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 | 2 || 4 |

«ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ Лаборатория дифференциальных уравнений • Лаборатория математического моделирования фазовых переходов • ОТДЕЛ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ ...»

-- [ Страница 3 ] --

ПРОЕКТ: 3.5.7.1. Нестационарные явления в многофазных средах (динамика структуры течений, фазовые переходы, кумулятивный синтез, математические модели (н.г. 01.2.007 06893).

Ранее было показано, что в сильных электрических полях происходит анизотропный распад чистых жидких диэлектриков на двухфазную систему нитевидных паровых каналов в жидкости, в среднем параллельных вектору поля.

В данной работе при моделировании поведения плотного диэлектрического газа, состоящего из полярных молекул, в электрическом поле методом молекулярной динамики был обнаружен аналогичный эффект анизотропного распада системы на двухфазную систему жидких нитей в паре низкой плотности, ориентированных вдоль сильного электрического поля.

Этот же эффект анизотропного распада на систему жидких нитей был обнаружен и для бинарных смесей, состоящих из паровой фазы диэлектрика и небольшой концентрации химически инертного газа, при моделировании методом решеточных уравнений Больцмана.

ПРОЕКТ: 3.5.7.2. Нестационарные течения и свойства гетерогенных сред при интенсивных потоках механической, тепловой и электромагнитной энергии (н.г. 01.2.007 06894).

С целью увеличения эффективности работы взрывных коммутаторов исследованы схемы гашения сильноточных дуг, в которых было исключено шунтирование обжимаемой дуги проводимостью фронта детонации конденсированного ВВ. При воздействии на свободную дугу с током 50 кА продуктов детонации газокумулятивного заряда было осуществлено ее гашение за 0,5 мкс при максимальном напряжении на промежутке 50 кВ.

Ограничение перемещения дуги за счет преграды должно позволить значительно увеличить эффективность такого метода гашения. Работа проводилась совместно с лабораторией физики высоких плотностей энергии.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Инициирование детонации ВВ потоком газа (09-03-00127).

Результаты изложены в разд. 1, 2 проекта 3.5.6.1.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Создание нового методического подхода для изучения регуляции и динамики процессов молекулярного переноса, определяющих водно-электролитный гомеостаз клетки (№ 58).

Построена численная модель молекулярного транспорта воды и ионов в живой клетке. Модель учитывает основные каналы обмена клетки с окружающей средой.

Удалось описать поведение клетки при осмотическом шоке (так называемый процесс регуляторного уменьшения объема, англ. RVD – regulatory volume decrease). При помещении клетки в разбавленный по сравнению с физиологическим раствор солей в клетку устремляется диффузионный поток воды, резко увеличивающий ее объем.

Поскольку такое состояние опасно, клетка реагирует, выводя наружу «лишние» ионы, что останавливает рост объема, а затем и возвращает его к приблизительно начальному уровню. Подобраны модификаторы обмена (коэффициенты в системе дифференциальных уравнений переноса), которые позволили весьма близко воспроизвести экспериментальные записи эволюции объема клетки.

Проект выполняется рядом лабораторий из институтов СО РАН: ИЦиГ, ИК, ИФП, ИГиЛ, ИХБФМ под руководством д.б.н. Е.И. Соленова (ИЦиГ).

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: Исследование детонации в гетерогенных взрывчатых веществах (№ 11.18).

Усовершенствован метод электропроводности для исследования структуры стационарных детонационных волн. Разрешение метода удалось повысить до 50–70 мкм, что соответствует времени около 10 нс и приближается к разрешению оптических интерференционных методов.

Построена одномерная двухфазная двухскоростная модель течения для системы газ – твердые частицы. Модель позволяет учесть основные взаимодействия фаз, характерные для процессов типа конвективного горения пористых энергетических материалов, включая переход в детонацию. Использованы наиболее надежные корреляции для описания состояния фаз и для межфазных взаимодействий. В отличие от известных постановок, учитывается дробление частиц, способное при определенных условиях резко повысить скорость реакции. Реализован численный код, позволяющий моделировать инициирование пористого ВВ потоком горячего газа, начиная со стадии конвективного горения и до развития нормальной детонации.

ПРОЕКТ: Переход горения в детонацию в пористых взрывчатых веществах и смесях (№ 12.8).

Проведены эксперименты по инициированию зарядов насыпного штатного тэна скоростным потоком горячих газов. Инициирование осуществлялось потоком газа за ударной волной в атмосфере воздуха, создаваемой взрывом отдельной навески взрывчатого вещества. Варьированием инициирующей навески изменялась интенсивность потока, воздействующего на исследуемый заряд. По измеренной скорости ударной волны в воздухе, используя реальное уравнение состояния с учетом диссоциации, определялись параметры инициирующего потока. Экспериментально найдены критические параметры воздушной ударной волны, инициирующей пористый заряд тэна насыпной плотности.

Полученные результаты хорошо согласуются с данными, полученными ранее при инициировании потоком продуктов газовой детонации.

ПРОЕКТ: Динамика состояния сверхсжатой магмы в волнах декомпрессии при взрывных извержениях вулканов (№ 12.12).

Построена модель и проведено компьютерное моделирование течений сильновязкой псевдопластической жидкости в канале с прямыми и с гофрированными стенками. В прямом канале наблюдается образование «ядра» течения после достижения некоторой критической скорости деформации, а также резкое увеличение расхода. В гофрированном канале наблюдается образование прослоек маловязкой жидкости вблизи выступов и застойных зон в углублениях боковых стенок. При этом жидкость течет как бы в канале с прямыми стенками. Показаны качественные отличия течений ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Таким образом, метод решеточных уравнений Больцмана весьма эффективен для моделирования сложных течений неньютоновских жидкостей.

Работа велась совместно с лабораторией механики многофазных сред и кумуляции (руководитель проекта В.К. Кедринский).

ПРОЕКТ: Динамика неньютоновских и неоднородных жидкостей (№ 14.3).

Проведены расчеты взрывного распада бинарных смесей жидкий диэлектрик – растворенный газ в сильных электрических полях. Для численного моделирования динамики бинарных диэлектрических систем при воздействии сильных электрических полей использовался метод решеточных уравнений Больцмана (LBE). В методе LBE сплошная среда представляется ансамблем взаимодействующих псевдочастиц на пространственной решетке, при этом моделируются течения вязких жидкостей.

Ограниченная взаимная растворимость компонентов моделировалась силами отталкивания между частицами разного сорта, находящимися в соседних узлах решетки.

Показано, что критическая напряженность однородного электрического поля, необходимого для образования каналов газовой фазы, в таких бинарных смесях уменьшается гораздо ниже, чем для чистых жидкостей. При фиксированной концентрации газа в закритической области наблюдается следующее поведение, чем дальше состояние смеси от критической точки, тем больше электрическое поле, необходимое для распада бинарной смеси на компоненты. Работа велась совместно с лабораторией прикладной и вычислительной гидродинамики (руководитель проекта В.В. Пухначев).

Публикации Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Препринты – Доклады на конференциях Международные конференции – (из них на территории России – 4) Межреспубликанские (СНГ) и Всероссийские конференции – Научно-педагогическая деятельность Проф. Л.А.Лукьянчиков НГУ – лекции и семинары «Общая физика».

Проф. А.П.Ершов СУНЦ НГУ – лекции и семинары «Общая физика»;

НГУ – лекции «Общая физика».

Доц. А. Л. Куперштох СУНЦ НГУ – лекции «Общая физика» и компьютерный практикум «Моделирование физических процессов и явлений»;

НГУ – лекции для магистрантов: «Численные методы механики сплошных сред».

Доц. Д. А. Медведев СУНЦ НГУ – семинары «Общая физика»;

НГУ – семинары «Механика».

НГУ – лекции для магистрантов: «Численные методы механики сплошных сред».

Ст. преп. Д. И. Карпов НГУ – семинары: «Общая физика»;

НГМА – семинары: «Медицинская и биологическая физика».

Доц. К.А.Тен ВКИ НГУ – лекции и семинары «Общая физика».

Преп. Э.Р. Прууэл НГУ – семинары: «Общая физика», компьютерный практикум «Моделирование физических процессов и явлений».

НГУ – лекции для магистрантов: «Численные методы механики сплошных сред».

Преп. Н.П. Сатонкина СУНЦ НГУ – семинары: «Общая физика»

НГУ – секретарь кафедры физики сплошных сред, семинары «Механика» «Общая физика», «Квантовая механика».

Международные связи Д.А. Медведев, Китай, г. Гуаньчжоу. Участие в работе 6 Международной конференции по мезоскопическим методам в инженерии и науке с устным докладом.

А.Л. Куперштох, Китай, г. Гуаньчжоу. Участие в работе 6 Международной конференции по мезоскопическим методам в инженерии и науке с устным докладом.

