авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 11 |

«Учреждение Российской академии наук Уральское отделение РАН Российский национальный комитет по теоретической и прикладной механике Научный совет РАН по механике ...»

-- [ Страница 7 ] --

Поскольку плотность и удельная внутренняя энергия смеси получаются суммированием парциальных плотностей и энергий компонентов, то они не могут быть связаны уравнением состояния и, следовательно, скорость звука в смеси не может определяться с помощью общепринятого уравнения. В то же время скорость распространения слабого сигнала в смеси должна зависеть от скоростей звука и концентраций компонентов. В работе предлагается такая зависимость и дается ее обоснование. Излагаются условия на поверхности сильного разрыва и рассматривается структура ударной волны в смеси. Проводится сравнение с экспериментом.

Работа выполнена при поддержке РФФИ. Грант №10-01-00032.

СТРАТИФИКАЦИЯ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ В СИЛЬНОМ ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ Лахтина Е.В.

Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук В данной работе экспериментально исследовано влияние гравитационного поля и диффузии на распределение коллоидных частиц магнитной жидкости в цилиндрической ячейке (высота ячейки значительно превышала ее радиус). Интерес к такого рода исследованиям обусловлен технологической необходимостью синтеза магнитных жидкостей с принципиально новым набором свойств. Дело в том, что существующие жидкости, приспособленные к длительной работе в градиентных магнитных полях (например, в магнитожидкостных уплотнителях), известны, но из-за предельно высокой концентрации частиц они обладают неньютоновскими свойствами и тиксотропией, что недопустимо при работе в измерительных устройствах. Более широкое применение получат магнитные жидкости без предельного напряжения сдвига, не расслаивающиеся под действием градиентных полей и одновременно обладающие высокой намагниченностью. Для создания таких жидкостей необходимы данные об устойчивости магнитных коллоидов в градиентных и сильных полях.

Для моделирования воздействия сильного гравитационного поля стандартную магнетитовую жидкость центрифугировали в лабораторной центрифуге Опн- определенное время (от получаса, до 2 суток). Затем мостом взаимной индуктивности [1], который перемещался вдоль оси ячейки с мелким шагом (1.5 мм), измеряли начальную магнитную восприимчивость слоев жидкости в зависимости от расстояния до дна ячейки. Из данных по магнитной восприимчивости рассчитывалось распределение коллоидных частиц.

Полученные экспериментальные кривые сопоставлялись с теоретической моделью [2].

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 10-02-96022, 10-01-96038).

Литература 1. Лахтина Е.В., Пшеничников А.Ф. Дисперсия восприимчивости и микроструктура магнитной жидкости // Коллоид. журн. 2006. Т. 68, № 3. C. 327-337.

2. Пшеничников А.Ф. Магнитофорез и диффузия частиц в концентрированных магнитных жидкостях //13я Международная Плеская конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям. 2008. С.168 173.

РАСШИРЕНИЕ РАБОЧЕГО ДИАПАЗОНА ТЕМПЕРАТУР МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ Лебедев А.В., 2Лысенко С.Н.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Институт технической химии УрО РАН, Пермь Благодаря сочетанию ярко выраженных магнитных свойств и подвижности, характерной для классических жидкостей, магнитные жидкости [1-3] являются перспективным объектом для фундаментальных исследований и практических приложений [4].

В работе [5] сообщается об открытии нового многофункционального стабилизатора – полипропилен гликоля (PPG), позволяющего создавать магнитные жидкости на основе полярных и неполярных сред. Одним из положительных качеств PPG является расширение рабочего диапазона температур магнитной жидкости. При этом граница диапазона Обратная относительная вязкость температур существенно зависит от типа базовой 0. среды [6]. Наилучшие результаты имеет жидкость на основе пропилового спирта. Она сохраняет 0. подвижность вплоть до -115°C. Но при этом 0. вязкость жидкости при низких температурах достигает десятков Пуаз. 0. Недавно нам удалось найти базовую среду, при использовании которой вязкость магнитной -100 -50 0 жидкости значительно слабее зависит от Температура [o C] температуры. Этой средой является 1,3 Диоксолан. На рисунке представлены для сравнения зависимости обратной относительной вязкости для жидкостей на базе диоксолана (•), этилового эфира (), толуола () и пропанола (+).

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 10-02-96022-р_урал_а.

Литература 1. M. I. Shliomis, Usp. Fiz. Nauk 112, 427 (1974) [Sov. Phys. Usp. 17, 153 (1974)].

2. R. E. Rosensweig, Ferrohydrodynamics (Cambridge University Press, Cambridge, 1985).

3. E. Blums, A. Cebers, and M. M. Maiorov, Magnetic Fluids (Walter de Gruyter, Berlin, 1997).

4. S. Odenbach, Lecture Notes in Physics, Vol. m71 (Springer, Berlin, 2002).

5. A. V. Lebedev and S. N. Lysenko Appl. Phys. Lett. 95, 013508 (2009).

A. V. Lebedev and S. N. Lysenko, JMMM, Proceedings 12th International Conference on Magnetic Fluids, (in 6.

press).

О ПРИМЕНЕНИИ КОНЦЕПЦИИ СПИРАЛЬНОСТИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ 1, Левина Г.В., 3,4Монтгомери М.Т.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Институт космических исследований РАН, Москва Naval Postgraduate School, Monterey, CA, USA NOAA-Hurricane Research Division, Miami, FL, USA В совместных российско-американских исследованиях [1] впервые в мировой практике изучения тропических циклонов (ТЦ) были выполнены расчеты спиральных характеристик поля скорости развивающегося ураганного вихря на основе американских данных облачно разрешающего численного моделирования с помощью региональных моделей атмосферы.

Проведен анализ спиральных характеристик для нескольких сценариев развития атмосферных вихрей, в которых наблюдались разные стадии эволюции ТЦ – от тропической депрессии со скоростью ветра меньше 17 м/с до зрелого урагана, где скорость превышает м/с. Прослежена эволюция крупномасштабной вихревой неустойчивости, возникающей на фоне мощной облачной влажной конвекции. Неустойчивость развивается путем слияния мелкомасштабных спиральных конвективных структур и приводит к образованию более крупных и интенсивных спиральных вихрей. Получены распределения спиральности, кинетической энергии и энстрофии. Отмечены важные отличительные особенности поведения интегральной спиральности вихревой системы по сравнению с двумя другими интегральными характеристиками. Практическая значимость полученных результатов связана с применением анализа спиральности, как для диагностики зарождения ТЦ, так и прогноза интенсификации уже образовавшегося атмосферного вихря. С целью изучения возможностей для применения концепции спиральности при диагностике и оперативном прогнозе зарождения ТЦ Г.В. Левина приняла участие в натурном эксперименте американских ученых NSF-PREDICT (PRE-Depression Investigation of Cloud-systems in the Tropics) (2010). Этот эксперимент проводился в рамках широкомасштабной кампании по изучению ТЦ, совместно организованной NASA, NOAA и NSF-NCAR, с использованием всего арсенала самых современных средств (наземных, авиационных, космических) исследования ТЦ. В полете RF19 (research flight), в котором участвовала Г.В. Левина, удалось зарегистрировать «рождение» тропического шторма Карл, которое происходило «на глазах» у исследователей, т.е. собрать данные непосредственно до, во время и после этого события, что является редкой удачей в истории полетов в ураганы.

Литература 1. Левина Г.В., Монтгомери М.Т. О первом исследовании спиральной природы тропического циклогенеза – Доклады Академии наук, 2010. Т. 434, № 3. С. 401-406.

ДИНАМИКА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МИШЕНИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПЛАЗМЕННЫМИ ПОТОКАМИ Лейви А.Я., 1Талала К.А., 1,2Яловец А.П.

Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Институт электрофизики Уральского отделения Российской Академии наук, Екатеринбург В настоящее время обработка твердотельных мишеней плазменными потоками широко используется для улучшения свойств материала мишени. Одним из способов модификации является обработка компрессионными плазменными потоками [1]. Скорость таких потоков 104-105 м/с, температура T=104 -5 104 К, при этом поток энергии на мишень составляет q=109-1010 В/м2. Такая обработка способствует улучшению технических характеристик изделий. Динамика приповерхностных слоев оказывает существенное влияние на свойства материала. Изменение рельефа поверхности и массоперенос вещества изменяют, в первую очередь, механические свойства. Экспериментальные исследования этих явлений не позволяют получить детальную информацию о процессах, происходящих в обрабатываемом материале. Численное исследование делает возможным учет различных факторов (параметры плазмы, геометрию задачи и т.д.) и определение наиболее оптимального для модификации свойств режима.

Важную роль в изменении рельефа поверхности играют гравитационные волны и неустойчивость Релея-Тейлора [2]. Проведенные исследования показывают, что сглаживание микрорельефа поверхности обрабатываемой поверхности наблюдается, если такая обработка не сопровождается образованием плазменного факела с поверхности материала. Также показано, что увеличение количества импульсов плазменной обработки приводит к уменьшению шероховатости поверхности.

Также проведены численные исследования жидкофазного массопереноса в приповерхностных слоях мишени при обработке плазменными потоками. Определены основные механизмы массопереноса в приповерхностных слоях мишени (в системе пленка подложка) в зависимости от параметров плазменного потока.

