<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.16.764-770</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-229</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ В МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМАХ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>INFORMATION PROCESSING IN MECHATRONIC SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Математическое обеспечение конечно-элементного моделирования микромеханических датчиков инерциальной информации в рамках неклассической теории изгиба</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Finite-Element Modeling of the Micromechanical Inertial Sensors Using Non-Classical Beam Theory</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Барулина</surname><given-names>М. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Barulina</surname><given-names>M. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">marina@barulina.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru">Институт проблем точной механики и управления РАН<country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en">Institute of Precision Mechanics and Control, RAS<country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2015</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>08</month><year>2018</year></pub-date><volume>16</volume><issue>11</issue><fpage>764</fpage><lpage>770</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/229">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/229</self-uri><abstract><p>Полностью разработано математическое обеспечение трехмерного конечного балочного элемента для численного моделирования микромеханических датчиков инерциальной информации и их узлов, включающее в себя матрицу масс, матрицу жесткости, матрицу Кориолиса, центробежную матрицу. Разработанное математическое обеспечение четко обосновано использованием для его вывода вариационных принципов механики и уравнений Лагранжа 2-го рода и полностью учитывает неклассическую теорию изгиба Тимошенко и влияние гироскопического эффекта.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>A complete mathematical support of the 3D finite beam element for modeling of the micromechanical inertial measurement sensors and their components has been developed. The mathematical support includes mass matrix, stiffness matrix, Coriolis matrix, and centrifugal matrix. The mathematical support takes full account of the gyroscopic effect and the theory of Timoshenko. Employing of the Variational principles of mechanics and Lagrange's equation makes the process of derivation of the mathematical support clear, accurate and well-founded. The developed software was verified by a numerical simulation of the influence of the gyroscopic effect on the dynamics of the simplest model of the vibrating gyro. The results obtained due to the numerical simulation by using the developed mathematical support were compared with the results obtained in ANSYS, well-known engineering simulation software. The difference between these results was less than 5 %. This difference can be explained by the dissimilarity of the elements used in ANSYS and in the developed software. This paper shows that the developed mathematical support can be used for development of special software, which ensures, in contrast to the universal proprietary closed-source software such as ANSYS, a transparent implementation of the algorithms, a complete control of the progress of computing and significantly lower cost. Thus, the developed mathematical support for the three-dimensional finite element based on the theory of Timoshenko can be used to solve a wide range of problems of statics and dynamics, including the gyroscopic effect, e.g. in the area of research and development of the microelectromechanical sensors of the inertial information.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>микромеханический гироскоп</kwd><kwd>микромеханический акселерометр</kwd><kwd>конечно-элементное моделирование</kwd><kwd>теория Тимошенко</kwd><kwd>вибрации</kwd><kwd>матрица масс</kwd><kwd>матрица жесткости</kwd><kwd>матрица Кориолиса</kwd><kwd>центробежная матрица</kwd><kwd>micromechanical gyroscope</kwd><kwd>micromechanical accelerometer</kwd><kwd>finite element modeling</kwd><kwd>Tymoshenko theory</kwd><kwd>vibration</kwd><kwd>mass matrix</kwd><kwd>stiffness matrix</kwd><kwd>Coriolis matrix</kwd><kwd>centrifugal matrix</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пешехонов В. Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. 2011. № 1. С. 3-17.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Пешехонов В. Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. 2011. № 1. С. 3-17.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Распопов В. Я. Микромеханические приборы. М.: Машиностроение, 2007. 400 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Распопов В. Я. Микромеханические приборы. М.: Машиностроение, 2007. 400 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Джашитов В. Э., Панкратов В. М. Датчики, приборы и системы авиакосмического и морского приборостроения в условиях тепловых воздействий / Под общ. ред. акад. РАН В. Г. Пешехонова. С.-Петербург: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2005. 404 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Джашитов В. Э., Панкратов В. М. Датчики, приборы и системы авиакосмического и морского приборостроения в условиях тепловых воздействий / Под общ. ред. акад. РАН В. Г. Пешехонова. С.-Петербург: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2005. 404 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Образцов И. Ф., Савельев Л. М., Хазанов Х. С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов. М.: Высш. шк., 1985. 392 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Образцов И. Ф., Савельев Л. М., Хазанов Х. С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов. М.: Высш. шк., 1985. 392 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мяченков В. И., Мальцев В. П., Майборода В. П., Петров В. Б. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / Под общ. Ред. В. И. Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989. 520 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Мяченков В. И., Мальцев В. П., Майборода В. П., Петров В. Б. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / Под общ. Ред. В. И. Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989. 