|
|
|
Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика / Journal of Applied Mechanics and Technical Physics 2025 номер ...
2025 год, номер 4
|
Н.В. Дежкунов1, В.С. Минчук1, С.В. Уваров2, О.Б. Наймарк2, А.В. Котухов1
1Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск, Беларусь dnv@bsuir.by 2Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия usv@icmm.ru
Ключевые слова: кавитация, импульсный ультразвук, звуколюминесценция, динамика развития кавитации
Страницы: 3-6
Аннотация >>
Исследуется процесс кавитации в импульсном фокусированном ультразвуковом поле. Впервые зарегистрирована аномально длительная (до нескольких минут) задержка возникновения нестационарной кавитации относительно момента включения ультразвука. Предложена методика выбора параметров поля, обеспечивающих возможность управления динамикой развития кавитационной области
DOI: 10.15372/PMTF202415555 EDN: KGJAGR
|
|
Н.П. Киселев, В.И. Запрягаев, И.Н. Кавун, Р.А. Стяжкин, А.А. Пивоваров
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия nkiselev@itam.nsc.ru
Ключевые слова: недорасширенная струя, импактная струя, микроструя, преграда, режимы автоколебаний, пульсации давления
Страницы: 7-17
Аннотация >>
Выполнено исследование характеристик пульсаций давления на плоской полубесконечной преграде, на которую натекает сверхзвуковая недорасширенная струя. Число Маха на срезе сопла M а = 1, степень нерасчетности струи n = 2,1, расстояние от среза сопла до преграды h/Da = 2 ÷15 ( Da - диаметр выходного среза сопла). Показано, что тангенциальный вдув шести микроструй может приводить к существенному уменьшению пульсаций давления на преграде. Массовый расход через все микроструи составляет 0,3 % массового расхода через основную струю. Установлено, что при h/Da < 3 реализуется автоколебательный массорасходный режим взаимодействия струи с преградой, при 3 < h/Da < 8 ̶ автоколебательный режим с обратной акустической связью, при h/Da > 8 ̶ режим турбулентного апериодического взаимодействия
DOI: 10.15372/PMTF202415578 EDN: AQKJWC
|
|
Р.С. Трошкин, Л.С. Волков, А.А. Фирсов
Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, Россия troshkinrs@gmail.com
Ключевые слова: плазменно-стимулированное горение, сверхзвуковой поток, численное моделирование, эксперимент, разряд постоянного тока
Страницы: 18-23
Аннотация >>
Рассмотрена концепция плазменно-стимулированного горения, имеющая ряд преимуществ (уменьшение времени воспламенения, улучшение смешения, стабилизация фронта пламени). Представлены результаты исследования процесса воспламенения с помощью продольного разряда постоянного тока топливно-воздушной смеси, которая инжектируется со сверхзвуковой скоростью в ядро сверхзвукового потока воздуха. Для того чтобы исключить влияние перемешивания, топливо (этилен) предварительно перемешивалось с окислителем (воздухом). Описаны спроектированные система смешения этилена с воздухом и система инжекции полученной смеси в канал тестовой секции. Для данной конфигурации установки представлены результаты моделирования течения газа в пакете FlowVision и результаты экспериментов по воспламенению топлива в сверхзвуковом потоке
DOI: 10.15372/PMTF202415541 EDN: ETTBVU
|
|
С.А. Атрошенко1,2, Р.З. Валиев3, Н.А. Казаринов2, Н.Ф. Морозов2, Р.Р. Валиев3, Я.Н. Савина2, М.Н. Антонова2, А.Д. Евстифеев2
1Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург, Россия satroshe@mail.ru 2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия nkazarinov@gmail.com 3Уфимский университет науки и технологий, Уфа, Россия ruslan.valiev@ugatu.su
Ключевые слова: титановый сплав ВТ6, крупно- и ультрамелкозернистое состояния, покрытие из ZrN, динамическая эрозия, микротвердость, эрозионное разрушение
Страницы: 24-38
Аннотация >>
Экспериментально изучаются процессы износа и разрушения сплава ВТ6 с защитным покрытием из ZrN в исходном крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях при высокоскоростной динамической эрозии твердыми частицами корунда со средним размером 109, 58 и 23 мкм в воздушном потоке со скоростями 50 ÷ 250 м/с и временем экспозиции 30, 60 и 300 с. По результатам проведенных экспериментов определялись доля вязкого разрушения, глубина разрушенного слоя, изменение микроструктуры сплава вблизи эрозионной поверхности с покрытием и без него, а также весовой износ и шероховатость поверхности. Показано, что при высокоскоростном эрозионном воздействии процессы износа и разрушения сплава существенно зависят от времени экспозиции, скорости эрозии (скорости частиц абразива), размеров частиц порошка и структуры подложки
DOI: 10.15372/PMTF202415584 EDN: GPJDUQ
|
|
А.Г. Маликов1, И.Е. Витошкин1, Е.В. Карпов1,2, А.П. Завьялов1,3, К.В. Захарченко1,2
1Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия smalik707@yandex.ru 2Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия evkarpov@mail.ru 3Центр коллективного пользования ``Сибирский кольцевой источник фотонов'' Института катализа СО РАН, Кольцово, Россия zav_alexey@list.ru
Ключевые слова: лазерная сварка, волоконный лазер, синхротронное излучение, структурно-фазовое состояние, циклические, динамические и статические характеристики
Страницы: 39-46
Аннотация >>
С использованием волоконного лазера и термической постобработки созданы высокопрочные лазерные сварные соединения сплава Al-Cu-Li. С помощью синхротронного излучения на просвет изучено структурно-фазовое состояние сварного шва до и после обработки. Получены данные о структурном и фазовом составах сварного шва как трехмерного объема. Исследовано влияние термической обработки на сопротивление усталости лазерных сварных соединений алюминиево-литиевого сплава системы Al-Cu-Li. Проведены статические механические испытания лазерных сварных соединений при нормальной, повышенной и пониженной температурах для определения прочностных и деформационных свойств системы Al-Cu-Li. Выполнены динамические испытания сварных соединений системы Al-Cu-Li на ударный изгиб методом Шарпи
DOI: 10.15372/PMTF202415585 EDN: OZZIWM
|
|
С.П. Киселев, В.П. Киселев, К.А. Скороход, В.С. Шикалов
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия kiselev@itam.nsc.ru
Ключевые слова: титан, алюминий, метод холодного газодинамического напыления, численное моделирование, метод гладких частиц
Страницы: 47-57
Аннотация >>
Исследован механизм образования покрытия из алюминия (Al) на преграде из титана (Ti) при холодном газодинамическом напылении. Исследование структуры покрытий, полученных методом холодного газодинамического напыления, показало, что эти покрытия содержат шероховатый переходный слой, в котором атомы Al и Ti перемешаны. Сделано предположение, что формирование переходного слоя происходит при соударении микрочастицы с шероховатой преградой за счет конвективного механизма. При моделировании процесса перемешивания методом гладких частиц численно решена задача о соударении микрочастицы Al с преградой из Ti, содержащей конусообразную выемку. Показано, что в этом случае образуется кумулятивная струя Al, которая проникает в преграду из Ti, остывает, кристаллизуется и остается в ней в виде алюминиевого включения. В результате соударений большого числа микрочастиц с преградой на ней образуется переходный слой с пониженной энергией активации образования связи между атомами микрочастицы Al и преграды из Ti. Соударение микрочастиц Al с переходным слоем может приводить к их закреплению на поверхности слоя и образованию алюминиевого покрытия
DOI: 10.15372/PMTF202415589 EDN: QVIBZW
|
|
А.А. Чесноков, С.К. Тарасов
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия chesnokov@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: гравитационные течения, приближение Буссинеска, длинноволновые возмущения, слой смешения, уединенные волны
Страницы: 58-73
Аннотация >>
Предложена одномерная эволюционная система уравнений, описывающая в приближении Буссинеска движение тонкого придонного слоя в затопленном пространстве более легкой жидкости с учетом развития сдвиговой неустойчивости и формирования промежуточного слоя смешения. Для гидростатических течений определены скорости распространения возмущений и сформулировано понятие докритического (сверхкритического) течения. Рассмотрена стационарная задача о слое смешения. Показано, что в зависимости от числа Фруда набегающего потока формируется монотонный или волновой слой смешения. В первом случае достигается режим максимального вовлечения и стационарное решение определено на конечном промежутке. При учете негидростатичности давления в нижнем слое построены стационарные решения в форме уединенных волн второй моды, примыкающих к заданному постоянному течению. Выполнены нестационарные расчеты формирования и распространения придонных волн большой амплитуды
DOI: 10.15372/PMTF202415607 EDN: JKXEZL
|
|
В.В. Маркин1, П.А. Поливанов1,2, С.Д. Саленко2, А.А. Сидоренко1
1Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия markin@itam.nsc.ru 2Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия polivanov@itam.nsc.ru
Ключевые слова: струйный вихрегенератор, активное управление, пограничный слой, отрывное течение, вихрь
Страницы: 74-91
Аннотация >>
Выполнено экспериментальное исследование взаимодействия продольного вихря, генерируемого струйным вихрегенератором, с турбулентным пограничным слоем, развивающимся на плоской пластине. Основные измерения выполнены методом PIV. На основе этих данных получены напряжения Рейнольдса и исследован их вклад в уравнения Навье - Стокса. Анализ данных позволил получить интегральные зависимости, характеризующие влияние интенсивности продольного вихря на турбулентный пограничный слой. Установлено, что воздействие струйного вихрегенератора может приводить к уменьшению диссипации энергии в турбулентном пограничном слое
