Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2019 номер 4

Рассматриваются уравнения Максвелла для композитного двухкомпонентного слоистого материала с периодической структурой в поле гармонического по времени источника, действующего вдоль слоев. Проводится двухмасштабная гомогенизация уравнений с учетом комплексной проводимости межфазных слоев и их толщины. Краевая задача для систем дифференциальных уравнений с краевыми условиями сводится к задаче в слабой вариационной формулировке. Устанавливается однозначная разрешимость задачи. Анализируется случай низких частот при межфазных поверхностных токах различной интенсивности с учетом длины волны и длины скин-слоя, которые зависят от частоты. Выводятся макроуравнения и определяются эффективные материальные константы, такие как магнитная и диэлектрическая проницаемости и электрическая проводимость. Описаны условия, при которых эффективные параметры зависят от межфазных токов. Установлено, что при специально подобранных параметрах межфазных слоев эффективная диэлектрическая проницаемость может быть отрицательной, если ее определять по эффективному волновому числу.

Исследуется вращательное движение оребренных кумулятивных облицовок. Показано, что основное влияние на вращение кумулятивной струи оказывают положение струеобразующего слоя и распределение окружной скорости в сечении облицовки. Предлагаемая методика позволяет получить оценку средней угловой скорости струи с учетом размеров оребренной кумулятивной облицовки и свойств ее материала. Показано, что полученные результаты согласуются с известными экспериментальными данными.

Для моделирования термодинамических параметров ударно-волнового нагружения как чистых материалов, так и смесей однородных и пористых материалов используется термодинамически равновесная модель, включающая модифицированное уравнение состояния, которое имеет только один подгоночный параметр, определяемый на основе экспериментальных данных. Проведен расчет термодинамических параметров при ударно-волновом нагружении меди и смесей, содержащих медь в качестве компонента, с пористостью, равной $1\div10$ при давлении более 5 ГПа. Проведено сравнение результатов расчетов с имеющимися экспериментальными данными (ударные адиабаты, двойное сжатие ударными волнами, оценка температуры). Показана возможность моделирования сжатия как смеси в целом, так и каждого компонента в отдельности.

Представлены результаты исследования в линейной постановке устойчивости пограничного слоя Блазиуса над двухслойным податливым покрытием. В расчетах используются экспериментальные параметры вязкоупругости реального покрытия, показывающие зависимости его модуля упругости и коэффициента потерь от частоты. Проведены параметрические исследования влияния толщин слоев покрытия и скорости внешнего потока на устойчивость течения, в частности на критическое число Рейнольдса. Обнаружены области немонотонности критического числа Рейнольдса, позволяющие определить оптимальные толщины верхнего и нижнего слоев для интенсивного взаимодействия с потоком. Дано объяснение этого эффекта.

Проведено численное моделирование запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя при распределенной по длине камеры подаче топлива. Принципиальными являются наличие струи сжатого воздуха, создающей эффект дросселя, и предварительное торможение потока до околозвуковых скоростей. Решались осредненные уравнения Навье-Стокса, замыкаемые SST-, SST-(κ-ω)- либо (κ-ε)-моделями турбулентности. Горение водорода и этилена моделировалось с помощью одной реакции. Расчеты проведены для различных значений турбулентной кинетической энергии в потоке. Выявлен пульсирующий околозвуковой режим при горении водорода и этилена.

Рассматривается возможность использования измерительных сечений с индукционными датчиками для фиксации во времени гиперзвуковых частиц при моделировании соударения объектов с космическим 'мусором'. Предложены методика определения средней скорости гиперзвуковых частиц, моделирующих космический 'мусор', и методика запуска регистрирующей аппаратуры для оптической бесконтактной регистрации этих частиц. Представлены результаты экспериментальных исследований взаимодействия частиц с имитатором сеточной экранной защиты космического аппарата.

Выполнено исследование влияния формы головной части струи на ее ударное воздействие на стенку, покрытую тонким слоем жидкости. Рассмотрены условия, характерные для удара струи, возникающей на поверхности кавитационного пузырька при его схлопывании вблизи стенки. Установлено, что изменение формы головной части струи может приводить к значительному изменению как размера области максимального нагружения смоченной стенки, так и уровня и характера нагружения. В частности, при увеличении степени заострения головной части струи давление на стенке уменьшается, а его пространственное распределение становится более однородным. Получены зависимости максимального давления и интегральной нагрузки на стенке от формы струи.