А.Л. Куперштох, Украина, г. Николаев. Участие в работе VIII Международной научной конференции "Импульсные процессы в механике сплошных сред" с устным докладом.

К.А. Тен, Казахстан, г. Алматы. Участие в работе V Международного симпозиума «Горение и плазмохимия» с устным докладом.

Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Аспирант ИГиЛ СО РАН – Кадровый состав (на 01. 12. 2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ ДЕТОНАЦИОННЫХ ТЕЧЕНИЙ Заведующий лабораторией д.т.н. В.Ю.Ульяницкий ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Экспериментальные исследования и численное моделирование детонационных течений многофазных сред. Разработка научных основ технологий нанесения покрытий детонационно-газовым способом. Создание оборудования для реализации технологий.

• Изучение свойств порошковых покрытий.

• Макрокинетика процессов горения и детонации в газовых и гетерогенных средах.

Математическое моделирование физико-химических процессов в атмосфере Земли, определяющих ее структуру.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва, программе Сибирского отделения РАН:

3.5.6. Детонационные и ударно-волновые процессы в газовых, гетерогенных и конденсированных средах.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.6.1. Исследования детонационных процессов в газовых, гетерогенных и конденсированных средах, в том числе для создания фундаментальных основ технологий (н.г. 01.2.007. 06891).

Изучена детонация комплексного топлива пропилен-пропан-матилацетилен-ален (МАФ) в смеси с кислородом. Выполнены расчеты параметров самоподдерживающейся детонации. По техническим характеристикам промышленного МАФа жестко регламентируется только относительное содержание компонент пропилена с пропаном к метилацетилену+алену (30/70). Показано, что относительное содержание пропана и пропилена несущественно сказывается на параметрах продуктов детонации (ПД). При одинаковом количестве окислителя скорость детонации и температура ПД изменяются в пределах 5%. Также незначительно влияние относительного содержания метилацетилена и алена. Определяющее значение имеет общее содержание (ален+метилацетиленовой) в смеси. Причем заметное (более 5%) изменение параметров обнаруживаются при отклонении относительной доли на 10%. Эксперименты выполнены с техническим МАФом состава: 15%пропилена+15%пропана+35%метилацетилена+35%алена (С3Н6,3).

При сравнении расчетных параметров детонации основных газовых топлив ацетилена и пропан/бутана и МАФа установлено, что в области «бедных» смесей (содержание кислорода выше стехиометрии) МАФ и пропан/бутан, особенно по температуре продуктов детонации, мало отличаются и несущественно превосходят ацетилен. А в области «богатых» смесей картина существенно меняется. И по динамическим (скорость детонации) и по тепловым (температура ПД) видно существенное «расслоение» – при бесспорном превосходстве ацетилена над пропан/бутаном МАФ занимает практически среднее положение между ними.

В экспериментах, которые выполнены аппарате с проточной подачей компонент взрывчатой смеси, была измерена скорость детонации и зафиксирована ячейка многофронтовой структуры на следовых отпечатках. Благодаря оригинальной конструкции камеры зажигания удалось добиться устойчивого возбуждения детонации вплоть до спиновых режимов в канале диаметром до 30 мм. Наименьшее значение продольного размера ячейки в пропан/бутановых смесях (2-3) мм в четыре раза превышает наименьшее значение в смесях МАФа – (0,5-0,7) мм, что в свою в 3-4 раза меньше характерного минимального размера ячейки 0,15 мм в ацетиленовых смесях при начальном давлении 1 атм.

Усовершенствована конструкция дозатора порошка и организовано программное управление двумя дозаторами, позволившее реализовать режимы формирования многослойных градиентных металлокерамических композитов с подачей разнородных порошковых компонент из независимых дозаторов в автоматическом режиме.

Разработана новая методика измерения «сдвиговой» прочности связи покрытий с подложкой, при которой измеряется, по-сущ, главная эксплуатационная характеристика износостойких покрытий сопротивление сдвиговой нагрузке. Выполнена серия измерений на металлических и металлокерамических покрытиях. Банк данных по детонационным покрытиям дополнен соответствующими новыми данными. Разработана методика испытаний градиентных покрытий на срез. Методика отлажена на образцах с покрытием из титана, оксида алюминия, оксида алюминия с подслоем титана и титана с подслоем из оксида алюминия.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Взаимодействие высокоскоростной нагретой микрочастицы с подложкой с образованием соединения между ними (№ 09-01-00433-а).

Для выявления механизмов формирования детонационных покрытий изучены акты столкновения единичных частиц типичных представителей металлов: никеля, меди, титана и алюминия, со стальной подложкой. Вариацией режимов напыления реализованы состояния частиц, хорошо согласующиеся по температуре частиц с расчетными параметрами для соответствующих условий. По результатам столкновения («сплэтам») классифицированы три характерных сценария, заканчивающиеся соединением частицы с подложкой: а) «внедрение» холодной (нерасплавленной, но уже пластифицированной) частицы;

б) «приваривание» полурасплавленной частицы;

и в) «наплавка» жидких (полностью проплавленных) частиц металла.

По измерению прочности связи покрытий, полученных в соответствующих условиях, показано, что сценарий а) определяет нижнюю границу прочной связи покрытия, причем формирования слоя покрытия в условиях этого сценария невозможно без предварительной пескоструйной обработки поверхности металлической подложки. В то время как преимущественная реализация сценария в) для всех напыляемых частиц увеличивает прочность связи в 2-3 раза и позволяет напылять тугоплавкие частицы даже без предварительной пескоструйной обработки.

Проанализирована морфология интерфейса подложка-покрытие после удаления напыленного слоя и эволюция морфологии поверхности в процессе наращивания слоя покрытия с измерением количественных характеристик рельефа.

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: Детонационные процессы в импульсных циклических потоках (№ 12.7).

Для изучения детонации многокомпонентных газовых топлив на базе импульсного газо-детонационного аппарата лаборатории был создан стенд для измерения скорости детонации на трех независимых интервалах продольного канала с использованием шести пьезодатчиков. Стенд также оснащен разъемной секцией для регистрации следовых отпечатков на закопченной фольге. Проведены экспериментальные исследования детонации пропан-бутан-кислородных смесей и кислородных смесей комплексного углеводородного топлива МАФ, содержащего компоненты повышенной взрывчатой активности метилацетилен и ален. Экспериментальные данные по скорости детонации находятся в хорошем соответствии с расчетными значениями, полученными на основе равновесных расчетов идеальной газовой детонации. На основе экспериментальных данных по ячейке многофронтовой структуры детонационного фронта получена оценка энергии активации индукционной стадии реакции, которая показывает, что по взрывчатой способности МАФ занимает промежуточное положение между пропан-бутаном и ацетиленом – энергия активации МАФа существенно меньше чем у пропан-бутана, но заметно больше энергии активации ацетилена.

ПРОЕКТ: Применение детонационного напыления для создания градиентных материалов керамика-металл (№ 11.17).

В результате проведенных в 2009г. исследований экспериментально показана возможность получения детонационным способом прочных градиентных покрытий Al2O3+Ti путем попеременного напыления керамической и металлической компонент с применением двух дозаторов. Варьированием соотношения количества циклов (выстрелов) с инжекцией той или иной компоненты при послойном напылении можно изменять структуру покрытия от «грубой», в которой значения измеряемой микротвердости колеблются в широких пределах, до «тонкой», в которой колебания микротвердости практически отсутствуют. Разработана методика термоциклических испытаний с нагревом поверхности покрытия от открытого пламени газовой горелки с последующим окунанием образца в воду. Начаты эксперименты по измерению термоциклической стойкости покрытий.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Кислородная проницаемость массивных и нанесенных мембран на основе перовскитов со смешанной проводимостью (№ 82).

Выполнены расчеты параметров дисперсных частиц наноструктурированного порошкового материала Sr1-xAxCo0.8-yMyFe0.2O3-z (A=La;

M= Nb) - перовскита, ускоряемых потоком продуктов детонации в стволе детонационной пушки, и проведены эксперименты по отработке режимов детонационного напыления) на металлические и керамические положки. Для сравнения также напыляли оксид алюминия, как более изученный с точки зрения нанесения покрытий материал. Эксперименты показали, что данный материал можно наносить на подложки из металлов и прочной пористой керамики, например, гексаалюмината лантана. При попытке напыления перовскита на пористые подложки, спеченные из этого же материала, не удалось преодолеть конкурирующий процесс механической эрозии тем же высокоскоростным потоком, что не позволило создать заметного плотного слоя на поверхности спеченной пористой структуры. То есть прочность спекаемых в настоящее время пористых перовскитных подложек недостаточна для формирования газоплотных мембран детонационным способом.