DOI: 10.15372/PMTF202415498 EDN: CBYAHH
|
|
Т.Ю. Шкредов1,2, Г.В. Шоев1, А.А. Шершнев1, А.Н. Кудрявцев1,2
1Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия shkredov@itam.nsc.ru 2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия alex@itam.nsc.ru
Ключевые слова: максвелловское скольжение, температурный скачок, численные методы, вычислительная гидродинамика, уравнения Навье - Стокса
Страницы: 92-109
Аннотация >>
Представлены результаты имплементации и применения граничных условий адиабатной и изотермической стенок со скольжением и температурным скачком в расчетном коде HyCFS-R для моделирования околоконтинуальных течений. Валидация проведена на задачах с внешним и внутренним течениями. В качестве внешнего течения выбрано обтекание цилиндра с юбкой T2-97, в качестве внутреннего - распространение ударной волны в длинной трубе и течение в сопле при малых числах Рейнольдса. Установлено, что в случае обтекания цилиндра с юбкой реализация граничного условия скольжения приводит к лучшему соответствию экспериментальным данным о положении точек отрыва и присоединения потока, чем условие прилипания. Показано, что в расчете с граничным условием скольжения ударная волна распространяется по длинной трубе быстрее, чем в расчете с граничным условием прилипания. Рассчитанные значения скорости распространения ударной волны удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. В случае истечения газа из сопла применение граничного условия скольжения приводит к лучшему согласованию расчетного и экспериментального распределений температуры вдоль поверхности
DOI: 10.15372/PMTF202415519 EDN: RZFFPV
|
|
А.Е. Гореликова, О.Н. Кашинский, А.С. Курдюмов
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия gorelikova.a@gmail.com
Ключевые слова: локальные характеристики, наклонный канал, двухфазное течение, локальное газосодержание
Страницы: 110-117
Аннотация >>
Экспериментально исследована структура восходящего пузырькового течения в наклонной трубе с круглым сечением. Профили локального газосодержания получены с использованием точечного датчика электропроводности. Напряжение трения на стенке трубы определялось с помощью электродиффузионного метода. Показано существенное влияние ориентации трубы на локальные характеристики газожидкостного течения. В верхней части наклонной трубы происходит значительное увеличение концентрации газовой фазы, что приводит к увеличению максимальных значений локального газосодержания вблизи стенки и к увеличению напряжения трения на стенке по сравнению с однофазным течением. Наиболее существенное увеличение трения происходит при углах наклона от 40 до 60°.
DOI: 10.15372/PMTF202415559 EDN: FCERKW
|
|
В.Ю. Ляпидевский1, О.А. Зуев2, Н.И. Макаренко1, Е.Г. Морозов2, Д.И. Фрей2
1Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия liapid@hydro.nsc.ru 2Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия qillous@gmail.com
Ключевые слова: расслоенная жидкость, течения над препятствиями, расщепление
Страницы: 118-128
Аннотация >>
Рассматриваются математические модели длинноволнового приближения для трехслойной жидкости с учетом перемешивания и вовлечения на границах раздела слоев. Данные нелинейные модели используются для описания изменения характера неоднородных потоков при прохождении над локализованными возвышениями дна. Сравнение результатов численных расчетов с данными натурных измерений показывает, что модели адекватно воспроизводят структуру шельфовых и глубоководных течений, в которых происходит расщепление потока с последующим утолщением пассивного промежуточного слоя и образованием интенсивной присклонной струи за препятствием
DOI: 10.15372/PMTF202415562 EDN: AKYFVP
|
|
М.М. Рамазанов1,2, Н.С. Булгакова1,3, Л.И. Лобковский4
1Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики - филиал Объединенного института высоких температур РАН, Махачкала, Россия mukamay-ipg@mail.ru 2Институт динамики геосфер им. М. А. Садовского РАН, Москва, Россия 3Дагестанский государственный университет народного хозяйства, Махачкала, Россия ipgnatali@mail.ru 4Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия llobkovsky@ocean.ru
Ключевые слова: многолетнемерзлые породы, газогидраты, плавление льда, деградация, растворы, осмос, математическая модель
Страницы: 129-143
Аннотация >>
