Издательство СО РАН

Издательство СО РАН

Адрес Издательства СО РАН: Россия, 630090, а/я 187
Новосибирск, Морской пр., 2

soran2.gif

Baner_Nauka_Sibiri.jpg


Яндекс.Метрика

Rambler's Top100

Rambler's Top100

Поиск по журналу

Прикладная механика и техническая физика

2008 год, номер 2

1.
Линейная устойчивость трехмерных пограничных слоев

С. А. Гапонов, Б. В. Смородский
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН,
630090 Новосибирск; gaponov@itam.nsc.ru, smorodsk@itam.nsc.ru
Ключевые слова: трехмерный пограничный слой, гидродинамическая устойчивость, ламинарно-турбулентный переход
Страницы: 3-14

Аннотация >>
В рамках линейной теории изучена устойчивость сжимаемых трехмерных пограничных слоев на модели скользящего крыла. Анализ, основанный на приближении локальной автомодельности среднего течения, проводился в рамках решения Фокнера—Скэн—Кука, обобщенного на случай сжимаемых течений. Установлено, что рассчитанные характеристики устойчивости для дозвукового пограничного слоя хорошо согласуются с результатами измерений. В случае сверхзвукового пограничного слоя при числе Маха M = 2 результаты расчетов также согласуются с результатами измерений поперечных масштабов неустойчивых вихрей вторичного течения. Однако рассчитанные скорости нарастания возмущений существенно отличаются от измеренных. Это различие объясняется большой начальной амплитудой возмущений, возбуждаемых в эксперименте, что не позволяет применять линейную теорию устойчивости. При этом развитие естественных пульсаций с небольшой амплитудой достаточно точно описывается теорией. Показано, что влияние сжимаемости на моды неустойчивости поперечного течения незначительно.


2.
Гироскопические волны во вращающемся слое жидкости

И. Н. Солдатов
Нижегородский филиал Института машиноведения РАН, 603024 Нижний Новгород
erfv@newmail.ru
Ключевые слова: вращающаяся жидкость, вращающийся цилиндр, гироскопические волны, дисперсионные характеристики
Страницы: 15-20

Аннотация >>
Исследуются дисперсионные характеристики гироскопических волн в слое несжимаемой жидкости в полости быстровращающегося цилиндра. Показано, что в слое вязкой несжимаемой жидкости инерционная волна может быть представлена в виде суммы шести винтовых гармоник. Исследовано влияние вязкости жидкости и отношения частоты волны к угловой скорости вращения цилиндра на действительную и мнимую части волнового числа.


3.
Об уравнениях конвективной неустойчивости двухфазной среды в условиях модуляции силы тяжести

В. С. Теплов
Пермский государственный технический университет, 614990 Пермь
teplov@pstu.ru
Ключевые слова: частицы, вибрация, конвекция, устойчивость
Страницы: 21-28

Аннотация >>
Исследуется тепловая конвекция в неоднородной среде, состоящей из жидкости и твердой примеси, в условиях вибраций конечной частоты. В рамках обобщенного приближения Буссинеска выводятся уравнения конвекции и рассматривается задача об устойчивости горизонтального слоя по отношению к бесконечно малым возмущениям при вертикальных вибрациях.


4.
Ограничения на “быструю” часть корреляций давление — скорости деформаций, выводимые из спектрального представления

С. Р. Богданов, Т. Й. Йонген*
Карельский государственный педагогический университет, 185680 Петрозаводск, Россия
*Научно-исследовательский институт корпорации “Юнилевер”,
3133 Влаардинген, Нидерланды; sbogdanov@onego.ru
Ключевые слова: развитая турбулентность, спектральные методы, модели второго поколения, условия реализуемости
Страницы: 29-39

Аннотация >>
На основе точного спектрального представления “быстрой” части корреляций давление — скорости деформаций проведен анализ полуэмпирических аппроксимаций, используемых для этих корреляций, в рамках моделей турбулентности второго поколения. Получены простые неравенства, связывающие значения модельных констант, параметров средней скорости и инвариантов тензора Рейнольдса. В отличие от условий реализуемости для некоторых типов течений эти неравенства позволяют осуществить проверку указанных аппроксимаций до решения дифференциальных уравнений. При этом показано, что некоторые модели нельзя считать достаточно точными для описания течений с высокой степенью анизотропии. В частности, в значительной части физически допустимой области параметров нарушается условие неотрицательной определенности спектральной матрицы. Границы этой области рассчитаны для случаев безвихревого трехмерного и произвольного двумерного искажения турбулентности в каналах. Для значений модельных констант получены простые ограничения, использование которых позволяет избежать указанных нарушений.


