Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований,
выполненных в Учреждении Российской академии наук
Институте механики сплошных сред Уральского отделения РАН
в 2011 году

1. Разработан впервые аналитический метод построения полной системы собственных решений для различных вариантов круговых конических тел: однородный конус с одной боковой поверхностью (сплошной конус), однородный конус с двумя боковыми поверхностями (полый конус), составной конус при различных вариантах граничных условий на боковых поверхностях.Подробнее Скрыть подробности
   Разработан впервые аналитический метод построения полной системы собственных решений для различных вариантов круговых конических тел: однородный конус с одной боковой поверхностью (сплошной конус), однородный конус с двумя боковыми поверхностями (полый конус), составной конус при различных вариантах граничных условий на боковых поверхностях.
   
   
   Разработан аналитический метод построения полной системы собственных решений для различных вариантов круговых конических тел: однородный конус с одной боковой поверхностью (сплошной конус), однородный конус с двумя боковыми поверхностями (полый конус), составной конус при различных вариантах граничных условий на боковых поверхностях. Получены численные результаты о характере сингулярности напряжений в вершине сплошного конуса при граничных условиях в перемещениях, напряжениях, смешанного типа и в вершине полого конуса при различных вариантах граничных условий на боковых поверхностях для различных геометрических параметров задач и механических характеристик материалов. В качестве одного из приложений построенных собственных решений рассматривается их использование для оценки характера сингулярности напряжений в вершине конических тел.
   
   Рук. акад. РАН Матвеенко В.П., т. (342) 237-84-61
2. Исследована диффузионная природа высокопластичного состояния компенсированных аустенитных сплавов. Подробнее Скрыть подробности
   
   Объектом исследования являлась микроструктура и пространственное распределение химического состава по цилиндрическому образцу из аустенитной нержавеющей стали Н12Х22, подвергнутому большим деформациям кручения. Целью работы являлась проверка гипотезы о диффузионной природе высокопластичного состояния скомпенсированных по химическому составу аустенитных нержавеющих сплавов при квазистатическом деформировании. Работа проводилась методом электронно-микроскопического и масс-спектрометрические экспериментального исследования полированных микрошлифов, вырезанных из деформированного образца. Сканирование проводилось на макроуровне на сетке с характерным размером 0.5 мм и на микроуровне на сетке с характерным размером 1 мкм. В результате обнаружены "концентрационные волны" - волокнистое пространственное распределение основных компонент химического состава образца, повторяющее рельеф спиралей локализации пластической деформации на поверхности цилиндра с периодами 1 мм, 2 мм и 4 мм; выявлено микроскопическое пространственно-периодическое распределение подобных зон с периодом около 12 мкм, установлена уплощенная структура кривых гистерезиса пространственных колебаний компонент хрома, никеля и железа на макро- и микроуровне, а также подобие ориентации плоскостей, экстраполирующих эти данные, установлен рост концентраций хрома и никеля и убывание концентрации железа вдоль радиальной координаты, зарегистрированы случаи попадания пучка электронов в места с аномальной концентрацией компонент, вероятно, являющиеся выделениями фаз. Полученные данные могут свидетельствуют в пользу диффузионного механизма высоких пластических свойств материалов исследуемого типа.
   
   Рук. к.ф.м.н. Келлер И.Э. т.(342) 237-84-59
3. В соответствие с представлениями о структурно-скейлинговых переходах - новом типе критических явлений в мезоскопических системах с дефектами, экспериментально исследована статистика фрагментации хрупких материалов (стекол) при интенсивных (динамических) воздействиях. Установлен пространственно-временной скейлинг, сопровождающий кинетику фрагментации, подтвердивший теоретически обоснованный результат о развитии процесса фрагментации как проявление самоорганизованной критичности.Подробнее Скрыть подробности
   