ПРОЕКТ: Разработка научных основ формирования порошковых покрытий, модифицируемых тугоплавкими соединениями и высокоэнергетическим воздействием (№ 108).

Выполнен большой цикл экспериментов по исследованию эксплуатационных свойств износостойких и одновременно корозионностойких покрытий из хромоникелевых и никельалюминиевых сплавов для защиты конструктивных элементов электрохимических генераторов (ЭХГ) и других устройств, потребляющих или продуцирующих водород. Напылялись детонационные покрытия из порошков: ПР НХ13СР, ПР-НХ15СР2, ПР-НХ16СР3, ПР-НХ17СР4, жаропрочного никель-алюминиевого сплава ПВ-Н85Ю15, смесей ПР-НХ17СР4 и ПВ-Н85Ю15, а также чугуна наносили на стальную подложку. Были определены оптимальные режимы напыления и исследованы свойства покрытий, такие как твердость, когезия, адгезия, сопротивление абразивному и эрозионному износу.

Обнаружено, что у детонационных покрытий нет прямой связи между твердостью и износостойкостью. Например, твердость чугунного покрытия даже несколько выше твердости покрытия НХ17СР4, но абразивная и эрозионная стойкость на 30-40% ниже.

При этом абразивная стойкость покрытий из других смесей порошков НХ17СР4 и Н85Ю15 незначительно отличается от стойкости указанных выше покрытий, но превосходит стойкость покрытий из самофлюсующихся сплавов без добавки Н85Ю15. По эрозионной стойкости наилучшим является сплав Н85Ю15 и смесь 40%НХ17СР4+60% Н85Ю15 Покрытия из чугуна не уступают и даже превосходят по абразивной стойкости покрытия из НХ16СР3 и НХ15СР2. Твердость чугунного покрытия не уступает твердости покрытия из НХ17СР4, а адгезия и когезия не хуже, чем у самофлюсующихся сплавов.

Учитывая то, что чугунный порошок значительно дешевле никель-хромовых сплавов, можно рекомендовать его для восстановлении деталей машин и механизмов детонационным способом.

ПРОЕКТ: Фундаментальные основы дизайна среднетемпературных твердооксидных топливных элементов на пористых металлических подложках модифицируемых тугоплавкими соединениями и высокоэнергетическим воздействием (№ 57).

Проведены исследования по оптимизации напыления детонационным способом модифицирующих покрытий на поверхность деформационно упрочненных пеноникелевых пластин для формированием несущей конструкции твердоокисных топливных элементов (ТОТЭ).

На пористую металлическую основу детонационным методом наносились интерфейсные слои из порошков смеси оксидов ZrO2+NiO, либо полученной механоактивацией смеси ZrO2+Ni.

Подобраны режимы, обеспечивающие лишь необходимое частичное заполнение ячеек поверхности пластин такими композитами. При этом за счет большой кинетической энергии и строго дозируемого нагрева порошка лишь частичное расплавление композита при ударе о мишень обеспечивает прочное сцепление непористого покрытия с подложкой.

Окисление при 10000С на воздухе пластин с нанесенными слоями в специально сконструированных зажимных устройствах позволило снять возможные остаточные деформации вследствие ударного воздействия напыления и обеспечить идентичность составов поверхности перед нанесением слоев композита NiO/YSZ, варьируемой пористости и дисперсности.

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ КОНТРАКТЫ ПРОЕКТ: Отработка режимов напыления и наладка и запуск установки детонационного напыления (х/д № 3/09).

ПРОЕКТ: Разработка оборудования для детонационного напыления (х/д № 10/08).

ЗАРУБЕЖНЫЕ КОНТРАКТЫ ТЕМА: Соглашение о сотрудничестве между ИГиЛ СО РАН и ENISE (Франция) «International Virtual Laboratory on Direct Manufacturing of Multimaterial Multifunctional 3D Objects and Deposition of Graded Coatings».

Публикации:

Статей в рецензируемых журналах – Патентов и заявок – Публикаций в трудах конференций – Выступлений на конференциях – Заявок на изобретение – Международные связи:

В.Ю. Ульяницкий: совместные экспериментальные исследования в рамках Контракта с Сент-этьенской инженерной школой (Франция, г. Сент-этьен) апрель, декабрь 2009 г.

Научно-педагогическая деятельность Профессор В.Ю. Ульяницкий НГУ – спецкурс «Взрыв, новые материалы».

НГТУ – спецкурс «Импульсные (взрывные) технологии»;

практические и лабораторные занятия.

Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Аспирант НГТУ – Дипломник НГТУ – Курсовые работы студентов V курса НГТУ – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ОТДЕЛ МЕХАНИКИ ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА Заведующий отделом чл.-корр. РАН Б.Д. Аннин Лаборатория статической прочности Лаборатория механики композитов Лаборатория механики разрушения материалов и конструкций ЛАБОРАТОРИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. И.Ю. Цвелодуб ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Ползучесть и длительная прочность материалов и элементов конструкций при стационарных и нестационарных термосиловых режимах, термопластичность и сверхпластичность материалов.

• Исследование корректности, разработка алгоритмов решения обратных задач неупругого деформирования и численная реализация этих алгоритмов на конкретных задачах.

• Разработка теоретических основ обработки материалов давлением при медленных температурно-скоростных режимах деформирования (режимы ползучести и сверхпластичности).

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.6. Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, трибология, программе Сибирского отделения РАН:

3.6.3. Механика деформирования и разрушения однородных и композитных материалов и конструкций для транспортных и авиационных систем.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.6.3.1. Многоуровневое моделирование деформирования и разрушения однородных и неоднородных сред и композитных конструкций (н.г. 01.2.007 06895).

Выявлены особенности деформирования листовых конструкционных алюминиевых сплавов и плит в режимах ползучести.

1. Приведен анализ особенностей температурно-деформационного поведения в условиях ползучести высокопрочных алюминиевых сплавов из листа и плит. На основании проведенных экспериментов на растяжение, сжатие и чистое кручение установлена существенная анизотропия и разносопротивляемость растяжению и сжатию при ползучести. Для тонких листов определено наиболее слабое направление по сопротивлению ползучести – по нормали к листу, для плит – слабое направление под углом 45° по направлению к нормали.

2. Необходимость учета реальных свойств ползучести для оценки процесса формообразования показана на примерах чистого изгиба тонких анизотропных пластин одинарной и двойной кривизны в предположении одинаковости свойств на растяжение и сжатие. Установлено, что расчет процессов деформирования по сравнению с расчетом в анизотропной постановке без учета анизотропии может отличаться на порядок и более.

3. Необходимо получение определяющих уравнений для описания ползучести с одновременным учетом анизотропии и разносопротивляемости свойств ползучести материала, а также дальнейшее математическое моделирование для создания программ расчета изгиба пластин.

Исследованы плоские задачи об определении напряженно-деформированного состояния упругой области с различными жесткими или жесткопластическими включениями. Показано, что поля напряжений и пластические зоны определяются однозначно. Рассмотрены примеры плоскости с изолированными эллиптическими включениями, напряженно-деформированное состояние которых будет однородным.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Экспериментально-теоретическое исследование процессов деформирования и разрушения элементов конструкций с усложненной реологией (08-01-00168).

Разработан новый трехпараметрический нелокальный критерий разрушения при неоднородном напряженном состоянии и применен для описания экспериментальных данных по разрушению элементов конструкций с концентраторами напряжений.

Рассмотрены плоские задачи об определении напряженно-деформированного состояния упругой области с различными жесткопластическими включениями.

ПРОЕКТ: Внешние обобщенные силы в подходах к моделированию процессов высокотемпературной ползучести элементов конструкций (08-01-00060).

Для изгиба и кручения стержневых элементов разного профиля получены оценки интенсивности процесса ползучести и длительности до разрушения по величинам эквивалентных внешних обобщенных сил.

ПРОЕКТ: Предельное состояние элементов конструкций при ползучести их материала (08-08-00316).

Применительно к плоскому напряженному состоянию с использованием обобщенного критерия прочности рассмотрены статически определимые задачи.

Исследована зависимость области гиперболичности квазилинейной системы в частных производных (система уравнений равновесия) от «склейки» предельной кривой кривыми второго порядка. Выписаны соотношения между искомыми функциями на характеристиках.

ПРОГРАММА ПОДДЕРЖКИ ВЕДУЩИХ НАУЧНЫХ ШКОЛ ПРОЕКТ: Неупругое деформирование и разрушение неоднородных сред и конструкций (НШ-3066.2008.1).

Исследованы плоские задачи об определении напряженно-деформированного состояния упругой области с различными жесткими или жесткопластическими включениями, в частности, с изолированными эллиптическими включениями.