На основе сформулированной математической модели проведены численные эксперименты, в которых исследовалась деградация многолетнемерзлых пород, содержащих лед, скопления метастабильных консервированных газогидратов и свободного газа, при тепловом и солевом воздействии растворов с учетом осмотического эффекта. На основе многовариантных расчетов изучены закономерности и скорость деградации мерзлоты и разгрузки метана. Проведено сравнение некоторых данных полученных с использованием модели с соответствующими экспериментальными данными, которое показало, что они хорошо согласуются
DOI: 10.15372/PMTF202415575 EDN: CZSXGQ
|
|
В.Б. Погосян, М.А. Токарева, А.А. Папин
Алтайский государственный университет, Барнаул, Россия pogosyanvb@gmail.com
Ключевые слова: фильтрация, пористая среда, углекислый газ, вязкоупругость
Страницы: 144-155
Аннотация >>
На основе уравнений фильтрации рассматривается задача о закачке CO2 в вязкоупругую пористую среду. Исследована двумерная задача о деформации пористого скелета с учетом изменения пористости. Для модельной системы уравнений в тонком слое построено точное решение начально-краевой задачи
DOI: 10.15372/PMTF202415539 EDN: HWJKVH
|
|
В.Д. Кургузов
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия kurguzov@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: пластическая анизотропия, смешанная мода разрушения, излом траектории трещины, упругопластическое разрушение, критическая нагрузка
Страницы: 156-168
Аннотация >>
Рассматривается инициирование наклонной краевой трещины смешанного типа (моды I и II разрушения) в тонкой полосе из листовой стали под действием растягивающих нагрузок. В процессе прокатки первоначально изотропный листовой металл, как правило, приобретает значительную анизотропию, характеризующуюся различием пластических свойств в направлении прокатки и поперечном направлении. Для описания пластической анизотропии используется квадратичный критерий пластичности Хилла. Процесс разрушения таких материалов описан с помощью модифицированной модели Леонова - Панасюка - Дагдейла. При сложном нагружении траектория трещины искривляется, поэтому угол излома траектории определяется с использованием силового интегрального критерия прочности. В асимптотических представлениях компонент напряжений в окрестности вершины трещины учитываются несингулярные слагаемые ( T-напряжения). Для получения критических параметров разрушения полосы с наклонной краевой трещиной предложен двухпараметрический критерий прочности. Проведен анализ параметров, входящих в полученную аналитическую модель. Безразмерные геометрические параметры конструкции найдены численно методом конечных элементов. Получена система двух нелинейных уравнений относительно критической длины зоны предразрушения и критической нагрузки в случае сложного напряженного состояния. С использованием критерия пластичности Хилла определены форма и размеры зоны пластичности в окрестности вершины трещины в пластически анизотропном материале
DOI: 10.15372/PMTF202415572 EDN: KXHSAI
|
|
Л.В. Степанова, О.Н. Белова, Д.В. Чаплий, Ю.С. Быкова
Самарский национальный исследовательский университет им. С. П. Королева, Самара, Россия stepanova.lv@ssau.ru
Ключевые слова: поврежденность, асимптотика поля напряжений, трещина, ползучесть, степенной закон накопления повреждений
Страницы: 169-180
Аннотация >>
Приведены и обсуждаются результаты вычислений полей сплошности и напряжений (в связанной постановке) вблизи фронта трещины в условиях ползучести, выполненных методом конечных элементов, для определения асимптотических распределений напряжений и сплошности (поврежденности) вблизи края разреза. Для различных значений материальных постоянных определена форма области поврежденности материала при ползучести, развивающейся перед вершиной разреза. В результате анализа полученных в расчетах с использованием метода конечных элементов радиальных распределений напряжений установлено, что процесс аккумуляции повреждений обусловливает изменение асимптотического поведения напряжений вблизи вершины трещины в материале, описываемом степенным определяющим уравнением. Показано, что в отсутствие накопления повреждений численное решение задачи выходит на асимптотику Хатчинсона - Райса - Розенгрена, тогда как учет процесса аккумулирования повреждений влияет на поле напряжений вблизи выреза или трещины. Использование конечно-элементных радиальных распределений напряжений и сплошности позволяет установить характерные размеры областей доминирования различных асимптотик вблизи вершины трещины
DOI: 10.15372/PMTF202415561 EDN: EFFDNP
|
|
А.Ю. Ларичкин1, К.В. Захарченко1, В.И. Капустин2
1Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия larichkingg@yandex.ru 2Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия macler06@mail.ru
Ключевые слова: алюминиевый сплав, упругопластическое деформирование, деформационные характеристики, ползучесть, усталостное разрушение
