)
https://www.mdpi.com/2076-3417/12/3/1700
Рассматривается вычислительный и экспериментальный подход к моделированию колебаний нового осевого пьезоэлектрического генератора (ПЭГ) с прикрепленной массой и активным основанием. В качестве активного основания используется пара цилиндрических пьезоэлементов, расположенных вдоль оси генератора. Пьезоэлектрические элементы пластинчатого типа, выполненные в виде двух биморфов на упругом основании ПЭГ, используют потенциальную энергию изгибных колебаний ПЭГ. Генерация энергии в цилиндрических пьезоэлектрических элементах происходит за счет передачи сжимающих сил на пьезоэлектрический элемент в основании ПЭГ при возбуждении структурных колебаний. Схема активной нагрузки выбирается отдельно для каждого пьезоэлектрического элемента. Численное моделирование проводилось в пакете анализа ANSYS FE. Представлены результаты модального и гармонического анализа колебаний. Представлена методика экспериментального анализа колебаний и описана лабораторная установка для испытаний. Представлены численные и экспериментальные результаты выходных характеристик пьезоэлектрического генератора при низкочастотной нагрузке. Для одного из вариантов генератора и определенной амплитуды смещения при частоте 39 Гц, по результатам сравнительного экспериментального анализа при нагрузке 10 кОм, максимальная выходная мощность для каждого цилиндрического пьезоэлектрического элемента составила 2138,9 мкВт, а для пластинчатых пьезоэлектрических элементов — 446,9 мкВт и 423,2 мкВт соответственно.
7. Rakesh Kumar Haldkar, Alexander V. Cherpakov, Ivan A. Parinov, Vladislav E Yakovlev. Comprehensive numerical analysis of a porous piezoelectric ceramic for axial load energy harvesting // Applied Sciences, MDPI, 2022, V. 12, No. 19, 10047 – 10060 (Q2, IF = 0.51) (на англ. яз. Комплексный численный анализ пористой пьезоэлектрической керамики для сбора энергии осевой нагрузки)
https://www.mdpi.com/2076-3417/12/19/10047
В данной работе разработан и проанализирован осевой пьезоэлектрический генератор энергии с различной пористостью пьезокерамики. С помощью программного обеспечения ANSYS разработана трехмерная конечно-элементная модель. Пористость пьезокерамики варьируется от 0 до 80% по толщине или вдоль длины дюралюминиевой балки. Осевой преобразователь энергии состоит из биморфных (d31) и цилиндрических (d33) пьезоэлектрических элементов с базовым возбуждением. Влияние различной пористости, расположения инерционных масс и различного приложенного ускорения используется для определения выходного напряжения и мощности. Максимальное выходное напряжение и мощность составляют 2,25 В и 5,1 мкВт соответственно.
8. Konstantin P. Andryushin, Vladimir P. Sakhnenko, Anatoliy V. Turik, Lidiya A. Shilkina, Alexey A. Pavelko, Svetlana I. Dudkina, Angela G. Rudskaya, Daniil D. Rudskiy, Iliya A. Verbenko, Sidek V. Hasbulatov, Larisa A. Reznichenko, Ivan A. Parinov, Shun-Hsyung Chang, Hung-Yu Wang. Reasons for the High Electrical Conductivity of Bismuth Ferrite and Ways to Minimize It // Applied Sciences, MDPI, 2021, V. 11, 1025 – 1038. (Q2, IF = 0.44) (на англ. яз. Причины высокой электропроводности феррита висмута и способы её снижения)
https://www.mdpi.com/2076-3417/11/3/1025
Рассмотрены причины высокой электропроводности феррита висмута, обусловленные его природной композитной структурой, структурной нестехиометрией, окислительно-восстановительными процессами и граничным положением в семействе перовскитов. Показано, что возможно значительно (на 2–3 порядка) снизить проводимость BiFeO3 путем введения крупных ионов редкоземельных элементов (РЗЭ: La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd с 0,94 ≤ R ≤ 1,04 Å) в количествах до 10 мол. %. Дана интерпретация наблюдаемых эффектов. Высказано предположение о целесообразности учета представленных результатов при разработке устройств на основе материалов типа BiFeO3/РЗЭ.
