Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2014 номер 4

Приводятся результаты экспериментального измерения модуля упругости, скорости горения и теплоемкости конденсированных высокоэнергетических полимерных составов (твердых ракетных топлив), подвергнутых СВЧ-облучению. Описаны экспериментальное оборудование, ход экспериментов, проведен анализ полученных результатов.

Построена аналитическая модель, описывающая движение вихревых колец в несжимаемой жидкости. Модель справедлива как для однородных, так и для неоднородных вихрей, всплывающих в поле силы тяжести, а также для комбинированных вихрей. Угол расширения всплывающего вихря не задается на основе экспериментов, а находится через характерные параметры, определяющие течение. Дано объяснение значительных различий углов расширения однородных и всплывающих вихревых колец. Проведено сравнение результатов расчетов по предложенной модели с результатами лабораторных экспериментов и данными о подъеме облака, образующегося при атомном взрыве.

Исследовано влияние вертикального переменного электрического поля и теплообмена на перистальтическое течение несжимаемой диэлектрической вязкоупругой жидкости в симметричном гибком канале. Представлены результаты математического моделирования, полученные с учетом взаимодействия электрического поля, поля течения и температуры. Для небольших значений волновых чисел получено решение модельной задачи для возмущений. Обсуждено влияние на перистальтическое течение определяющих параметров. Показано, что при увеличении электрического числа Рэлея, чисел Рейнольдса и Вейссенберга вероятность появления возвратного течения увеличивается вблизи нижней границы канала и уменьшается вблизи его верхней границы, а при увеличении температурного параметра и числа Вейссенберга наблюдается противоположный эффект. Также показано, что при увеличении электрического числа Рэлея размер области возвратного течения уменьшается на верхней границе канала и увеличивается на его нижней границе, при увеличении температурного параметра имеет место противоположный эффект. Установлено, что размер этой области в случае жидкости Олдройда меньше, чем в случае ньютоновской жидкости.

На основе реологической модели Максвелла и дислокационно-кинетических соотношений разработан метод определения времени релаксации касательных напряжений и характеристик дислокационных структур в процессе ударного сжатия поликристаллических металлов с использованием диаграмм деформирования, полученных методом Кольского с помощью разрезного стержня Гопкинсона. С использованием предложенного метода проведен анализ характеристик алюминиевых сплавов семи марок.

Выполнен критериальный анализ влияния вынужденных колебаний элементов поверхности крылового профиля на ударно-волновую структуру обтекающего его трансзвукового потока. Установлен параметр, определяющий режимы взаимодействия колебательно движущихся участков профиля с замыкающим скачком уплотнения. Исследовано влияние этого параметра на волновое сопротивление профиля.

Представлены результаты численного моделирования и экспериментального исследования автоколебаний, возникающих при натекании перерасширенной и недорасширенной струй на преграду с иглой. Выяснен механизм возникновения и поддержания автоколебаний для перерасширенной и недорасширенной струй. Показано, что автоколебания происходят за счет возмущений в сверхзвуковой струе, вызывающих массообмен между внешним сверхзвуковым потоком и областью между ударной волной и преградой. Обратная связь осуществляется с помощью акустических волн, которые излучает веерная струя на преграде. Эти волны распространяются в газе, окружающем струю, попадают на срез сопла и вызывают возмущения параметров сверхзвуковой струи. В перерасширенной струе возмущения проникают в ядро струи, где происходит их усиление в косых ударных волнах.

Анализируется влияние скорости реагирующего газа на свойства пленки с целью определения оптимальных параметров для получения однородной алмазоподобной углеродной пленки в реакционной камере циклотронно-резонансного плазмохимического газофазного осаждения. С использованием методов вычислительной гидродинамики моделируются химические поверхностные реакции, поля течения и температуры, а также процесс тепломассообмена. Из результатов численного моделирования следует, что естественная конвекция и массоперенос оказывают влияние на возвратное течение, а следовательно, и на распределение материала при осаждении. Возникновение возвратного течения обусловлено наличием концевой пластины в верхней части подложки, что приводит к существенному увеличению скорости осаждения. При этом уменьшается однородность поверхности подложки.

