1. В результате анализа аэро- гидроупругой устойчивости оболочек вращения, взаимодействующих с комбинированным потоком жидкости или газа, обнаружен ряд новых качественных закономерностей. Подробнее Скрыть подробности
   Для анализа динамического поведения упругих стационарных или вращающихся оболочек произвольной геометрии, взаимодействующих с внутренним потоком невязкой жидкости (газом), имеющим осевую и/или тангенциальную компоненту скорости, разработана математическая модель и численный алгоритм ее реализации. Для вращающейся оболочки принимается во внимание воздействие центробежных и Кориолисовых сил, учитывается влияние начального окружного усилия, вызванного центробежными силами. Движение вращающейся жидкости описывается в рамках потенциальной теории, волновое уравнение которой сводится к системе уравнений с помощью метода Бубнова-Галеркина. Для описания движения упругого тела используется вариационный принцип возможных перемещений, в который включается линеаризованное уравнение Бернулли, определяющее гидродинамическое давление, действующее со стороны жидкости на конструкцию. Решение задачи сводится к вычислению и анализу комплексных собственных значений связанной системы уравнений. Проверка достоверности и эффективности разработанного алгоритма осуществлена в результате сравнения полученных результатов с экспериментальными данными и известными численно-аналитическими решениями. Выполнен широкий круг численных экспериментов по оценке влияния на границу устойчивости разнообразных факторов, таких как граничные условия, задаваемые на торцах оболочки, геометрические размеры, уровень заполнения жидкостью внутреннего объема, физико-механические свойства материала оболочки и жидкости, совместное или отдельное вращение оболочки и жидкости внутри нее и т.д. В результате проведенных исследований обнаружен ряд новых качественных закономерностей.
   
   Рук. академик РАН В.П. Матвеенко, т.(342) 237-84-61
2. Получены определяющие соотношения сверхпластичности, отвечающие условиям делокализации деформации и локального скоростного разупрочнения. Подробнее Скрыть подробности
   Сформулированы феноменологические признаки сверхпластичности. Поставлена обратная задача нахождения скалярной материальной функции вязко-пластических определяющих соотношений в соответствии с этими признаками, сводящаяся к задаче групповой классификации уравнений равновесия по этой произвольной функции и выбору функций с локальной немонотонностью.
   Для ее решения уравнения равновесия и совместности деформации скорости с помощью нелокальной подстановки записаны в виде четырех квазилинейных уравнений в частных производных в терминах интенсивности тензора деформации скорости, угла между линией скольжения и декартовой координатой, гидростатического давления и вихря скорости, которые трансформированы в пфаффову систему. Условия полной интегрируемости позволили найти единственный вариант функции требуемого вида, в частных случаях соответствующий линейно вязкой жидкости и идеально пластическому твердому телу. Найденная функция имеет немонотонный вид и допускает переход от гиперболического к эллиптическому режиму с образованием линий разрыва в сплошном теле при определенном значении интенсивности деформации скорости. Данная функция может соответствовать феноменологии сверхпластичности, основанной на механизмах полиморфных превращений или динамической рекристаллизации.
   