Публикации Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Доклады на конференциях Международные конференции – (из них на территории России) – Всероссийские конференции – Научно-педагогическая деятельность Проф. И.Ю.Цвелодуб НГАСУ – лекции и семинары: «Высшая математика».

Проф. О.В.Соснин НГАВТ – лекции и семинары: «Теоретическая механика».

Проф. А.Ф.Никитенко НГАСУ – лекции и семинары: «Сопротивление материалов».

Проф. А.А.Шваб НГАСУ – лекции и семинары: «Высшая математика»;

НГУ – лекции: «Математический анализ».

Доц. М.А.Леган НГТУ – лабораторные работы: «Информатика»;

лекции и семинары: «Прикладная механика», «Сопротивление материалов».

Доц. И.В.Любашевская НГАВТ – лекции и семинары: «Теоретическая механика».

Доц. И.А. Банщикова СГГА – лекции и семинары: «Проектирование в Autocad CAD»

Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ МЕХАНИКИ КОМПОЗИТОВ Заведующий лабораторией чл.–корр. РАН Б.Д. Аннин ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Развитие методов решения задач упругопластического деформирования анизотропных материалов и задач наномеханики.

• Рационально е проектирование слоистых композитных материалов и элементов конструкций.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.6. Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, трибология, программе Сибирского отделения РАН:

3.6.3. Механика деформирования и разрушения однородных и композитных материалов и конструкций для транспортных и авиационных систем и критическим технологиям РФ:

– технологии создания и управления новыми видами транспортных систем;

– технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.6.3.1. Многоуровневое моделирование деформирования и разрушения однородных и неоднородных сред и композитных конструкций (н.г. 01.2.007 06895).

Проведено экспериментальное исследование процессов накопления повреждений в новом мезокомпозитном материале, получаемом методом ударного компактирования на основе меди и внутреннеокисленной меди с включениями-агломератами, содержащими наноразмерные частицы диборида титана.

Дана статистическая обработка экспериментов по исследованию прерывистой текучести в полимерных материалах. Построены функции распределения скачков напряжения в зависимости от деформаций.

Разработан метод решения краевых задач анизотропной теории упругости с использованием алгебры Клиффорда. Для решения краевой задачи применяется трехмерный аналог двумерного интеграла типа Коши. Его существенное преимещуство заключается в отсутствии необходимости вычисления фундаментального решения уравнений теории упругости. Работа метода проиллюстрирована на примере задачи в перемещениях для трансверсально-изотропного материала.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Экспериментальное и теоретическое исследование физически нелинейного деформирования и разрушения структурно неоднородных сред (08-01-00749).

Представлены результаты экспериментального исследования малоциклового разрушения стальных образцов с краевой поперечной трещиной при нестационарном нагружении симметричным трехточечным изгибом. Исследовались балки из сталей Cт3 и 70Г как в состоянии поставки, так и подвергнутых предварительному неупругому растяжению различной степени. Проведено сопоставление полученных экспериментальных данных с теоретическими.

Построен численный алгоритм решения трехмерной динамической задачи теории упругости, основанный на локальной аппроксимации решения линейными функциями и последующем расщеплении исходной трехмерной задачи на одномерные.

Дано общее представление решения двумерных уравнений теории упругости в смещениях в виде линейной комбинации первых производных от двух квазигармонических функций, удовлетворяющих двум независимым уравнениям.

Каждому представлению соответствует оператор симметрии, т.е. формула производства новых решений. В трехмерном случае матрица модулей упругости с 21 независимой компонентой конгруэнтна матрице с 12 независимыми каноническими модулями.

ПРОГРАММА ПОДДЕРЖКИ ВЕДУЩИХ НАУЧНЫХ ШКОЛ ПРОЕКТ: Неупругое деформирование и разрушение неоднородных сред и конструкций (НШ-3066.2008.1).

Проведены экспериментальные исследования накопления повреждений в ряде композиционных материалов с хрупкой матрицей при многократном нагружении.

Предложено описание закономерностей накопления повреждений посредством аналитических функций.

Построены уточненные уравнения упругого слоя и слоистых оболочек с использованием аппроксимаций напряжений и смещений полиномами Лежандра. С использованием построенных уравнений решены некоторые контактные задачи с неизвестной заранее границей контакта и задачи со смешанными краевыми условиями на лицевых поверхностях оболочки.

Изучены подмодели статически определимой пространственной задачи идеальной пластичности с условием полной пластичности и линейной зависимостью максимального касательного напряжения от среднего давления.

Решена задача о распространении продольных и поперечных волн в разномодульной упругой изотропной среде, описываемой потенциалом, зависящим от трех инвариантов деформаций и позволяющим учитывать влияние предварительного деформирования среды на продольную и поперечную скорости.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Компьютерное моделирование процессов нелинейного деформирования, потери устойчивости и контактных взаимодействий наноструктур (№ 2.13.5).

Развиты алгоритмы пошаговой процедуры численного решения нелинейных задач динамического деформирования наноструктур, а также их выпучивания и закритического поведения.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Термодинамически согласованные модели сплошных сред и их вычислительное моделирование: вычислительные модели, алгоритмы и их программная реализация;

новые критерии устойчивости движения, позволяющие указывать допуски на определяющие параметры (№ 40).

Предложена модель статически определимой пространственной задачи идеальной пластичности с условием полной пластичности и линейной зависимостью максимального касательного напряжения от среднего давления.

ПРОЕКТ: Теоретические, приборно-экспериментальные и геоинформационные основы мониторинга напряженно-деформированного состояния породных массивов в областях сильных техногенных воздействий (№ 74).

Предложен выбор параметров трансверсально-изотропной упругой модели для описания линейного деформирования геоматериалов, аналитические и численные методы решения соответствующих динамических уравнений.

ПРОЕКТ: Моделирование деформационных процессов с учетом многофакторности в поведении среды и внешних воздействий (№ 119).

Проведено экспериментальное исследование воздействия предварительного неупругого деформирования материала на процесс накопления повреждений в области локализации необратимых деформаций при многократном нагружении.

Публикации Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Доклады на конференциях Международные конференции – из них на территории России – Всероссийские конференции – Научно-педагогическая деятельность Проф. Б. Д. Аннин НГУ лекции: «Механика деформируемого твердого тела (теория упругости)», «Наномеханика материалов».

Проф. Ю. М. Волчков НГУ лекции: «Механика деформируемого твердого тела (теория упругости, теория пластичности)», семинары: «Теоретическая механика», «Дифференциальные уравнения».

Доц. В. В. Алёхин НГУ лекции: «Механика разрушения», семинары: «Механика деформируемого твердого тела».

Доц. Л. В. Баев НГУ семинары: «Теоретическая механика».

К.ф.-м.н. Е. В. Карпов НГУ семинары: «Теоретическая механика», «МССт»

Научно–исследовательская работа со студентами и аспирантами Студенты V курса МГУ – Студенты IV курса НГУ – Аспирантов ИГиЛ – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. С.Н. Коробейников ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Развитие методов решения задач деформирования, устойчивости и разрушения сплошных тел, тонкостенных конструкций и наноструктур.

• Развитие формулировок уравнений механики больших деформаций твердых тел.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.6. Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, трибология, программе Сибирского отделения РАН:

3.6.3. Механика деформирования и разрушения однородных и композитных материалов и конструкций для транспортных и авиационных систем и критическим технологиям РФ:

– нанотехнологии и наноматериалы.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.6.3.1. Многоуровневое моделирование деформирования и разрушения однородных и неоднородных сред и композитных конструкций (н.г. 01.2.007 06895).

Проведено компьютерное моделирование процесса формообразования элемента крыльевой панели. Рассмотрены четыре 3D конечно-элементные модели с разными типами конечных элементов (тетраэдральными и гексагональными, с трилинейной и триквадратичной аппроксимацией геометрии и перемещений). Показано, что использование тетраэдральных конечных элементов постоянной деформации не позволяет правильно определить конфигурацию отформованной панели. Для практических расчетов рекомендуется использовать гексагональные восьмиузловые конечные элементы.

Показано, что при решении типичных задач формообразования крыльевых панелей надо учитывать геометрическую нелинейность уравнений их деформирования.

Рассмотрены возможные механизмы дальнейшего развития блоковой структуры Юго-Восточного Алтая, описываемой взаимодействием 8 блоков, включающих и обрамляющих Чуйскую и Курайскую впадины. Математическое моделирование эволюции этой структуры проведено численным решением 2D задач (в предположении о плоском напряженном состоянии) механики деформируемого твердого тела с учетом геометрической, физической и контактной нелинейностей деформирования блоков.