Литература 1. Углов В.В., Анищик В.М., Асташинский В.В., Асташинский В.М., Ананин С.И., Аскерко В.В., Костюкевич Е.А, Кузьмицкий А.М., Квасов Н.Т, Данилюк А.Л. Формирование субмикронных цилиндрических структур при воздействии на поверхность кремния компрессионным плазменным потоком // Письма в ЖЭТФ, 2001, Т. 74, № 4,- С. 234-236.

2. В.С.Красников, А.Я. Лейви, А.Е. Маейр, А.П. Яловец. О механизмах сглаживания микрорельефа поверхности мишени при облучении интенсивным потоком заряженных частиц // ЖТФ, 2007, том 77, вып. 4.- С. 41-49.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА С ДИСПЕРСАНТАМИ В ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ Лейман Д.В., Сафронов А.П., Терзиян Т.В.

Уральский государственный университет им. А.М. Горького, Екатеринбург В настоящее время большой интерес представляют водные суспензии наночастиц оксидов железа. Вследствие своей нетоксичности, такие суспензии могут применяться в биотехнологии и медицине: магниторезонансное исследование, локальная гипертермия и УЗ диагностика. Во всех случаях требуется агрегативно и кинетически устойчивая суспензия с как можно меньшим размером частиц. Добиться нужного результата позволяет применение дисперсантов различной природы. Размер частиц в суспензии зависит от многих факторов:

электрокинетического потенциала, энергии взаимодействия дисперсанта с наночастицами, плотности и жесткости адсорбционного слоя на поверхности наночастиц, взаимодействия наночастиц между собой, кислотности среды и т.д.

Целью данной работы являлось изучение размера частиц и степени агрегации в суспензиях в зависимости от энтальпии взаимодействия наночастиц оксида железа с водными растворами дисперсантов на основе солей олигомерной полиакриловой и полиметакриловой кислот, а также с раствором цитрата натрия. В работе использовался нанопорошок оксида железа (FeOx 20n со средним размером частиц 45 нм), полученный в лаборатории импульсных процессов ИЭФ УрО РАН методом электрического взрыва проволоки. Суспензии наночастиц были приготовлены диспергированием нанопорошка ультразвуком в воде ультразвуковым процессором ColeParmer (300 Вт, 20 кГц). Для стабилизации использовали дисперсанты DarvanC-N (полиметакрилат аммония с ММ = 16000), DispexA40 (полиакрилат аммония с ММ = 4000) и цитрат натрия.

Методом динамического светорассеяния на анализаторе Brookhaven ZetaPlus для суспензий была определена зависимость средневзвешенного размера агрегатов и от концентрации дисперсанта. Методом изотермической калориметрии на микрокалориметре типа Тиана-Кальве были измерены энтальпии смачивания нанопорошков растворами дисперсантов. Показано, что наночастицы в водных суспензиях агрегированы. Агрегация наночастиц в суспензиях, стабилизированных цитратом натрия меньше, чем в суспензиях, стабилизированных DispexA40 и DarvanC-N. Степень агрегации коррелирует с энтальпией смачивания.

Работа выполнена в сотрудничестве с Институтом Электрофизики УрО РАН. Работа выполнена при финансовой поддержке АВЦП 2.1.1/1535, ФЦП НК-43П(4), РФФИ 10-02 96015.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ МЕЖДУ СОСЕДНИМИ ИМПУЛЬСАМИ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ПОРИСТОГО ЖЕЛЕЗА Лепендин А.А.

Алтайский государственный университет, Барнаул Метод акустической эмиссии (АЭ) основан на регистрации ультразвукового излучения, возникающего при перестройке внутренней структуры деформируемого материала. В данной работе проведено изучение поведения одного из параметров АЭ сигнала – плотности распределения интервалов времени между соседними импульсами. В качестве объекта исследования было выбрано пористое железо с пористостью в интервале P=5-25%. Данный материал можно рассматривать как модельный при изучении влияния геометрии неоднородной среды и перколяционных эффектов (при изменении пористости) на процессы деформирования и разрушения и следовательно на поведение различных параметров акустической эмиссии.

Регистрация сигналов проводилась в широком интервале частот – от 100 до 800 кГц. С помощью спектрального анализа было выявлено два частотных диапазона с качественно разным поведением при разрушении исследуемых материалов – низкочастотный (100 400 кГц) и высокочастотный (400-800 кГц). Рассмотрение амплитудных распределений акустико-эмиссионных сигналов показало, что возможно выделение двух групп низкоамплитудных и высокоамплитудных импульсов акустической эмиссии в регистрируемом сигнале. Согласно литературным данным [1], первые характерны для интенсивной пластической деформации в компактных участках материала, а вторые, как правило, порождаются крупными сдвигами в материале и/или процессами разрушения в нем.

Строились гистограммы распределений временных интервалов между импульсами для двух частотных диапазонов и было показано, что данные распределения имеют степенной характер, с показателями, меняющимися при изменении пористости. При этом все акустико эмиссионные импульсы дополнительно разделялись на две группы по амплитудам, для которых получение распределений проводилось независимо. Выявлено существенное различие величин степенных показателей для этих групп. Было показано, что данные распределения можно характеризовать как опосредованные свидетельства проявления самоорганизованной критичности [2] при развитии процессов разрушения в пористых металлических материалах.

Литература 1. Гусев О.В. Акустическая эмиссия при деформации монокристаллов тугоплавких металлов. М.: Наука, 1982. – 108 с.

2. Подлазов А.В. Самоорганизованная критичность и анализ риска. //Прикладная и нелинейная динамика.

2001. Т.9. №1.С.49-88.

ПОВЕДЕНИЕ АРМИРОВАННЫХ ПЛАСТИКОВ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ОДНООСНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ И ИЗГИБ В УСЛОВИЯХ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Лобанов Д.С., Бабушкин А.В., Вильдеман В.Э.

Пермский государственный технический университет, Пермь Среди современных конструкционных материалов применяемых в машиностроении все большую долю занимают композиционные материалы. Для расчетов композитных конструкций является актуальным всестороннее исследование свойств новых материалов, в том числе в условиях сложных термомеханических воздействий. В области испытаний композитов остается много нерешенных вопросов в связи с их разнообразием и специфическим характером поведения при деформации и разрушении [2].

В работе приведены результаты экспериментального исследования механических характеристик однонаправленного высоконаполненного стеклопластика [1] и тканых стекло и углепластиков. Построены диаграммы нагружения и диаграммы деформирования для разных материалов. Рассмотрены механизмы разрушений армированных пластиков при испытаниях на растяжение, сжатие и 3-х точечный изгиб [4]. Проведена статистическая обработка основных механических характеристик, определены предел прочности и модуль упругости для тканых стекло- и углепластиков при нормальных (220С) и повышенных (1500С) температурах [3] в испытаниях на растяжение и 3-точечный изгиб. А для однонаправленного стеклопластика определены предел прочности и модуль упругости при нормальной (220С), повышенной (400С) и пониженной (-300С) температурах в испытаниях на одноосное растяжение, построены температурные зависимости.

Работа выполняется при финансовой поддержке ФЦП «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007 – 2012 годы» (гос. контракт №02.518.11.7135).

Литература.

1. Бабушкин А.В, Вильдеман В.Э., Лобанов Д.С. Испытания на растяжение однонаправленного высоконаполненного стеклопластика при нормальной и повышенной температурах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2010. –Т.76, №7. - С.57-59.

2. Современные методы испытаний композиционных материалов. науч.-метод. сборник / под ред. А.П.

Гусенкова, сост. А.Н. Полилов – Москва: изд-во ИМАШ им. А.А. Благонравова, 1992. – 247с.

3. Степнов М.Н. Вероятностные методы оценки характеристик механических свойств материалов и несущей способности элементов конструкций. – Новосибирск: Наука, 2005. – 242 с.

4. Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. – М.:

Химия, 1981. – 272 с.

ПРОТИВОУДАРНЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ НА ОСНОВЕ ВЯЗКОУПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ В КОНТАКТНЫХ ЗАДАЧАХ Локтев А.А., Вершинин В.В.

Московский государственный строительный университет, Москва Данная работа посвящена математическому моделированию ударного взаимодействия двух тел с учетом располагающегося между ними в зоне контакта противоударного изолятора, состоящего из упругого и вязкого элемента, соединенных параллельно и последовательно в разных вариантах изолятора [1,2]. Одно из взаимодействующих тел представляет собой балку, из-за податливости опор которой, вводятся некоторые ограничения, касающиеся длины балки и определяющие, что за время ударного взаимодействия стационарные колебательные и нестационарные процессы не дошли до ее торцов. Искомые зависимости перемещений точек мишени, их ускорений и контактной силы от времени определяются только для первого ударного импульса до отрыва ударника от балки.

Для определения соответствующих аналитических зависимостей используется подход С. П. Тимошенко, применимый к случаям соударения с балкой таких тел, что общая нормаль в точке соприкасания недеформированных поверхностей тела и балки проходила через центр инерции тела и была вертикальной [1]. Кроме того, уравнение поверхности тела в точках начального касания с балкой и их окрестностях должно быть свободно от аналитических особенностей и не содержать особых точек, а кривизна ударяющего тела в тех же точках не должна быть равна нулю, для возможности использования расширенной теории Герца. В пространстве изображений неизвестные величины представляются с помощью разложений в ряды по тригонометрическим функциям, коэффициенты при которых определяются через граничные условия в точках крепления балки и в зоне установки противоударного изолятора.