   
   Рук. к.ф.м.н. Келлер И.Э. т.(342) 237-84-59
3. Впервые получены данные о магнитострикции 3D сферы и продемонстрировано их значительное отличие от того же эффекта в диске.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Работа посвящена механике магнито-эластомерных композитов. Предмет изучения - магнитострикция, то есть деформация свободного (ненагруженного) образца под действием однородного магнитного поля. В отсутствие поля зерна наполнителя - микропорошкового железа (их концентрация порядка 1010 cм-3) - не намагничены и потому не взаимодействуют. Приложенное поле индуцирует в частицах магнитные моменты и, тем самым, "включает" анизотропные дипольные силы, возрастающие с уменьшением межчастичных расстояний. Стремясь объединиться/оттолкнуться, частицы деформируют полимерную матрицу, чем создают в ней упругие контр-напряжения. Таким образом, равновесная форма магнито-эластомерного тела определяется минимумом энергии, учитывающей наличие связанных между собой мелкомасштабных распределений магнитных и упругих сил.
   Из-за дальнодействующего (степенного) характера этих сил решение задачи существенно зависит от геометрии образца и, в частности, от его размерности. Изучавшиеся прежде двумерные модели очень полезны для поиска качественных закономерностей, но непригодны для количественного объяснения экспериментов с реальными композитами.
   С целью создания адекватного теоретического "инструмента" начата разработка трехмерных моделей. Тестовый образец - упругая сфера, в которой размещены 200-400 магнитных частиц при объемной концентрации до 30%. На этой системе методом конечных элементов по оригинальному алгоритму выполнен расчет распределений магнитных и упругих сил и найдена "внешняя" деформация тела. Впервые получены данные о магнитострикции 3D сферы и продемонстрировано их значительное отличие от того же эффекта в диске.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Райхер Ю.Л., т.(342) 237-83-23
4. Установлены качественные различия развития разрушения в условиях многоцикловой и гигацикловой усталости для поли- и субмикрокристаллических материалов (титана), характеризующиеся смещением координаты очага разрушения с поверхности образца в объем материала; показано соответствие механизмов кинетики накопления дефектов при гигацикловых режимах нагружения и ползучести в области малых напряжений (или высоких температур) испытаний; предложено описание стадийности процесса разрушения и развития трещин в условиях гигацикловой усталости на основе развитых представлений о структурно-скейлинговых переходах в ансамблях дефектов. Подробнее Скрыть подробности
   Развиваемые представления о закономерностях разрушения как структурно-скейлинговых переходах в ансамблях дефектов, роли многомасштабных коллективных мод дефектов в механизмах локализации разрушения явились основой для реализуемой экспериментальной программы по исследованию кинетических закономерностей развития разрушения при гигацикловых режимах нагружения применительно к поли- и субмикрокристаллическим материалам (титана). Объяснены механизмы разрушения, сопровождающиеся смещением очагов зарождения усталостных трещин с поверхности образцов (типичные для многоцикловой усталости) в объем образца, характерные для гигацикловых режимов.
   Показано соответствие механизмов кинетики накопления дефектов при гигацикловых режимах нагружения и ползучести в области малых напряжений (или высоких температур) испытаний; предложено описание стадийности процесса разрушения и развития трещин в условиях гигацикловой усталости на основе развитых представлений о структурно-скейлинговых переходах в ансамблях дефектов. Данные результаты положены в основу методов оценки надежности перспективных материалов авиационного моторостроения, в том числе сплавов титана с субмикрокристаллической зеренной структурой.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Наймарк О.Б., т.(342) 237-84-89
5. Исследованы особенности строения перенапряженных областей наполненных и ненаполненных эластомеров, образующихся в местах поперечных надрезов предрастянутых материалов. Подробнее Скрыть подробности.
   Методами атомно-силовой микроскопии исследованы особенности строения перенапряженных областей наполненных и ненаполненных эластомеров, образующихся в местах поперечных надрезов предрастянутых материалов.
   На масштабе вплоть до отдельных агрегатов технического углерода показаны тяжи-фибриллы, возникающие в разрывах. Образование тяжей связано как с разрывами на поверхности перенапряженной матрицы, так и с вытяжкой полимера в зазорах между первоначально близкостоящими агрегатами.
   Установлено, что свойства тяжей (адгезия к АСМ-зонду, модуль упругости) отличаются от окружающей их матрицы. Такое изменение свойств связано как с ориентацией макромолекул, так и с их кристаллизацией (если речь идет о кристаллизующемся при деформации натуральном каучуке). Вероятно, данные тяжи сдерживают дальнейшее разрушение материала.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Свистков А.Л., т.(342) 237-83-98.
6. Получены решения, существенно уточняющие известные ранее расчеты возможных профилей жидкости около зонда атомно-силового микроскопа. Подробнее Скрыть подробности.
   Предложен новый метод моделирования действия поверхностных сил на границе как жидких, так и деформируемых сред, учитывающий главные кривизны поверхности и ее деформацию. Граница тела рассматривается как деформируемая пленка постоянной толщины. Показано, что при моделировании капиллярных явлений получается известное в теории жидкостей уравнение. Проведен анализ особенностей проявления капиллярных явлений около зонда атомно-силового микроскопа.
   Установлено, что вертикальный подъем жидкости на несколько нанометров по поверхности зонда вызывает искривление поверхности жидкости, заметное на расстоянии до одного миллиметра.
   Показано, что решения осесимметричной задачи допускают (при определенных значениях поверхностных энергий взаимодействующих сред) появление выпуклых капель жидкости размером в несколько нанометров. Жидкость в них находится под большим давлением, которое должно выталкивать зонд вверх. Установлено, что отвод зонда от жидкости сопровождается подъемом жидкости по поверхности зонда на наномасштабном уровне.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Свистков А.Л., т.(342) 237-83-98)