   Развиваемые представления о закономерностях разрушения как структурно-скейлинговых переходах в ансамблях дефектов, роли многомасштабных мод дефектов в механизмах локализации разрушения явились основой для реализуемой экспериментальной программы по исследованию статистических закономерностей фрагментации, обнаруживающих признаки самоорганизованной критичности. Реализованная экспериментальная программа по динамическому нагружению цилиндрических образцов плавленого кварца с реализацией методик сохранения позволила установить масштабную и временную инвариантность (скейлинг), который связывается в теории структурно-скейлинговых переходов с групповыми свойствами уравнений, определяющих нелинейную динамику развития дефектов в соответствие с установленными типами многомасштабных коллективных мод ансамблей дефектов. Последовательность данных масштабов, которые применительно к структуре материалов характеризует масштабы локализации пластической деформации и разрушения, и, как показывают теоретические соотношения, может обнаруживать свойства, характерные для явлений самоорганизованной критичности.
   Установленные закономерности масштабного и временного скейлинга, наблюдаемые при динамике процесса фрагментации, находятся в соответствии с представлениями о структурно-скейлинговых переходах - новом типе критических явлений для твердых тел с дефектами. Исследования процесса фрагментации в широком диапазоне интенсивностей нагружения представляют фундаментальный интерес в контексте исследования поведения неравновесных систем, обнаруживающих длинно-корреляционные взаимодействия, а также прикладное значение применительно к постановкам высокоскоростного удара.
   
   Рук. д.ф.м.н. Наймарк О.Б. т.(342) 237-83-12

1. Впервые показано, что режимы крупномасштабной циркуляции со спонтанными инверсиями, разделенными длительными периодами квазистационарной циркуляции, возникают при турбулентной конвекции Релея-Бенара в прямоугольных полостях различной геометрии как в ограниченном диапазоне значений числа Релея, так и в ограниченном диапазоне аспектного соотношения, определяющего отношение толщины полости к стороне в плоскости циркуляции. В толстом слое устанавливается режим без инверсий, а в тонком слое возникает режим, характеризуемый многочисленными сменами направления циркуляции, не разделенными интервалами с устойчивым направлением крупномасштабного течения.Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Спонтанные перебросы потока происходят в различных гидродинамических системах, включая крупномасштабные потоки в океанах, атмосфере, конвектиыных оболочках звезд или в жидком ядре Земли, где смена направления движения может приводить и к инверсии магнитного поля. Выполненные экспериментальные исследования крупномасштабной циркуляции (КМЦ) жидкости при турбулентной конвекции Релея-Бенара в прямоугольных областях различной геометрии (от тонкого слоя до кубической полости) показали, что в зависимости от значений числа Релея и аспектного соотношения могут реализоваться три различных режима КМЦ.
   Первый режим характеризуется устойчивой циркуляцией, интенсивность которой демонстрирует стохастические колебания, но направление циркуляции остается неизменным. Второй режим режим с инверсиями, для которого характерно чередование интервалов с КМЦ в том или ином направлении. Длительность этих интервалов случайна, а в пределах каждого интервала КМЦ ведет себя подобно режиму 1. Третий, смешанный режим характеризуется многочисленными сменами направления КМЦ, которые не разделяются интервалами с квазиустойчивой циркуляцией в одном направлении (см. рис.). Выявлена высокая чувствительность характера КМЦ к поперечному размеру полости (толщине слоя с квадратным в плоскости циркуляции сечением). Показано, что в полостях с близкими размерами всех сторон инверсии не наблюдаются, а в тонком слое режим с инверсиями сменяется смешанным режимом циркуляции.
   Васильев А.Ю., Фрик П.Г. Инверсии крупномасштабной циркуляции при турбулентной конвекции в прямоугольных полостях // Письма в ЖЭТФ, 2011. T.93. N.6. C.363-367.
   
   Рук. д.ф.м.н. Фрик П.Г., т.(342) 237-83-22
2. Выяснена природа стрикционного эффекта в мягком магнито-эластомерном композите. Предложенная концепция согласуется со всеми имеющимися экспериментальными данными; построенные 2D модели открывают возможность проектировать слой магнитного эластомера с заданными величиной и знаком магнитострикции.Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Исследована природа магнитострикционного эффекта в мягком магнитом эластомере. С помощью численного моделирования показано, что приложенное поле "запускает" два механизма стрикции: макроскопический и мезоскопический, причем последний существенно зависит от наличия ближнего порядка в расположении магнитных частиц. Впервые дан способ вычисления магнитодипольной стрикции - параметра, имеющего первостепенное значение для нахождения макроскопической деформации магнитоэластомерного образца любой формы. Показано, что предложенное описание хорошо согласуется со всеми имеющимися экспериментальными данными. разработанные модели открывают возможность проектировать магнитные эластомеры с заданными величиной и знаком магнитострикции.
   Результаты опубликованы в журнале Soft Matter (Великобритания, импакт-фактор 2010 г. = 4.46); редакция которого выбрала нашу работу в качестве "горячей" статьи месяца.
   