В работе получены аналитические выражения для основных характеристик динамического контакта, показывающих влияние на них параметров конструкции, ударного взаимодействия, упругого и вязкого элемента изолятора [2]. При некотором значении времени релаксации и отношении его к жесткости упругого элемента происходит прилипание ударника к мишени и дальнейшие движения они совершают вместе, при этом максимальная величина контактной силы существенно уменьшается. Проведены оценка времени срабатывания изолятора с вязкоупругим элементом Максвелла и Кельвина-Фойгта.

Проведенные исследования позволяют подобрать противоударный изолятор при воздействии на него ударника с массой и скоростью из достаточно широкого диапазона значений.

Литература 1. Локтев А.А. Удар вязкоупругого тела по упругой изотропной пластинке // Механика композиционных материалов и конструкций, Т. 13. N 3. 2007. C. 170-178.

2. Баландин Д. В., Болотник Н. Н. Оптимизация параметров противоударных изоляторов для системы с двумя степенями свободы // Изв. РАН. МТТ. 2003. №3. С. 57-74.

ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНВЕКЦИИ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ВАННЕ ПРИ ПОДОГРЕВЕ СНИЗУ Ломова Ю.В., Мазунина Е.С.

Пермский государственный педагогический университет, Пермь Целью данной работы является изучение тепловой конвекции несжимаемой жидкости находящейся в цилиндрической ванне, которая подогревается снизу. Ванна имеет бесконечную длину, цилиндрическая поверхность считается твердой и температура вдоль границы меняется по гармоническому закону. Плоская граница предполагается свободной и температура на ней постоянна.

В случае отсутствия движения распределение температуры внутри полости получено аналитически.

При численном решении задачи использовались нелинейные уравнения для момента импульса и температуры в полярной системе координат [1]. Система уравнений и граничных условий имеет два безразмерных параметра: число Прандтля и число Релея. Расчет проведен с помощью схемы Кранка-Николсона на половине области (четверти круга).

В численном счете определено критическое число Релея, при котором в ванне возможно движение. При числе Релея больше критического в расчетной области по истечению нескольких единиц безразмерного времени устанавливается стационарная конвекция в виде одного вихря. Вдоль оси симметрии ванны жидкость движется вверх, а на твердых границах опускается вниз. Для разных значений числа Релея и Прандтля получены поля функции тока и температуры. Максимальная функция тока зависит от числа Релея по степенному закону. Проведено сравнение задачи с цилиндром круглого [2] и квадратного сечений при подогреве снизу.

Литература 1. Чернатынский В.И. Численное исследование конвекции в зазоре между горизонтальными коаксиальными цилиндрами. //Гидродинамика. Вып. VIII: сб.статей.-Пермь.1976.- С.84-92.

2. Чернатынский В.И. Численное исследование конвекции в горизонтальном цилиндре круглого сечения.

//Гидродинамика. Вып. VII: сб.статей.-Пермь.1974.- С.65-82.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДЕКОМПОЗИЦИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НЕЗАВИСИМОГО УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯМИ И ДЕФОРМАЦИЯМИ С ПОМОЩЬЮ СОБСТВЕННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ Лохов В.А., Туктамышев В.С., Няшин Ю.И.

Пермский государственный технический университет, Пермь В докладе обсуждаются вопросы независимого управления напряжениями и деформациями посредством собственных деформаций. Под термином «собственная деформация» (eigenstrain) понимается неупругая деформация любой природы: температурная деформация, пьезоэлектрическая деформация, деформация фазовых переходов, деформация роста и перестройки живых тканей и др. Предполагается, что собственная деформация может быть вычислена независимо и в уравнениях краевой задачи считается известной (например, можно независимо найти температурные деформации, пьезоэлектрические деформации, деформации фазовых переходов, и т.д.).

Использование данного понятия позволяет разработать единый подход к решению двух классов задач, имеющих большое значение при проектировании и разработке интеллектуальных систем: создание в теле заданного поля напряжений, сохраняя поле деформаций, и создание заданной формы системы, не меняя напряженного состояния системы.

Решение этих задач основано на теореме, доказанной в работе [1], согласно которой любое распределение собственной деформации, существующее в теле, может быть единственным образом разложено на две части: первая часть – stress-free eigenstrain – не вызывает напряжений в системе, вторая часть – deformation-free eigenstrain – не вызывает деформаций в системе. Разработанный подход является развитием работ Пермской школы, проводимых под руководством А.А. Поздеева в области управления остаточными напряжениями в процессах обработки металлов давлением.

Показано, что указанные виды собственной деформации образуют подпространства в энергетическом функциональном пространстве собственных деформаций. Для построения данных подпространств разработаны алгоритмы построения систем базисных функций.

В докладе будут представлены алгоритмы решения обозначенных классов задач, учитывающие особенности создания в теле собственных деформаций (температурных, пьезоэлектрических, деформаций фазовых переходов и т.д.). В качестве примера будет рассмотрена задача об управлении остаточными напряжениями во вращающемся диске.

Литература 1. Lokhov V., Nyashin Y., Ziegler F. Statement and solution of optimal problems for independent stress and deformation control by eigenstrain // Zeitschrift fr Angewandte Mathematik und Mechanik. – Vol. 89, No. 4, 2009. – P. 320– РОЛЬ ГРАДИЕНТНЫХ И АДГЕЗИОННЫХ ЭФФЕКТОВ ПРИ ОЦЕНКЕ ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СРЕД Лурье С.А.

Институт прикладной механики РАН, Москва Приводится анализ градиентных моделей Миндлина, моделей сред квазиконтинуума Тупина и дается их обобщение на случай учета адгезионных эффектов, которые предлагается рассматривать как масштабные эффекты. Показано, (совместно с Беловым П.А.), что для всех, даже самых общих градиентных моделей второго порядка только два масштабных параметра определяют два различных градиентных эффекта в объеме тела.

Приводятся оценки, показывающие, что существуют такие структурированные среды, в которых адгезионные эффекты могут давать существенно больший вклад в эффективные свойства, чем градиентные эффекты (эффекты когезионного типа).

Приводится анализ влияния масштабных факторов на поведение как однородных изотропных сред, так и неоднородных сред с развитой внутренней структурой. Решения, построенные с использованием градиентной теории межфазного слоя, сравниваются решениями тестовых, одномерных задач, полученных для дискретной системы, в которой реализуются взаимодействия Ленарда - Джонса. Установлено, что фактически для всех однородных материалов значение масштабного (градиентного) параметра, имеющего размерность длины, не превышает половины межмолекулярного расстояния, т.е.

пренебрежимо мало. Соответствующие поправки к эффективным физико-механическим классическим характеристикам, за счет учета этих масштабных факторов оказывается меньше чем 0.01 %. С другой стороны, для неоднородных структур с высокой плотностью границ роль масштабных факторов многократно возрастает и градиентные эффекты нельзя не учитывать. Градиентные поправки при вычислении эффективных физико-механических характеристик (эффективных модулей упругости, эффективной теплопроводности и др.) оказывают значительное влияние и на могут превышать 40%. Градиентные эффекты характер решения, т.е. на характер протекания физических процессов.

Показывается эквивалентность градиентных моделей с расчетными моделями, принимающими во внимание переменность свойств в зоне контакта различных фаз.

Устанавливается соответствие градиентных пограничных эффектов и переменности свойств в окрестности границы.

Рассматриваются примеры учета градиентности при моделировании физико механических процессов (термоупругое деформирование и теплоперенос) в различных неоднородных структурах. (Работа поддерживается грантами РФФИ 09-01-00060, 09-01 13533 офиц, проектом Президиума РАН П21).

ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ФАЗЫ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РАСТВОРАХ ПАВ МЕТОДОМ МАКСИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПУЗЫРЬКЕ Луцик А.И., Мизев А.И.

Институт механики сплошных сред УрО РАН (Пермь) В докладе представлены результаты исследования поверхностных свойств и динамики формирования поверхностной фазы в бинарном водном растворе поверхностно-активных веществ (ПАВ) методом максимального давления в пузырьке (МДП). В качестве ПАВ были использованы соли жирных органических кислот – лаурат калия и каприлат калия – члены одного гомологического ряда, отличающиеся поверхностной активностью и различными характерными временами адсорбционно-десорбционных процессов. Метод МДП (BPA-800P, KSV Instruments Ltd., Финляндия) позволяет изучать характеристики поверхностной фазы растворов для времен жизни поверхности от 10 миллисекунд до 10 секунд. Исследованы свойства как индивидуальных, так и бинарных растворов в зависимости как от суммарной концентрации всех ПАВ, входящих в раствор, так и от относительной доли каждого ПАВ в растворе. На основании зависимостей поверхностного натяжения от возраста поверхности и концентрации определен ряд параметров поверхностной фазы: поверхностная активность, поверхностная концентрация, характерное время формирования равновесной поверхностной фазы, концентрация образования монослоя, критическая концентрация мицеллообразования.

Для различных суммарных концентраций получены зависимости поверхностного натяжения бинарного раствора от парциальной молярной доли каждого сурфактанта.

Обнаружено, что при малых суммарных концентрациях данная зависимость линейная, что говорит об аддитивном вкладе обоих ПАВ в формирование поверхностной фазы. При больших концентрациях, начиная примерно с 0.1 ККМ, вклад ПАВ становиться неаддитивным: определяющую роль играет ПАВ с меньшим временем адсорбции и большей поверхностной активностью (лаурат калия в рассматриваемом случае).