Материал блоков предполагается упругопластическим, используются геометрически нелинейные уравнения квазистатического движения блоков, при взаимодействии блоков граница контакта заранее неизвестна. Показано, что при сохранении имеющихся напряжений развитие системы пойдет по пути частичного разрушения западной периферии Курайской впадины, соединения Уйменско-Сумультинской разломной зоны с Чуйской (западным окончанием Толбонурской) и дальнейшей деформацией разломной зоны в сдвиговом режиме. При реконструкции полей перемещений правдоподобной оказалась модель с наличием генерального разлома, проходящего посредине модельной области и разделяющего два террейна с разными реологическими свойствами. Таким образом, достоверность модели, учитывающей границу раздела более пластичного Горно Алтайского и более жесткого Телецко-Чулышманского доменов, подтверждается GPS наблюдениями. Помимо научного значения подобные модельные построения имеют и прямой выход на практику, поскольку позволяют выявить участки структуры, где происходит концентрация напряжений, которые при разрядке могут вызвать катастрофические сейсмические события. Описан новый подход в моделировании напряженно-деформированного состояния центральной и юго-восточной частей Горного Алтая и протестированы разработанные модели на основе геоморфологической и сейсмотектонической информации.

Представлены модели и результаты визуализации математического моделирования квазистатического/динамического деформирования нанотрубки при кручении с использованием пакетов MSC.Patran 2007 и VMD. Автоматизация построения модели и визуализации результатов численного моделирования была проведена с использованием языков PCL и TCL. Показаны преимущества и недостатки обоих пакетов при визуализации квазистатического/динамического деформирования нанотрубки. Расчеты, проведенные в настоящей работе, получены с помощью пакета PIONER.

На основе метода продолжения решения по параметру разработан алгоритм численного решения геометрически нелинейных задач деформирования стержневых конструкций (большие смещения и повороты) при жестком нагружении, т.е. когда внешнее воздействие характеризуется заданными смещениями узлов конструкции. Этот метод может быть использован для проверки правильности решения задач о квазистатическом деформировании стержневой конструкции при мягком нагружении, если вместо силового воздействия использовать контролируемое перемещение.

Эффективность предложенных методик проиллюстрирована решением задачи о статическом деформировании плоской механической системы, состоящей из двух линейно-упругих стержней, испытывающих деформации растяжения-сжатия. Несмотря на то, что работа данного механизма представляется элементарной, математическая формулировка таковой не является. Система уравнений равновесия конструкции является нелинейной, и ее решение в данном случае необходимо строить с применением численных процедур. Предложенным методом найдено всё множество равновесных состояний системы, как устойчивых, так и неустойчивых, включая и все предельные точки. Достоверность решения данной задачи подтверждается совпадением результатов, полученных двумя различными способами силового воздействия на конструкцию (мягкое и жесткое нагружения), а также аналитическим анализом уравнений равновесия.

Процессы в средах с периодической структурой описываются уравнениями с периодическими быстро осциллирующими коэффициентами, зависящими от малого параметра, характеризующего относительный размер периодической ячейки.

Эффективным методом исследования макроскопических и микроскопических свойств периодических структур является асимптотический метод осреднения, в котором решение уравнения разыскивается в виде ряда по степеням малого параметра. Целью такого построения является получение уравнений, коэффициенты которых не являются быстро осциллирующими, а их решения близки в среднем к решениям исходных уравнений. В работе напряженно-деформированное состояние высотной многоэтажной башни смоделировано состоянием структурированного стержня, в котором напряжения вычислены методом, предложенным Н.С. Бахваловым для осреднения дифференциальных уравнений с быстро осциллирующими коэффициентами. Показано, что сжимающие напряжения в структурированном стержне существенно превышают максимальные напряжения в поперечном сечении в эквивалентном однородном стержне.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Исследование катастрофичного поведения неоднородных тел и наноструктур в условиях сильной нелинейности процессов их деформирования (09-08 00684).

Проводится математическое моделирование коллизии плит, при которой одна плита погружается в мантии под другую плиту. Задачи деформирования коры и мантии решаются численно, так что для пространственной дискретизации уравнений механики деформируемого тела используется метод конечных элементов, а для эволюции процесса коллизии - пошаговое интегрирование уравнений квазистатического деформирования тел.

Задачи движения плит решаются в геометрически нелинейной постановке в двумерном приближении (плоская деформация) с учетом больших деформаций тел и контактных взаимодействий плит и мантии с использованием пакета MSC.Marc 2005, в котором реализованы формулировки уравнений с требуемыми типами нелинейностей. Тот участок земной коры, который не имеет тенденции к погружению в мантию, моделируется заданным движением абсолютно жесткого тела. Другой участок земной коры, который в силу свойств начальной геометрии должен затонуть, моделируется деформируемым твердым телом из упругопластического материала с упрочнением. Мантия моделируется идеальным упругопластическим материалом с небольшим пределом текучести.

Рассматриваются участки земной коры с разными геометрическими параметрами.

Показано, что в стандартных условиях реализуется поддвиг одной плиты под другую плиту, а при некотором начальном утолщении плиты в зоне контакта возможна субдукция (глубокое погружение) плиты в мантию. Из компьютерного моделирования коллизии плит следует, что в последнем случае надо учитывать известный экспериментальный факт уплотнения материала затонувшего участка плиты.

ПРОЕКТ: Малоцикловая усталость тел с трещинами при нестационарном нагружении (07-01-00163).

Представлены результаты экспериментального исследования малоциклового разрушения стальных образцов с краевой поперечной трещиной при нестационарном нагружении симметричным трехточечным изгибом. Исследовались балки из сталей Cт3 и 70Г как в состоянии поставки, так и подвергнутых предварительному неупругому растяжению различной степени. Рассмотрены режимы нагружения с постепенной догрузкой и с понижением нагрузки. Выявлен параметр, оказывающий определяющее влияние на процесс накопления повреждений. Показано, что накопление повреждений имеет, как правило, нелинейный характер и существенно зависит от вида пошагового изменения нагрузки (увеличение или уменьшение). Также в экспериментах удалось связать характерную точку на графике полный прогиб – усилие при однократном нагружении с аналогичной точкой на графике при малоцикловом нагружении, что позволяет по однократному нагружению предсказать живучесть конструкции при малоцикловом нагружении. Выявлено существенное изменение расположения характерной точки, возникающее после аварийных ситуаций при предварительном неупругом деформировании материала образца сверх некоторого предела (см. рис., характерные точки помечены крестиком). Предложено сопоставление полученных экспериментальных данных с теоретическими представлениями.

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: От зарождения трещин до разрушения деформируемых тел при циклическом нагружении. Анализ аварийных ситуаций (№ 11.16).

При построении необходимых и достаточных критериев разрушения используется подход Нейбера – Новожилова для каждого структурного уровня материалов с иерархией структур. Предложена модификация модели Леонова – Панасюка – Дагдейла для трещины нормального отрыва, когда поперечник зоны предразрушения совпадает с поперечником зоны пластичности. Выведены простые соотношения для критических параметров:

растягивающих напряжений, длин зон предразрушения, коэффициентов интенсивности напряжений (КИН). Описано разрушение для разных структурных уровней (от нано- до макро-уровней). Полученные соотношения допускают рассмотрение разрушения структурного уровня материала, когда длина трещины пренебрежимо мала. Предлагается в широком диапазоне изменения длин трещин рассматривать оценочную диаграмму разрушения, в которой используются критические напряжения по обоим критериям для разных структурных уровней. Выявлены при некотором уровне нагружения три области, в первой из которых длина исходной трещины не меняется (трещина устойчива), во второй длина исходной трещины увеличивается на длину зоны предразрушения (трещина подрастает, оставаясь устойчивой), в третьей длина исходной трещины увеличивается катастрофически (трещина неустойчива).Критический КИН, полученный по достаточному критерию разрушения, вычисляется в рамках модели по диаметру зерна, модулю упругости и по предельному относительному удлинению материала.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Компьютерное моделирование процессов нелинейного деформирования, потери устойчивости и контактных взаимодействий наноструктур (№ 2.13.5).

Получено решение задачи по деформированию и выпучиванию однослойной углеродной нанотрубки радиуса 0.38475 нм и длины 0.9035 нм, сжатой по оси внезапно приложенной постоянной силой. Показано, что при сравнительно небольшой величине сжимающей силы (5 нН) нанотрубка не выпучивается, а при увеличении сжимающей силы до 10 нН происходит ее выпучивание. Проведено исследование по определению критических нагрузок, времен и форм потери устойчивости квазистатического и динамического движений фуллерена C60, сжатого на полюсах. Использованы развитые критерии потери устойчивости квазистатического/динамического движений наноструктуры, в соответствии с которым эти движения становятся неустойчивыми при появлении точек бифуркации/квазибифуркации на интегральных кривых.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Тепломассоперенос в континентальной коре в условиях гравитационной неустойчивости: геологический анализ и многопроцессорное моделирование (№ 2).