1. Впервые проведено экспериментальное и численное исследование формирования горизонтальных конвективных валов над неоднородно нагретой поверхностью, в замкнутой прямоугольной полости. Исследование проведено в широком интервале чисел Прандтля и Рэлея. Обнаружено, что структура вторичных течений определяется уровнем надкритичности в температурном пограничном слое и интенсивностью основного, адвективного течения. Показано наличие режимов с продольными валами, поперечными валами, а также смешанные режимы. Численные расчеты показали, что наличие вторичных структур существенно увеличивает теплообмен над нагретой областью. Подробнее Скрыть подробности.
   В работе осуществлено экспериментальное исследование и прямое численное моделирование течения в прямоугольной полости, в дно которой встроены два теплообменника, задающие резкий скачок температуры вблизи их границы раздела. В полости возникает адвективное течение, на фоне которого развиваются вторичные течения, которые могут иметь вид продольных или поперечных валов. Целью работы являлось изучение образования и развития вторичных конвективных течений, возникающих в пограничном слое, и их влияния на теплообмен в слое. Исследования выполнены для широкого диапазона чисел Прандтля (7 ? Pr ? 1020) и чисел Релея (300 ? Ra ? 2.8·107).
   Установлено, что продольные конвективные валы появляются на некотором расстоянии от границы раздела теплообменников, и высота пограничного слоя увеличивается по мере удаления от скачка температуры. Рост вертикального размера валов происходит в основном за счет растяжения их верхней части. С ростом перепада температуры размеры валов уменьшаются, но растет скорость вращения валов.
   Обнаружено, что в данной конфигурации задачи возможны режимы, как с поперечной, так и с продольной ориентацией вторичных конвективных валов. Показано, что как продольные, так и поперечные валы ведут к существенному увеличению теплопереноса. Все режимы, в которых наблюдаются продольные валы, находятся на фазовой диаграмме в плоскости Ra - Re над линией Re ? 2·10-4Ra0.7. Поперечные валы появляются только при условии одновременного наличия большого перепада температуры и слабого крупномасштабного течения (это возможно только при больших числах Прандтля). Полученные результаты важны для оценки влияния вторичных течений на процессы теплообмена в пограничных слоях. Sukhanovsky A., Frick P., Teimurasov A., Batalov V. Horizontal rolls in convective flow above a partially heated surface // Eur.Phys.J. B, 2012. V.85: 9.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Фрик П.Г, т.(342) 237-83-22
2. Впервые выполнены одновременные прямые измерения турбулентной вязкости и турбулентной диффузии магнитного поля в турбулентном потоке проводящей жидкости при умеренных значениях магнитного числа Рейнольдса. Измерения выполнены в нестационарном турбулентном потоке жидкого натрия в тороидальном канале. Показано, что поведение коэффициента турбулентной диффузии магнитного поля определяется значениями магнитного числа Рейнольдса Rm, определенного по среднеквадратичному значению турбулентных пульсаций скорости. При Rm1 турбулентная диффузия магнитного поля становится пропорциональной турбулентной вязкости.
   Подробнее Скрыть подробности.
   В лабораторных экспериментах выполнены измерения двух коэффициентов переноса в импульсных турбулентных потоках жидкого натрия: эффективного (турбулентного) коэффициента диффузии магнитного поля и коэффициента турбулентной вязкости. Первый вычислялся по измерениям интегральной электропроводности, а второй - по измерениям локальной скорости. Поток возбуждался в быстровращающемся тороидальном титановом канале путём его резкого торможения. Коэффициент кинематической вязкости определялся как отношение квадрата плотности энергии турбулентных пульсаций к скорости её диссипации. Для нахождения указанных величин были произведены измерения двух компонент вектора скорости потока жидкого натрия двухкоординатным кондукционным датчиком и измерения вариаций