Предложен и опробован метод определения концентрации каждого из ПАВ в двухкомпонентной смеси неизвестной концентрации, основанный только на измерении поверхностного натяжения, т.е. без привлечения аналитических методов исследования.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 10-01-96009), программы ОЭММПУ РАН 01-Т-1-1005 и ФЦП (ГК № 14.740.11.0352).

ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ФАЗЫ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РАСТВОРАХ ПАВ НА ОСНОВЕ БАРЬЕРНОЙ СИСТЕМЫ ЛЕНГМЮРА-БЛОДЖЕТ С ВЕСАМИ ВИЛЬГЕЛЬМИ Луцик А.И., 1Мизев А.И., 2Брацун Д.А.

Институт механики сплошных сред УрО РАН (Пермь) Пермский государственный педагогический университет, Пермь В докладе представлены результаты исследования поверхностных свойств и динамики формирования поверхностной фазы в бинарном водном растворе поверхностно-активных веществ (ПАВ) методом пластинки Вильгельми с барьерной системой Ленгмюра-Блоджет. В качестве ПАВ были использованы соли жирных органических кислот – лаурат калия и каприлат калия – члены одного гомологического ряда, отличающиеся поверхностной активностью и различными характерными временами адсорбционно-десорбционных процессов. Барьерная система Ленгмюра-Блоджет, разработанная около ста лет назад специально для изучения поверхностных свойств нерастворимых ПАВ, была с успехом использована для исследований процессов формирования поверхностной фазы в растворах сурфактантов. Данный метод позволяет изучать поверхностные свойства растворов в довольно широком диапазоне времен жизни границы раздела от нескольких секунд и выше и отличается большой чувствительностью на малых концентрациях. Эксперименты проводились с постоянной скоростью движения барьеров. Барьеры, расположенные на поверхности лотка, заполненного исследуемым раствором, сначала сближались с некоторой фиксированной скоростью, затем, после достижения заданного положения, останавливались и, без ожидания, начинали двигаться с той же скоростью в противоположном направлении.

Постоянно погруженная в раствор пластинка весов Вильгельми регистрирует величину поверхностного давления. Исследованы свойства как индивидуальных, так и бинарных растворов в зависимости как от суммарной концентрации всех ПАВ, входящих в раствор, так и от относительной доли каждого ПАВ в растворе. Построена зависимость максимального значения поверхностного давления от концентрации при различных скоростях движения барьеров. Для обоих однокомпонентных и для бинарного растворов обнаружен немонотонный характер данной зависимости. При некоторой (разной для исследуемых ПАВ) концентрации наблюдается максимум зависимости. Обнаружено, что при относительно небольших (меньше ККМ для каждого из компонент) концентрациях поверхностная фаза формируется быстрее в случае смеси ПАВ, чем для каждого из сурфактантов в отдельности.

Для интерпретации полученных результатов предложена модель динамических процессов, имеющих место при формировании поверхностной фазы раствора сурфактанта.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 10-01-96009), программы ОЭММПУ РАН 01-Т-1-1005 и ФЦП (ГК № 14.740.11.0352).

АНАЛИЗ БЕЗОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ В РАСШИРЯЮЩИХСЯ КАНАЛАХ Лушников М.А.

НИИ механики МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва Приведены результаты расчетно-теоретического профилирования плоских и осесимметричных диффузоров и верификации результатов такого профилирования для управления течениями вязкой несжимаемой жидкости. Опробованы различные подходы для решения обратных задач, включающие нахождение формы канала по заданному распределению давления вдоль стенок, определение распределений давления по заданному трению, расчет вязко-невязкого взаимодействия пограничного слоя и основного потока в канале в окрестности максимального градиента давления, профилирование каналов с заданным скачком давления и отбором части потока на стенках и др.

Осуществлена апробация результатов профилирования с помощью численного моделирования течений вязкой жидкости в диффузорах заданной конфигурации. Для каналов с отводом части потока создана обобщенная методика, сочетающая гидродинамический метод профилирования контура канала по заданному кусочно постоянному распределению скорости идеальной жидкости [1] и новое условие равенства величины отбора расходу в набегающем пограничном слое в окрестности скачка давления на стенке. Методика позволяет рассчитывать местоположение и интенсивность необходимого частичного отбора потока для обеспечения безотрывного режима работы диффузора.

Результаты теоретического профилирования апробированы методами численного и физического моделирования. Обнаружена неединственность конфигураций течений, зависящих от начальных условий. Изучены способы управления режимами течения и отрывами на стенках в каналах с отбором части потока при помощи управления интенсивностью отвода. Полученные результаты могут применяться в различных инженерных приложениях, связанных с расширяющимися каналами.

Литература 1. Степанов Г.Ю. Построение плоских каналов и решеток турбомашин с безотрывным течением. // Изв.

РАН. Мех. жидкости и газа. 1993. № 4. С. 30–42.

ТЕПЛОВАЯ КОНВЕКЦИЯ ОКОЛО ТВЕРДОГО ТЕЛА В УСТОЙЧИВО СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ Любимов Д.В., 1Клименко Л.С., 1Любимова Т.П.

Пермский государственный университет, Пермь Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Известно, что при подогреве строго сверху механическое равновесие жидкости является абсолютно устойчивым. Если же условия равновесия не выполнены, то устойчивая стратификация препятствует вертикальным движениям, связанным с работой против силы тяжести. В то же время такая стратификация не мешает существованию горизонтальных течений. Поэтому возможны ситуации, когда наличие малой неоднородности градиента плотности приводит к формированию течений, в которых горизонтальная компонента скорости много больше вертикальной. Настоящая работа посвящена численному исследованию конвекции около сферического (цилиндрического) тела, погруженного в нагреваемую сверху жидкость, заключенную в сферический (цилиндрический) сосуд, радиус которого значительно превышает радиус тела. Расчеты, проведенные для тел высокой теплопроводности, показали, что, как в случае сферического, так и в случае цилиндрического тела, с ростом числа Релея около тела формируются струи, распространяющиеся в экваториальной плоскости. Чем выше число Релея, тем сильнее влияние стратификации и тем более узкой становится струя. Независимо от геометрии задачи, наибольшая скорость достигается на расстояниях, соизмеримых с радиусом тела. С удалением от тела, скорость быстро уменьшается. Анализ распределения температуры около тела с учетом и без учета конвекции показал, что в обоих случаях вблизи экваториальной плоскости происходит уменьшение квадрата градиента температуры. Однако, вследствие перемешивания, при наличии конвекции, область малых градиентов вытягивается дальше от тела. Суммарный теплоперенос через тело c усилением конвекции увеличивается. С увеличением числа Прандтля интенсивность течения монотонно возрастает и при числе Прандтля, примерно равном 0.1, перестает меняться. Анализ зависимости максимума функции тока от числа Релея для различных значений числа Прандтля показал, что, чем меньше число Прандтля, тем раньше становится существенным вклад нелинейных слагаемых в уравнении движения. Проведено также численное моделирование конвекции около сферического (цилиндрического) тела, погруженного в нагреваемую сверху жидкость, в случае тела низкой теплопроводности. Расчеты показали, что в этом случае картина линий тока выглядит так же, как и в случае тела высокой теплопроводности, однако направление течения меняется на противоположное.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ из средств гранта 10-01-00679.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ В ПРИБРЕЖНЫХ МОРСКИХ ВОДАХ Любимова Т.П., 2 Roux B., 1 Паршакова Я.Н., 1 Шумилова Н.С.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Laboratoire Mcanique, Modlisation et Procds Propres/UMR 6181 CNRS, Marseille, France В последние годы неуклонно возрастает интерес к экологическим проблемам, в частности, к сохранению качества воды в прибрежных районах. Настоящая работа направлена на оценку степени загрязнения прибрежной морской зоны из-за сбрасываемых сточных вод и моделирование возникновения загрязняющих донных отложений, которые, как отмечается в литературе, могут формироваться даже в случае, когда плотность сточных вод ниже, чем плотность морской воды.

Выполнено численное моделирование распространения загрязняющих примесей, сбрасываемых с помощью устройств, расположенных в прибрежной морской зоне.

Зависимость плотности от температуры (температура сбрасываемых сточных вод выше температуры морской воды) и концентрации примеси учитывалась в рамках приближения Буссинеска. Расчеты проводились в рамках трехмерного подхода, с использованием стандартной k- модели турбулентности. Рассматривались как стационарные морские течения, так и течения, периодически меняющиеся со временем (приливы и отливы).

Вычисления выполнялись как в пренебрежении, так и с учетом придонного пограничного слоя (для случаев постоянного и логарифмического (по глубине) профилей скорости основного течения). Константы в логарифмическом законе для вертикального профиля скорости получались путем обработки экспериментальных данных.

Найдено, что даже в случае, когда плотность сбрасываемых сточных вод ниже, чем плотность морской воды, формирующийся шлейф может достигать морского дна, создавая риск возникновения загрязняющих донных отложений. На основании проведенных расчетов можно утверждать, что для адекватного учета последствий сброса загрязнений, необходимо моделирование как с постоянным профилем скорости основного течения, так и с логарифмическим. В тех случаях, когда основной интерес представляет распределение примеси на небольших расстояниях от выпускных устройств, допустимым является использование постоянной скорости на входе. В этом случае данные о загрязнении оказываются завышенными, что может положительно сказаться на экологической обстановке. Для получения картины загрязнений на значительных расстояниях от источника сброса, при моделировании необходимо использовать логарифмический профиль основного потока, в противном случае оценка уровня загрязнений окажется заниженной.

