Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2022 номер 1

Представлены две схемы ударных труб и результаты экспериментальных исследований кумуляции жидких цилиндрических оболочек во вращающейся системе. В рамках первой схемы исследовалось одномерное сжатие (классическая кумуляция) вращающейся цилиндрической оболочки при взрывном характере нагружения кольцевым поршнем. С использованием модели динамики одномерной цилиндрической кумуляции в покоящейся безграничной жидкости дана оценка экспериментальных результатов. В рамках второй схемы на внутренней поверхности вращающейся газовой полости обнаружен скачок бора, образованный поршнем при ее ударно-волновом нагружении и распространении вниз вдоль оси симметрии.

С использованием теории свободного взаимодействия исследованы процессы взаимодействия волны разрежения с течением в ламинарном пограничном слое. Найдены численные решения нелинейной задачи при различных значениях безразмерной скорости движения волны. Получены распределения индуцированного давлением напряжения трения на поверхности.

Исследуется влияние скорости струи воды и угла ее наклона на свойства поверхности после ее лазерно-водоструйной обработки. Установлено, что с увеличением угла наклона струи воды глубина лазерно-водоструйной обработки поверхности увеличивается, однако скорость увеличения уменьшается, если угол наклона струи воды увеличивается с 60 до 75°. При увеличении скорости струи воды глубина лазерно-водоструйной обработки поверхности увеличивается.

Изучается задача о двумерном неустановившемся течении, возникающем в слое вязкой несжимаемой жидкости конечной толщины вследствие поверхностного давления или смещения свободной поверхности. Для получения выражения для формы свободной поверхности, записанного через кратные интегралы, используются преобразование Фурье по пространственным переменным и преобразование Лапласа по времени. Методом наискорейшего спуска получено асимптотическое выражение для формы свободной поверхности.

Рассмотрена задача о течении вязкоупругой жидкости в плоском канале с проницаемыми стенками и с постоянным расходом через стенки. Задача сформулирована с использованием уравнений модифицированной мезоскопической модели Виноградова - Покровского. Для случая наличия потока через стенки предложен способ постановки краевых условий, обеспечивающий согласованность полученного решения с решениями без учета потока. Рассмотрен вычислительный алгоритм поиска решений как при наличии потока через стенки, так и при его отсутствии.

Рассматривается задача о нестационарном течении водного раствора полимера в полосе со свободной границей, в условие на которой входит производная искомой функции по времени. Построено решение этой задачи для слоистого течения в полосе постоянной ширины. Исследована зависимость изменения ширины полосы со временем от параметра, пропорционального релаксационной вязкости.

Приводится описание конструкции выпускного устройства электронов с использованием дифференциальной откачки. Дана оценка условий перехода от вязкостного режима к молекулярному, позволяющая подтвердить правильность выбора параметров системы дифференциальной откачки. Решена проблема теплосъема с диафрагм системы дифференциальной откачки в компактном цельнометаллическом корпусе выпускного устройства.

Исследуется влияние механической обработки частиц бронзы марки CuAl₁₀Fe₃Mn₂ с различной интенсивностью ввода энергии на процесс нанесения покрытий методом холодного газодинамического напыления и их свойства. Показано, что коэффициент напыления порошка меняется в зависимости от микротвердости и пористости напыляемых частиц. Приведено объяснение увеличения пористости (с 2 до 8 %) полученных покрытий в зависимости от режима и интенсивности механической обработки напыляемых частиц. Установлено, что размер области когерентного рассеяния, микротвердость материала и шероховатость покрытий, полученных из механически обработанного порошка, независимо от интенсивности ввода энергии мелющими телами в обрабатываемый материал имеют близкие значения.

Проведены измерения уровней вибрации металлической пластины в отсутствие и при наличии на ее поверхности одного армированного покрытия либо размещенных на ней одного или двух армированных покрытий с такой же или отличающейся толщиной. Определена и сопоставлена эффективность различных схем облицовки пластины покрытиями.

Предложен эффективный метод анализа флаттера крыльев самолета из композитного материала с малым соотношением сторон при наличии управляющей поверхности в дозвуковом потоке. Крыло моделируется эквивалентной пластиной. Для расчета нестационарных аэродинамических нагрузок и исследования флаттера используются метод диполей и метод $U{-}g$ соответственно. Установлено, что полученные результаты хорошо согласуются с известными результатами.