   Рук. д.ф.-м.н. Райхер Ю.Л., т.(342) 237-83-23
3. Экспериментально определены изменения модуля сжимаемости и коэффициента проницаемости экструдата рапса в процессе отжима масла, когда образец ведет себя как пористая упругопластическая среда. Установлено, что изменение массовой концентрации в узком диапазоне (0,45 - 0,23) приводит к уменьшению коэффициента проницаемости на полтора-два десятичных порядка. Найдена аппроксимирующая поверхность, описывающая зависимость коэффициента проницаемости от уровня приложенного давления и массовой концентрации масла, позволяющая использовать ее при математическом моделировании процесса плунжерного и шнек-прессового отжима.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 экспериментальное определение коэффициента проницаемости и модуля сжимаемости экструдата рапса в процессе отжима масла, когда образец ведет себя как пористая пластически деформируемая среда. Отжим жидкой фазы изменяет структуру смеси и массовое соотношение между компонентами, в результате чего изменяются реологические и фильтрующие свойства смеси. При всей простоте традиционных методов определения проницаемости в случае изменяющейся структуры пористого массива в процессе отжима выполнить это значительно сложнее. Экструдат предлагается рассматривать как двухкомпонентную среду, представляющую смесь жидкости (масла) и деформируемую пористую основу, состоящую в основном из клетчатки. Отжим жидкой фазы изменяет структуру смеси и массовое соотношение между компонентами, и тем самым ее реологические и фильтрующие свойства. В процессе отжима одновременно протекают несколько процессов, определяющих фиксируемую в эксперименте деформацию: - упругая деформация образца смеси; - необратимая деформация, связанная с пластической деформацией "растительного" скелета; условная сжимаемость, обусловленная отжимом масла. Необратимая деформация, связанная с пластической деформацией "растительного" скелета не велика, но существенно меняет коэффициент фильтрации. В исследованном диапазоне концентраций 0,45 - 0.23 коэффициент проницаемости изменяется на полтора - два десятичных порядка, снижаясь при малых концентрациях.
   Можно было предположить, что концентрация масла, как косвенный показатель структуры смеси, однозначно определяет коэффициент проницаемости и модуль сжимаемости смеси. Однако, как показал эксперимент, эти показатели интенсивности процесса отжима и упругого сопротивления смеси зависят не только от соотношения компонент, но и от предшествующей истории нагружения образца. Изменение коэффициента проницаемости зависит от уровня приложенного давления. Найдена аппроксимирующая поверхность, описывающая зависимость коэффициента проницаемости от уровня приложенного давления и массовой концентрации масла, позволяющая использовать ее при математическом моделировании процесса плунжерного и шнек-прессового отжима.
   