ПОВЕДЕНИЕ ГАЗОВЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ПОРИСТОЙ МАТРИЦЕ, ЗАПОЛНЕННОЙ ГИДРАТОМ Любимова Т.П., 2 Любимов Д.В., 2 Циберкин К.Б., 1 Иванцов А.О.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Пермский государственный университет, Пермь Гидрат метана представляет собой похожее на лёд вещество, в котором молекулы метана содержатся в пространственной решётке, сформированной молекулами воды [1]. Он стабилен при низких температурах и высоких давлениях. По некоторым оценкам, суммарное содержание углерода в гидратах вдвое превышает общее его количество в залежах всех прочих углеводородов, вместе взятых [2,3].

Интерес к исследованиям гидратов связан с возможностью развития технологий, позволяющих использовать газовые гидраты в виде альтернативного углеводородного сырья и облегчить решение экологических проблем, возникающих при диссоциации природных газовых гидратов. В последние годы появилось много работ, посвящённых моделированию поведения гидратов в пористых средах [4–6]. Однако большинство из них рассматривает простейшие задачи динамики гидрата.

Настоящая работа посвящена исследованию процессов в пористой среде, насыщенной газовым гидратом, газом и водой. Изучено поведение сферического возмущения в сплошной, занятой гидратом, области. Возмущение монотонно уменьшается в размерах, и полностью исчезает за времена порядка 106 с (для начального радиуса 5 см). Исследуется поведение вертикального канала, пронизывающего слой гидрата, пребывающего в стабильном состоянии. Расчёты демонстрируют, что возможно как заполнение канала гидратом, так и его долговременное существование. Оценки показывают, что за время жизни канала в окружающую среду через него может быть выброшено значительное количество газа.

Работа выполнена при финансовой поддержке из средств грантов РФФИ 09-01-92505 ИК_а, CRDF RUP1-2945-PE-09, НОЦ «Неравновесные переходы в сплошных средах» 09 15н-09с, 10-16н-11с.

Литература 1. E. D. Sloan, C. A. Koh. Clathrate hydrates of natural gases, 3rd ed. - CRC Press. - 2008.

2. Макогон Ю.Ф. Природные гидраты: открытие и перспективы. - Газовая промышленность. 2001, № 5.

- с. 10-16.

3. Истомин В.А., Якушев В.С. Исследование газовых гидратов в России. - Газовая промышленность.

2001, №6. - с. 49-54.

4. Васильев В.И., Попов В.В., Цыпкин Г.Г. Численное исследование разложения газовых гидратов, сосуществующих с газом в природных пластах. - Изв. РАН. МЖГ. №4, 2006. – с. 128-134.

5. Цыпкин Г.Г. Влияние разложения газового гидрата на добычу газа из пласта. - Изв. РАН. МЖГ. №1, 2005. – с. 132-141.

6. Шагапов В.Ш., Мусакаев Н.Г., Хасанов М.К. Нагнетание газа в пористый резервуар, насыщенный газом и водой. - Теплофизика и аэромеханика. №4, 2005. – с. 645-656.

ТРЕХМЕРНЫЕ АДВЕКТИВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ КАНАЛЕ КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ С ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫМИ БОКОВЫМИ ГРАНИЦАМИ Любимова Т.П., Никитин Д.А.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Работа посвящена исследованию трехмерных адвективных течений в горизонтальном канале квадратного сечения с теплоизолированными боковыми границами, при наличии однородного продольного градиента температуры. Задача решалась численно, с помощью пакета прикладных программ FLUENT 6.3.26. Использовалась нестационарная постановка.

Для дискретизации по времени использовалась неявная схема второго порядка, для дискретизации по пространству - схема третьего порядка, являющаяся объединением схемы центральных разностей и схемы с разностями «назад» второго порядка.

Расчеты, проведенные для числа Прандтля, равного 0.01, характерного для жидких металлов, и отношения длины канала к длине стороны поперечного сечения, равного 4, показали, что при малых числах Грасгофа переходной процесс приводит к установлению стационарного течения, обладающего двумя типами симметрии: симметрией по отношению к вертикальной плоскости (x,z), проходящей через ось канала (продольная скорость есть четная функция поперечной координаты y) и вращательной симметрией относительно оси y (продольная скорость меняет знак при инверсии относительно координат x и z). Комбинация этих двух симметрий дает симметрию относительно центра цилиндра. При числах Грасгофа, больших 60000, после переходного процесса устанавливается стационарное течение, обладающее лишь симметрией относительно центра цилиндра (продольная скорость меняет знак при одновременной смене знака всех трех координат). При числе Грасгофа, примерно равном 150000, возникают стационарные колебания, изменения симметрии при этом не происходит.

Исследованы зависимости числа Грасгофа Gr1, соответствующего вилочной бифуркации, сопровождающейся изменением симметрии, и числа Грасгофа Gr2, соответствующего бифуркации Хопфа, происходящей без смены симметрии, от длины канала. Найдено, что обе зависимости носят немонотонный характер. Критическое число Грасгофа, соответствующее вилочной бифуркации, минимально при L 4, а число Грасгофа, при котором возникают колебания, при L 6. Для длин полости, лежащих в интервале от L = 4 до L = 6.5 могут наблюдаться обе бифуркации: для 4 L 5.5 сначала наблюдается вилочная бифуркация, а затем бифуркация Хопфа, для 5.5 L 6.5 порядок бифуркаций обратный. Для L 4 и L 6.5 наблюдается лишь одна из бифуркаций.

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВИБРАЦИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ТЕРМОКАПИЛЛЯРНОГО ТЕЧЕНИЯ В ЖИДКОЙ ЗОНЕ Любимова Т.П., Скуридин Р.В.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Одним из многообещающих методов получения высококачественных монокристаллов полупроводников является их выращивание из расплава с использованием метода жидкой зоны, позволяющее избежать нежелательного взаимодействия со стенками тигля. Однако даже при осуществлении процесса в условиях микрогравитации значительным может быть влияние термокапиллярной конвекции, при больших числах Марангони становящейся колебательной, что ведет к ухудшению качества получаемого кристалла. Таким образом, возникает задача нахождения оптимальных условий для осуществления технологического процесса, а также поиска путей управления конвекцией в жидкой зоне. Для этого часто используется модельная конфигурация так называемой полузоны, представляющей собой капиллярный мостик, помещенный между двумя дисками равного диаметра, поддерживаемыми при различных температурах. Для управления конвективными течениями при выращивании кристаллов были предложены различные методы, например вращение концевых дисков или магнитные поля различной конфигурации. Другим сравнительно новым методом является использование вибраций. В докладе приводятся результаты численного исследования влияния вибраций одного из торцов на устойчивость стационарного осесимметричного термокапиллярного течения в полузоне в условиях невесомости. Рассматривались высокочастотные осевые вибрации малой амплитуды. Это позволяет разложить гидродинамические поля на пульсационную и среднюю компоненты и, применив метод осреднения, получить уравнения и граничные условия для этих компонент [1]. Исследование проводилось с учетом пульсационных деформаций свободной поверхности. Средними деформациями свободной поверхности пренебрегалось.

Исследовалась линейная устойчивость стационарного решения относительно малых трехмерных возмущений, периодических по углу. Для численного решения задачи использовался метод конечных разностей. Изучены структура и устойчивость чисто вибрационного, термокапиллярного и комбинированного течений при варьировании частоты и амплитуды вибраций и числа Прандтля. Получены карты устойчивости для нескольких наиболее опасных мод возмущений.

Литература 1. Gershuni G.Z., Lyubimov D.V. Thermal Vibrational Convection (John Wiley & Sons, New York, 1998), 358 p.

НЕЛОКАЛЬНЫЙ КРИТЕРИЙ ПЛАСТИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Лямина Е.А.

Учреждение Российской академии наук Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, Москва Для предсказания пластического разрушения при развитых пластических деформациях часто используются эмпирические критерии разрушения, включающие обычно эквивалентную скорость деформации. Применение таких критериев разрушения вблизи поверхностей максимального трения приводит к противоречию, связанному с тем, что эквивалентная скорость деформации стремится к бесконечности при приближении к поверхности максимального трения. В частности, для ряда моделей жесткопластических тел поведение эквивалентной скорости деформации представляется в виде D eq = + o, s 0 (1) s s Здесь D - коэффициент интенсивности скорости деформации и s – расстояние от поверхности максимального трения. Чтобы избежать отмеченного противоречия, в настоящей работе предлагается вблизи поверхностей максимального трения использовать нелокальные критерии пластического разрушения, которые сводятся общепринятым критериям пластического разрушения, если поле скорости не является сингулярным. В частности, приводится формулировка нелокального критерия, обобщающего локальный критерий вида t eq dt = C (2) eq Здесь 1 - максимальное главное напряжение, t – время, C – постоянная материала.

Подставляя (1) в (2) можно убедиться, что локальный критерий разрушения не имеет смысла.