5.
Развитие возмущений в ламинаризированном сверхзвуковом пограничном слое на скользящем крыле

Н. В. Семенов, Ю. Г. Ермолаев, А. Д. Косинов
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН,
630090 Новосибирск; semion@itam.nsc.ru, kosinov@itam.nsc.ru
Ключевые слова: сверхзвуковой пограничный слой, скользящее крыло, переход, стационарные возмущения, устойчивость
Страницы: 40-46

Аннотация >>
Представлены экспериментальные данные по исследованию устойчивости трехмерного сверхзвукового пограничного слоя на скользящем крыле. Эксперименты выполнены на модели скользящего крыла, имеющего чечевицеобразный профиль, с углом скольжения передней кромки 40° при нулевом угле атаки. Для ламинаризации сверхзвукового пограничного слоя на скользящем крыле использовалась распределенная шероховатость. Впервые проведено исследование взаимодействия бегущих и стационарных возмущений. Выявлены некоторые особенности этого взаимодействия. Показано, что основной причиной возникновения турбулентности в сверхзвуковом пограничном слое на скользящем крыле является вторичная неустойчивость поперечного течения.


6.
Модель стационарного движения межфазной поверхности в слое сильноперегретой жидкости

С. П. Актершев, В. В. Овчинников
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 630090 Новосибирск;
als@itp.nsc.ru
Ключевые слова: метастабильная жидкость, межфазная граница, скорость распространения, температура перегрева
Страницы: 47-55

Аннотация >>
Рассматривается стационарное распространение границы паровой каверны в слое метастабильной жидкости вдоль поверхности нагревателя. Температура и скорость распространения межфазной поверхности определяются из уравнений баланса массы, импульса, энергии в окрестности лобовой точки паровой каверны и условия устойчивости стационарного движения межфазной поверхности. Показано, что решение этих уравнений существует только в том случае, если перегрев больше порогового значения. Расчетная скорость движения межфазной границы, а также пороговое значение температуры удовлетворительно согласуются с имеющимися экспериментальными данными для различных жидкостей в широких диапазонах давления насыщения и температуры перегретой жидкости.


7.
Гидродинамический анализ условий вытеснения пластовых флюидов на основе осесимметричной модели

И. Б. Чернощук
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск
irina@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: зона проникновения, нефтенасыщенность, концентрация солей, давление, объем фильтрата, глинистая корка
Страницы: 56-64

Аннотация >>
Рассматривается осесимметричная задача о вытеснении пластовых флюидов фильтратом бурового раствора при бурении скважин с учетом образования глинистой корки. Анализируется распределение и изменение основных параметров процесса: объема фильтрата, толщины глинистой корки, нефтенасыщенности, давления. Определяется расположение фронтов водонасыщенности и концентрации солей. Полученные результаты сопоставляются с результатами геофизических исследований, выполненных при бурении вертикальных скважин.


8.
О механизме формирования кавитирующих отколов

М. Н. Давыдов, В. К. Кедринский
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск
davydov@hydro.nsc.ru, kedr@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: прочность жидкости, динамическое нагружение, пузырьковая кавитация, отколы
Страницы: 65-73

Аннотация >>
В рамках двухфазной модели Иорданского—Когарко—ван Вингаардена в одномерной постановке численно исследована динамика формирования кавитационных зон в жидкости при отражении ударного импульса от свободной поверхности. Показано, что формирование вблизи свободной поверхности системы кавитационных зон (кластеров) с динамически возрастающей объемной концентрацией газовой фазы обусловлено осцилляциями структуры профиля волны разрежения. Быстрая релаксация растягивающих напряжений в зоне кавитации завершается формированием квазистационарного поля массовых скоростей, что обеспечивает практически неограниченный рост кавитационных пузырьков в приповерхностных кластерах и объясняет возникновение “откольных” слоев, наблюдаемых в эксперименте.