Показаны преимущества использования метода больших вихрей, адаптированного для моделирования пристенных течений, совместно с функцией плотности вероятности при решении аэротермохимической системы уравнений, описывающей турбулентное горение обедненной смеси с предварительным перемешиванием и испарением. Предложен способ замыкания системы уравнений, описывающей турбулентную структуру горения. При этом динамические и скалярные параметры существенно связаны. При апробации метода средняя продольная скорость, флуктуация продольной скорости и длина зоны рециркуляции сравниваются с экспериментальными данными. Показано, что с помощью данного метода достаточно точно определяется зона горения, а также моделируется течение при различных значениях коэффициента соотношения компонентов топлива и расхода смеси.

C использованием приближения Стокса аналитически решена стационарная задача об осесимметричном обтекании медленным потоком вязкой несжимаемой жидкости сплюснутого сфероида, покрытого вязкой пленкой. На границе раздела жидкостей учтено поверхностное натяжение. Представлены выражения для компонент скорости, функции тока течения. Получена формула для определения силового воздействия набегающего потока на сплюснутый сфероид.

Выполнено численное моделирование смешанной конвекции в наклонной квадратной каверне в предположении, что на вертикальных боковых стенках имеет место неравномерное распределение температуры. Для решения безразмерных управляющих уравнений используется метод конечных объемов. Моделирование проведено при различных числах Ричардсона, амплитудных отношениях, фазовых сдвигах и углах наклона каверны. Результаты представлены в виде графиков. Показано, что в случае преобладания моды плавучести средний теплообмен значительно увеличивается с увеличением угла наклона каверны, когда зоны нагрева и охлаждения на обеих стенках идентичны.

На основе численного моделирования сублимации поверхности кристалла льда показано, что при наличии неконденсирующегося газа скорость сублимации существенно уменьшается. Установлено, что замедление сублимации, обусловленное адсорбцией молекул газа на поверхности кристалла, заполняющих появляющиеся при сублимации вакансии, препятствует формированию островков вакансий на поверхности кристалла, необходимых для испарения поверхностного молекулярного слоя. Известные результаты исследований, объясняющие замедление сублимации наличием диффузионного слоя, формирующегося в паровой среде вблизи сублимирующейся поверхности, дополнены новыми данными, согласно которым молекулярные процессы на поверхности кристалла играют не менее важную роль, чем диффузионный слой. Обнаружены случаи, когда сублимация кристалла ускоряется за счет сорбции молекул газа. Полученные результаты, уточняющие теорию сублимации, могут быть использованы для разработки методов управления сублимацией.

С использованием пространства состояний и обратного преобразования Лапласа решаются безразмерные уравнения неустановившейся одномерной задачи о пограничном слое, образующемся при тепломассопереносе в пористой среде, насыщенной вязкоупругой жидкостью, вблизи бесконечной вертикальной пластины при наличии однородного магнитного поля. Получены аналитические решения для температуры, концентрации, скорости и индуцированных магнитного и электрического полей. Обратное преобразование Лапласа находится численным методом. С использованием предложенного метода решены две задачи: задача о пограничном слое вязкоупругой жидкости вблизи вертикальной стенки, на которой в начальный момент времени задаются ступенчатые температура и концентрация, и задача о течении вязкоупругой жидкости между двумя вертикальными стенками. Построенные решения зависят от чисел Прандтля, Шмидта, Грасгофа, коэффициента скорости реакции, коэффициента вязкоупругости и проницаемости среды. Представлены результаты детального исследования зависимости решения от перечисленных выше параметров, позволяющие получить представление об основных свойствах решения. В частности, изучены распределения скорости, температуры, концентрации в потоке, а также индуцированные магнитное и электрическое поля и распределения коэффициента поверхностного трения, локальных чисел Нуссельта и Шервуда.