Рассмотрена задача о набегании осветленного турбулентного потока на размываемое дно. Для решения задачи предложена математическая модель, включающая уравнения Рейнольдса, уравнения переноса кинетической энергии и диссипации турбулентности. Изменения донной поверхности описаны с использованием оригинального уравнения донных деформаций, построенного на основе аналитической модели движения влекомых наносов. Предложен алгоритм решения задачи с помощью метода контрольных объемов. C использованием численного моделирования показано, что при размыве дна осветленным потоком формируется волновой пакет донных волн малой крутизны. Также показано, что скорость движения донных волн, полученная в ходе численного расчета, хорошо согласуется со скоростью движения донных волн, вычисленной по асимптотической аналитической формуле.

Разработан экспериментальный стенд для исследования вытеснения нефти с использованием сверхкритических флюидных систем из насыпных и составных однородных пористых материалов в режиме смешивающейся и микропузырьковой фильтрации смеси нефть - сверхкритический диоксид углерода. Создано устройство для визуализации выхода микропузырьков сверхкритического СО₂ из экспериментальной ячейки с пористой средой. Экспериментально исследован процесс вытеснения нефти сверхкритическим СО₂ и оторочками сверхкритического СО₂ и воды из однородной насыпной пористой среды. Показано, что наиболее эффективным режимом вытеснения вязкой нефти сверхкритическим СО₂ является смешивающийся, для повышения эффективности вытеснения вязкой нефти в микропузырьковом режиме необходимо использовать оторочки сверхкритического СО₂ и воды. Описан механизм увеличения нефтеотдачи в области микропузырькового вытеснения вязкой нефти сверхкритическим СО₂.

Исследуется задача о трехмерном стационарном ползущем течении двух несмешивающихся жидкостей в канале с твердыми параллельными стенками, на одной из которых поддерживается заданное распределение температуры, а другая является теплоизолированной. На плоской поверхности раздела действуют термокапиллярные силы. Температура в жидкостях квадратично зависит от горизонтальных координат, а поле скоростей имеет специальный вид. Возникающая сопряженная задача для модели Обербека-Буссинеска является обратной и сводится к системе 10 интегродифференциальных уравнений. На поверхности раздела учитывается полное энергетическое условие. Рассматриваемая задача может иметь два решения, а в случае равенства потоков тепла - одно. Для каждого решения приведены примеры характерных течений. Исследовано влияние безразмерных физических и геометрических параметров на возникающие течения.

С использованием термодинамического подхода разработана математическая модель процесса редуцирования давления природного газа в многоступенчатом турбодетандере, учитывающая свойства реального газа. Показано, что максимальное использование энергии избыточного давления природного газа обеспечивается при значении отношения давлений на выходе и входе, на каждой ступени превышающем критическое. Численно определены изменение температуры природного газа и совершаемая им техническая работа при прохождении ступеней турбодетандера. Установлено, что скорости падения температуры и приращения технической работы природного газа увеличиваются от ступени к ступени турбодетандера. Проведено сравнение полученных расчетных результатов с экспериментальными значениями параметров работы газовых турбодетандеров и показано, что они хорошо согласуются.

Построена двойственная вариационная форма математической модели установившегося процесса теплопроводности во вращающемся диске униполярного генератора постоянного тока. Модель содержит два альтернативных функционала, имеющих совпадающие стационарные точки, в которых эти функционалы достигают одинаковых значений экстремумов (минимума и максимума, если искомое распределение температуры в диске является единственным). Такое свойство функционалов позволяет оценивать погрешность приближенного решения рассматриваемой нелинейной задачи теплопроводности и контролировать его сходимость. Выявлены особенности радиального распределения температуры в диске и установлено влияние на это распределение теплопроводности и удельного электрического сопротивления материала диска, зависящих от температуры. Определено предельное значение температурного коэффициента удельного электрического сопротивления, при котором невозможно установившееся распределение температуры в диске гиперболического профиля.

Предложена и реализована связанная модель разрушения для исследования процессов деформирования и разрушения упругопластических материалов. Для определения параметров модели разрушения построены истинные диаграммы деформирования вплоть до разрушения и определены предельные характеристики стали марок 12Х18Н10Т и 10ХСНД. Представлены результаты численного моделирования процесса разрушения цилиндрических стержней при растяжении. Установлено, что определенные в расчетах вид и характер разрушения при растяжении цилиндрических образцов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Аналитически решается задача о проникании жесткого ударника в полубесконечную преграду для определения зависимости угла разлета эжекционных частиц (угла эжекции) от глубины проникания ударника. Задача рассматривается в предположении плоского деформированного состояния материала преграды. Для описания механических свойств материала преграды принимается гипотеза его несжимаемости и идеальной пластичности. На основе энергетического баланса получено уравнение движения (проникания) ударника. Углы эжекции определяются из условия минимума мощности внутренних сил. Установлено, что в случае проникания ударника на бесконечную глубину предельное значение угла эжекции (угла возвышения) составляет приблизительно 84°