9.
Автомодельные решения модели второго порядка дальнего турбулентного следа

О. В. Капцов, И. А. Ефремов, А. В. Шмидт*
Институт вычислительного моделирования СО РАН, 660036 Красноярск
*Сибирский федеральный университет, 660041 Красноярск; kaptsov@icm.krasn.ru
Ключевые слова: 74-78

Аннотация >>
Рассмотрена полуэмпирическая двумерная модель турбулентности второго порядка в приближении дальнего турбулентного следа. Искомыми величинами являются дефект скорости, турбулентная кинетическая энергия, диссипация энергии и напряжение Рейнольдса. Найдена полная группа преобразований, допускаемая этой моделью. Построены автомодельные решения, удовлетворяющие естественным краевым условиям. Полученные решения согласуются с экспериментальными данными.


10.
Рассеяние несферических частиц примеси при отскоке от гладкой и шероховатой поверхностей в высокоскоростном потоке газовзвеси

С. В. Панфилов, Ю. М. Циркунов
Балтийский государственный технический университет “Военмех” им. Д. Ф. Устинова,
190005 Санкт-Петербург; tsrknv@bstu.spb.su
Ключевые слова: ударное взаимодействие частиц со стенкой, несферические частицы, гладкая и шероховатая поверхности, индикатрисы рассеяния
Страницы: 79-88

Аннотация >>
Методом прямого численного моделирования получены индикатрисы рассеяния несферических частиц при их отскоке от гладкой и шероховатой поверхностей. Рассматривались частицы, имеющие форму эллипсоидов вращения, прямоугольных призм и призм со срезанными вершинами. Шероховатость поверхности задавалась в виде двумерного профиля, рассеивающие характеристики которого близки к рассеивающим характеристикам для реальной шероховатости, возникающей в результате абразивной эрозии поверхности, обтекаемой высокоскоростным потоком газовзвеси. Ударное взаимодействие отдельной частицы с поверхностью рассматривалось в трехмерной постановке. Установлено, что индикатрисы рассеяния отраженных частиц существенно зависят от их формы при отскоке от гладкой поверхности и практически не зависят от нее при отскоке от шероховатой поверхности.


11.
Волновые режимы на неизотермической пленке вязкой жидкости, стекающей по вертикальной плоскости

О. Ю. Цвелодуб
Институт теплофизики СО РАН им. С. С. Кутателадзе, 630090 Новосибирск
tsvel@itp.nsc.ru
Ключевые слова: пленочное неизотермическое течение, эволюционное уравнение, солитонные решения
Страницы: 89-97

Аннотация >>
Изучено течение тонкой пленки вязкой жидкости, стекающей по вертикальной стенке в поле силы тяжести. Значения температур на твердой стенке и свободной поверхности постоянны. Коэффициенты вязкости и температуропроводности являются функциями температуры. Для малых расходов в длинноволновом приближении получено уравнение, описывающее эволюцию возмущений поверхности.


12.
Расчет устойчивости волнового стекания пленок с использованием уравнений Навье — Стокса

Ю. Я. Трифонов
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 630090 Новосибирск
trifonov@itp.nsc.ru
Ключевые слова: вязкое течение пленок, волны, устойчивость
Страницы: 98-112