С использованием модели Пайерлса - Набарро и результатов расчетов на основе первичных принципов обобщенных энергий дефектов укладки в чистом магнии исследованы полные a-дислокации на базальной плоскости кристаллической решетки (0001), призматической плоскости (1010) и пирамидальных плоскостях (1011) и (1012). Показано, что системы скольжения (1011)1120 и (1012)1120 имеют практически одинаковые энергетические барьеры обобщенной энергии дефектов укладки, которые, очевидно, больше энергетических барьеров обобщенной энергии дефектов укладки систем скольжения (0001)1120 и (1010)1120 . Установлено, что и для краевых, и для винтовых полных дислокаций максимумы плотности дислокаций, энергии Пайерлса и напряжения дислокаций в плоскостях (1010), (0001), (1011), (1012) увеличиваются. При этом энергия Пайерлса и напряжения полных винтовых дислокаций всегда меньше, чем в случае полных краевых дислокаций во всех системах скольжения. Дислокации на пирамидальных плоскостях (1011) и (1012) обладают меньшими энергиями ядра дислокации, в то время как у призматической плоскости (1010) они наибольшие. Это означает, что формирование полных дислокаций на плоскости (1010) затруднено.

Строится приближенное решение задачи о сжатии бесконечного слоя материала между шероховатыми параллельными плитами при выполнении уравнений теории ползучести. Принимаются определяющие соотношения, в соответствии с которыми эквивалентное напряжение стремится к конечной величине при стремлении эквивалентной скорости деформации к бесконечности. Исследуется поведение решения в окрестности поверхности максимального трения. Показано, что существование решения зависит от одного из параметров, входящих в определяющие уравнения. Если решение существует, то эквивалентная скорость деформации стремится к бесконечности в окрестности поверхности максимального трения, причем асимптотическое поведение решения зависит от того же параметра. Установлено, что существует диапазон значений этого параметра, в котором характер изменения эквивалентной скорости деформации вблизи поверхности максимального трения такой же, как в решениях для идеально жесткопластических материалов.

В рамках теории малых упругопластических деформаций однородной изотропной пористой среды в замкнутой форме строится решение, описывающее поля перемещений и напряжений вокруг расширяющихся полостей сферической и цилиндрической формы с учетом схлопывания пор. Переход среды в пластическое состояние моделируется с помощью условия текучести Треска - Сен-Венана. Изменение пористости описывается на основе разработанной математической модели, учитывающей увеличение жесткости пористого материала в момент схлопывания пор. Показано, что на стадии упругого деформирования пористость не меняется, с увеличением давления в окрестности полости образуется зона пластического уплотнения, в части которой поры схлопываются. Построены поля напряжений и перемещений в пористой среде в процессе разгрузки. Показано, что при определенных условиях за стадией упругой разгрузки следует стадия повторного пластического течения с образованием зоны расширения пор, граница которой по мере понижения давления одновременно достигает зоны повторного пластического течения и зоны схлопывания пор.

Проведено исследование деформирования кольцевых пластин с различными структурами спирального армирования и показано, что использование классической теории для расчета установившейся ползучести относительно толстых армированных пластин при изгибе приводит к заниженным оценкам податливости тонкостенных металлокомпозитных конструкций. Также показано наличие в связующем таких пластин значительных скоростей деформаций поперечных сдвигов, учет которых обязателен и за счет которых в основном происходит накопление деформаций ползучести. Проведено сравнение результатов расчетов, полученных с использованием двух различных моделей, учитывающих структуру композита.

Предложена методика расчета структуры насыпной упаковки полидисперсных сферических частиц с заданной функцией распределения по размерам. При этом координаты центров частиц в насыпном слое определяются в результате случайного падения на подложку одиночных сфер под действием силы тяжести, в предположении неупругого столкновения шаров и с учетом силы их адгезионного взаимодействия, а также в предположении, что движение одной сферы по поверхности другой представляет собой чистое скольжение. Путем численного моделирования получена картина расположения полидисперсных сферических частиц в насыпном слое порошка, пористость которого зависит от функции распределения частиц по размерам. Проведено сравнение полученных результатов с известными экспериментальными данными.

Для исследования способа прецизионной электрохимической обработки предложена модель, в которой выход по току имеет вид скачкообразной функции плотности тока. Сформулированы и решены задачи предельно стационарной и квазистационарной обработки, что позволило с достаточной точностью исследовать нестационарный процесс.