Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2018 номер 6

Выполнена качественная и количественная оценка влияния потокперенаправляющего стента, используемого при лечении церебральной аневризмы, на гемодинамику головного мозга человека. С использованием коммерческого пакета ANSYS 17.2 проведено численное моделирование установки стента в церебральные сосуды с аневризмой для клинического случая реального пациента, при этом в разных частях сосуда и аневризмы используются различные (ньютоновская и неньютоновская) гидродинамические модели реологии крови, что обусловлено экспериментальными данными. Показано, что после установки стента расход крови через сегмент артерии, включающий шейку аневризмы, уменьшается, происходит перераспределение церебрального кровотока, который становится близким к кровотоку здорового человека. Изменения пристенных касательных напряжений в области стента являются индикатором возможной реканализации аневризмы.

Приведены результаты экспериментального исследования турбулентного течения в пограничном слое при обтекании потоком воздуха поперечных сечений возвышенностей (холмов). Определены характеристики турбулентного потока в пограничном слое при обтекании потоком воздуха в аэродинамической трубе одиночного холма и двух холмов, расположенных на различных расстояниях друг от друга. С использованием метода анемометрии по изображениям частиц измерены средняя и пульсационная скорости. Определены характеристики потока над холмами и в зонах рециркуляции. Проведено сравнение средних и пульсационных скоростей потока и размеров зон рециркуляции при обтекании одного холма и двух холмов. Рассмотрены случаи гладких и шероховатых оснований холмов.

Исследуется течение в горизонтальном канале микрополярной жидкости, находящейся между слоями ньютоновской жидкости. Система нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных решается численно с использованием конечно-разностной схемы Кранка - Николсона. На границах между слоями жидкостей используются условия непрерывности скорости и напряжений сдвига. Установлено, что со временем скорость жидкости увеличивается, течение устанавливается. С увеличением параметра микрополярности скорость микрополярной жидкости уменьшается, скорости ньютоновских жидкостей практически не меняются.

Исследуется новая реологическая модель (модификация известной модели Покровского - Виноградова), в которой, как показывают вычислительные эксперименты, учитываются нелинейные эффекты, возникающие при течениях расплавов и растворов полимеров в областях со сложной геометрией границы. Для случая, когда основное решение представляет собой аналог течения Пуазейля в бесконечном плоском канале (рассматривается вязкоупругая полимерная жидкость), получена асимптотическая формула распределения точек спектра линейной задачи. Показано, что малые возмущения обладают дополнительным свойством периодичности по переменной, идущей вдоль оси канала.

Предложен новый метод фокусировки волны разрежения в одномерной осе-симметричной постановке. Метод основан на генерации ударной волны, инициированной движением поршня, соосного оси симметрии, с заданным профилем импульса при значениях максимальных скоростей $20\div100$ м/с и постоянной спада экспоненты до 10 мкс. Установлено, что при отражении ударной волны от свободной границы генерируется волна разрежения, распространяющаяся к оси симметрии с увеличивающейся амплитудой, при этом за фронтом волны зарождается и развивается зона кавитации.

Исследуется влияние излучения и конвекции на воздушный поток и распределение температуры в теплицах туннельного типа, в которых находятся ряды выращиваемых томатов. Численное решение задачи получено с использованием пакета Fluent-CFD. При моделировании турбулентного потока воздуха в теплице, обусловленного влиянием подъемных сил, использовалась (κ-ε)-модель турбулентности, при моделировании радиационного потока - модель дискретных ординат. Рассмотрены два типа краевых условий на поверхности теплицы: охлаждение вследствие конвекции и охлаждение, обусловленное совместным действием конвекции и теплового излучения.

С использованием уравнений линейной связанной динамической задачи термоупругости однородного изотропного тела получено аналитическое решение задачи о дифракции плоской монохроматической звуковой волны на шаре с покрытием из нескольких сферических слоев. Приведены результаты расчетов частотной и угловой характеристик амплитуды рассеянного акустического поля для шара с многослойным покрытием и покрытием с непрерывной по толщине неоднородностью. Показано, что непрерывно-неоднородное термоупругое покрытие можно моделировать системой однородных термоупругих слоев. Исследовано влияние термоупругости материалов, из которых изготовлены шар и его дискретно-неоднородное покрытие, на рассеяние звука.