Аннотация >>
С использованием полных уравнений Навье — Стокса проведен теоретический анализ процесса стекания вязких пленок по гладкой поверхности. Определены границы области применимости асимптотического и интегрального подходов к описанию волн на стекающих пленках. В широком диапазоне значений чисел Рейнольдса и Капицы рассчитаны различные нелинейные волновые режимы стекания и исследована их устойчивость. Показано, что при малых числах Капицы результаты асимптотического подхода становятся неприменимыми практически для всех чисел Рейнольдса. При больших числах Капицы существенное различие между решением, полученным с использованием асимптотического метода, и расчетом с помощью уравнений Навье — Стокса наблюдается начиная с умеренных чисел Рейнольдса. При больших числах Рейнольдса отсутствует зависимость длины волны нейтральных возмущений от расхода жидкости и фазовая скорость нейтральных возмущений близка к скорости свободной поверхности. Из расчетов нелинейных волновых режимов при умеренных числах Рейнольдса следует наличие внутренних вихревых зон. Показано, что существует лишь несколько семейств стационарно бегущих решений (при расчете по интегральной модели получено счетное множество различных семейств таких решений).


13.
Оценка суммарного воздействия на пласт в процессе бурения скважины

А. А. Кашеваров
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск
kash@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: моделирование, зона проникновения, коллектор, нефтенасыщенность, концентрация солей, скважина
Страницы: 113-122

Аннотация >>
Рассмотрена стационарная математическая модель, описывающая интегральное по времени воздействие на нефтенасыщенный пласт в процессе бурения. Проведено сравнение результатов расчетов с решением задачи в точной нестационарной постановке. На основе численного моделирования выявлены особенности формирования зоны проникновения при бурении вертикальных скважин применительно к водо- и нефтенасыщенным коллекторам.


14.
Сравнительные оценки высокотемпературной ползучести и разрушения конструкционных материалов

О. В. Соснин, И. В. Любашевская, И. В. Новоселя
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск
lbi@ngs.ru
Ключевые слова: ползучесть, длительность до разрушения, характеристики ползучести
Страницы: 123-130

Аннотация >>
На примере нескольких конструкционных сплавов различного типа показана возможность сопоставления интенсивности процессов ползучести и длительности до разрушения этих материалов. Уравнение ползучести записывается в безразмерном виде, что позволяет в нормированных величинах сравнивать процессы ползучести вплоть до разрушения, оценивать их различие и в случае совпадения нормированных величин для ряда материалов в соответствующих этим величинам температурно-силовых режимах нагружения моделировать указанные процессы на основе экспериментальных данных для одного из этих материалов.


15.
Асимптотическое решение задачи о воздействии штампа на упругий слой, лежащий на поверхности сжимаемой жидкости бесконечной глубины

В. П. Рябченко
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск
ryabchenko@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: штамп, упругий слой, сжимаемая жидкость, контактные напряжения
Страницы: 131-142

Аннотация >>
Рассмотрена плоская линейная нестационарная задача о вдавливании по заданному закону жесткого штампа в упругий слой конечной толщины, лежащий на поверхности сжимаемой жидкости бесконечной глубины. В упругом слое выполняются уравнения Ламе, а в жидкости — волновое уравнение для потенциала скорости. С помощью преобразований Лапласа и Фурье задача сведена к определению контактных напряжений под штампом из решения интегрального уравнения первого рода, ядро которого имеет логарифмическую особенность. Построено асимптотическое решение задачи при больших временах взаимодействия.


16.
Об учете упругих свойств неньютоновского материала при его вискозиметрическом течении

А. А. Буренин, Л. В. Ковтанюк, А. С. Устинова
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, 690041 Владивосток
burenin@iacp.dvo.ru
Ключевые слова: упругость, вязкопластичность, большие деформации, остаточные напряжения
Страницы: 143-151

Аннотация >>
Рассматривается деформирование и вязкопластическое течение неньютоновского материала, заключенного между коаксиальными жесткими цилиндрическими поверхностями, при повороте каждой из них с последующей остановкой и поворотом в противоположном направлении. Решение задачи строится в рамках модели больших упруговязкопластических деформаций, в отличие от классических решений, полученных с использованием модели жестковязкопластичного тела. Рассчитаны параметры вискозиметрического процесса как в области развивающегося вязкопластического течения, так и в областях упругого деформирования.