В соответствующий нелокальный критерий пластического разрушения входит коэффициент интенсивности скорости деформации, а не эквивалентная скорость деформации. Благодаря этому, противоречие не возникает. Для вычисления величины коэффициента интенсивности скорости деформации используется полуаналитическое решение, описывающее течение идеально жесткопластического материала в бесконечном осесимметричном сходящемся канале. Принимается, что материал подчиняется условию текучести Треска. Полученное решение используется для приближенного анализа процесса осесимметричной вытяжки через коническую матрицу. Анализируется влияние угла конусности матрицы и величины редукции на процесс пластического разрушения вблизи поверхности трения.

Работа выполнена при поддержке проекта РФФИ №10-08-00083.

ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ МНОГОМАСШТАБНЫХ ДЕФЕКТНЫХ СТРУКТУР И ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПРОБИВАНИИ МИШЕНЕЙ ИЗ СПЛАВА А Ляпунова Е.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В., Уваров С.В., Наймарк О.Б.


Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Анализ микроструктуры материалов, подвергнутых интенсивному нагружению, позволяет получить информацию о роли структурной релаксации в развитии пластической деформации, и, в частности, в механизмах локализации пластического течения.

Неустойчивость и локализация пластической деформации при динамическом нагружении связывается с коллективными эффектами в ансамблях микросдвигов в условиях структурно скейлинговых переходов [1], следствием которых является формирование ориентационно выраженных многомасштабных дислокационных структур [2,3]. Целью работы является исследование свойств дефектных структур, формирующихся в процессе локализации пластической деформации при динамическом нагружении сплава А6061, для установления связи между механизмами структурной релаксации и локализацией деформации.

Динамическое нагружение плоских образцов-мишеней из сплава А6061осуществлялось стальным ударником при скоростях соударения, варьирующихся в интервале 101…260 м/с.

Поверхность разрушения, а также структура прилегающих к ней слоев материала анализировались на растровом электронном микроскопе и интерферометре-профилометре NewView 5010. На поверхности разрушения всех сохраненных образцов наблюдались области с качественно различной морфологией, связанные с развитием процессов структурной релаксации материала по мере продвижения ударника в образец. С использованием данных 3D NewView – профилометрии проведен анализ пространственного скейлинга дефектных структур с целью установления соответствия механизмов деформирования и морфологии поверхности разрушения.

Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 09-01-92005-ННС_а.

Литература 1. Наймарк О.Б. Коллективные свойства ансамблей дефектов и некоторые нелинейные проблемы пластичности и разрушения. – Физическая мезомеханика – 2004 г. – Т.6. – СС. 45 – 72.

2. Динамика удара: Пер. с англ. Зукас Дж., Николас Т., Свифт Х.Ф. и др. – М.: Мир, 1985. – 296 с.

3. Nesterenko, V. F., Meyers, M. A., Wright, T. W. Collective behavior of shear bands. – Metallurgical and materials applications of shock-wave and high-strain-rate phenomena. – Vol. 47. – P. 397 – ИССЛЕДОВАНИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОГО СДВИГА И ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ПРОБИВАНИЕМ Ляпунова Е.А., Чудинов В.В., Плехов О.А., Соковиков М.А., Уваров С.В., Наймарк О.Б.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Работа посвящена экспериментальному изучению закономерностей поведения материала при реализации механизма выноса пробки. На оригинальной баллистической установке по изучению пробивания были исследованы образцы из алюминия марки А6061.

Исследован процесс пробивания дискообразных образцов диаметром 20 мм стальным ударником при скоростях соударения 101 – 260 м/с с использованием высокоскоростной инфракрасной камеры CEDIP Silver 450M и системы измерения скорости VISAR. С помощью инфракрасной камеры были получены локальные значения температуры сразу после выноса пробки. С применением доплеровской интерферометрии зарегистрирована скорость движения тыльной поверхности образца в процессе выноса пробки.

Деформированные образцы подвергались микроструктурному анализу с помощью оптического интерферометра-профилометра и сканирующего электронного микроскопа с последующей обработкой 3D данных деформационного рельефа, что позволило получить оценку распределений градиентов пластической деформации при выносе пробки.

Обнаружено, что для зоны первоначального проникания ударника в образец, имеющей гладкую зеркальную поверхность разрушения, наблюдается относительно равномерное распределение деформации, тогда как при формировании и выносе пробки это распределение становится существенно неоднородным по радиусу по нормали к поверхности в объем образца. Имеет место локализация пластической деформации в узкой области по образующей пробки. По мере продвижения пробки происходит как огрубление рельефа поверхности разрушения, так и расширение зоны деформированного материала со все возрастающими искажениями внутренней структуры.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОВ Майер А.Е., 1Бородин И.Н., 2Красников В.С.

Челябинский государственный университет, Челябинск Южно-Уральский государственный университет, Челябинск Наилучшими механическими свойствами обладают одновременно пластичные и твердые материалы. Однако дислокационный механизм упрочнения металлов неизбежно предполагает увеличение хрупкости материала при увеличении его твердости. В последние десятилетия с развитием технологии получения и модификации объемных нанокристаллических металлов [1] оказалось возможным получить принципиально новые механизмы пластической деформации, связанные с границами зерен в материале [2].

Обобщение достижений в области теории дислокаций и исследований границ зерен позволяет проводить численное моделирование высокоскоростного деформирования и разрушения мелкозернистых металлов. Результаты подобных расчетов могут быть сопоставлены с данными молекулярно-динамического моделирования [3] для подбора значений необходимых эмпирических параметров модели.

В работе сформулирована математическая модель упруго-пластической деформации сплошной среды и разрушения материала с учетом динамики дислокаций и вклада границ зерен в деформацию материала. Дислокационная динамика рассматривается в рамках континуального подхода, учитывается движение, рождение и аннигиляция дислокаций.

Влияние границ зерен на деформацию материала учитывается включением в систему уравнений дополнительной пластической дисторсии связанной с зернограничным проскальзыванием и вращением зерен, как возможными доминирующими механизмами пластической деформации наноматериалов. При моделировании разрушения учитывается образование и рост очагов разрушения (микротрещин) внутри зерен и на границах.

Представлены результаты моделирования динамики и разрушения крупно- и мелкозернистых материалов для различных режимов высокоскоростной деформации при ударе и электронном облучении мишеней в сравнении с экспериментальными данными и данными молекулярно-динамического моделирования.

Данная работа поддержана грантом РФФИ № 09-08-00521.

Литература 1. M.A. Meyers, A. Mishra, D.J. Benson. Mechanical properties of nanocrystalline materials. – Progress in Materials Science 51, 2006, 427–556.

2. Valiev R.Z., Alexandrov I.V., Zhu Y.T., Lowe T.C. Paradox of strength and ductility in metals processed by severe plastic deformation. – J. Mater. Res., 17, 1, 2002.

3. Куксин А.Ю., Стегайлов В.В., Янилкин А.В. Атомистическое моделирование пластичности и разрушения нанокристаллической меди при высокоскоростном растяжении. – ФТТ, 50, 11, 2008.

МОДЕЛИРОВАНИЕ АБЛЯЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МИШЕНИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИНТЕНСИВНЫХ ПОТОКОВ ЭЛЕКТРОНОВ Майер А.Е., Майер П.Н.

Челябинский государственный университет, Челябинск При воздействии на металлические мишени интенсивных потоков электронов может происходить абляция нагреваемого пучком вещества: превращение конденсированной фазы в пар или паро-капельную смесь, которая начинает разлетаться в окружающее пространство.

Конденсация вещества аблированного слоя является одним из методов получения ультрадисперсных порошков металлов и оксидов. При умеренной плотности вложенной энергии аблированное вещество кроме паров металла содержит так же капли конденсированной фазы. Наличие конденсированных включений может существенно влиять на дальнейшую конденсацию и на распределение получающихся частиц по размерам.

В работе описывается математическая модель, и приводятся результаты численного моделирования абляции при неполном испарении металлов под действием интенсивного электронного облучения. Процесс испарения рассматривается как образование, рост и последующее слияние пузырьков пара в облучаемом слое. Моделирование проводится на основе уравнений механики гетерогенной многофазной среды с учетом фазовых переходов.

Результаты моделирования показывают образование в результате абляции капель жидкого металла с размерами от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. В дальнейшем эти капли служат центрами конденсации для разлетающегося и остывающего пара. Размеры капель определяются кинетикой процесса испарения и зависят от скорости ввода энергии пучка. Исследована зависимость состава аблированного слоя от параметров облучения.

СРАВНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ СВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРО- ТЕРМО МЕХАНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА ПРИМЕРЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ СЛОИСТОГО МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТРА Максимов П.В., Труфанов Н.А., Шевелев Н.А.

Пермский государственный технический университет, Пермь Исследования в области квазистатического и динамического деформирования микромеханических систем приводят к необходимости решения связанных электростатической и термоупругой задач МДТТ. Например, при моделировании работы микромеханического акселерометра необходимо учитывать действующие на чувствительный элемент датчика переносные силы инерции, силы электростатического взаимодействия, возникающие между противоположно заряженными обкладками конденсатора переменной емкости, а также температурное поле, действие которого приводит к возникновению деформаций чувствительного элемента и изменению его формы. В работе, на примере конечно-элементных моделей слоистого микроакселерометра, реализованных в инженерном пакете ANSYS, рассмотрены различные алгоритмы решения связанных электромеханических задач.

