Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2024 номер 3

Представлены результаты исследований взаимодействия двух сталкивающихся осесимметричных ламинарных микроструй водорода в процессе диффузионного горения. Истечение газа происходило с одинаковыми скоростями через пары микросопел, представляющих собой цилиндрические тонкостенные стальные трубки с внутренним диаметром 200 мкм. В ходе эксперимента менялось поперечное положение трубок относительно друг друга. Выявлены особенности формирования результирующего факела из двух взаимодействующих микроструй в зависимости от поперечного положения трубок, проведено сравнение с факелами одиночных микроструй при той же скорости истечения.

Исследуются характеристики ударной волны, генерируемой зарядом, состоящим из внутреннего слоя фугасного взрывчатого вещества, среднего слоя недетонирующего материала и внешнего слоя алюминизированного взрывчатого вещества. Изучено влияние наличия оболочки и режимов инициирования заряда на максимальные избыточное давление и импульс заряда. С использованием программы AUTODYN разработан численный метод вычисления пространственного распределения избыточного давления ударной волны. Показано, что различие результатов численных расчетов, полученных с использованием предложенного метода, и экспериментальных данных не превышает 16,9 %. С увеличением расстояния от заряда различие значений избыточного давления на различных азимутах уменьшается. По мере удаления от центра заряда профиль ударной волны приобретает сферическую форму. Установлено, что избыточное давление составного заряда с оболочкой в радиальном направлении больше, чем в осевом направлении, и быстро уменьшается с увеличением расстояния. Азимут, соответствующий максимальному избыточному давлению для заряда без оболочки, равен 75 °, для заряда с оболочкой - 110°. Показано, что энергия составного заряда при инициировании внутреннего слоя меньше, чем при одновременном инициировании внутреннего и внешнего слоев

Рассматривается противоточное течение стекающей пленки жидкости и турбулентного потока газа в узком вертикальном канале. В случае малых чисел Рейнольдса и при выполнении некоторых условий для параметров такого течения задача сводится к изучению одного эволюционного интегродифференциального уравнения для отклонения толщины пленки от невозмущенного уровня. Проведено численное исследование эволюции периодических возмущений. Представлено несколько решений модельного уравнения

Предложена математическая модель, описывающая формирование внутренних гидравлических прыжков и перемешивание сонаправленных потоков идеальной стратифицированной жидкости в приближении Буссинеска. Модель основана на трехслойном представлении течения с учетом вовлечения жидкости из внешних слоев в промежуточную вихревую прослойку и представляется в виде системы неоднородных законов сохранения. Скорость вовлечения задается условием равновесия в рамках более общей модели эволюции слоя смешения. Определены скорости распространения возмущений и сформулированы понятия докритического и сверхкритического течений. Показано, что модель применима для описания особенностей перемешивания и расщепления потока в глубоководных течениях. Построены решения, соответствующие обтеканию препятствия с образованием внутреннего гидравлического прыжка и области интенсивного перемешивания. Проведено сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными данными. Показано, что они хорошо согласуются

Представлены результаты исследования течений газа в установке, которая используется при холодном газодинамическом напылении. Установка состоит из входного цилиндрического канала с центральным стержнем, соединенного под прямым углом с прямоугольным щелевым каналом. При подаче высокого давления во входной канал в установке происходит разгон газа. Показано, что в сверхзвуковой перерасширенной струе, истекающей из канала, имеются возмущения скорости и давления, которые возникают вследствие наличия волн сжатия-разрежения и продольных вихрей. Вклад продольных вихрей в возмущения давления и скорости составляет приблизительно 30 %. Продольные вихри образуются на входе в щелевой канал за счет кривизны линий тока

Рассматривается способ управления физико-химическими свойствами пласта с целью увеличения его нефтеотдачи с помощью инъекции в пласт кислотной композиции ГБК-Ф. Создана экспериментальная установка для физического моделирования воздействия композиции на нефтяной пласт. Проведены эксперименты на плоской модели с однократным введением реагента в центральную скважину. Результаты экспериментов подтвердили эффективность применения композиции

С использованием теоремы Дюамеля и конечных интегральных преобразований разработан метод построения аналитического решения задачи теплопроводности, моделирующего температурное поле, возникающее в процессе сварки под флюсом. Исследуется температурное поле, возникающее при сварке толстых пластин из стали марки EH36. Предполагается, что движущийся источник тепла имеет эллипсоидальную форму. Возникающее тепловое поле исследовано при различных значениях параметров процесса, таких как скорость перемещения источника тепла, количество подводимого тепла, время задержки движения источника тепла, участвующего в процессе сварки