9. K.P. Andryushin, I.N. Andryushina, A.V. Cherpakov, A.V. Popov, I.A. Verbenko, L.A. Reznichenko. Features of the electrophysical and mechanical properties of n-component ferroactive solid solutions of composition PZT- PZN- PMN // Journal of Advanced Dielectrics, 2021, V. 11, No. 5, 2160001 (Q2, IF = 0.38) (на англ. яз. Особенности электрофизических и механических свойств n-компонентных ферроактивных твердых растворов состава PZT-PZN-PMN)
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S2010135X21600018
Представлено исследование усталостной прочности и механической прочности твердых растворов системы PZT–PZN–PMN, модифицированных Ba и Sr, соответствующих формуле (Pb1-a1-a2 Sra1 Baa1) [TixZry〈(Nb2/3Zn1/3) (Nb2/3Mg1/3)〉1-x-y]O3, где a1 = 0,02 ÷ 0,12; Da1 = 0,02, a2 = 0,0036 ÷ 0,073; x = 0,385 ÷ 0,430, y = 0,402 ÷ 0,447. Показано, что эволюция поляризационных характеристик с увеличением числа циклов реполяризации n характеризуется двумя участками: медленной усталостью и логарифмической эволюцией. Было установлено, что увеличение содержания стронция сдвигает начало логарифмической стадии в сторону больших значений n. Показано, что увеличение среднего размера зерна снижает механическую прочность. Сделан вывод о целесообразности использования полученных данных при разработке устройств, работающих в силовом режиме.
10. R.K. Haldkar, I. A. Parinov, A. V. Cherpakov, O. V. Shilyaeva. Modelling vibrations of axial piezoelectric generator with active base // Journal of Physics: Conference Series. 2021, V. 2131, 022018 (8 p.), (Q4, IF = 0.21) (на англ. яз. Моделирование вибраций осевого пьезоэлектрического генератора с активным основанием.)
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2131/2/022018
Рассматривается моделирование пьезоэлектрического генератора (ПЭГ) осевого типа. ПЭГ является неотъемлемой частью системы преобразования энергии механических колебаний из окружающей среды в электрическую энергию. Генератор энергии имеет осевой тип конфигурации элементов, предназначенных для одновременного использования изгибающих и сжимающих нагрузок на пьезоэлектрические элементы. Основание генератора выполнено в виде активного зажима. Особенностью ПЭГ является наличие двух типов пьезоэлектрических элементов: (1) элементы, расположенные на подложке в виде биморфа, и (2) пьезоэлектрические элементы цилиндрической формы, фиксирующие основание генератора, расположенные на одной оси. ПЭГ имеет симметричную структуру относительно центра инерционной массы. Приведены результаты модального и гармонического анализа колебаний при возбуждении колебаний основания ПЭГ в определенном диапазоне частот. Приведен анализ выходных характеристик.
11. V. A. Chebanenko, I. V. Zhilyaev, A. N. Soloviev, A. V. Cherpakov, I. A. Parinov. Numerical optimization of the piezoelectric generators // Journal of Advanced Dielectrics, Vol. 10, Nos. 1 and 2 (February and April 2020), 2060016 (Q2, IF = 0.35) (на англ. яз. Численная оптимизация пьезоэлектрических генераторов)
В данной работе представлено применение метода многокритериальной оптимизации на основе Парето к задачам повышения эффективности пьезоэлектрических генераторов (ПЭГ). Задача оптимизации была решена для двух типов генераторов: консольного и пакетного. Для консольного генератора задача заключалась в оптимизации конструкции таким образом, чтобы получить максимальную выходную мощность при заданном механическом возбуждении. Процесс оптимизации был разделен на несколько этапов, что значительно сократило объем вычислений. Задача оптимизации пакетного типа для заданной формы механической нагрузки заключалась в нахождении геометрических параметров генератора, при которых выходное напряжение и мощность будут максимальными. В результате решения обеих задач были получены наборы геометрических параметров конструкции ПЭГ, на основе которых можно разработать эффективные преобразователи для конкретных условий эксплуатации. Выяснилось, что данный метод более подходит для оптимизации конструкции консольных генераторов, чем пакетных, при заданных ограничениях. Решение обеих задач было реализовано с использованием метода конечных элементов.
