Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2025 номер 1

Представлены результаты проведенных механических испытаний образцов из исследуемого взрывчатого вещества. Получены диаграммы деформирования и зависимости коэффициента Пуассона от деформации при значениях температуры 20, 60, 80, 100 °C. Построены зависимости механических характеристик взрывчатого вещества от температуры. Показано, что с увеличением температуры жесткость, прочность и деформируемость взрывчатого вещества уменьшаются

С целью разработки технологии разрушения буровой трубы и последующего ее извлечения из скважины с глубины более 5000 м проводится численное исследование ударно-волнового воздействия на внутреннюю поверхность трубы в результате детонации специального цилиндрического заряда. Рассматриваются два случая детонации взрывчатого вещества цилиндрического заряда: детонация с плоским фронтом и расходящаяся сферическая детонация. Расчетная модель представляет собой слоистую конструкцию, которая включает цилиндрический заряд взрывчатого вещества в медном корпусе, стальную трубу и буровой раствор. Расчет ударно-волнового воздействия на буровую трубу проводится в трехмерной постановке с использованием многокомпонентной эйлеровой формулировки. В результате расчетов подтверждена возможность разрушения буровой трубы в области замкового соединения. Показано, что ударно-волновое воздействие в режиме детонации заряда с плоским фронтом по уровню повреждений трубы существенно превосходит воздействие в режиме расходящейся сферической детонации. По результатам дополнительных расчетов определена минимальная длина заряда, достаточная для разрушения буровой трубы

Численно исследуется влияние энергии активации Аррениуса, нулевого потока наночастиц и внутреннего тепловыделения на естественную конвекцию вблизи изотермического цилиндра с эллиптическим сечением, заполненного наножидкостью. В модели наножидкости учитываются броуновское движение и термофорез. Постановка задачи при условии нулевого потока наночастиц позволяет получить более реалистичные результаты. Уравнения задачи получены с использованием соответствующего преобразования координат, а затем решены методом ячеек Келлера. Проведено сравнение полученных результатов с известными данными

Сформулирована математическая модель фильтрации растворов с учетом осмотического эффекта, возникающего в пористых средах, содержащих полупроницаемые включения. На основе модели с использованием метода Галеркина получено решение нелинейной задачи об осмотической конвекции. Изучены свойства и особенности конвекции, вызванной осмосом

Проведено экспериментальное исследование влияния поверхностных слотов (канавок) глубиной 0,18 мм (число Рейнольдса по глубине Re_h ≈ 1000 с углами их ориентации φ =0, 30, 45, 90° на устойчивость сверхзвукового пограничного слоя на плоской пластине. Выполнены эксперименты с естественными возмущениями при числе Маха набегающего потока M=2 Обнаружено, что при уменьшении угла ориентации слотов от φ = 90° до нуля максимальные значения скорости пространственного роста возмущений уменьшаются. При φ = 0,30° они становятся меньше соответствующих значений для гладкой пластины. Полученные результаты показывают, что неустойчивость первой моды сверхзвукового пограничного слоя, которая определяет ламинарно-турбулентный переход при M=2, можно стабилизировать слотами малой глубины с небольшими углами их ориентации (0°≤φ<40°)

Представлены результаты экспериментального исследования структуры течения внутри полуцилиндрической канавки, расположенной на одной из стенок прямоугольного канала высотой H = 0,02м с соотношением длины и ширины, равным 7,5. Канавка шириной D = 0,0158м и длиной L/D = 6,65 калибров могла располагаться под различными углами к продольной оси канала (φ = 0÷90°). В экспериментах измерялось давление в медианных сечениях вдоль и поперек канавки, а также компоненты скорости и их пульсации в продольном и поперечном направлениях. В экспериментах число Рейнольдса, рассчитанное по среднерасходной скорости и гидравлическому диаметру канала, было постоянным и равным Re_ch = 3,88·10⁴. Установлено, что распределение давления на стенке канавки как в поперечном направлении, так и по длине существенно зависит от угла ее поворота относительно оси канала. На входном участке канавки, где втекает поток, формируется зона сильного разрежения. Протяженность этой зоны вдоль канавки не превышает одного калибра, вне этой зоны значение коэффициента давления практически не изменяется вплоть до выхода из канавки, где за счет торможения происходит резкое повышение давления. Наибольшее разрежение в поперечном относительно канавки направлении достигается при угле наклона φ = 45°. Изучена структура течения в различных сечениях по длине канавки. Показано, что максимальная скорость циркуляционного течения внутри полуцилиндрической канавки имеет место в области входа в нее. По мере движения вдоль канавки интенсивность вихревого течения газа значительно ослабевает, а в случае мелких канавок (Δ/D = 0,22) становится безотрывным