Предлагается новый подход, описывающий процессы частичного плавления и развития гравитационной неустойчивости в утолщенной коре, с увеличенной мощностью гранитного слоя. Решаются уравнения механического равновесия в «слабой» форме (уравнение принципа возможных скоростей перемещений или уравнение баланса виртуальных мощностей) и уравнение теплопроводности с переменными коэффициентами и учетом фазового перехода при плавлении. Классическая постановка задачи Стефана заменяется учетом повышенной теплоемкости при фазовом переходе. Уравнения, лежащие в основе математического моделирования квазистатического деформирования, решались численно в рамках приближения задачи о плоской деформации. Для дискретизации уравнений механики деформируемого твердого тела и теплопроводности использовался метод конечных элементов. Для численного моделирования использовался пакет программ MSC.Marc, в котором предусмотрен учет всех типов нелинейности уравнений МДТТ.


Уравнения квазистатического движения и теплопроводности решались в верхней области моделирования (верхних 30 км), а в нижней области (8 км) решалось только уравнение теплопроводности. Ввиду больших деформаций сетка в верхней области перестраивалась по условию достижения критической деформации элементов. Численные эксперименты позволяют сделать следующие основные выводы. 1) Для того чтобы в гравитационном поле началось всплывание, должен сформироваться критический объем частично-расплавленного вещества. Высота области плавления в гранитной коре должна быть не менее 6-7 км. 2) Независимо от размера теплового источника (фиксированной или переменной ширины) во всех моделях наблюдалась грибовидная форма всплывающего тела: формируется канал высокотемпературной магмы (магмопроводник) и головное тело диапира. 3) Высота всплывания диапира зависит от реологических свойств окружающей коры. 4) Над осевой частью диапира в рельефе дневной поверхности формируется поднятие высотой около 750 м.

ПРОЕКТ: Моделирование деформационных процессов с учетом многофакторности в поведении среды и внешних воздействий (№ 119).

Предложен новый метод генерации семейств непрерывных тензоров-спинов, ассоциированных с семействами коротационных скоростей тензоров второго ранга, объединенных использованием изотропных тензорных функций одних и тех же тензорных аргументов и различающихся видом непрерывных антисимметричных скалярных (спиновых) функций скалярного аргумента специального вида. Разработанный метод применяется в области механики сплошной среды для генерации двух семейств непрерывных тензоров-спинов, определяющих два семейства объективных коротационных скоростей: лагранжевых и эйлеровых. В этих семействах при построении изотропных тензорных функций используются, соответственно, лагранжевые и эйлеровые тензорные аргументы кинематического типа. Показано, что если при построении тензорных функций лагранжевых и эйлеровых тензорных аргументов использовать одну и ту же спиновую функцию, то ассоциированные со сгенерированными тензорами-спинами коротационные скорости являются объективными (лагранжевыми и эйлеровыми) тензорами-двойниками друг для друга. Показано, что тензоры-спины, ассоциированные с классическими эйлеровыми коротационными скоростями (Зарембы – Яуманна, Грина – Нахди, d-скорости) и их лагранжевыми двойниками (включающими материальную скорость) принадлежат сгенерированным семействам непрерывных тензоров-спинов.

Получены удобные для приложений выражения семейств непрерывных тензоров-спинов, ассоциированных с семействами лагранжевых и эйлеровых коротационных скоростей.

ПРОЕКТ: Разработка методов оценки и диагностики работоспособности ответственных объектов техники и сооружений при критических и предкритических состояниях материала и повышенных нагрузках (№ 115).

По результатам экспериментов на совместное растяжение (сжатие) и сдвиг образцов из оргстекла построена кривая прочности типа Кулона-Мора. Проведены эксперименты по разрушению квадратных пластин из оргстекла с внутренними вырезами. Образцы подвергались сжатию на испытательной машине Zwick/Roel до появления трещин. В процессе испытания наблюдалось зарождение симметричных трещин, которые росли при дальнейшем увеличении нагрузки. Вывод о характере разрушения (нормальный отрыв или сдвиг) удалось сделать только в результате последующего численного анализа напряженно-деформированного состояния пластины методом конечных элементов.

Установлено, что места концентрации напряжений совпадают с местами зарождения трещин. На плоскости построены круги Мора для напряженных состояний в точках концентрации напряжений. Зная точку касания кругом Мора предельной кривой, можно определить площадку, на которой нормальные и касательные напряжения достигают критических значений, и тем самым определить направление распространения трещины.

Сравнение эксперимента с численным решением обнаруживает хорошее совпадение теории с экспериментальными данными.

Публикации Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Патенты – Доклады на конференциях Международные конференции – (из них на территории России) – Всероссийские конференции – Научно-педагогическая деятельность Проф. С. Н. Коробейников НГУ – лекции: «Нелинейные задачи механики деформируемого твердого тела», спецкурс: «Потеря устойчивости деформируемых тел и наноструктур».

Проф. В. Д. Кургузов НГАСУ – лекции и семинары: «Теория упругости».

Доц. Н. С. Астапов НГУ – семинары: «Математический анализ».

Научно-исследовательская работа со студентами Студентов НГУ – Аспирантов ИГиЛ – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ОТДЕЛ ПРИКЛАДНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ Заведующий отделом чл.–корр. РАН В.В. Пухначев Лаборатория прикладной и вычислительной гидродинамики Лаборатория экспериментальной прикладной гидродинамики Лаборатория фильтрации Лаборатория гидроаэроупругости ЛАБОРАТОРИЯ ПРИКЛАДНОЙ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ Заведующий лабораторией чл.–корр. РАН В.В.Пухначев ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Математическое моделирование процессов тепломассопереноса и фазовых превращений в условиях микрогравитации.

• Математические модели и численные методы для расчета течений жидкости со свободной границей.

• Теория разностных схем повышенной точности для гиперболических систем, включая уравнения гидродинамики и газовой динамики.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва, программе Сибирского отделения РАН:

3.5.3. Гидродинамические явления в природных и технических системах (водотоках и водоемах, нефте- и газопроводах, пористых средах, тепловых энергетических установках), а также приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ:

– информационно-телекоммуникационные системы и электроника;

– экология и рациональное природопользование и критическим технологиям РФ:

– технология производства программного обеспечения;

– технология создания электронной компонентной базы;

– технология снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО–ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.3.1. Гидродинамические явления в природных и технических системах (водотоках и водоемах, нефте- и газопроводах, пористых средах, тепловых энергетических установках) (н.г. 01.2.007 06889).

В.М. Головизниным в 2005 для численного решения уравнений одномерной гидродинамики была предложена балансно-характеристическая разностная схема, которая на классическом тесте Blast Wave показала существенные преимущества по сравнению с известными монотонными схемами повышенной точности. Предложенная схема имеет второй порядок аппроксимации на гладких решениях, является консервативной, явной, условно устойчивой в линейном приближении. Основные достоинства этой схемы связаны с тем, что в линейном приближении, без учета нелинейной коррекции потоков, она эквивалентна трехслойной по времени схеме «кабаре» (предложенной В.М.

Головизниным и А. А. Самарский в 1998), которая является точной при двух различных числах Куранта r=0,5 и r=1.

В рамках данного проекта показано, что схема, предложенная В.М. Головизниным, на основном временном шаге является монотонной только при числах Куранта r0.5.

Предложен метод обеспечивающий монотонность балансно-характеристической схемы для всех чисел Куранта r1, при которых схема является устойчивой. В основе этого метода лежит двойная коррекция потоковых переменных, которая производится внутри одной пространственной ячейки разностной сетки, что позволяет сохранить компактность пространственного шаблона балансно-характеристической схемы. При этом предварительно получены необходимые и достаточные условия, которым должны удовлетворять разностные начальные данные, для того чтобы балансно характеристическая схема была монотонной на начальном временном полушаге.

Приведены результаты тестовых расчетов, иллюстрирующие преимущества модифицированной схемы.

Построена математическая модель для исследования структуры среды, содержащей дисперсные элементы (капли). Среда изолирована от внешних силовых полей и в ней отсутствует градиент температуры или концентрации примесей. Причиной формирования градиентного физического поля в среде могут быть какие либо особенности на границе раздела дисперсный элемент – матрица. Например, диффузионные следы вещества капель.

Проведены исследования о коагуляции двух капель одной плотности с последующей их коалесценцией (слиянием) в жидкой матрице, имеющей ту же плотность, что и капли.

Исследования проводились при различных начальных расстояниях между ними.

Получены данные, отражающие зависимость времени полного сближения двух одинаковых капель от первоначального расстояния между ними.