Страницы: 181-187
Аннотация >>
Проведено физическое моделирование процесса формообразования панели из сплава АК4-1 (Al-Cu-Mg) в условиях ползучести при температуре отжига T = 420 °C. Процесс формообразования имитировался растяжением при ползучести круглых цилиндрических образцов до различных значений деформации, не превышающих 6 %. В результате испытаний получены параметры классической модели Бойла - Нортона для установившейся ползучести. В соответствии с технологическим процессом формообразования в условиях ползучести для восстановления прочностных свойств панели проведена термообработка образцов (закалка и старение). Напряжения для испытаний на усталость определялись путем ступенчатого циклического нагружения с увеличением амплитуды напряжений. Испытания прекращались при возникновении пластических деформаций. Проведено сравнение характеристик сопротивления усталостному разрушению образцов в состоянии поставки, образцов, растянутых при ползучести и после термообработки, и образцов с нулевой деформацией ползучести после термообработки. Показано, что накопленная образцами деформация ползучести, превышающая 2 %, может вызвать уменьшение их усталостных характеристик по сравнению с характеристиками образцов в состоянии поставки
DOI: 10.15372/PMTF202415546 EDN: RYBVQQ
|
|
В.Н. Паймушин1,2, В.М. Шишкин3
1Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева, Казань, Россия vpajmushin@mail.ru 2Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия 3Вятский государственный университет, Киров, Россия vshishkin1951@mail.ru
Ключевые слова: колебания, стержень-полоса, упругий опорный элемент, закрепленный участок конечной длины, поперечное обжатие
Страницы: 188-205
Аннотация >>
Решается задача о вынужденных изгибных колебаниях стержня-полосы с двумя консолями и закрепленным участком конечной длины на одной из лицевых поверхностей. Для описания процессов деформирования консолей используется классическая модель Кирхгофа - Лява, закрепленного участка - уточненная сдвиговая модель Тимошенко с учетом поперечного обжатия, модифицированная за счет учета наличия заданных перемещений опорного элемента. Сформулированы условия кинематического сопряжения закрепленного участка и консолей, с учетом которых на основе принципа Гамильтона - Остроградского получены уравнения движения и граничные условия, а также силовые условия сопряжения участков стержня. Построено точное аналитическое решение задачи о гармонических вынужденных колебаниях при воздействии гармонической поперечной силы на конце одной из консолей стержня. Проведены численные эксперименты, в которых исследовались вынужденные изгибные колебания стержня, выполненного из дюралюминия марки Д16АТ. Показано, что колебания ненагруженной консоли стержня в основном обусловлены заданными перемещениями опорного элемента
DOI: 10.15372/PMTF202415473 EDN: ORFUXN
|
|
М.В. Жаров, Е.В. Преображенский
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Москва, Россия maximzharov@mail.ru
Ключевые слова: пластическое течение металла, моделирование, метод конечных элементов, поле скоростей деформаций, поле напряжений, дефекты формы
Страницы: 206-218
Аннотация >>
Приводятся результаты исследований достоверности математического моделирования пластического течения металла с использованием метода конечных элементов, реализованного в различных программных продуктах. Изучены недостатки метода конечных элементов и их влияние на описание деформационных процессов, происходящих при интенсивном формоизменении заготовки. Особое внимание уделено исследованию областей со сложным течением металла. Проведено сравнение результатов математического моделирования, полученных при использовании программных продуктов MSC Simufact.Forming, Transvalor Forge, SFTC DeForm, КванторФорм QForm, с параметрами реальных изделий. Показано, что результаты математического моделирования, проведенного с помощью указанных прикладных программных продуктов при исследовании сложного течения металла, являются достаточно достоверными
DOI: 10.15372/PMTF202415468 EDN: DIWIUG
|
|
Б.Д. Аннин1, С.И. Сенашов2
1Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия annin@hydro.nsc.ru 2Сибирский государственный университет науки и технологий им. М. Ф. Решетнева, Красноярск, Россия sen@sibsau.ru
Ключевые слова: дифференциальные уравнения с нелокальными коэффициентами, колебания нелинейной упругой пластины
Страницы: 219-224
Аннотация >>
Решена задача групповой классификации для уравнений, описывающих колебания нелинейной упругой пластины, находящейся в потоке газа. Приведены точные решения этих уравнений, которые могут использоваться как тестовые при численном решении
DOI: 10.15372/PMTF202415552 EDN: ELEGKY
|
|