С использованием системы высокоскоростной видеорегистрации установлено влияние безразмерных углового и линейного параметров взаимодействия капель воды в форме сферы, эллипсоида и условно жидкого диска на виды (режимы) их столкновений в воздухе (отскок, коагуляция, разлет, дробление). Определены условия устойчивой реализации перечисленных взаимодействий. Построены карты соответствующих режимов и проведено их сравнение с известными данными. Вычислены характерные размеры, число образующихся вследствие соударений фрагментов жидкости и суммарные площади поверхности испарения. Показано, что в случае соударений условно жидких дисков можно в несколько раз по сравнению со сферами увеличить площади поверхности жидкости.

С использованием метода граничных элементов для потенциальных течений исследуется трехмерная деформация двух пузырьков и пузырьков в кластере в идеальной несжимаемой жидкости под действием акустического поля. Изучается зависимость динамики двух взаимодействующих пузырьков от частоты и амплитуды акустического поля, расстояния между ними. Определены значения параметров акустического поля и кластера, при которых образуются струи, пузырьки деформируются или остаются сферическими. Исследуется поведение двух центральных пузырьков в структурированном кластере под действием акустического поля с различными частотой и амплитудой в зависимости от расстояния между пузырьками кластера. Проведен сравнительный анализ процесса деформации исследуемых пузырьков при наличии и отсутствии соседних пузырьков.

Для решения задачи очистки нефти от солей разработана модель, описывающая движения частиц минерализованной воды в нефти, обтекающих более крупную каплю пресной воды. Представлены результаты расчетов влияния радиуса и начальной скорости капли пресной воды на коагуляцию капель пресной и минерализованной воды.

Исследуется нестационарный процесс извлечения вещества из пористого тела, моделируемого системой полубесконечных капилляров, в движущуюся жидкость, когда скорость переноса вещества в потоке представляет собой линейную функцию поперечной потоку координаты. Рассматривается случай, когда скорость жидкости на границе сред становится равной нулю. При этом полагается, что процесс диффузии в потоке является квазистационарным. Найдены аналитические зависимости на границе пористого материала и области течения для представляющих практический интерес характеристик массообмена (концентрации, диффузионного потока, суммарного диффузионного потока и полного выхода целевого компонента через сечение пористого тела).

Проведено исследование релаксации напряжения в наноразмерном стержне, содержащем структурные дефекты, в процессе одноосной деформации с постоянной скоростью и определены причины возникновения этого явления. В предположении, что структурные дефекты могут являться носителем необратимой деформации более высокого уровня по сравнению с дислокациями, поставленная задача решена с использованием метода молекулярной динамики. Установлено, что релаксация напряжения сопровождается переходом всей системы в стационарное состояние с более глубоким потенциальным минимумом по сравнению с энергией системы до процесса релаксации напряжения, вследствие чего происходит увеличение температуры и уменьшение компонент тензора деформации.

Исследуется напряженное состояние в окрестности общего ребра свободно опертой составной клиновидной плиты, находящейся под действием поперечной нагрузки. Материалы составляющих плит являются цилиндрически ортотропными. Задача решается с использованием классической теории анизотропных плит. Построены уравнения гиперповерхности, представляющей собой в пространстве физических и геометрических параметров границу области параметров, для которых в окрестности общего ребра составной плиты напряженное состояние является малонапряженным (напряжения в точках общего ребра составной плиты ограничены).

С использованием вариационного принципа исследуются колебания подкрепленной тонкой цилиндрической оболочки с заполнителем при осевом сжатии с учетом трения на поверхности их контакта. Построены зависимости частоты собственных колебаний от числа волн в окружном направлении.

С использованием нелинейной модели упругости в переменных актуального состояния исследуется динамика плоского деформирования несжимаемого тела, получена система нелинейных уравнений для перемещений и давления. При отсутствии объемных сил и в предположении квадратичности упругого потенциала найдены и исследованы решения полученных уравнений, описывающие плоские волны и автомодельные движения, а также поля напряжений в этих движениях. Показано, что как в волновом, так и в автомодельном случае возможно несколько решений определенного типа.

Исследовано динамическое выпучивание цилиндрической оболочки под действием осевого удара по одному из ее торцов абсолютно жестким массивным телом, при этом другой торец оболочки закреплен на неподвижной опоре с помощью упругой пружины и демпфера. Получены динамические уравнения для осевого напряжения и радиального смещения оболочки. С использованием энергетического равенства определен критерий динамического выпучивания оболочки. Исследовано влияние краевых условий на критическую скорость ударника. Установлено, что до того момента времени, в который волна напряжений отражается от закрепленного торца оболочки, краевые условия не влияют на величину критической скорости ударника. После отражения волны напряжения критическая скорость ударника уменьшается с увеличением его массы и жесткости пружины и увеличивается с увеличением коэффициента вязкости демпфера. Установлено, что при значениях времени, меньших момента, в который волна напряжения достигает левого торца оболочки, оболочка выпучивается раньше при больших значениях вязкости демпфера и жесткости пружины, а при значениях времени, больших указанного момента, оболочка выпучивается раньше при небольших значениях вязкости демпфера и жесткости пружины.