С использованием прямого теневого метода с высокой разрешающей способностью показано возникновение в воздушной дозвуковой струе и в воздушной струе с добавлением гелия продольных и поперечных вихрей в результате естественной неустойчивости течения

Обсуждается численный конечно-объемный метод решения осредненных уравнений Навье - Стокса, замкнутых однопараметрической моделью турбулентности Спаларта - Аллмареса. Предлагаемый метод реализован в рамках расчетного кода HyCFS и верифицирован путем сравнения численных решений HyCFS с численными решениями кодов CFL3D и FUN3D. Рассмотрено три тестовых случая: обтекание плоской пластины, обтекание пластины с неровностью и течение спутной струи. Показано, что полученные численные решения хорошо согласуются. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных о скорости потока в слое смешения

В квазистационарном приближении при малых числах Рейнольдса и Пекле теоретически описано термофоретическое движение испаряющейся капли сферической формы в вязкой бинарной газовой среде при произвольных относительных перепадах температуры в ее окрестности. Решалась система газодинамических уравнений, включающая линеаризованную по скорости систему уравнений Навье - Стокса, уравнения тепло- и массопереноса. При описании свойств газообразной среды учитывался степенной вид зависимости коэффициентов переноса (вязкости, диффузии, теплопроводности) и плотности от температуры. В результате проведенных численных оценок установлено, что зависимости термофоретической силы и скорости движения капли от средней температуры ее поверхности имеют нелинейный характер

Исследуются уравнения Кельвина - Фойгта для неоднородных жидкостей с сингулярной правой частью. В правую часть уравнения баланса масс вводится сингулярный член, аппроксимирующий дельта-функцию Дирака на бесконечно тонком в начальный момент слое. Этот сингулярный член аналогичен релаксационному члену, используемому для описания неравновесных процессов в гидродинамике. В пределе, когда малый параметр, а именно характерный размер начального слоя, стремится к нулю, плотность и скорость в начальный момент времени имеют скачки

Рассматривается плоская задача, описывающая движение двумерной полости, расположенной в тяжелой идеальной несжимаемой жидкости. С использованием полуаналитических методов построены профили свободной границы и изучено движение виртуальных особых точек решения

Рассматривается вращательно-симметричное течение водного раствора полимера в слое, ограниченном снизу твердой стенкой, вращающейся с заданной угловой скоростью вокруг оси, перпендикулярной данной плоскости, а сверху плоской свободной поверхностью. Изучается влияние релаксационной вязкости на поведение решений и зависимость толщины слоя жидкости от времени при различных режимах вращения плоскости

Проведено исследование направления распространения прямолинейной плоской трещины в структурно-неоднородных (зернистых) материалах при совместном действии нагрузок, соответствующих I и II модам разрушения. Теоретическая кривая прочности материала типа кривой Кулона - Мора полагается известной. С использованием силового (интегрального) критерия Нейбера - Новожилова получены соотношения, позволяющие определить углы излома (ветвления) траектории трещины при произвольном обобщенном напряженном состоянии. В асимптотических представлениях компонент напряжений в окрестности вершины трещины учитываются несингулярные слагаемые (T-напряжения). Установлено, что трещина развивается: 1) перпендикулярно направлению максимального растяжения при отсутствии сдвиговых напряжений в окрестности ее вершины (гипотеза Эрдогана - Си), когда материал разрушается хрупко; 2) вдоль направления максимального сдвига при отсутствии нормальных напряжений в окрестности ее вершины в случае вязкого разрушения (имеет место испускание дислокации); 3) вдоль некоторого направления, соответствующего смешанному напряженному состоянию, когда материал разрушается квазихрупко или квазивязко. Направление распространения трещин зависит от отношения коэффициентов интенсивности напряжений для I и II мод разрушения, знака T-напряжений и формы теоретической кривой прочности на плоскости предельных состояний