   Рук. д.т.н. Славнов Е.В., т.(342) 237-83-99
4. Решена задача о влиянии собственных полей на пространственное распределение частиц в магнитной жидкости, заполняющей прямоугольную полость. Показано, что собственное поле магнитной жидкости (при однородном внешнем поле) приводит к сегрегации частиц с двух - трехкратным перепадом по концентрации в зависимости от энергии магнитодипольных взаимодействий.Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Вплоть до последнего времени в научной литературе встречались лишь единичные работы, посвященные расчету собственных полей, создаваемых магнитными жидкостями. Считалось, что эффекты, связанные с этими полями, малы, за исключением ситуации, когда магнитная жидкость имеет свободную поверхность, на которой формируется магнитный скачок давления (работы А.О. Цеберса с соавторами). Мы впервые рассмотрели в деталях один их таких эффектов, состоящий в пространственном перераспределении коллоидных частиц в жидкости, заполняющей прямоугольную полость, под действием собственного (размагничивающего) поля, и показали, что этот эффект не мал. Более того, это очень сильный нелинейный эффект. Он приводит к неоднородности концентрационного поля в жидкости, сопоставимой со средней концентрацией частиц в полости. Решение задачи оказалось возможным только сейчас, после вывода уравнений, описывающих магнитофорез и диффузию частиц в концентрированных ферроколлоидах (Pshenichnikov A.F., Elfimova E.A., Ivanov A.O. // J. Chem. Phys. 2011. Vol. 134.). Задача решена в двумерной постановке, на примере прямоугольной полости, заполненной первоначально однородной магнитной жидкостью. В случае вытянутой полости ее центральная часть обогащается частицами при продольной ориентации магнитного поля и обедняется - при поперечной ориентации. Концентрация частиц вблизи торцов полости изменяется в противоположном направлении.
   На прилагаемом слайде в качестве примера приведены изолинии равной концентрации в полости с отношением сторон 1:5 при продольной ориентации магнитного поля. Степень расслоения магнитной жидкости определяется двумя безразмерными параметрами (приведенными энергиями): параметром Ланжевена - отношением энергии взаимодействия отдельной частицы с внешним полем к энергии теплового движения и параметром агрегирования - отношением энергии магнитодипольного межчастичного взаимодействия к тепловой энергии. Расчеты проведены для однородного внешнего поля с параметром Ланжевена, равным шести, для различных параметров агрегирования. Прежняя теория, не учитывающая собственное магнитное поле жидкости, предсказывает однородное распределение концентрации. Из рисунка хорошо видно, что реальное распределение концентрации далеко от однородного. Степень неоднородности характеризуется коэффициентом разделения - отношением максимальной концентрации к минимальному значению за вычетом единицы. Зависимость коэффициента разделения от параметра агрегирования приведена на втором рисунке. Приведенный график означает, что перепад концентрации в полости может в два - три раза превышать среднюю по объему концентрацию. Ясно, что обнаруженный эффект очень сильный, и пренебрегать им нельзя.
   
   Рук. д.ф.м.н. Пшеничников А.Ф. т.(342) 237-83-25
5. Экспериментально обнаружено и исследовано формирование систем капель феррожидкости под влиянием вертикального магнитного поля. Возникновение капель происходит в результате деформации горизонтального слоя феррожидкости, расположенного на жидкой подложке. Действие однородного вертикального магнитного поля приводит к созданию системы капель, равноудаленных друг от друга, а воздействие неоднородного осесимметричного поля вызывает появление разрыва слоя в виде правильного круга, вдоль границы которого располагается система капель, равноудаленных от центра.Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Экспериментальное изучение поведения горизонтального слоя феррожидкости на жидкой подложке под действием магнитного поля привело к обнаружению ряда новых явлений, включая формирование упорядоченных капельных структур. Причиной подобной эволюции достаточно толстого (~1 - 4 мм) слоя феррожидкости стала жидкая подложка - с ее появлением слой получил способность деформироваться одновременно с двух сторон. В результате, под влиянием однородного вертикального магнитного поля слой феррожидкости распадается на отдельные капли, частично погруженные в жидкость подложки и равноудаленные друг от друга. Действие вертикального неоднородного осесимметричного поля вызывает возникновение разрыва слоя в виде правильного круга. При этом, если двухслойная система жидкостей помещена в кювету конечных размеров, то при достижении определенной напряженности магнитного поля граница разрыва испытывает неустойчивость, что также приводит к формированию системы капель. В этом случае капли равноудалены от центра разрыва.
   Определены критические значения напряженности магнитных полей, при которой происходит разрушение слоя, в зависимости от его исходной толщины и магнитной восприимчивости феррожидкости. Прослежена эволюция капельных структур при изменении напряженности поля, в частности, обнаружен гистерезис в поведении системы "феррожидкость-подложка", связанный со сменой ее топологии. Для слоев феррожидкости с малой исходной толщиной при снятии поля наблюдалось формирование устойчивых разрывов поверхности.
   