индуктивности катушки, намотанной на канал с натрием. Получены законы вырождения энергии среднего течения, энергии пульсаций, коэффициента анизотропии и турбулентной вязкости. Показано, что поведение эффективной диффузии существенно зависит от магнитного числа Рейнольдса Rm, определенного по амплитуде среднеквадратичных пульсаций скорости и радиусу сечения канала. При Rm< 1 коэффициент турбулентной диффузии растет пропорционально квадрату магнитного числа Рейнольдса, а при Rm >1 становится пропорциональным коэффициенту турбулентной вязкости. Noskov V., Denisov S., Stepanov R., Frick P. Turbulent viscosity and turbulent magnetic diffusivity in decaying spin-down flow of liquid sodium // Physical Review E, 2012. V.85. 016303.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Фрик П.Г, т.(342) 237-83-22
3. В терминах интегральных характеристик построена модель шнек прессового отжима на основе связанных задач неизотермического течения вязкой смеси и отжимом жидкой компоненты за пределы канала. С использованием экспериментально полученной существенно нелинейной зависимости коэффициента проницаемости экструдата рапса от массовой концентрации масла и уровня давления проведено моделирование отжима при различных значениях параметров процесса. Подробнее Скрыть подробности.
   Ограниченность мировых запасов органических топлив вызывает интерес к поиску других источников. Одним из заменителей может служить биотопливо, полученное из масличных культур, в частности, семян рапса. Наиболее современным способом получения масел является процесс с использованием шнек-пресса. Выбор конструктивных параметров шнек-пресса и технологических режимов отжима связан с адекватным описанием, как самого процесса, так и свойств перерабатываемого материала.
   Целью работы являлось построение математической модели шнек-прессового отжима масличных культур с учетом нелинейности реологических свойств и проницаемости материала, изменения массовой доли компонентов, отжима масла за пределы канала, неизотермичности процесса, существенно влияющих на технологичность и производительность процесса.
   Технология шнек прессового отжима широко используется при переработке масличных культур. При этом количество теоретических моделей этого процесса крайне невелико, ввиду чего выбор оптимальных режимов производиться исключительно исходя из опыта использования шнек прессового отжима и на основании экспериментальных данных.
   Практически полное отсутствие адекватных теоретических моделей во многом обусловлено сложностью задачи, естественным подходом при решении которой является рассмотрение процесса как течения двухкомпонентной вязкой деформируемой среды. Главные трудности при таком подходе состоят в необходимости определения взаимодействия между компонентами при их относительном движении и учете отвода одной компоненты из области течения смеси. Одно из решений указанных трудностей заключается в рассмотрении отжима как процесса фильтрации жидкой компоненты смеси сквозь пористую среду, подчиняющегося закону Дарси.
   Отжимаемый материал рассматривается как двухкомпонентная среда, представляющая смесь жидкости (масла) и деформируемой пористой основы, состоящей в основном из клетчатки. Отжим жидкой фазы изменяет структуру смеси и массовое соотношение между компонентами, и тем самым ее реологические и фильтрующие свойства. Так в диапазоне концентраций 0,45-0.23 коэффициент проницаемости изменяется на полтора-два десятичных порядка и зависит от уровня приложенного давления.
   Предложена модель шнек прессового отжима, в которой процесс рассматривается как совокупность течения в шнеке вязкой двухкомпонентной смеси и фильтрации жидкой компоненты сквозь массив смеси и отжимом ее через проникающую для жидкой фазы стенку.
   Получены результаты моделирования отжима рапса с использованием экспериментально полученных данных о коэффициенте проницаемости экструдата рапса и результатов вискозиметрии рапса при различных скоростях сдвига и массовых концентрациях масла.
   