Изучено движение капли жидкости, находящейся на твёрдой подогреваемой плоской подложке. Сила тяжести перпендикулярна плоскости подложки и принимает различные значения. Диапазон изменения гравитации соответствует условиям параболических полётов. Наиболее интересным и хорошо измеряемым параметром здесь является радиус смачиваемого пятна на подложке. Следует отметить, что гравитационная чувствительность этого параметра может быть очень велика, поэтому такая капля может служить гравитометром. Построены зависимости радиуса смачиваемого пятна от интенсивности гравитации в квазистационарном приближении. Выведены асимптотические формулы для радиуса смоченного пятна в случаях пониженного тяготения и гипергравитации. Численно рассчитаны поля скоростей и температур для различных значений управляющих РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Задачи со свободными границами в динамике несжимаемых вязкоупругих сред (07-01-00168).


Рассмотрена задача о заполнении сферической полости в вязкоупругой несжимаемой среде Максвелла под действием постоянного давления на бесконечности. В этом случае система уравнений движения может быть сведена к одному интегро-дифференциальному уравнению второго порядка для радиуса полости как функции времени и квадратурам.

Найдено преобразование, приводящее это уравнение к дифференциальному уравнению 4 го порядка и 5-й степени, что существенно упрощает численное и аналитическое исследование задачи Коши. В это уравнение и начальные условия входят три безразмерных параметра: число Рейнольдса, безразмерное время релаксации и капиллярное число. Оказалось, что при ненулевом значении поверхностного натяжения полость стягивается в точку за конечное время. В отсутствие капиллярных сил возможны два режима, аналогичных тем, которые имеют место для несжимаемой вязкой жидкости.

Однако для вязкоупругой среды критическое число Рейнольдса, разделяющее режимы с конечным и бесконечным временем заполнения полости, зависит от времени релаксации и увеличивается вместе с последним. Здесь проявляются различия задач о заполнении полости в средах Максвелла и Кельвина-Фойхта, где возможна стабилизация радиуса полости к ненулевому значению за бесконечное время, как при положительном, так и при нулевом поверхностном натяжении. Численное решение задачи для континуума Максвелла обнаружило существование как колебательного, так и монотонного режимов движения. Характерно, что при уменьшении радиуса полости колебания прекращаются.

Возможны два асимптотических режима вблизи момента коллапса: инерционный, когда скорость в этот момент обращается в бесконечность, и вязкий, когда скорость стремится к конечному пределу, зависящему от определяющих параметров задачи.

Численно исследовано инерционное затухание скорости вращения цилиндра в жидкости Максвелла. Произведено сравнение с известными экспериментальными данными.

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: Разработка методов моделирования наката волн цунами на берег и их вторжения в устьевые области рек (№ 16.2).

Уравнения первого приближения теории мелкой воды широко применяются при моделировании процесса распространения прерывных волн, возникающих при полном или частичном разрушении плотины гидросооружения либо при выходе крупных морских волн типа цунами на мелководье. Однако классическая система базисных законов сохранения теории мелкой воды (состоящая из законов сохранения массы и полного импульса), правильно передавая параметры прерывных волн, распространяющихся по жидкости конечной глубины над ровным дном, не позволяет описывать волновые течения над различными особенностями рельефа дна, в частности прохождение прерывной волны над скачком уровня (отметки) дна. Это обусловлено тем, что уравнение для полного импульса является точным законом сохранения только в случае горизонтального дна, поэтому его нельзя использовать для получения условия Гюгонио на разрыве, возникающем над скачком уровня дна. Отсюда следует, что если с такого разрыва уходят две характеристики, то для замыкания соотношений на нем необходимо введение дополнительного условия (если с разрыва над скачком уровня дна уходит одна характеристика, то для замыкания соотношений на таком разрыве достаточно одного условия Гюгонио, вытекающего из закона сохранения массы).

Соотношения на гидродинамическом разрыве, возникающем над уступом дна (представляющем собой скачок уровня дна, с которого вода стекает), получаются из законов сохранения теории мелкой воды, допускающих запись в дивергентной форме над негоризонтальным дном. Уравнения мелкой воды имеют всего два линейно независимых закона сохранения, удовлетворяющих этому условию – это законы сохранения массы и локального импульса. Поэтому наряду с непрерывностью расхода, получаемой из закона сохранения массы, в качестве дополнительного соотношения на разрыве над скачком уровня дна используется непрерывность константы Бернулли, получаемая из закона сохранения локального импульса. Следствием этого является сохранение на таком разрыве полной энергии набегающего потока.

В рамках данного подхода изучены все качественно различные течения, возникающих при набегании прерывной волны на уступ дна. При этом, если с разрыва, возникающего над уступом, уходят две характеристики, то решения строятся в предположении, что на таком разрыве сохраняется полная энергия набегающего потока.

Если с разрыва над уступом уходит одна характеристика, то в рамках уравнений мелкой воды полная энергия потока на нем теряется, что является критерием его устойчивости.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Динамика неньютоновских и неоднородных жидкостей (№ 14.14.3).

Сформулирована математическая модель движения несжимаемой вязкоупругой среды Максвелла. Найдена группа преобразований, допускаемая системой уравнений движения. Она оказалась бесконечномерной. Доказана теорема об инвариантности условий на свободной поверхности, которая позволяет строить точные решения системы уравнений, заранее согласованные с условиями на неизвестной свободной границе. При этом решение может быть как инвариантным, так и частично инвариантным. Указан способ расширения семейства точных решений за счет отказа от инвариантности части искомых функций.

ПРОГРАММА ПОДДЕРЖКИ ВЕДУЩИХ НАУЧНЫХ ШКОЛ ПРОЕКТ: Теория и приложения задач со свободной границей (НШ-2260.2008.1).

Разработаны алгоритмы численного решения переопределенных комплексных дифференциальных уравнений в частных производных, являющихся к тому же нагруженными. Это означает, что уравнения содержат значения неизвестных функций в отдельных точках. Построенные алгоритмы решения таких уравнений использованы для решения задачи о нестационарном взаимодействии струй жидкости. В случае лобового столкновения обнаружены устойчивые струйные конфигурации.

Найдено точное решение нелинейной краевой задачи, описывающее гравитационные волны малой амплитуды на поверхности жидкости. В отличии от ранее известных результатов решение является равномерно пригодным по длине волны: оно включает в себя как синусоидальные волны, так и уединенные волны.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Гидродинамика и теплообмен в микро и наносистемах (№ 64).

Наличие на стенке канала локальных источников тепла высокой и непостоянной интенсивности создаёт большие градиенты температуры, которые вызывают процесс испарения, а также приводят к местному искажению поверхности пленки. Традиционно используемые модели испарения пренебрегают рядом явлений на границе раздела, которые в данных условиях могут давать существенный вклад в динамику процесса.

Имеются в виду такие эффекты как динамическое воздействие на жидкость испаряющегося (конденсирующегося) вещества, затраты энергии на деформацию границы, перенос энергии по границе раздела и т.п. Само наличие этих явлений на границе раздела сомнений не вызывает, но формулы, задающие их вклады в общие балансы, не так просто записать, исходя из физических соображений. Из законов сохранения выведены точные соотношения, которым удовлетворяют поля температуры, концентрации, скоростей и давлений на границе раздела двух областей, занятых жидкостью и газом. Вещество жидкости может испаряться (конденсироваться), и в состоянии пара переносится в газовой среде как примесь.

Численно исследована задача о совместном движении в микроканале жидкой плёнки и газового потока при наличии процессов испарения и переноса испарившейся жидкости потоком газа. Рассчитана температура межфазной границы, интенсивность испарения и коэффициента теплоотдачи для различных значений чисел Рейнольдса в жидкости и газе.

Установлено, что с увеличением числа Рейнольдса в газе испаряется значительная часть расхода жидкости.

Для различных уровней гравитации проведены расчеты полей скорости и других параметров движения тонкой ограниченной по ширине пленки жидкости, движущейся под действием газового потока по нижней стенке мини- и микроканалов. Обнаружено деформирующее влияние жидкой плёнки на распределение скорости в газовой фазе.

Установлено, что при движении в миниканалах поверхность движущейся плёнки становится практически плоской при гравитации, превышающей треть земного значения.

В отличие от этого, в микроканалах такого выравнивания поверхности не наблюдается даже при повышенном тяготении.

ПРОЕКТ: Моделирование, оптимизация и устойчивость конвективных течений (№ 116).

Из законов сохранения выведены соотношения, которым удовлетворяют поля температуры, скоростей и давлений на границе раздела двух областей, занятых жидкостью и газом, являющимся паром этой же жидкости. В качестве примера рассмотрена задача испарения слоя жидкости. Построено точное решение этой задачи в одномерной постановке. Проведены расчеты интенсивности испарения для конкретной жидкости. Отмечено, что дополнительные члены могут играть заметную роль при расчете параметров процесса.