Приводятся результаты изучения влияния физической активности пациента с аневризмой грудной аорты на частоту сердечных сокращений, а также влияния частоты сердечных сокращений на рост аневризмы. С использованием результатов медицинского исследования построена математическая модель аорты грудного отдела. Численно проанализированы гемодинамические параметры при различной частоте сердечных сокращений. Установлено, что с увеличением частоты ударов сердца с 60 до 174 удар/мин максимальные напряжение сдвига в стенке, скорость кровотока и давление в течение сердечного цикла увеличиваются на 19,1, 12,7 и 50,0 % соответственно. Также установлено, что с увеличением частоты сердцебиения среднее по времени напряжение сдвига в стенке аорты уменьшается, а частота колебаний напряжения сдвига увеличивается, в результате чего повышается вероятность развития аневризмы и разрыва аорты

Описано поведение материала в условиях поверхностной лазерной обработки при учете плавления. Представлена модель максвелловского типа, учитывающая изменение теплоемкости и вязкости при изменении температуры и состава материала. На основе этой модели сформулирована модель изменения свойств материала плоского слоя подвижным источником тепла. Описан алгоритм численного решения сформулированной задачи. Представлены примеры, показывающие влияние потерь тепла, связанности, плавления, химических реакций и их ускорения за счет работы напряжений на свойства материала

Представлены результаты исследования влияния давления прессования на характеристики радиационно-защитных композитов на основе полиэтилена и карбида бора B₄C. С использованием программного моделирования выбран температурный диапазон нагрева пресс-формы заданного размера. Экспериментальным путем определено необходимое время выдержки композита, выявлены дефекты, возникающие при различных отклонениях от оптимальных температурных параметров. Представлены результаты испытаний на прочность образцов при различных режимах давления прессования, найдена величина оптимального давления. Получен композит со следующими механическими характеристиками при оптимальном режиме прессования: плотность (1,09 ± 0,01) г/см³, предел прочности на изгиб (5,72 ± 0,18) МПа, скорость звука в композите (2050,00 ± 0,01) м/с

Для описания нелинейного деформирования изотропных материалов при неизотермических условиях нагружения предлагается использовать соотношения эндохронной теории термопластичности. Приведен вариант определяющих соотношений в интегральной и дифференциальной форме для общего случая нагружения. На основе результатов экспериментов на одноосное растяжение (кручение) определены аналитические зависимости для ряда материальных параметров модели. Для анализа определяющих соотношений предложен численный алгоритм, основанный на методе Эйлера с внутренним итерационным процессом, реализуемым методом Зейделя. Приведен пример численного расчета одноосного растяжения стержня при сложном термосиловом нагружении. Показано, что результаты расчета удовлетворительно согласуются с результатами, полученными с использованием теории течения с изотропным упрочнением

Рассмотрена задача о стесненном кручении тонкостенных стержней под действием концевого закручивающего момента. С помощью метода асимптотического расщепления получена система разрешающих уравнений, описывающая совместное кручение, растяжение-сжатие и изгиб стержня. Для проверки полученной модели на примере типичных сечений проведено сравнение напряженно-деформированного состояния в стержне, определенного в расчете по разработанной модели и трехмерном численном расчете методом конечных элементов. Выполнен анализ полученной математической модели и выявлены ее преимущества по сравнению с широко применяемой теорией Власова. Показано, что разработанная модель не содержит ограничений, накладываемых гипотезами в теории Власова, таких как недеформируемость поперечного контура и отсутствие деформаций сдвига на срединной поверхности. В ряде случаев полученная модель позволяет более точно определять возникающее напряженно-деформированное состояние. В частности, показано, что разработанная модель учитывает наличие вблизи заделки пограничного слоя, возникающего при кручении уголковых сечений и вносящего существенный вклад в продольные напряжения, в то время как теория Власова не позволяет восстановить возникающие продольные напряжения