12. Sidek Khasbulatov, Alexander Cherpakov, Ivan Parinov, Konstantin Andryushin, Lidiya Shlkina, Vladimir Aleshin, Inna Andryushina, Balabek Mardaliev, David Gordienko, Iliya Verbenko, Larisa Reznichenko. Destruction phenomena in ferroactive materials // Journal of Advanced Dielectrics, Vol. 10, No. 4 (2020) 2050012 (Q2, IF = 0.35) (на англ. яз. Явления разрушения в сегнетоактивных материалах)
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S2010135X20500125
Представлены результаты комплексного исследования кристаллической структуры, зернистой структуры и прочностных свойств керамического феррита висмута с редкоземельными элементами (РЗЭ), полученного двухстадийным твердофазным синтезом с последующим спеканием по традиционной керамической технологии. Рассмотрены причины формирования низкой механической прочности и развития явлений разрушения в твердых растворах с малым количеством РЗЭ (R < 0,94 Å): Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Установлены причины наблюдаемых явлений, связанных с композитоподобной структурой исследуемых сред и, как следствие, с возникновением локальных напряжений структурных элементов, провоцирующих образование трещин. Источником последних являются также структурные особенности зернистого ландшафта. Сделан вывод о целесообразности учета полученной информации при разработке устройств на основе мультиферроиков BiFeO3/РЗЭ.
Сообщение в СМИ
13. В статье Российские ученые создали новый пьезоэлектрический генератор энергии. РИА Новости. Москва, 10.12.2022 г.,представлен перспективный новый лабораторный пьезоэлектрический генератор осевого типа.
https://ria.ru/20221210/yufu-1837280677.html?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop
Зарегистрированные программы для ЭВМ
14. Программа расчета величины напряженного и дефектного состояния стержневой конструкции на основе использования обученных нейронных сетей и данных о динамическом отклике конструкции. Паринов И.А., Черпаков А.В., Хамис М. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2025691726, 17.11.2025. Заявка № 2025690639 от 06.11.2025.
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=84129095
Программа предназначена для восстановления данных о напряженном состоянии и параметров дефекта стержневой конструкции на основе использования алгоритмов ранее обученных нейронных сетей. В качестве входных данных используются максимумы амплитуд колебаний стержневой конструкции при ударном отклике, полученные от двух датчиков, распложенных на определенном базовом расстоянии друг от друга. Может быть использована для диагностики строительных линейных протяженных конструкций. Программа создана в рамках исследований, выполненных за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-00809. Тип ЭВМ: IBM PC-совместимый ПК; ОС: Windows 7/11.
15. Программа генератор сигнала sgenerator. Паринов И.А., Черпаков А.В., Рожков Е.В., Соловьев А.Н., Чебаненко В.А. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2018610408, 10.01.2018. Заявка № 2017661586 от 13.11.2017.
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39279218
Программа предназначена для генерации сигнала определенной формы с использованием звуковой карты на базе компьютера. Программа позволяет производить свипирование сигнала с определенным шагом перебора частоты при заданной его амплитуде через фиксированное время выдерживания паузы. Область применения - генерация сигнала для устройств вибрационного возбуждения конструкций в определенном диапазоне частот.
16. Программа "vibrograf" для регистрации, визуализации и обработки колебаний конструкций. Паринов И.А., Соловьев А.Н., Черпаков А.В. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2016612309, 24.02.2016. Заявка № 2015663157 от 30.12.2015.
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39344305
Программа предназначена для управления колебаниями элементов конструкций через аналого-цифровой преобразователь, регистрации аналоговых данных о колебаниях, визуализации, обработки и сохранения данных. Программа позволяет: задавать параметры колебаний через порт вывода ЦАП для подключения внешних устройств и вибрационного стенда; регистрировать аналоговые данные с порта ввода АЦП при оцифровывании аналоговых сигналов, поступающих с внешних датчиков и коммутационных устройств измерения колебаний (акселерометров) на контролируемом объекте; визуализировать параметрические колебания на экране; обрабатывать полученные данные о колебаниях по определенным алгоритмам; сохранять данные в файл определенного формата.
Дипломы
Медаль, полученная на XIX международном салоне изобретений и новых технологий “Новое время” 2023 г.