Публикации Монография – Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Доклады на конференциях Международные конференции – (из них на территории России) – Межреспубликанские (СНГ) и Всероссийские конференции – Научно–педагогическая деятельность Чл.-корр. РАН В.В. Пухначев НГУ – зав. кафедрой теоретической механики.

Спецкурсы: «Симметрии в уравнениях Навье–Стокса», «Математические модели конвекции».

НГУ и ИГиЛ – семинар «Прикладная гидродинамика».

Проф. А.Ф. Воеводин НГУ – лекции: «Методы вычислений», «Вычислительная математика»;

спецкурс «Численные методы в прикладной гидродинамике».

Проф. В.В. Кузнецов НГУ – лекции «Уравнения Навье-Стокса»;

семинары «Математический анализ».

СУНЦ НГУ – лекции «Математика».

Проф. В.В. Остапенко НГУ – лекции и семинары: «Обыкновенные дифференциальные уравнения».

СУНЦ НГУ – лекции: «Математика».

ГАГУ – Спецкурс «Гиперболические системы законов сохранения и их приложения к теории мелкой воды»

Доц. Е.А. Карабут НГУ – семинары: «Механика жидкости и газа».

СУНЦ НГУ – семинары «Математика».

Ст. преп. О.А. Фроловская СУНЦ НГУ – семинары: «Математика».

Научно–исследовательская работа со студентами и аспирантами Студентов III курса НГУ – Студентов IV курса НГУ – Студентов V курса НГУ – Магистрантов НГУ – Аспирантов ИГиЛ СО РАН – Внешние поощрения В.В. Пухначев – Премия им. Лаврентьева РАН;

Почетная грамота мэрии г. Новосибирска;

Почетная грамота НГУ и Президиума СО РАН;

Почетная грамота Президиума СО РАН.

А.Ф. Воеводин – Нагрудный знак республики Саха (Якутия) «За заслуги в области науки»;

Почетная грамота НГУ и Президиума СО РАН;

Почетная грамота Президиума СО РАН.

Е.А. Карабут – Почетная грамота НГУ.

Кадровый состав Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПРИКЛАДНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. Е.В. Ерманюк ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Экспериментальное изучение волновых движений жидкости, гидродинамической устойчивости, турбулентности, движения тел в жидкости.

• Экспериментальная проверка результатов аналитических и численных методов по широкому кругу задач гидродинамики.

• Изучение и оптимизация характеристик гидравлических систем и способов управления технологическими процессами в нормальных и аварийных режимах работы.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва, программе Сибирского отделения РАН:

3.5.3. Гидродинамические явления в природных и технических системах (водотоках и водоемах, нефте- и газопроводах, пористых средах, тепловых энергетических установках), а также приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ:

– экология и рациональное природопользование и критическим технологиям РФ:

– технология мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы;

– технология снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.3.2. Экспериментальное и теоретическое исследование воздействия потоков на конструкции, оценки надежности и безопасности транспортных систем и гидротехнических сооружений (н.г. 01.2.007 06890).

Проведено исследование пространственных полей внутренних волн, генерируемых горизонтальными колебаниями сферы в однородно стратифицированной жидкости.

Выполнена верификация линейной теории внутренних волн, генерируемых колебаниями тела в однородно стратифицированной вязкой жидкости, выявлены недостатки ранее применявшейся экспериментальной методики других авторов.

Показано, что поля внутренних волн, соответствующих фундаментальной и удвоенной частоте колебаний, имеют диаграммы направленности излучения дипольного и квадрупольного типов, соответственно. Установлено, что в пространственном случае амплитуды волн удвоенной частоты могут существенно (в два раза) превышать амплитуды волн, соответствующих фундаментальной частоте колебаний. Практическим приложением проведенных исследований является задача о структуре бароклинного прилива в окрестности изолированного препятствия. Данная задача представляет большой интерес с точки зрения экологии, подводной навигации и проектирования подводных коммуникаций. Полученные данные указывают на необходимость учета эффектов ближнего поля в окрестности изолированного препятствия, а также нелинейных эффектов для кратных по частоте гармоник.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Силовое воздействие катастрофических волн (07-01-00015).

Экспериментально исследовано распределение давления на вертикальной стенке при набегании на нее катастрофической волны типа цунами или волны, образующейся при разрушении плотины. Показано, что в том случае, когда обрушение волны происходит непосредственно на стенке, давление возрастает в 15 раз по сравнению со случаем набегания гладкой волны.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Теоретическое и экспериментальное исследование резко нестационарных взаимодействий деформируемых тел с жидкими слоями (№ 14.14.2).

Проведены опыты по исследованию соударения дисков, имеющих дно различной кривизны, со свободной поверхностью мелкой воды. Показано, что при малой кривизне дна тела скачок скорости тела при ударе о свободную поверхность мало чувствителен к величине и знаку кривизны и может быть оценен с помощью теории идеальной жидкости для тела с плоским дном. Проведено исследование эффекта захвата воздуха при падении тела с выпуклым дном на свободную поверхность. Радиус захваченного воздушного пузыря имеет величину порядка 1% от радиуса кривизны донной поверхности доска.

Показано, что скорость дисков с плоским и вогнутым дном асимптотически стремится к нулю при приближении их к плоскому дну лотка. Соответственно, контакт этих дисков с дном является безударным. В случае диска с выпуклой нижней поверхностью имеет место жесткое соударение и отскок диска от плоской поверхности дна лотка, причем в момент удара возникает интенсивная кавитация.

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: Исследование разномасштабных гидрофизических процессов и их изменчивости, как основных факторов тепло- и массопереноса в экосистеме озера Байкал (№ 17.10).

Проведены опыты по изучению перемешивания при взаимодействии течения трехслойной стратифицированной жидкости с подводным хребтом. Показано, что при определенных условиях зона перемешивания с «подветренной» стороны хребта охватывает практически всю толщу жидкости. При этом суммарная толщина верхнего и среднего слоев составляет около трети, а высота хребта – около половины общей глубины жидкости. Показана чувствительность эффекта к особенностям геометрии препятствия:

при одном и том же значении числа Фруда и параметров стратификации размер зоны перемешивания существенно зависит от углов наклона боковых поверхностей хребта.

Проведено экспериментальное исследование явлений, наблюдающихся при взаимодействии масс пресной воды, имеющих температуру ниже и выше температуры максимальной плотности. Показано формирование термобара и присклонного течения, имеющего плотность, близкую к максимальной. Проведенные исследования имеют приложение к проблеме изучения и идентификации механизмов обновления глубинных вод озера Байкал.

Публикации Монографии – Учебные пособия – Статьи в научных журналах – Доклады на конференциях Международные конференции – из них на территории России – Российские конференции – Международные связи В феврале-апреле 2009 г. Ерманюк Е.В. посетил Лабораторию геофизических и индустриальных течений Университета Жозефа Фурье (Гренобль, Франция) для проведения совместных научных исследований в рамках российско-французской программы по нелинейной и волновой механике. В июле 2009 г. Ерманюк Е.В. посетил Национальный институт исследований в области корабельной гидродинамики (Рим, Италия) и сделал там два доклада.

Научно-педагогическая деятельность Проф. В.И.Букреев НГАСУ – лекции «Методы измерений гидрофизических величин», «Основы научно исследовательской работы»

Ассистент А.В. Чеботников НГАСУ – лекции и лабораторный практикум «Физическое моделирование водных потоков»

Д-р физ.-мат.наук Е.В. Ерманюк НГУ – лекции «Экспериментальная гидродинамика»

Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Студентов III курса НГУ – Аспирантов ИГиЛ – В 2009 г. инженер А.В. Чеботников защитил кандидатскую диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – В том числе: докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ ФИЛЬТРАЦИИ Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. В.В. Шелухин ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Математическое моделирование и исследование процессов массопереноса взаимосвязанными течениями подземных, почвенных и поверхностных вод.

• Физическое и математическое моделирование движения несмешивающихся и смешивающихся жидкостей и газов в пористых средах.

• Краевые задачи фильтрации стратифицированных жидкостей.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва, программе Сибирского отделения РАН:

3.5.3. Гидродинамические явления в природных и технических системах (водотоках и водоемах, нефте- и газопроводах, пористых средах, тепловых энергетических установках), а также приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ:

• Экология и рациональное природопользование:

– технология оценки ресурсов и прогнозирования состояния литосферы и биосферы;

– технологии экологически безопасной разработки месторождений полезных ископаемых;

добычи топливно-энергетических ресурсов и критическим технологиям РФ:

– поиск, добыча, переработка и трубопроводный транспорт нефти и газа;

– природоохранные технологии, переработка и утилизация техногенных образований и отходов.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 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.