   Рук. д.ф.м.н. Костарев К.Г., т.(342) 237-83-14
6. Исследовано влияние ПАВ, адсорбированного в поверхностном слое жидкости, на свободные капиллярные колебания сферической жидкой капли. В приближении малой сдвиговой вязкости в объеме капли, рассмотрены случаи малой, конечной и большой поверхностных вязкостей. Для случая малых поверхностных вязкостей и конечной упругости Гиббса найдена поправка к собственным частотам незатухающих колебаний капли. Для случая конечной поверхностной вязкости получено уравнение, определяющее главный порядок частот колебаний. Исследован переход к апериодическим колебаниям.Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Одним из распространенных методов измерения поверхностного натяжения и вязкости жидкостей является анализ колебаний формы жидких капель. Для малых колебаний формы сферических капель со свободной поверхностью существуют классические формулы Релея и Ламба, связывающие поверхностное натяжение и вязкость с частотой и коэффициентом затухания колебаний. Во многих случаях, однако, поверхность жидкости бывает покрыта пленкой поверхностно-активного вещества (ПАВ), проявляющей реологические свойства, отличные от свойств жидкости в объеме. В настоящей работе исследовано влияние ПАВ, адсорбированного в поверхностном слое жидкости, на свободные капиллярные колебания сферической жидкой капли. Результаты получены в приближении малой сдвиговой вязкости жидкости в объеме капли для случаев малой, конечной и большой сдвиговой и дилатационной поверхностных вязкостей.
   Для случая малых поверхностных вязкостей и конечной упругости Гиббса найдена поправка к собственным частотам незатухающих колебаний капли. Поправка оказалась величиной порядка корня квадратного от сдвиговой вязкости в объеме жидкости, в отличие от случая отсутствия ПАВ, где имеет место линейный закон. Такой рост вязкой диссипации был известен ранее. Если упругость Гиббса мала, то поправка становится линейной по сдвиговой вязкости в объеме жидкости. Получен критерий перехода между этими двумя случаями. Для случая конечной поверхностной вязкости получено кубическое уравнение, которое определяет главный порядок частот колебаний. Рассмотрен ряд предельных случаев для данного уравнения, включая случай большой поверхностной вязкости.
   Найдены области в пространстве параметров, где существуют периодическое и апериодическое решения, либо три различных апериодических решения. Выяснено, что в случае малой или конечной упругости Гиббса, переход к апериодическим решениям определяется совместным действием сдвиговой и дилатационной поверхностных вязкостей и невозможен, если одна из поверхностных вязкостей мала. D.Lyubimov, V.Konovalov, T.Lyubimova, I.Egry. Small amplitude surface oscillations of a spherical liquid drop with surface viscosity. J. Fluid Mechanics. 2011. V. 667. P. 204-217.
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 239-66-46
7. Численно исследована динамика свободного от гидрата вертикального канала, пронизывающего слой гидрата, пребывающего в стабильном состоянии. Показано, что при достаточно большом значении коэффициента проницаемости пористой среды возможно разрастание канала. Начальный избыток газовой фазы приводит к движению вверх газовой и водной фазы, при этом, вследствие наличия геотермального градиента, происходит нагрев и таяние гидрата. В ходе диссоциации гидрата выделяется большое количество газа, что способствует усилению вертикального движения фаз. Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Гидрат метана представляет собой похожее на лёд вещество, в котором молекулы метана содержатся в пространственной решётке, сформированной молекулами воды. Он стабилен при низких температурах и высоких давлениях. Интерес к исследованиям гидратов связан с возможностью развития технологий, позволяющих использовать газовые гидраты в виде альтернативного углеводородного сырья и облегчить решение экологических проблем, возникающих при диссоциации природных газовых гидратов. В последние годы появилось много работ, посвящённых моделированию поведения гидратов в пористых средах. Однако большинство из них рассматривает простейшие задачи динамики гидрата.
   В природе из-за наличия геотермального градиента существует диапазон глубин, в котором гидрат метана устойчив. Этот диапазон ограничен снизу высокой температурой, верхняя граница обусловлена падением давления в среде. В работе численно исследовалось поведение свободного от гидрата вертикального канала, пронизывающего слой гидрата, пребывающего в стабильном состоянии. Моделирование проводилось с помощью метода сквозного счета. Объемные доли фаз в каждой точке пространства задавались функциями газо-, водо- и гидратонасыщенности. Движение фаз описывалось в соответствии с законом Дарси и законами сохранения массы жидкости и газа. Фазовый переход моделировался в рамках равновесной модели: предполагалось, что характерное время реакций диссоциации и образования гидрата много меньше гидродинамических и тепловых времен. Разработанный численный алгоритм позволяет проводить параллельные вычисления с использованием адаптивной сетки. Уравнение для плотности газа решалось неявно методом сопряженных градиентов с использованием процедуры предобусловливания. Моделирование проведено для различных соотношений объемных долей газа и воды. В случае, когда пористая среда содержит большое количество газа, водная и газовая фазы в поле тяжести движутся в различных направлениях: вода осаждается вниз, газ поднимается вверх. Вследствие большого коэффициента теплоемкости воды, ее осаждение приводит к значительному переносу тепла, в результате канал в слое гидрата со временем зарастает. Когда газовой фазы значительно меньше, чем водной, моделирование можно проводить в рамках модели общей скорости газовой и водной фаз. В этом случае предполагалось, что вода содержит маленькие пузырьки газа, размер которых меньше характерного размера пор. Моделирование показало, что в этом случае при достаточно большом значении коэффициента проницаемости пористой среды возможно разрастание канала. Начальный избыток газовой фазы приводит к движению вверх газовой и водной фазы, при этом, вследствие наличия геотермального градиента, происходит нагрев и таяние гидрата. В ходе диссоциации гидрата выделяется большое количество газа, что способствует усилению вертикального движения фаз.
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 239-66-46
8. Исследован вынос примеси из замкнутой области пористой среды пространственно-однородным модулированным во времени внешним потоком. Использованы две модели аномальной диффузии - двухфазная и фрактальная. Получены кривые выхода примеси. Показана принципиальная возможность управления временем выноса примеси с помощью изменения частоты модуляции внешнего потока. Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Известно, что дрейф частиц примеси в пористой среде не всегда подчиняется гауссовому распределению, поскольку частицы могут прилипать к твердому скелету. Прилипание может описываться как в терминах случайных величин - фрактальные модели, так и с помощью двухфазных моделей с кинетикой межфазного обмена второго порядка. Существует множество экспериментальных данных, которые подтверждают применимость как той, так и другой моделей.
   Учет прилипания частиц примеси к скелету приводит к появлению нового характерного времени времени установления равновесия между мобильной (свободной) и немобильной (адсорбированной) фазами. Это время, прежде всего, зависит от параметров моделей, которые определяют скорость перехода примеси из одной фазы в другую. При появлении дополнительного времени становится возможным управление процессом диффузии с помощью каких либо внешних периодических во времени факторов.
   В настоящей работе исследован вынос примеси из замкнутой области пористой среды однородным в пространстве, но модулированным по времени внешним потоком. Использованы две модели аномальной диффузии - двухфазная и фрактальная. Получены кривые выхода примеси. Изучено отклонение кривой выхода от случая немодулированного потока в зависимости от частоты и фазы модуляции.
   Наиболее интересным интегральным параметром задачи является время выхода примеси, то есть время, необходимое для того, чтобы большая часть примеси была вынесена из области внешним потоком (в проведенных расчетах это время соответствовало моменту, когда внутри области оставалось 5% от начальной массы примеси).
   Получены зависимости времени выхода примеси от параметров моделей диффузии и характеристик модуляции. Показана принципиальная возможность управления временем выноса примеси с помощью изменения частоты модуляции.
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 239-66-46