   
   Рук. д.т.н. Славнов Е.В., т.(342) 237-83-99
4. При экспериментальном изучении неустойчивости концентрационно-капиллярных течений при наличии адсорбированных пленок нерастворимых поверхностно-активных веществ (ПАВ) обнаружен и исследован новый тип вторичных течений, возникающих в результате развития неустойчивости осесимметричного течения Марангони при формировании на свободной поверхности жидкости слоя нерастворимого поверхностно-активного вещества (ПАВ). Подробнее Скрыть подробности.
   Экспериментально исследованы устойчивость и структура концентрационно-капиллярного течения от локализованного источника в присутствии адсорбированного слоя нерастворимого ПАВ. Установлено, что основное аксиально-симметричное течение становится неустойчивым к азимутально-периодическому возмущению, что приводит к появлению поверхностного течения с многовихревой структурой.
   Исследована структура вторичного течения в зависимости от интенсивности основного течения и поверхностной плотности нерастворимого ПАВ. Показано, что азимутальное волновое число увеличивается с ростом числа Марангони и уменьшается при увеличении поверхностной плотности сурфактанта. Определено пороговое значение поверхностной плотности нерастворимого ПАВ, при котором течение Марангони не возникает.
   
   
   Рук. к.ф.м.н. Мизёв А.И., т.(342) 237-83-14)
5. Впервые выведены уравнения, описывающие магнитофорез многочастичных агрегатов в концентрированных магнитных жидкостях. Показано, что присутствие агрегатов усиливает пространственную неоднородность жидкости в градиентном магнитном поле на два порядка (по сравнению с эффектом сегрегации одиночных частиц). Это означает, что корректный расчет концентрационных полей в магнитной жидкости без учета агрегатов невозможен. Подробнее Скрыть подробности.
   Магнитофорез частиц (дрейф частиц в неоднородном магнитном поле) - основная причина пространственного расслоения магнитных жидкостей со временем и нежелательного изменения эксплуатационных параметров устройств, использующих магнитную жидкость в качестве рабочей. Уменьшение магнитофореза является ключевой задачей, решение которой позволит повысить стабильность работы таких устройств. До последнего времени решение задач о магнитофорезе ограничивалось рамками разбавленных растворов, в которых взаимодействием между частицами можно пренебречь. Такой подход не позволяет продвинуться в область высоких концентраций частиц, т. е. в область параметров, наиболее интересных с научной и прикладной точек зрения. В реальных устройствах используются концентрированные растворы, обладающие наибольшей намагниченностью. Существенным продвижением вперед явился вывод уравнения переноса частиц в магнитной жидкости, в котором были учтены основные типы взаимодействий: магнитодипольных, стерических и гидродинамических (Pshenichnikov A.F., Elfimova E.A., Ivanov A.O. // J. Chem. Phys. 2011. Vol. 134). Однако проблема учета агрегатов оставалась нерешенной. Сейчас нами выведена система уравнений, описывающих взаимодействующие потоки одиночных частиц и агрегатов, проведены тестовые эксперименты по магнитофорезу частиц в плоских слоях концентрированных магнитных жидкостей и продемонстрировано хорошее согласие между экспериментальными результатами и расчетными.
   Достаточно широкое распределение частиц по размерам, традиционно наблюдающееся в коммерческих магнитных жидкостях, здесь не учитывается. Сказать что-то определенное о величине этой погрешности пока невозможно. Однако для магнитных жидкостей, использовавшихся в данной работе, она достаточно мала, чтобы не приводить к заметному расхождению между расчетными и экспериментальными данными. По аналогии с нашими предыдущими работами учет стерических взаимодействий проведен нами в рамках приближения Карнагана-Старлинга для системы твердых сфер, а учет магнитодипольных взаимодействий - в рамках модифицированной модели эффективного поля. Обе эти аппроксимации хорошо согласуется с результатами лабораторных и численных экспериментов. Некоторые проблемы могут возникнуть только в области высоких концентраций частиц (более 40% по объему) и больших энергий диполь-дипольных взаимодействий. Лабораторные эксперименты проведены с тонкими горизонтальными слоями магнитной жидкости, обеспечивающими минимальный уровень размагничивающих полей, минимальное влияние силы тяжести и возможность использовать фотометрический метод для измерения локальной концентрации частиц. Исследовано три концентрированных образца магнитной жидкости и во всех случаях измеренный перепад концентрации в пределах ячейки на два порядка превышал перепад, рассчитанный без учета агрегатов. Это очень сильный эффект, который означает, что без учета агрегатов (если они присутствуют в магнитной жидкости) корректный расчет концентрационных профилей невозможен.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Пшеничников А.Ф., т.(342) 237-83-25).