На основе экспериментальных и численных исследований характеристик и режимов работы импульсного магнитогидродинамического генератора (МГДГ) первого поколения 'Сахалин' мощностью более 500 МВт, работающего на твердом пороховом топливе (ТПТ), разработана методика построения импульсного МГДГ, работающего на продуктах сгорания современного металлизированного алюминием твердого плазмообразующего топлива 'Старт-2'. Представлены результаты расчетов и оптимизации характеристик построенного импульсного МГДГ с самовозбуждающейся резистивной 'безжелезной' магнитной системой с электрической мощностью более 500 МВт. Определены локальные, интегральные, удельные энергетические и массогабаритные характеристики этого генератора. Установлены параметры устойчивости сверхзвукового течения при сильном магнитогидродинамическом торможении плазмы продуктов сгорания и время самовозбуждения магнита. Проведено сравнение полученных характеристик импульсных МГДГ с аналогичными показателями МГДГ, работающих на продуктах сгорания ТПТ первого поколения. Показано, что полученные значения энергетических и массогабаритных характеристик МГДГ, работающего на ТПТ 'Старт-2', существенно превышают соответствующие характеристики импульсных МГДГ, работающих на ТПТ нового поколения.

Предложен метод исследования термоэлектромагнитоупругого состояния многосвязной кусочно-однородной пьезопластины при воздействии линейного теплового потока. Решение задачи с использованием комплексных потенциалов и обобщенного метода наименьших квадратов сведено к решению системы линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов разложений функций в ряды Лорана и по полиномам Фабера. Для случая пластины с одним включением получено точное аналитическое решение задачи. Приведены результаты численных исследований, позволивших установить влияние электрических и магнитных свойств материалов пластины и включений и их расположения на основные характеристики термоэлектромагнитоупругого состояния.

Приведены результаты численного исследования вынужденной конвекции и теплопередачи при течении наножидкости (вода с наночастицами оксида кремния SiO₂) в канале с оребренными стенками. Дифференциальные уравнения трехмерной задачи решены с использованием метода контролируемых объемов и SIMPLE-алгоритма. Изучено влияние на теплопередачу диаметра частиц и их формы при числах Рейнольдса 3000 ≤ Re ≤ 5000. На стенках канала задавалась постоянная температура. С использованием коэффициента эффективности теплопередачи определена оптимальная форма ребер.

На основе численной схемы типа 'крест' построена математическая модель упругопластического изгибного деформирования пространственно-армированных пластин. Упругопластическое поведение материалов компонентов композиции описывается теорией течения с изотропным упрочнением. Малое сопротивление композитных пластин поперечным сдвигам учитывается в рамках теории Редди, а геометрическая нелинейность задачи - в приближении Кармана. Исследовано динамическое упругопластическое изгибное деформирование плоско- и пространственно-армированных металлокомпозитных и стеклопластиковых прямоугольных пластин под действием воздушной взрывной волны. Показано, что для относительно толстых пластин замена плоской перекрестной структуры армирования на пространственную приводит к уменьшению интенсивности деформаций в связующем (на десятки процентов для металлокомпозитной конструкции и на сотни процентов для стеклопластиковой), а также к уменьшению податливости пластины в поперечном направлении (незначительному в случае металлокомпозитной конструкции и почти в 1,5 раза в случае стеклопластиковой). Установлено, что для относительно тонких пластин замена плоской структуры армирования на пространственную приводит к незначительному уменьшению ее податливости.

В результате экспериментов на растяжение и сжатие сплошных круглых образцов, вырезанных из плиты толщиной 60 мм из сплава Ti-Al-Sn-V, при температуре, равной 700 C, установлено, что сплав обладает небольшой анизотропией и разносопротивляемостью растяжению и сжатию при ползучести. Для каждой серии экспериментов и каждого направления в плите получены параметры аппроксимации степенного закона ползучести. С использованием двух моделей, основанных на 'трансформированном' пространстве напряжений, проведено моделирование кручения сплошных круглых образцов. В моделях учитывается разносопротивляемость растяжению и сжатию при ползучести. Проведена серия экспериментов на кручение сплошных круглых стержней, вырезанных в направлении нормали плиты. Показано, что результаты расчета и эксперимента удовлетворительно согласуются.