520 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Барулина М. А. Частотные уравнения и собственные частоты элементов вибрационных микромеханических гироскопов на основе сдвиговой теории Тимошенко // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 4. С. 21-31.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Барулина М. А. Частотные уравнения и собственные частоты элементов вибрационных микромеханических гироскопов на основе сдвиговой теории Тимошенко // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 4. С. 21-31.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Барулина М. А. Построение матрицы масс трехмерного конечного элемента для моделирования динамики микромеханических датчиков инерциальной информации и их узлов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 5. С. 352-360.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Барулина М. А. Построение матрицы масс трехмерного конечного элемента для моделирования динамики микромеханических датчиков инерциальной информации и их узлов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 5. С. 352-360.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Григолюк Э. И., Селезов И. Т. Неклассические теории колебаний стержней, пластин и оболочек // Итоги науки и техники. Сер.: Мех. тверд, деформ. тел. М.: ВИНИТИ, 1973. Т. 5. 272 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Григолюк Э. И., Селезов И. Т. Неклассические теории колебаний стержней, пластин и оболочек // Итоги науки и техники. Сер.: Мех. тверд, деформ. тел. М.: ВИНИТИ, 1973. Т. 5. 272 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тимошенко С. П., Янг Д. Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985. 472 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Тимошенко С. П., Янг Д. Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985. 472 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Белишев М. И., Пестов А. Л. Прямая динамическая задача для балки Тимошенко // Записки научных семинаров ПОМИ. 2009. Т. 369. С. 16-47.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Белишев М. И., Пестов А. Л. Прямая динамическая задача для балки Тимошенко // Записки научных семинаров ПОМИ. 2009. Т. 369. С. 16-47.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тулкина А. Н. Определение частот и форм колебаний стержневой системы, содержащей нанообъект, на основе теории С. П. Тимошенко // Вестник СПбГУ (Серия 1). 2011. Вып. № 1. С. 144-154.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Тулкина А. Н. Определение частот и форм колебаний стержневой системы, содержащей нанообъект, на основе теории С. П. Тимошенко // Вестник СПбГУ (Серия 1). 2011. Вып. № 1. С. 144-154.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Metin O. Kaya Free vibration analysis of rotating Timoshenko beam by differential transform method // Aircraft Engineering and Aerospace Technology: An International Journal. 2006. Vol. 78 (3). P. 194-203.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Metin O. Kaya Free vibration analysis of rotating Timoshenko beam by differential transform method // Aircraft Engineering and Aerospace Technology: An International Journal. 2006. Vol. 78 (3). P. 194-203.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Mircea Rades. Finite element analysis. Bucuresti: Printech, 2006. 274 р.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mircea Rades. Finite element analysis. Bucuresti: Printech, 2006. 274 р.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kubba B. Use of the finite element method for the vibration analysis of rotation machinery. A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy. University of Nottingham, 1981.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kubba B. Use of the finite element method for the vibration analysis of rotation machinery. A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy. University of Nottingham, 1981.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Przemieniecki J. S. Theory of matrix structural analysis. Dover, 1985. 468 c.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Przemieniecki J. S. Theory of matrix structural analysis. Dover, 1985. 468 c.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bazoune A., Knulief Y. A. Shape functions of three-dimensional Timoshenko beam element // Journal of Sound and Vibration. 2003. 259 (2). P. 473-480.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bazoune A., Knulief Y. A. Shape functions of three-dimensional Timoshenko beam element // Journal of Sound and Vibration. 2003. 259 (2). P. 473-480.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бердичевский В. Л. Вариационные принципы механики сплошной среды. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. 448 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бердичевский В. Л. Вариационные принципы механики сплошной среды. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. 448 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Лурье А. И. Аналитическая механика. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. 824 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Лурье А. И. Аналитическая механика. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. 824 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Барулина М. А. Свидетельство № 2015615559 от 20.05.2015 Федеральной службы по интеллектуальной собственности о государственной регистрации программ для ЭВМ: "Модуль для конечно-элементного моделирования на основе балочных элементов с учетом теории Тимошенко и гироскопических сил (TBElementlib)"</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Барулина М. А. Свидетельство № 2015615559 от 20.05.2015 Федеральной службы по интеллектуальной собственности о государственной регистрации программ для ЭВМ: "Модуль для конечно-элементного моделирования на основе балочных элементов с учетом теории Тимошенко и гироскопических сил (TBElementlib)"</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Джашитов В. Э., Панкратов В. М., Барулина М. А. Теоретические основы разработки и создания суперминиатюрного микромеханического многофункционального датчика инерциальной информации // Нано- и микросистемная техника. 2010. № 5 (118). С. 46-54.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Джашитов В. Э., Панкратов В. М., Барулина М. А. Теоретические основы разработки и создания суперминиатюрного микромеханического многофункционального датчика инерциальной информации // Нано- и микросистемная техника. 2010. № 5 (118). С. 46-54.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