Приводятся результаты исследования прочности и устойчивости овальных композитных цилиндрических оболочек при воздействии осевого сжатия. Геометрически нелинейная задача для оболочки решается с использованием метода конечных элементов. Геометрические размеры оболочки близки к размерам фюзеляжей современных пассажирских самолетов. Исследовано влияние параметра овальности поперечного сечения оболочки, нелинейности исходного напряженно-деформированного состояния, укладки монослоев по толщине на критические нагрузки и весовую эффективность композитных и металлических оболочек

Рассматривается бегущая краевая дислокация в безграничной упругой среде, моделирующая стационарный сдвиговый разрыв в земной коре на глубине сейсмической активности, растущий со скоростью, близкой к скорости поперечных волн. На основе разложения векторного поля перемещений на сумму потенциального и соленоидального полей строится точное сингулярное решение задачи в плоской постановке в виде сходящихся рядов. Приближенное решение в виде отрезков рядов анализируется в компьютерной системе Matlab с помощью процедур численного дифференцирования и интегрирования. Показана независимость инвариантного J-интеграла, значение которого равно движущей силе дислокации (энергии, затрачиваемой на продвижение дислокации на единичное расстояние), от ее скорости

Решения, полученные для задачи о кручении постоянным моментом стержня со сплошным круглым сечением из ортотропного при ползучести материала, обобщены на случай стержня с кольцевым сечением. В расчете использовалось несколько методов: Бхатнагара - Гупты; метод, основанный на принципе минимума дополнительного рассеяния; метод конечных элементов. Показана возможность получения оценки напряженно-деформированного состояния методом характеристических параметров. Выведенные аналитические зависимости угловой скорости закручивания от времени на установившейся стадии ползучести могут быть использованы для определения сдвиговых параметров ортотропного потенциала Хилла в экспериментах на кручение или для их уточнения, если эти параметры найдены иными способами

Проведено теоретическое исследование влияния на напряженно-деформированное состояние в оболочковой форме (ОФ) величины угла охвата поверхности ОФ опорным наполнителем (ОН), при которой сферическая ОФ не будет разрушаться вследствие возникающих в ней температурных напряжений. Сформулирована задача оптимизации стойкости сферической ОФ в зависимости от угла охвата ее ОН при охлаждении в ней затвердевающей шарообразной отливки. Задача решалась с использованием уравнений линейной теории упругости, уравнения теплопроводности и численного метода. Приведены численная схема и разработанный алгоритм решения задачи. Показано, что трещиностойкость керамической ОФ определяется величиной нормальных напряжений. Проводится анализ полученных результатов стойкости керамической ОФ сферической геометрии с учетом зависимости модуля сдвига материала формы от температуры ОН

С использованием методов молекулярной динамики исследованы свойства нанополикристаллического ниобия при одноосном растяжении. С помощью алгоритма Вороного созданы модели поликристаллического ниобия с различными размерами зерен, а также изучено влияние размера зерна и температуры системы на его механические свойства. Показано, что размер зерна оказывает существенное влияние на механизм деформирования нанополикристаллического ниобия. В процессе деформации количество атомов на границах зерен значительно увеличивается, в то время как плотность дислокаций постепенно уменьшается. С уменьшением размера зерна модуль Юнга и предел текучести уменьшаются, что согласуется с обратным эффектом Холла - Петча. Установлено, что в образцах с меньшим размером зерна протяженность границ зерен и количество неупорядоченных атомов на них больше, что приводит к ухудшению механических свойств. С повышением температуры системы модуль Юнга и предел текучести уменьшаются, что обусловлено увеличением числа неупорядоченных атомов на границах зерен