6. Получена оценка влияния малой неконцентричности на малые свободные капиллярные колебания сферической капли, окруженной неконцентрическим сферическим слоем другой жидкости. Поправка к собственным частотам, вызванная неконцентричностью системы, имеет, в общем случае, второй порядок малости по величине неконцентричности. Подробнее Скрыть подробности.
   Спектр колебаний составной капли, состоящей из двух несмешивающихся жидкостей (одна образует центральное жидкое ядро и окружена слоем другой жидкости), похож на спектр колебаний двух связанных гармонических осцилляторов. Из анализа частот можно определить поверхностное натяжение внешней жидкости и натяжение на границе раздела двух жидкостей. В более ранних работах всегда предполагалось, что внутреннее ядро и внешняя оболочка расположены концентрично. Это не всегда так, и в данной работе мы обходим это ограничение, и исследуем влияние неконцентричности системы на спектр колебаний.
   Как можно было ожидать, в отличие от главной части собственной частоты, поправка зависит от абсолютного значения азимутального числа главной моды собственного решения. При некоторых параметрах системы возможно вырождение главной части собственной частоты по двум соседним меридиональным числам главной моды собственного решения.
   Вблизи точки вырождения главной части собственной частоты по двум соседним меридиональным числам главной моды собственного решения, неконцентричность приводит к тому, что при каждом абсолютном значении азимутального числа существуют два различных значения поправки к собственной частоте. Каждому из двух значений поправки соответствует свое собственное решение. Главные части этих решений состоят из двух мод с соседними меридиональными числами, по которым происходит вырождение.
   Показано, что, в пределе слабой динамической связи поверхностей раздела сред, неконцентричность системы не влияет на собственные частоты ее свободных колебаний
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31)
7. Впервые обнаружено, что при конечных значениях капиллярного параметра движение линии контакта сред приводит к затуханию свободных колебаний. Влияние диссипации приводит к ограничению максимальной амплитуды колебаний в резонансе, а также к сдвигу резонансной частоты. Подробнее Скрыть подробности.
   Рассмотрены собственные и вынужденные колебания деформированной капли невязкой жидкости, окруженной другой жидкостью и ограниченной в осевом направлении твердыми плоскостями. В равновесии капля представляет собой фигуру вращения и имеет большое отношение радиуса к высоте. Равновесный краевой угол между боковой поверхностью капли и твердой поверхностью отличен от прямого. Движение контактной линии учитывается с помощью эффективного граничного условия: скорость движения контактной линии пропорциональна углу отклонения. Найдено, что существуют три характерных масштаба частот собственных колебаний. Высокие частоты не зависят от азимутального числа и для прямого равновесного краевого угла соответствуют частотам капиллярных волн на поверхности жидкости. Низкие частоты не зависят от волнового числа и при больших значениях капиллярного параметра совпадают с основными частотами собственных колебаний цилиндрической капли. Промежуточный характерный масштаб частот соответствует основной частоте трансляционной моды собственных колебаний.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31).
8. Найден новый механизм генерации среднего течения около искривленной свободной поверхности, связанный исключительно со средней кривизной поверхности и нечувствительный к пульсационным деформациям. Подробнее Скрыть подробности.
   Исследование вибрационного воздействия на поведение неоднородных гидродинамических систем представляет фундаментальный интерес благодаря разнообразию наблюдаемых эффектов. Одним из таковых является возникновение осредненных течений, мало меняющихся за период вибраций. Так, в динамическом пограничном слое около твердой стенки, обтекаемой неоднородным пульсирующим потоком, происходит генерация средней завихренности. При этом на внешней границе пограничного слоя средняя касательная скорость отлична от нуля и ее значение может быть использовано в качестве граничного условия при нахождении среднего течения в основной области движения.
   Для плоской поверхности раздела двух жидкостей кроме аналогичного механизма генерации существует еще и механизм Дора, определяющий эффективные касательные напряжения. Для случая свободной плоской поверхности оба указанных механизма не работают, и лишь при наличии деформаций поверхности появляется еще один механизм - механизм генерации Лонге-Хиггинса, заключающийся в том, что средние течения формируются бегущими по свободной поверхности волнами.
