Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2010 номер 4

C помощью синхротронной диагностики плотности исследовано взрывное превращение в пассивном заряде при инициировании его ударной волной из воздуха. Установлено, что в пассивном заряде не возникает волна сжатия, способная вызвать образование эффективных очагов разогрева, и не выполняются условия инициирования классических типов. Развитие реакции может быть объяснено формированием скоростного абляционного горения, обнаруженного при изучении искрового и газодетонационного инициирования вторичных порошковых взрывчатых веществ.

С целью оценки возможности инициирования детонации в замкнутой области за счет движения ее границ в рамках одностадийной кинетики численно исследованы задачи о течении пропановоздушной смеси внутри и вне вращающегося эллиптического цилиндра, заключенного в круговой цилиндр; при вращении кругового цилиндра с параболическими лопастями, равномерно распределенными вдоль его границы, или при вращении звездообразной фигуры с параболическими лучами, выходящими из центра вращения; в плоской камере с деформируемыми стенками. Определены критические значения параметров, при которых возникает детонация. Рассмотрен способ приближенного описания процессов, происходящих в трехмерных каналах винтовой формы. Численное исследование этих процессов проводится с помощью оригинального вычислительного комплекса, основанного на схеме Годунова.

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование нелинейных внутренних волн второй моды на тонкой границе раздела однородных слоев смешивающихся жидкостей с различной плотностью. Предложена математическая модель, описывающая генерацию, взаимодействие и затухание уединенных внутренних волн, возникающих при интрузии жидкости с промежуточной плотностью в прослойку. Построено точное решение, задающее форму уединенных волн, симметричных относительно невозмущенной границы раздела, и обоснован предельный переход для волн конечной амплитуды при толщине прослойки, стремящейся к нулю. Экспериментально изучены тонкая структура течения в окрестности уединенной волны и ее влияние на горизонтальный перенос массы при распространении коротких интрузий. Показано, что учет в математической модели трения на границах раздела позволяет адекватно описать изменение фазовых и амплитудных характеристик уединенных волн в процессе их распространения.

Проведено расчетно-экспериментальное исследование процессов восприимчивости вязкого ударного слоя на пластине, расположенной под углом атаки, к внешним акустическим возмущениям. В экспериментах при числе Маха набегающего потока и числе Рейнольдса м^-1 измерены пульсации плотности и давления. Путем решения уравнений Навье - Стокса с использованием схем сквозного счета высокого порядка точности выполнено прямое численное моделирование восприимчивости вязкого ударного слоя к внешним акустическим возмущениям в широком диапазоне определяющих параметров. Показано, что результаты расчетов интенсивности пульсаций плотности давления хорошо согласуются с экспериментальными данными. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что при малых углах атаки в ударном слое доминируют энтропийно-вихревые возмущения, а при углах атаки более - акустические возмущения.

Предложен численный метод расчета течения вязкого газа в исходной двухсвязной области, представляющий собой объем с отверстиями, в котором расположена сфера. Рассмотрены виды подобластей (конечных объемов), на которые можно разбить исходную область. Для каждого вида конечного объема указана криволинейная система координат. Приведены результаты расчетов течения при , 500 и .

Изучено инвариантное решение задачи о совместном движении двух вязких несмешивающихся и имеющих общую поверхность раздела теплопроводных жидкостей в цилиндрической трубе под действием нестационарного перепада давления. Задача сводится к сопряженной начально-краевой задаче для параболических уравнений. Получены априорные оценки возмущений скоростей и температур. Определено стационарное состояние системы и доказано, что если в одной из жидкостей градиент давления достаточно быстро приближается к нулю, то и возмущения всех величин стремятся к нулю. Показано, что если градиент давления имеет ненулевой предел, то решение выходит на стационарный режим. В этом случае поля скоростей в пределе такие же, как у сопряженного течения Пуазейля, а температура представляется в виде полинома четвертого порядка по радиальной координате.

Рассматривается обратная экстремальная задача граничного управления для стационарных уравнений тепловой конвекции, в которой в качестве функционала качества выбирается среднеквадратичное отклонение скорости или завихренности течения от заданного в некоторой части области течения поля скоростей либо завихренности, роль управления играет поток тепла через часть границы. Приведена теорема о достаточных условиях на исходные данные, обеспечивающих существование, единственность и устойчивость решения. Предложен численный алгоритм решения указанной задачи, основанный на методе Ньютона и методе конечных элементов дискретизации линейных краевых задач. Обсуждаются результаты вычислительных экспериментов по решению экстремальных задач, подтверждающие эффективность разработанного метода.

Проведено численное моделирование возможных рикошетирующих траекторий полета летательного аппарата с периодически включающимся прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Показано, что оптимальный выбор участков включения и времени работы двигателя обеспечивает максимальную дальность полета при заданном запасе топлива. Установлено, что основным преимуществом использования рикошетирующих траекторий является существенное (на порядок) уменьшение тепловых нагрузок, действующих на летательный аппарат.