Один из методов решения связанных задач заключается в разбиении области моделирования на ряд подобластей, в каждой из которых строится своя конечно-элементная сетка, проводится отдельное решение задачи МДТТ или задачи электростатики. Общий подход к решению связанной задачи, в этом случае, заключается в организации итерационного алгоритма попеременного решения отдельных подзадач, связанных друг с другом через краевые условия. Подобный подход обладает некоторой универсальностью и предполагает возможности расширения области исследования, рассмотрения явлений и процессов любой природы, в частности, подключение к расчетам эффектов, описываемых уравнениями механики жидкости и газа, анализ магнитных полей и т.д.


Второй метод заключается в рассмотрении всех элементов моделируемой системы в виде одной области пространства, при этом используется единая конечно-элементная сетка, в которой присутствуют сразу все узловые неизвестные, необходимые для проведения одновременного решения всей системы уравнений, описывающих деформирование конструкции под действием силовых факторов и учитывающих влияние электростатических и температурных полей.

В работе, на примере конечно-элементных моделей микроакселерометра, рассмотрены вопросы сходимости описанных алгоритмов численного решения связанных задач, приведена оценка скорости сходимости и точности получаемых решений.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (проект № 09-08-99121-р_офи) КОМПЬЮТЕРНОЕ 3D ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ И КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ МНОГОСЛОЙНОЙ СРЕДЫ ГОРНОГО МАССИВА Мальцев М.С., Терпугов В.Н.

Пермский государственный университет, Пермь Сегодня реальной стала ситуация, когда предложения вычислительных ресурсов для решения задач очень большой размерности превышают спрос: многопроцессорные кластеры зачастую простаивают, наблюдается недозагрузка вычислительных мощностей. А между тем, имеется достаточно много практически значимых областей деятельности, в которых требуется ресурсоёмкое вычислительное моделирование. К одной из таких отраслей относится горная механика, где компьютерное моделирование традиционно используется на всех этапах освоения природных ресурсов: разведка, планирование разработки, строительство технических объектов (выработок, шахт и т.п.), сопровождение производственной деятельности и т.д. При этом в основе многолетней работы с горным массивом лежат оцифрованные данные, получаемые из различных источников: некоторые виды геологических разведок (сейсмо-, грави- и другие), данные бурения и другая информация, включая экспертную. С помощью имеющейся информации строятся модели среды, которые применяются для визуализации, численных расчетов, проектирования. На практике продолжают широко использоваться двумерные постановки, однако вычислительные ресурсы постоянно увеличиваются, стоимость хранения/обработки падает, и повышается интерес к трехмерному моделированию.

В работе решается задача разработки и программной реализации параллельных алгоритмов для построения 3D геометрической и/или конечно-элементной моделей многослойной среды по данным бурения горного массива, которые представлены в виде Excel-таблиц с координатами точек раздела слоев с различными механическими свойствами.

В основе распараллеливания лежит возможность одновременной независимой обработки поверхностей и слоев. Целью построения таких моделей являются численные расчёты.

Предполагается, что в дальнейшем они будут выполняться в программном комплексе ANSYS, поэтому результат построения в виде геометрической или конечно-элементной модели многослойной среды должен быть эффективно передан в этот пакет. Отметим, что «прямое» использование данных бурения для построения геометрической и, соответственно, конечно-элементной моделей в среде ANSYS оказалось неэффективным.

В настоящее время запатентована программа Generation 3D MLS параллельного построения геометрической модели горного массива по данным бурения. Выполнены построения нескольких вариантов многослойных сред и их анализ.

ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ПОВЕДЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ В ВАЛЕ ПРИ МНОГОКРАТНОМ УДАРНОМ КОНТАКТНОМ НАГРУЖЕНИИ Матвиенко Ю.Г., Бубнов М.А.

Институт Машиноведения РАН им. А.А. Благонравова, Москва При анализе аварийного катастрофического разрушения корпусов, сепараторов и дорожек качения подшипниковых опор, контактных пар, зубчатых колес и других вращающихся механизмов актуальной задачей является задача моделирования влияния условий многократного ударного контактного нагружения на характеристики НДС исследуемого элемента с усталостной трещиной. Моделируемый характер нагружения достигается введением в расчетную конечно-элементную схему зазора между роликами и корпусом опоры, что вызывает появление многократных ударных нагрузок. Наличие зазора может быть обусловлено разрушением дорожки качения (усталостного характера), разрушением сепаратора подшипника, явлениями питтинга и коррозии на поверхности вала.

С использованием программы LS-DYNA3D [1,2] и полученных ранее результатов [3-5] проведен анализ динамического нагружения вала с дефектом группой роликов, имеющих мгновенную центростремительную скорость в диапазоне от 5 до 50 м/с. Ролики имеют возможность радиального смещения в пределах зазора между валом и наружным корпусом, но не имеют возможности смещаться вбок. Это моделирует наличие сепаратора в подшипнике качения. Ролики отскакивают от вала, ударяются в корпус, и ударяют по валу снова, процесс носит затухающий характер. Задача решается в квазидвумерной постановке, влияние осевых эффектов на динамические поля напряжений и деформаций не учитывается.

Удары со скоростями до 25 м/с не оказывают существенного воздействия на дефект.

Остановка радиального движения роликов происходит ранее заклинивания вала, что способствует его свободному вращению при отсутствии разрушения в зоне дефекта.

Опасность нелокализованного разрушения вала существует при радиальных скоростях роликов 50 м/с и более, что соответствует случаю мгновенного разрушения сепаратора подшипника или его корпуса при больших угловых скоростях вращения вала (более рад/с).

Литература 1. LS-DYNA Keyword users’s manual. - V.970. - LSTC, 2003.- 1556 p.

2. К.П. Станюкович. Неустановившиеся движения сплошной среды. М.: Наука,1971.- 856 с.

3. Бубнов М.А., Матвиенко Ю.Г. Моделирование разрушения высокорисковых технических систем посредством решателя LS-DYNA 3D. Тезисы докладов XVI Зимней школы по механике сплошных сред.

Пермь, 2009. – С.74.

Ю.Г. Матвиенко, М.А. Бубнов. Контактное взаимодействие и разрушение поверхностного слоя в условиях 4.

трения качения и заклинивания // Проблемы машиностроения и надежности машин. № 4, 2009. – С.43-49.

5. Матвиенко Ю.Г., Бубнов М.А. Изучение НДС в окрестности вершины трещины в условиях трения качения методами физико-математического моделирования. Сборник материалов Третьей международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Москва, 2009. – в 2 т. Т.2.

С.347-348.

ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЯГКОГО ФЕРРОЭЛАСТА Меленев П.В., 2Полыгалова Л.С., 1Райхер Ю.Л., 1Русаков В.В.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Пермский государственный технический университет, Пермь Интересный класс современных функциональных материалов представляют собой мягкие ферроэласты (МФЭ) – композитные материалы, состоящие из полимерной матрицы и внедренных в нее ферромагнитных микрочастиц. Механические характеристики МФЭ существенно зависят от приложенного магнитного поля [1-3]. Так, образцы материалов, разработанных в лаборатории Лаборатории физико-механических свойств полимерных материалов ИМСС УрО РАН, без поля деформируются упруго до относительного удлинения ~30%, в присутствии же внешнего магнитного поля материал показывает вязко-упруго пластическое поведение. Этоn эффект открывает широкие возможности для применения МФЭ в различных технологиях, таких как демпфирование в машиностроении, бесконтактные датчики в медицине и т.д.

Для решения инженерных задач необходимо создать простые методы расчета, предсказывающие реакцию МФЭ на различные механические и магнитные воздействия.

Нами предложена простая феноменологическая модель, в основе которой лежит структурно реологический подход [4]. Структурная схема, предложная нами для описания механического отклика, демонстрируемого материалом в экспериментах, состоит из трех параллельных ветвей. Первая – это пружина (все пружины в схеме считаются линейно элемент, отражающий упругими);

во вторую входят пружина и линейно-вязкий реологические зависимости отклика материала;

третья ветвь представляет собой пружину и элемент сухого трения, описывающий необратимые деформации материала в поле.

Численные значения параметров модели (модули упругости пружин, усилия сдвига элемента сухого трения и вязкости) были определены из экспериментальных данных по циклическому одноосному нагружению образцов МФЭ в магнитных полях различной напряженности.

Сопоставление с расширенные набором экспериментальных данных показало, что разработанная схема качественно верно описывает наблюдаемые особенности поведения МФЭ в магнитном поле и может быть использована для построения определяющих соотношений, пригодных для прикладных расчетов.

Работа выполнена при поддержке проектов проектов МОН РФ: 02.740.11.0442 и АВЦП РНП 2.1.1/4463, а также проекта РФФИ 11-02-96000.

Литература 1. Ginder J. M., Clarck S. M., Schlotter W. F. et al. // Intern. J. Modern Phys. B. 2002. Vol.17-18. P.2412-2418.

2. Kaleta J, Lewandowski D. // Smart Materials and Structures. 2007. Vol.16. P.1948-1953.

3. Abramchuk S., Kramarenko E., Stepanov G. et al // Polymers for Advanced Technologies. 2007. Vol.18. P.883– 889.

4. Трусов П. В., Келлер И. Э. Теория определяющих соотношений. Часть 1. – Пермь, 1997. 98 с.

РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОГО ГИСТЕРЕЗИСА АНСАМБЛЯ ОДНОДОМЕННЫХ ЧАСТИЦ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО Меленев П.В., Райхер Ю.Л., Русаков В.В.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Магнитные микрокомпозиты (ММК) – объекты размером от нескольких десятков нанометров до долей микрометра, состоящие из небольших ансамблей магнитных наночастиц, объединенных полимерной матрицей либо электростатическими или химическими силами. Сочетание малых физических размеров с высокой магнитной восприимчивостью делают ММК перспективными объектами во многих прикладных задачах, таких как магнито-индукционная гипертермия, управляемая доставка сверхмалых доз лекарств, и др. Прямое экспериментальное определение индивидуального магнитного отклика ММК является на данный момент трудновыполнимой задачей. Поэтому большую роль в изучении физики и механики ММК играют теоретические работы.

Эффективным средством для моделирования ансамблей малых магнитных частиц является метод Монте-Карло, отличающийся простотой реализации и широкими возможностями модификации рассматриваемых систем. Традиционно, указанный подход используется для определения равновесных характеристик ансамблей. Однако существует ряд примеров успешного применения метода Монте-Карло для описания кинетики магнитных систем, например, перемагничивания ансамблей спинов [1] и наночастиц [2].

В работе рассматривается ансамбль невзаимодействующих однодоменных частиц с одноосной анизотропией, помещенный в линейно поляризованное магнитное поле, изменяющееся по гармоническому закону. При этом направления легких осей частиц зафиксированы. Методом Монте-Карло рассчитаны петли магнитного гистерезиса ансамбля в полях различной частоты, которые с хорошей точности совпадают с имеющимися данными численного интегрирования кинетического уравнения Брауна [3]. Таким образом, показано, что метод Монте-Карло вполне пригоден для моделирования нестационарных процессов в нанодисперсных системах. Кроме того, получена оценка временной продолжительности одной итерации метода Монте-Карло, что открывает путь к использованию выбранного подхода не только для качественных, но и для количественных расчетов.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке проектов РФФИ №№ 09-02 91070, 10-02-96023 и МОН РФ № 02.740.11.0442.

Литература 1. K.Yamaguchi, S.Tanaka, O.Nittono et al // IEEE Trans. Magn. 2006. V.42. No.4. pp 927- 2. O.Iglesias, A.Labarta // Phys.Rev B. 2004. V.70. 144401 (pp 1-10) 3. I.S.Poperechny, Yu.L.Raikher, V.I.Stepanov // Phys.Rev.B. 2010. V.82. 174423 (pp) РОЛЬ КОММУТАТОРА В ИГРАХ ЕСТЕСТВОИСПЫТАТЕЛЯ СО СТРУКТУРНО НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДОЙ Мельников С.В.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Реальные природные деформационные процессы некоммутативны, т.е. нелинейны. Для оценки некоммутативности используется коммутатор (алгебраическое выражение, используемое для распознавания возможности перестановки в пространстве и времени применяемых в теории операторов). Коммутативный (линейный) оператор - AB = BA.

В докладе анализируются три примера некоммутативности (нелинейности) операторов из теории игр, когда AB BA. Задача Н.Н.Красовского об убегающем и догоняющем игроке и две задачи С.Д.Волкова о модели композита и о живучести материала с трещиной.

В рамках вышеприведенных задач для перехода к линейному моделирования используется теорема о неподвижной «точке».

Сравниваются идеи теории игр в приложении к задачам конкурентной экономики и к задачам механики структурно-неоднородной среды.

КОНВЕКТИВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ ЛОКАЛЬНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА ВБЛИЗИ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ. ЭКСПЕРИМЕНТ Мизев А.И.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Представлены результаты экспериментального и теоретического исследования задачи о возникновении и устойчивости конвективного течения, индуцированного локальной неоднородностью распределения поверхностно-активного вещества (ПАВ) вблизи свободной поверхности. Экспериментально рассмотрены два случая: источника и стока ПАВ. В качестве источника ПАВ использованы капли слаборастворимых спиртов – членов одного гомологического ряда. Экспериментальные исследования показали, что, в зависимости от соотношения интенсивностей свободной и концентрационнокапиллярной конвекции Марангони, могут наблюдаться колебательный или стационарный режимы конвекции.

Построена карта режимов в координатах динамическое концентрационное число Бонда (соотношение гравитационного и капиллярного механизмов) и геометрическое соотношение задачи (отношение размера источника к глубине его погружения). Показано, что при относительно малых значениях числа Бонда (слабый вклад свободноконвективного механизма по сравнению с концентрационнокапиллярным) в системе наблюдается только колебательный режим конвективного движения. По мере увеличения числа Бонда на карте режимов появляется область существования стационарной конвекции, расширяющаяся при дальнейшем увеличении этого управляющего параметра. Показано, что, при фиксированном геометрическом соотношении, безразмерный период колебаний (по вязкому времени), помноженный на число Бонда, оказывается одинаковым для всех использованных в эксперименте ПАВ.

Экспериментально исследовано развитие конвективного движения при наличии стока ПАВ вблизи границы раздела. Показано, что экспериментально такая ситуация аналогична источнику поверхностно-инактивного вещества (ПИАВ). Обнаружена существенная разница в поведении изучаемой системы для случаев источника и стока поверхностно-активного вещества. В последнем случае ПИАВ не выходит на поверхность (что энергетически не выгодно системе), оставаясь в объеме. Конвекции Марангони при этом не возникает.

Работа выполнена при финансовой поддержке совместного проекта институтов СО, УрО и ДВО РАН № 116 / 09-С-1-1005 и ФЦП (ГК № 14.740.11.0352).

ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТА ВЫДЫХАЕМОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОВЕРХНОСТНОЙ АКТИВНОСТИ ЛЕГОЧНОГО СУРФАКТАНТА Мизев А.И., Луцик А.И.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Применение тензиометрических методов исследования для диагностики различных заболеваний получило широкое распространение в медицине в последние десятилетия [1].

Связано это с относительной простотой и дешевизной реализации данных методов в клинической практике, что позволяет использовать их для скрининговых исследований.

Большинство биологических жидкостей, содержащихся в человеческом организме (моча, кровь, церебральная жидкость и т.д.), содержат в своем составе поверхностно-активные компоненты, определяющие поверхностные свойства данной жидкости на границе с воздухом или другой жидкостью. При этом величина поверхностного натяжения на границе раздела существенно зависит от количественного и качественного состава данной биологической жидкости и, следовательно, может служить маркером того или иного заболевания. Особенно актуально применение тензиометрических методов при диагностике легочных заболеваний. Измерение как статических, так и динамических поверхностных характеристик легочного сурфактанта, позволяет достаточно точно оценить эффективность основной, антиателектатической, функции сурфактантной системы легких, т.е. способность изменять в широких пределах поверхностное натяжение при изменении площади поверхности легкого в процессе дыхания. Тензиометрические исследования проводятся, как правило, на материале бронхоальвеолярных смывов, получаемых инвазивными методами, т.е. непосредственно из легкого, что требует участия высококвалифицированного персонала, и не всегда безопасно для пациента. В этом плане удачной заменой для проведения исследований может служить конденсат выдыхаемого воздуха (КВВ), содержащий все практически значимые компоненты легочного сурфактанта.

К сожалению, на сегодняшний день нет единого стандарта сбора КВВ и его исследования. Это связано с тем, что КВВ, как стандартизированный объект исследования, отсутствует в медицинской практике. Большинство работ посвящено аналитическим методам исследования с целью выявления биомаркеров того или иного заболевания.

Систематических исследований поверхностных свойств КВВ не проводилось. В докладе представлены обзор существующих методов сбора КВВ, обсуждаются достоинства и недостатки известных методов исследования.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 10-01-96009.

Литература 1. Kazakov, VN, Sinyachenko, OV, Fainerman, VB, Pison, U, Miller R ;

Dynamic Surface Tensiometry in Medicine, in "Studies in Interface Science", Vol. 8, D. Mbius and R. Miller (Editors), Elsevier, Amsterdam, 2000.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ АДСОРБИРОВАННЫХ ПЛЕНОК ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ Мизев А.И., 1Луцик А.И., 2Брацун Д.А.

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь Пермский государственный технический университет, Пермь Поверхностные (или капиллярные) течения интенсивно исследуются последние несколько десятков лет. Интерес к данной тематике связан, в первую очередь, с широким классом как фундаментальных, так и прикладных задач, в которых встречается данный класс течений. Возникновение такого типа движения возможно в любой жидкой системе, имеющей межфазную границу с газовой или другой жидкой фазой. Структура поверхностных течений, как правило, повторяет либо конфигурацию распределения неоднородности на свободной поверхности, вызвавшей появление градиента поверхностного натяжения, либо структуру приповерхностного течения в объеме. Структура таких течений, как правило, легко предсказуема и относительно хорошо моделируется в теоретических и численных исследованиях. Однако существует ряд экспериментальных исследований, в которых структура наблюдавшихся поверхностных течений сильно отличается от предсказываемой теоретическими исследованиями и вытекающей из соображений симметрии задачи. Причем различные результаты могут наблюдаться в исследованиях одной и той же ситуации. Обзор литературы, представленный в докладе, показывает, что причиной наблюдаемых расхождений результатов является неконтролируемое в ходе эксперимента состояние свободной поверхности раздела, вызванное содержанием примесей, часть из которых, являясь поверхностно-активными, образует адсорбированную пленку на границе раздела.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.