   Найден новый механизм генерации, связанный исключительно со средней кривизной поверхности, нечувствительный к пульсационным деформациям. Для этой цели рассматривался пузырек газа, взвешенный в заполняющей все пространство жидкости. Исследуемая система находилась под действием гармонических вибраций малой амплитуды. Вязкость и плотность газа в пузырьке предполагались исчезающе малыми, что позволяет пренебречь движением газа. Предполагалось, что окружающая жидкость и газ в пузырьке несжимаемы. Во втором порядке разложения вокруг пузырька возникает стационарное течение, причем пульсационные деформации поверхности не влияют на генерацию этого течения.
   Таким образом, среднее течение возможно и тогда, когда поверхность недеформируемая. Среднее течение генерируется в вязком пограничном слое около пузырька и распространяется за его пределы. Оно имеет вид двух симметричных тороидальных вихрей. В пределе высокочастотных вибраций получены формулы, задающие величину вязких напряжений на внешней границе пограничного слоя. Эффективные напряжения пропорциональны квадрату кривизны поверхности и кубу толщины пограничного слоя Стокса. В отличие от генерации около твердой поверхности вязкость существенно входит в результат: при вязкости, стремящейся к нулю, исчезает и генерация.
   Таким образом, генерация среднего течения возможна не только около твердой поверхности, но и около свободной недеформируемой поверхности.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31).
9. Исследована линейная устойчивость двухслойной системы, моделирующей месторождения природных гидратов в условиях арктической вечной мерзлоты. Найдено, что система устойчива лишь в ограниченном диапазоне параметров. Обнаружено, что неустойчивости способствуют высокая проницаемость отложений, большая толщина слоев лед-газ и гидрат-газ и большой геотермальный градиент. Значения параметров, при которых наблюдается неустойчивость, являются геологически возможными. Следовательно, месторождения природных гидратов в условиях арктической вечной мерзлоты, могут существовать только в зонах с относительно низкой проницаемостью, в виде сравнительно тонких слоев (с общей толщиной в несколько сотен метров).
   Подробнее Скрыть подробности.
   Исследована линейная устойчивость двухслойной системы, моделирующей месторождения природных гидратов в условиях арктической вечной мерзлоты. Газовые гидраты представляют собой минералы, состоящие из молекул газа, заключенных в ячейки из молекул воды. Это так называемые соединения включения: молекулы воды связываются между собой водородными связями и формируют каркасы с обширными полостями внутри. Между молекулами газа и воды химических связей не образуется, они удерживаются только слабыми межмолекулярными ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями. Газовые гидраты содержат в себе большие запасы метана и рассматриваются как перспективный источник ископаемого топлива. Однако разработка месторождений газовых гидратов может привести к негативным последствиям, поскольку попутное выделение метана в атмосферу приведет к усилению парникового эффекта. Поэтому важно исследовать условия устойчивости слоев гидратов.
   Рассматриваемая система состоит из двух однородных слоев в пористой матрице: зоны устойчивости гидрата, в которой сосуществуют гидрат и метан, и расположенного ниже слоя, который содержит лед и метан. Предполагается, что температура во всей системе ниже точки плавления льда.
   Найдено, что система устойчива лишь в ограниченном диапазоне параметров. В частности, обнаружено, что неустойчивости способствуют высокая проницаемость отложений, большая толщина слоев лед-газ и гидрат-газ и большой геотермальный градиент. Значения параметров, при которых наблюдается неустойчивость, являются геологически возможными.
   Следовательно, месторождения природных гидратов в условиях арктической вечной мерзлоты, могут существовать только в зонах с относительно низкой проницаемостью, в виде сравнительно тонких слоев (с общей толщиной в несколько сотен метров).
   Таким образом, проведенный анализ не подтверждает гипотезу о том, что неустойчивость зон устойчивого гидрата, индуцированная повышением температуры из-за глобального потепления, может привести к самоподдерживаемуся ускоряющемуся плавлению гидратов. Увеличение локальной температуры в существующих зонах устойчивого гидрата, приведет к таянию гидратов на нижней и возможно верхней границах. Это вызовет уменьшение толщины слоя гидрата и, таким образом, сделает систему более устойчивой. Кроме того, глобальное потепление может привести к некоторому снижению геотермального градиента, и, таким образом, к дальнейшей стабилизации системы.
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31)