1. Исследован отрыв газового пузыря от плоской твердой подложки, происходящий по "динамическому сценарию", т.е. в результате сильных колебаний формы поверхности пузыря, вызванных нормальными неакустическими гармоническими вибрациями подложки. Исследование проведено в рамках модели, основанной на анализе одномодовых решений вблизи вершины пузыря. Найдена зависимость интенсивности вибрационного воздействия, необходимого для отрыва пузыря, от параметров задачи. Получена оценочная формула для объема отрывающихся пузырей. Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Известно, что в условиях микрогравитации режим пленочного кипения возникает при существенно меньших значениях теплового потока в системе, чем в земных условиях. Это связано с тем, что в земных условиях имеется механизм, который приводит к отрыву и удалению образующихся пузырей пара от поверхности нагревателя и предотвращению, тем самым, образования устойчивой пленки пара вблизи поверхности нагревателя. Этим механизмом является вызванная тяжестью плавучесть. Режим пленочного кипения обычно является нежелательным из-за низкой теплоотдачи в системе и, как следствие, возможного перегрева материала нагревателя. Поэтому для условий микрогравитации, когда тяжесть мала, важно найти эффективный механизм отвода пара от поверхности нагревателя, который бы заменил плавучесть. Одним из таких механизмов может стать вибрационное воздействие. Такое воздействие способно отрывать пузыри пара от поверхности нагревателя в объем жидкости, где они могут всплывать в результате сравнительно небольшой плавучести, течения жидкости, или же действия термокапиллярных сил.
   В настоящей работе исследован отрыв газового пузыря от твердой плоской подложки в результате сильных колебаний формы поверхности пузыря, вызванных нормальными неакустическими гармоническими вибрациями подложки. Отрыв пузыря изучен для условий микрогравитации, когда динамика поверхности пузыря обусловлена "игрой" сил инерции жидкости и сил поверхностного натяжения. Исследование проведено в рамках модели Лейзера, основанной на анализе одномодовых решений вблизи вершины пузыря. Отрыв пузыря от подложки определялся из условия его удлинения в процессе колебаний на величину порядка радиуса пузыря в состоянии равновесия. Найдена зависимость интенсивности вибрационного воздействия, необходимого для отрыва пузыря, от параметров задачи. Получена оценочная формула для объема отрывающихся пузырей.
   В.В.Коновалов, Д.В.Любимов, Т.П.Любимова. Динамический отрыв газового пузыря от твердой плоской подложки, совершающей нормальные гармонические вибрации. ПМТФ, 2011, т.52, № 5
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 239-66-46
2. Изучено возникновение и нелинейная эволюция пространственных структур в горизонтальном слое неоднородно нагретой бинарной смеси. Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Бифуркационный анализ молекулярной смеси с аномальной термодиффузией, помещенной в модулированное поле тяжести, свидетельствует об образовании двух различных типов стоячих волн, определяемых квазипериодическими или субгармоническими колебаниями характеристик смеси. Надкритический режим течения, соответствующий устойчивым стоячим волнам в форме субгармонических колебаний, зарождается мягко; пороговые значения параметров соответствуют результатам линейной теории устойчивости. Найден интервал значений амплитуды вибрационного воздействия, в пределах которого удается подавить конвективные движения бинарной смеси.
   В слое коллоидной смеси, стратифицированной гравитационным полем, параметрически исследовано возникновение неустойчивости равновесия вследствие развития длинноволновых или ячеистых колебательных возмущений. Нелинейный анализ пространственно-временной эволюции режима течения в виде бегущих конвективных валов позволил установить жесткий характер ветвления и границы устойчивости течения в зависимости от определяющих параметров задачи.