На основе полной математической модели потока вязкого магматического расплава, восходящего в поле силы тяжести за фронтом волны декомпрессии, исследуются нестационарная двумерная осесимметричная задача о динамике состояния расплава на начальной стадии взрывного вулканического извержения и особенности структуры течения в окрестности стенки канала в случае стационарной и динамически возрастающей вязкости. Проведен численный анализ развития пограничного слоя в случае постоянной вязкости расплава , 10⁵, 10⁷ Пас. Показано, что в канале радиусом 100 м при изменении вязкости расплава в диапазоне Пас на стенке канала формируется пограничный слой, толщина которого увеличивается с 2 до 15 м. При увеличении вязкости магмы до значения, равного 10⁷ Пас, пограничный слой в значительной степени перекрывает канал, зажимая поток в окрестности оси симметрии практически по всей длине канала. На примере расплава в канале радиусом 10 м показано, что при динамически растущей вязкости структура течения существенно меняется. К моменту времени c толщина пограничного слоя в поперечном сечении канала на высоте около 1000 м достигает практически 8 м, принимает форму своеобразной "диафрагмы", "прорастает" вглубь канала на 200 м (в интервале значений массовой скорости м/с) и зажимает поток в зоне радиусом приблизительно 2 м в окрестности оси симметрии канала.

Экспериментально исследовано изменение структуры среды, вследствие которого при сдвиговом нагружении образцов высоковязкой полярной жидкости (глицерина) и полимера (оргстекла) происходит уменьшение их эффективной вязкости. Предложены эмпирические соотношения для оценки зависимости убывающей в процессе нагружения вязкости от времени и определяющих параметров системы.

Рассматриваются неустановившиеся движения несжимаемого вязкоупругого континуума Максвелла с постоянным временем релаксации. Так как в несжимаемой сплошной среде давление не является термодинамической переменной, а с точностью до множителя совпадает со следом тензора напряжений, то, выделяя из этого тензора шаровую часть, можно предположить, что оставшаяся часть тензора напряжений имеет нулевой след. В случае несжимаемой среды уравнения для скорости, давления и тензора напряжений образуют замкнутую систему уравнений первого порядка, имеющую как вещественные, так и комплексные характеристики, что осложняет постановку начально-краевых задач. Тем не менее удается доказать разрешимость задачи Коши в классе аналитических функций. В классах функций конечной гладкости установлена однозначная разрешимость линеаризованной задачи. Изучен класс эффективно-одномерных движений, для которых подсистема трех уравнений является гиперболической. Из результатов асимптотического анализа последней следует возможность образования разрывов в процессе эволюции решения. Общая система уравнений движения допускает бесконечномерную псевдогруппу Ли, которая содержит расширенную группу Галилея. С целью получения точных решений задач со свободными поверхностями доказана теорема об инвариантности условий на априори неизвестной свободной границе. В качестве примера приложения этой теоремы рассмотрена задача о деформации вязкоупругой полосы под действием касательных напряжений, приложенных к свободной границе. В этой задаче обнаружен масштабный эффект коротковолновой неустойчивости, вызванный отсутствием диагонального преобладания девиатора тензора напряжений.

При совместном использовании подходов мезомеханики и неравновесной термодинамики показано, что любые нановключения, в том числе включения с низким модулем упругости, и нанопоры обусловливают упрочнение материала.

Получены основные параметры волновых процессов в структурах, образованных массивами параллельных друг другу наноразмерных кристаллов или нанотрубок, выращенных в направлении, перпендикулярном подложке. Данная задача рассматривается при моделировании поведения наноэлектромеханических систем, например сенсоров, в которых используются такие структуры. Полученные параметры могут быть также использованы для определения эффективных упругих характеристик нанообъектов, образующих эту структуру.

Рассматриваются задачи неупругого деформирования трехмерных тел с большими перемещениями и поворотами, в которых дополнительно к искомым полям подлежат определению поверхностные силы и граничные перемещения. Дается экспериментальное обоснование предложенных определяющих уравнений установившейся ползучести для трансверсально-изотропных материалов с различными характеристиками при растяжении и сжатии. Для данных материалов приведены алгоритмы и результаты конечно-элементного решения задачи.

Показано, что повышение уровня вибраций турбин Саяно-Шушенской ГЭС обусловлено возможностью сжимаемой жидкости совершать в проточной части турбоагрегатов собственные гидроакустические колебания, которые при этом могут быть неустойчивыми. С учетом полученных ранее результатов решения задачи о собственных гидроакустических колебаниях в проточной части турбоагрегатов и некоторых представлений о взаимодействии турбины с нестационарным потоком сжимаемой жидкости проведен анализ результатов натурных исследований вибраций турбины и сейсмического мониторинга плотины Саяно-Шушенской ГЭС до и в момент аварии.

Представлены результаты разработки нового метода газоструйного осаждения металлополимерных композитов, заключающегося в одновременном осаждении полимерных матриц и кластеров серебра из двух газодинамических источников. Описаны особенности осаждения кластеров, свойства композитных пленок. Приведены сведения об антибактериальном воздействии серебряно-полимерных композитов на штаммы различных бактерий.

Рассмотрена задача определения предельного динамического состояния многослойных замкнутых цилиндрических сосудов при возникновении нештатной ситуации типа взрывного нагружения внутренним давлением высокой интенсивности. Упругие деформации считаются пренебрежимо малыми по сравнению с пластическими, поэтому решение задачи строится на основе модели жесткопластического материала с линейным упрочнением. Показано, что решение рассматриваемой задачи динамического деформирования сводится к интегрированию системы двух обыкновенных уравнений для функций перемещений внутренней поверхности сосуда и массивной недеформируемой крышки сосуда.

Сформулированы и экспериментально подтверждены гипотезы, положенные в основу энергетического варианта теории ползучести и длительной прочности металлов.

Приводятся основные положения двухслойной модели оболочки Работнова. Показано, что функционал Работнова может быть получен из смешанного вариационного принципа теории ползучести. Вводится понятие критического времени и излагается процедура, позволяющая получить для него явную формулу с использованием вариационного уравнения.