Предложен метод определения динамического предела текучести гетерогенных материалов на основе сравнения процессов формирования каверны в реперном и исследуемых материалах. Выполнена серия расчетов процесса проникания удлиненного стержня в массивные гомогенные и гетерогенные преграды. Получена немонотонная зависимость глубины проникания от скорости движения. На основе анализа результатов расчетов в координатах удельная кинетическая энергия стержня - работа напряжений на пластических деформациях получена оценка предела текучести гетерогенной среды

С использованием сеточно-характеристического численного метода на сетках из тетраэдров проводится моделирование волновых процессов в композитном материале при действии импульсной ударной нагрузки. Предложен подход к повышению порядка аппроксимации метода на неструктурированной сетке в трехмерном случае. Приведены результаты расчетов распространения импульса нагрузки в трехслойном композите

Рассмотрен двухслойный стержень с коробчатым сечением, закручиваемый под действием касательных напряжений на угол θ. Предполагается, что деформации в стержне упругие, его боковая поверхность свободна от напряжений. Слои обладают различными упругими свойствами и имеют различную толщину. Линия контакта слоев полагается жесткой, т. е. напряжения на ней совпадают. С помощью законов сохранения построено точное решение, описывающее напряженное состояние данной конструкции. Напряженное состояние определяется в каждой точке поперечного сечения с помощью интегралов по внешним контурам

Предложена упрощенная численная методика моделирования проникания ударников в текстильные преграды, в которой учитываются тип плетения ткани, сила трения между нитями и между ударником и тканью, поперечные размеры ткани. На основе сравнения экспериментальных и расчетных данных выбраны необходимые расчетные параметры. С помощью предлагаемой методики проведена оценка баллистической стойкости комбинированной защитной композиции, позволяющей уменьшить заброневое воздействие. Исследована задача о влиянии формы ударника на баллистическую стойкость текстильной бронезащиты

Представлен краткий обзор экспериментальных подходов к исследованию трибологии скольжения различных тел по снегу или льду, а также предложены схема, цифровой двойник и вариант трибологической установки. В результате моделирования вращения бака со снегом с целевой скоростью получено распределение деформации конструкции бака, а при тестировании движения образца лыжи по ровной снежной поверхности определена работа силы трения за цикл скольжения. Предложенная установка позволит оценивать эффективность скольжения по снегу при заданных температуре, структуре снега, влажности, а также шероховатости скользящей по снегу поверхности лыжи

Проводится анализ эффективности использования одномерных сетевых моделей для виртуальной оценки гемодинамических индексов, значения которых широко используются в клинической практике для принятия решения при выборе стратегии лечения ишемической болезни сердца при стенотическом поражении коронарных артерий. Показано, что в рамках существующих подходов возможна оценка гемодинамических индексов на основе клинических данных, собранных без вмешательства в организм, с точностью, сравнимой с точностью входных данных и непосредственных измерений. Также показана важность учета состояния микроциркуляторного русла миокарда и его влияния на интерпретацию результатов моделирования и непосредственных измерений в клинике

Предложен подход для количественной оценки лохматости просвета патологически измененной аорты, учитывающий трехмерную морфологию ее внутренней поверхности. Разработан и реализован алгоритм для оценки локальной лохматости, а также предложен интегральный критерий лохматости в анатомической области. Алгоритм протестирован на данных двух пациентов с лохматым и гладким просветом. Полученные результаты хорошо согласуются с результатами визуальной оценки экспертов-хирургов и подтверждаются клиническими исходами при оперативном вмешательстве

Исследуются бактерии Salmonella typhimurium и Listeria monocytogenes, используемые в бактериальной терапии для замедления роста опухолей. Приводятся результаты исследования механических характеристик бактерий, полученные методом наноиндентирования с использованием атомно-силового микроскопа. Установлено, что бактерии Salmonella typhimurium имеют больший модуль упругости, но меньшую силу адгезии, чем бактерии Listeria monocytogenes. При выдвижении зонда атомно-силового микроскопа модуль упругости больше, чем при его втягивании. С помощью метода конечных элементов исследованы амплитудно-частотные характеристики поперечных колебаний балки атомно-силового микроскопа при использовании в качестве образцов двух бактерий. Установлено, что с увеличением модуля упругости образцов резонансная частота увеличивается, следовательно, резонансная частота колебаний бактерий Salmonella typhimurium больше резонансной частоты колебаний бактерий Listeria monocytogenes. Показано, что результаты, полученные с использованием метода конечных элементов и экспериментального метода, хорошо согласуются