Важнейшие результаты прикладных исследований

3.6. Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, трибология

1. Создана экспериментальная установка, позволяющая исследование деформационных свойств жаропрочных сплавов в условиях динамического деформирования; разработаны методики верификации моделей динамического деформирования титановых сплавов, в том числе с субмикрозеренной структурой. Подробнее Скрыть подробности.
   Создана экспериментальная установка, позволяющая исследование динамического деформирования и разрушения жаропрочных сплавов при повышенных температурах (до 800 С), что представляет интерес применительно к оценке прочностных свойств и верификации моделей, применительно к оценке ресурса перспективных жаропрочных сплавов, применяемых в газотурбинных двигателях авиационного назначения.
   Проведен цикл исследований поведения жаропрочных титановых сплавов, используемых в изделиях ОАО "Сатурн", развиты подходы по верификации определяющих соотношений, которые могут быть использованы в коммерческих вычислительных пакетах.
   
   
   
   Рук. д.ф.м.н. Наймарк О.Б., т.(342) 237-83-12)

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов; биомеханика; механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред; механика горения, детонации и взрыва

1. Разработан и изготовлен датчик для измерения взаимных перемещений различных объектов, в том числе отдельных участков деформируемых тел. Датчик характеризуется высокой чувствительностью, помехозащищенностью, термостабильностью и большой базой относительных перемещений. Группа датчиков может быть объединена в измерительную систему, подключенную к компьютеру со скоростью опроса датчиков может достигать 300 измерений в секунду. Подробнее Скрыть подробности.
   При измерении взаимных перемещений различных объектов и отдельных участков деформируемого тела большое значение имеет диапазон измерений. Разработанный датчик имеет: диапазон измерямых перемещений - 100 мм; чувствительность - 0.37 вольт/мм; частота возбуждения - 3 кГц. При изменении окружающей температуры от +25°С до -15°С погрешность измерения составляет 5%. Высокая помехозащищенность достигается низким выходным сопротивление датчика и наличием интегрирующих цепочек. Работа датчика основана на методе импульсного возбуждения катушки индуктивности и измерения ЭДС индукции. Для улучшения метрологических характеристик датчик снабжен генератором стабильного тока возбуждения.
   
   Датчик защищен патентом на изобретение - положительное решение от 07.08.12 г. по заявке №2011130094.
   
   
   Рук. д.т.н. Славнов Е.В., т.(342) 237-83-99
2. Предложен новый неинвазивный метод оценки состояния сурфактантной системы легких, основанный на сборе нативного материала путем барботации выдыхаемого воздуха. Показано, что собираемого даже за один выдох сурфактанта достаточно для проведения дальнейших исследований методами динамической тензиометрии. Результаты сравнительных измерений, выполненных в клинических условиях, позволяют рассматривать предлагаемый метод как перспективное направление в ранней диагностике заболеваний легких.
   Подробнее Скрыть подробности.
   Разработан новый неинвазивный метод сбора легочного сурфактанта путем барботации выдыхаемого воздуха, позволяющий многократно повысить эффективность процесса по сравнению с методами, существующими в настоящее время.
   Предлагаемый метод более прост в реализации, отличается меньшим временем сбора необходимого материала и более комфортной процедурой для пациента. Показано, что собираемого даже за один выдох сурфактанта достаточно для проведения дальнейших исследований методами динамической тензиометрии.
   Разработан и создан измерительный комплекс, включающий специализированный лоток для сбора и барьерную систему Ленгмюра-Блоджет, для исследований поверхностных свойств нативного материала.
   Сравнительные измерения, проведенные в клинических условиях на репрезентативных группах здоровых и пациентов "Краевого противотуберкулезного клинического диспансера № 1" (г. Пермь), продемонстрировали достоверное различие в измеряемых параметрах, что позволяет рассматривать предложенный метод как перспективное направление в ранней диагностике заболеваний легочной системы и в мониторинге лечебного процесса.
   Подана заявка на изобретение "Способ оценки состояния легочного сурфактанта" (авторы: Мизев А.И., Трофименко А.И., Пеленева И.М.) № 2012127593 от 02.07.2012).
   
   
   Рук. к.ф.м.н. Мизёв А.И.,т.(342) 237-83-14)

• Назад
• Вперед