17.
Численное решение задачи о воздействии ударного импульса на ледяной покров

В. Д. Жесткая, В. М. Козин
Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет,
681013 Комсомольск-на-Амуре; kks@knastu.ru
Ключевые слова: ледяной покров, импульс, численное моделирование
Страницы: 152-159

Аннотация >>
Приведена математическая постановка задачи. Предложен способ определения начальных скоростей точек ледяного покрова при действии точечного ударного импульса. Приведен пример расчета прогибов ледяного покрова.


18.
Исследование собственных колебаний систем нанотрубок

В. А.Еремеев*,****, Е. А. Иванова**, Н. Ф. Морозов***, C. Е. Строчков****
*Южный научный центр РАН, 344006 Ростов-на-Дону
**Санкт-Петербургский государственный политехнический университет,
195251 Санкт-Петербург
***Санкт-Петербургский государственный университет, 198904 Санкт-Петербург
****Южный Федеральный университет, 344090 Ростов-на-Дону
eremeyev@math.rsu.ru, ivanova@EI5063.spb.edu, morozov@NM1016.spb.edu,
s-sterg@yandex.ru
Ключевые слова: наномеханика, собственные колебания, нанотрубки, изгибная жесткость, оболочки, электроупругость, метод конечных элементов
Страницы: 160-171

Аннотация >>
Проведен анализ собственных колебаний системы параллельных друг другу микро- и нанотрубок, закрепленных горизонтально на упругой подложке. Показано, что с использованием линейной теории оболочек из спектра частот “большой системы”, состоящей из подложки и нанотрубок, можно выделить несколько первых собственных частот, соответствующих изгибным колебаниям одной нанотрубки. Это позволяет оценить ее изгибную жесткость. Полученный вывод подтверждается результатами конечно-элементного моделирования, проведенного в рамках трехмерной теории электроупругости. Представлены результаты модального анализа нанотрубок из арсенида галлия.


19.
О теоретической модели термоэмиссионного эффекта памяти в горных породах

В. А. Винников, В. Л. Шкуратник
Московский государственный горный университет, 119991 Москва
ftkp@mail.ru
Ключевые слова: теоретическая модель, память горных пород, циклическое нагревание, акустическая эмиссия, математическое моделирование
Страницы: 172-177

Аннотация >>
Обосновывается модель термоэмиссионного эффекта памяти в горных породах при их циклическом нагревании с возрастающей от цикла к циклу амплитудой температуры. На основе указанной модели рассматривается один из возможных механизмов возникновения эффекта, связанный с градиентом температур на берегах трещин, разделяющих структурные элементы геоматериала.


20.
Волны в стержне при действии импульсной нагрузки

Р. Г. Якупов
Институт механики Уфимского научного центра РАН, 450054 Уфа
imran@anrb.ru
Ключевые слова: волны деформаций и напряжений, стержень, преобразование Лапласа
Страницы: 178-184

Аннотация >>
Рассмотрены волновые процессы в полубесконечном стержне, находящемся в упругой среде, при ударном воздействии внешней распределенной нагрузки. С использованием преобразования Лапласа по времени решена система двух дифференциальных уравнений движения теории балок Тимошенко. Полученные интегралы определены численно. Показано изменение прогиба и изгибающего момента по продольной координате в различные моменты времени.


21.
Численное моделирование устойчивости нагруженных оболочек вращения при внутреннем течении жидкости

С. А. Бочкарев, В. П. Матвеенко
Институт механики сплошных сред УрО РАН, 614013 Пермь
bochkarev@icmm.ru, mvp@icmm.ru
Ключевые слова: теория оболочек, сжимаемая жидкость, потенциальная теория, дивергенция, флаттер
Страницы: 185-195

Аннотация >>
Для исследования динамического поведения нагруженных оболочек вращения, содержащих неподвижную или текущую сжимаемую жидкость, предложен смешанный конечно-элементный алгоритм. Поведение жидкости описывается потенциальной теорией, уравнения которой сводятся к интегральному виду с помощью метода Галеркина. Динамика оболочки анализируется с использованием вариационного принципа возможных перемещений, в который включается линеаризованное уравнение Бернулли для вычисления гидродинамического давления, действующего со стороны жидкости на оболочку. Решение задачи сводится к вычислению и анализу собственных значений связанной системы уравнений. В качестве примера исследовано влияние гидростатического давления на динамическое поведение оболочек вращения при различных граничных условиях в случае внутреннего течения жидкости.