Исследуется влияние внешнего сухого трения на напряженно-деформированное состояние полубесконечного упругопластического стержня при внезапном нагружении. Полагается, что поведение стержня описывается моделью Прандтля; трение с окружающей средой, движущейся с постоянной скоростью, происходит по закону Кулона с различными значениями коэффициента трения в возмущенной и невозмущенной областях стержня. Получены аналитические решения. Определены условия, при которых стержень представляет собой упругое тело в области (части области) между фронтами пластической и упругой волн.

В рамках двумерной модели исследовано влияние непроводящих протяженных включений (трещин) на электропроводность проводящей среды при постоянном токе. Для вычисления добавочного электросопротивления, обусловленного наличием трещин, использована гидродинамическая аналогия между движением идеальной несжимаемой жидкости при потенциальном обтекании твердых тел и электрическим током, обтекающим трещины. Определены зависимости относительного добавочного электросопротивления материала от коэффициента трещиноватости в различных предельных случаях. Результаты численного анализа полученных выражений при различных коэффициентах трещиноватости образца для случаев тонкого и толстого образцов подтверждают их правильность. Исследованы случаи параллельных трещин и трещин, ориентированных случайным образом в различных направлениях.

Проведено исследование теплового и термонапряженного состояния реактора, предназначенного для получения водорода путем пиролиза метана и представляющего собой кварцевый цилиндр, заполненный оловом. При определении температурного состояния задача для двухслойной конструкции (кварц - олово) с использованием функции Хевисайда сводилась к задаче для однослойной конструкции с переменными (кусочно-однородными) свойствами материала. На основе определения положения фронта температурного возмущения и дополнительных граничных условий с помощью интегрального метода теплового баланса получено аналитическое решение, включающее алгебраические полиномиальные функции с коэффициентами, экспоненциально стабилизирующимися во времени. Найденное решение использовано для определения квазистатических температурных напряжений, в случае когда конструкция представляет собой двухслойный полый цилиндр (плоская деформация). С помощью метода сопряжения слоев получено точное аналитическое решение задачи термоупругости, из анализа которого следует, что в точке контакта слоев окружные и осевые напряжения имеют скачок (разрыв) со сменой знака в нем. Показано, что в отдельных режимах пуска окружные и осевые напряжения могут превышать предел прочности кварцевого слоя. С использованием полученных результатов выбраны режимы пуска, в которых напряжения не превышают допустимых величин.

С использованием нелокальной градиентной теории деформации исследуются поперечные колебания вязкоупругого листа при воздействии плоского магнитного поля и внешних сил. Получено уравнение поперечных колебаний графенового листа и построены решения, описывающие затухающие и незатухающие поперечные колебания. В рамках нелокальной градиентной теории деформаций исследовано влияние магнитного поля на коэффициент демпфирования и частоту свободных и вынужденных колебаний.

Исследуются нелинейные параметрические колебания продольно подкрепленной ортотропной цилиндрической оболочки, заполненной вязкой жидкостью. Движение жидкости описывается с помощью линеаризованного уравнения Навье - Стокса. Уравнения движения подкрепленной ортотропной оболочки, заполненной вязкой жидкостью, получены на основе принципа стационарности действия Остроградского - Гамильтона. Определены зависимости отношения нелинейной частоты к линейной от прогиба оболочки при различном числе подкрепляющих ребер.

С использованием подпрограммы UMAT, встроенной в пакет Abaqus, выполнен двумерный анализ разрушения пластины из композита C/SiC, находящейся под действием растягивающей нагрузки, при наличии в пластине крепежного соединения в виде болта с потайной головкой. На основе разработанной модели проведено параметрическое исследование влияния параметров болта с потайной головкой на процесс разрушения комбинированного болтового соединения. Установлено, что жесткость болтового соединения практически не зависит от высоты потайной головки, которая для рассматриваемых ее диаметров изменяется в диапазоне от 1,5 до 2,5 мм. Показано, что нагрузка, при которой происходит разрушение керамического матричного композита и комбинированного болтового соединения, существенно зависит от параметров болта с потайной головкой. С увеличением высоты потайной головки болта увеличивается концентрация напряжений вблизи кромки отверстия в пластине из композитного материала. Соединение имеет максимальную несущую способность, если диаметр и высота головки болта составляют 9,4 и 1,5 мм соответственно.