Предложена интерпретация природы соотношения, называемого упругопластическим инвариантом деформации и определяющего взаимосвязь упругой и пластической деформаций, которая учитывает изменение энтропии системы при генерации автоволн на стадии линейного деформационного упрочнения. Показано, что такой подход позволяет непротиворечиво объяснить природу инварианта и его роль в описании пластичности.

Предложена модель физического разреза, описывающая напряженно-деформированное состояние в упругопластических телах, ослабленных трещинами. Численно решается задача о плоском деформированном и напряженном состоянии тела конечных размеров произвольной геометрии, ослабленного физическим разрезом, которая сводится к решению системы двух вариационных уравнений относительно полей перемещений в частях тела, граничащих со слоем взаимодействия. Для материала со свойствами, близкими к свойствам сплава марки Д16Т, выполнены оценки введенного в модель трещины линейного параметра, проведены расчеты критических состояний тел с боковыми трещинами при нормальном отрыве.

С учетом сложного поведения стекла (явления стеклования) и степени сцепления слоев стекла и металла предложен численно-аналитический метод расчета эволюции напряженного состояния стеклометаллокомпозита при температурной обработке. Исследовано влияние релаксационных процессов в зоне соединения стекла и металла на технологические и остаточные напряжения в композите.

Исследуется расслоение при чистом кручении круглого многослойного вала из функционально-градиентного материала, поведение которого описывается нелинейным соотношением Рамберга - Осгуда. Вал состоит из произвольного числа адгезионно связанных концентрических слоев, в каждом из которых модуль сдвига материала изменяется по экспоненциальному закону как в радиальном направлении, так и в продольном. С использованием уравнения баланса энергии получено выражение для скорости выделения энергии деформации. На основе полученного решения проведено параметрическое исследование расслоения многослойного вала.

С использованием модели распределения напряжений в угольно-метановом пласте в окрестности горизонтальной трещины определяется давление, при котором в пласте начинается разрушение. Рассматриваются различные типы разрушения: разрушение матрицы (вмещающей породы), образование трещины сдвига и трещины отрыва. Исследовано влияние параметров кливажа и пространственной ориентации скважины на характер разрушения.

Исследовано развитие трещины в изделии, обтекаемом горячей жидкостью, под действием которой возникают ползучесть и коррозия материала. Для вычисления поля напряжений используется наследственная теория ползучести. Введена функция ползучести, что позволило определить силы, действующие на трещину на стадии накопления скрытых повреждений и на стадии раскрытия трещины. С использованием модели накопления повреждений Работнова вычислены силы сопротивления развитию трещины. При исследовании явления коррозии используется функция проникания. Результирующая система уравнений задачи решена с использованием пакета MATLAB. Исследовано влияние начальной длины трещины и приложенных напряжений на кривую роста трещины.

Представлены результаты экспериментального и численного моделирования процесса создания покрытий из интерметаллида титан - алюминий с помощью аддитивного метода. Показано, что процесс создания интерметаллида лимитируется скоростью растворения и диффузией титана в расплаве алюминия. Предложенный метод может быть использован для упрочнения поверхностей пластин из титана при их эксплуатации при высоких температурах и давлении.

С использованием данных о скоростях продольной и поперечных волн предложены соотношения для определения главных значений тензора поврежденности. Установлена связь акустической анизотропии с главными значениями тензора поврежденности. Исследован характер распределения локальных скоростей и поврежденности по толщине образца. Показано, что поврежденность локализуется в узком поверхностном слое, причем локальные максимумы поврежденности существенно превышают среднее значение поврежденности.

Представлено описание стенда, предназначенного для изучения пульсирующих течений жидкости в каналах, в случае когда форма пульсаций давления задается перемещением поршня, управляемым с помощью шагового двигателя, а минимальный шаг поршня составляет 6 мкм.