22.
Анализ волнового решения уравнений эластокинетики среды Коссера в случае плоских объемных волн

М. А. Кулеш, В. П. Матвеенко, М. В. Улитин, И. Н. Шардаков
Институт механики сплошных сред УрО РАН, 614013 Пермь
kma@icmm.ru, mvp@icmm.ru
Ключевые слова: плоские волны, дисперсия, среда Коссера, аналитические решения
Страницы: 196-203

Аннотация >>
Исследуются волны в среде Коссера, деформированное состояние которой характеризуется независимыми векторами перемещения и поворота. Рассматривается задача о распространении объемных продольных и поперечных волн. Волновые решения ищутся в виде волновых пакетов, задаваемых спектром Фурье произвольной формы. Показано, что если решение ищется в виде трех компонент вектора перемещения и трех компонент вектора поворота, зависящих от времени и продольной координаты, то исходная система распадается на две, одна из которых описывает продольную волну, а другая — поперечную. Для волн обоих типов получены дисперсионные соотношения и аналитические решения в перемещениях. Дисперсионные характеристики полученных решений отличаются от дисперсионных характеристик соответствующих решений в классической теории упругости.


23.
Анализ осесимметричных деформаций пластин и оболочек в термоцикле фазовых превращений

Л. И. Шкутин
Институт вычислительного моделирования СО РАН, 660036 Красноярск
shkutin@icm.krasn.ru
Ключевые слова: сплавы с памятью формы, фазовые превращения, фазовые деформации, термоцикл, межфазный гистерезис, пластины, оболочки, выпучивание, численный анализ
Страницы: 204-210

Аннотация >>
Приведена математическая постановка нелинейных задач об осесимметричных деформациях пластин и оболочек в двухфазных зонах аустенитно-мартенситных превращений. На основе численного решения задач прямого и обратного превращений построены гистерезисные петли термомеханических циклов для нагруженных давлением круговых пластин и пологих сферических сегментов-куполов, изготовленных из сплава NiTi (никелид титана). Обнаружена возможность динамической неустойчивости процесса деформирования купола в зонах превращений при нагрузках, существенно меньших по сравнению с верхними критическими значениями в изотермических состояниях материала вне зоны превращений. В результате теоретического анализа определены внешние нагрузки, ниже которых не происходит потери устойчивости купола в термоцикле фазовых превращений материала.


24.
Модель динамического прессования гранулированной среды

Г. Ш. Болтачев, Н. Б. Волков, В. В. Иванов, С. Н. Паранин
Институт электрофизики УрО РАН, 620016 Екатеринбург; grey@iep.uran.ru
Ключевые слова: компактирование порошков, пластичность, магнитно-импульсное прессование
Страницы: 211-215

Аннотация >>
Для случая, когда внешнее воздействие существенно превышает предел текучести материала, предложена модель динамического прессования гранулированных сред. Решена задача о радиальном осесимметричном прессовании гранулированных сред с наноразмерной структурой при наличии на оси симметрии жесткого недеформируемого стержня. Проведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными о магнитно-импульсном прессовании оксидных порошков с наноразмерной структурой.


25.
Предельная нагрузка при изгибе сварных образцов с мягким сварным швом

С. Е. Александров
Институт проблем механики РАН, 119526 Москва; sergei_alexandrov@yahoo.com
Ключевые слова: предельная нагрузка, сингулярные поля скорости, сварные конструкции, пластичность
Страницы: 216-222

Аннотация >>
При оценке работоспособности различных конструкций, в частности сварных конструкций с мягким сварным швом, предельная нагрузка является одной из основных характеристик. В некоторых случаях различие пределов текучести основного материала и материала сварного шва настолько велико, что пластическая деформация локализуется в тонком сварном шве. С учетом некоторых особенностей такого распределения деформаций получена верхняя оценка предельной нагрузки изгибаемого сварного образца в условиях плоской деформации. Проводится сравнение с известным решением.