Представлены результаты экспериментального, теоретического и численного исследований процессов соударения стержней с преградой и проникания в нее. Изучено соударение с полубесконечной преградой и проникание в нее однородных стержней и стержней с облицовкой. Скорость соударения стержней с преградой изменялась в диапазоне $0{,}9\div3{,}3$ км/с. Исследовалось влияние материала облицовки, скорости соударения и начальной кинетической энергии стержней на процессы разрушения стержней и преграды. Установлено, что при одной и той же начальной кинетической энергии стержни с облицовкой проникают в преграду на большую глубину, чем однородные стержни. Показано, что при фиксированном значении отношения радиуса облицовки к радиусу сердечника целесообразно использовать стержни с меньшей плотностью материала облицовки и прочностью, обеспечивающей необходимую жесткость на изгиб.

Представлены результаты экспериментального исследования синтеза композита из порошковых смесей в режиме теплового взрыва. Сформулирована математическая модель процесса инициирования реакции, в которой учитываются основные физико-химические явления, приводящие к изменению фазового состава прессовки. Показано, что результаты моделирования качественно согласуются с экспериментальными данными.

Предложена упрощенная двумерная модель нахлесточного клеевого соединения. В предположении, что поперечные перемещения несущих слоев равны нулю, получено аналитическое решение задачи о напряженном состоянии клеевого соединения, вдоль боковых поверхностей которого имеются области непроклея. Полученное решение представляет собой функциональный ряд, собственные функции не ортогональны. Показано, что наличие области непроклея может приводить к значительному увеличению напряжений вблизи края клеевого слоя.

С использованием теории больших деформаций получено решение задачи о деформировании упруговязкопластического материала, расположенного в зазоре между двумя соосными цилиндрическими поверхностями, одна из которых вращается с переменной скоростью, а другая неподвижна. Показано, что при увеличении напряжений в цилиндрическом слое в результате механического воздействия на него первоначально накапливаются необратимые деформации ползучести вследствие вязкости материала, а при выходе напряженных состояний на поверхность нагружения происходит накопление пластических деформаций. При разгрузке сначала происходит пластическое деформирование, а затем - вязкое. Рассчитаны параметры напряженно-деформированного состояния среды при изменяющейся скорости вращения цилиндра. Исследована релаксация напряжений после его полной остановки.

Проведено исследование влияния параметров лазерного излучения (мощности, скорости движения луча и положения фокуса) на характеристики формируемого трека (размеры, элементный состав и микротвердость). Показано, что при учете различия коэффициентов поглощения лазерного излучения в режиме теплопроводности и кинжальном режиме лазерного воздействия размеры треков могут быть определены единой зависимостью от энергетического параметра. Исследовано влияние режимов воздействия лазерного излучения на химический состав и микротвердость металлокерамических (WC-NiCrBSi) треков. Показано, что независимо от режима формирования трека эти параметры определяются безразмерным параметром, описывающим степень разбавления химических веществ. Установлено, что при малых значениях этого параметра, которые реализуются при режиме теплопроводности, создается трек с максимальной массовой долей вольфрама и наибольшим значением микротвердости. Обнаружено, что микротвердость наплавленной металлокерамической структуры в 4-5 раз больше микротвердости материала подложки.

Экспериментально и теоретически исследуется процесс ускорения метаемых элементов в баллистических установках за счет высокоскоростной экструзии полиэтилена через конический насадок. Используются квазиодномерная газодинамическая модель полидисперсной смеси газа и пороховых частиц и вязкопластическая модель деформируемого поршня. Приведены результаты численного моделирования исследуемого процесса, а также результаты серии выстрелов из пороховой баллистической установки. Экспериментально изучено влияние на выходную скорость метаемого элемента геометрии конического перехода и входной скорости деформируемого тела.

Исследованы металлические экраны различной толщины, изготовленные из сталей различных марок и применяемые для защиты оболочек взрывных камер от повреждений осколками и снижения нагрузок на элементы конструкции. Путем численного моделирования получены зависимости эквивалентных напряжений в защитных экранах и оболочках взрывных камер и конечного размера зазора между экраном и оболочкой от толщины стенок, марки стали и начального размера зазора. Приведены примеры конструкций взрывных камер с защитными экранами.