   • Мызникова Б.И., Смородин Б.Л. Волновые режимы конвекции бинарной смеси при модуляции силы тяжести // Журнал экспериментальной и теоретической физики, 2011, том 139, выпуск 3, с. 597 - 604.
   • Smorodin B.L., Cherepanov I.N., Myznikova B.I., Shliomis M.I. Travelling-wave convection in colloids stratified by gravity // Physical Review E, 2011, Vol. 84, 026305 (10).
   
   Рук. к.ф.м.н.Мызникова Б.И., т.(342) 237-83-23

Важнейшие результаты прикладных исследований

1. С использованием оригинальных экспериментальных установок и методов структурного анализа исследована стадийность процесса динамического проникания ударников в металлические мишени. Установлены закономерности развития процесса проникания, обусловленные локализацией пластического сдвига и локализацией разрушения, что является основой для оценки надежности бронезащит. Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Представления о структурно-скейлинговых переходах как механизмах структурной релаксации позволили развить структурно-феноменологические модели, описывающие взаимосвязь механизмов пластичности, разрушения, эволюции дислокационных субструктур и структурной (зеренной) фрагментации. Применение развиваемых моделей к процессам локализации пластической деформации и разрушения при интенсивных (динамических) нагрузках, качественные и количественные результаты явились основой для постановки и интерпретации экспериментов и структурных исследований материалов (алюминия), подвергнутых динамическому нагружению.
   Структурные исследования зоны локализации деформации и разрушения установили масштабно-инвариантный характер формирования рельефа, обусловленный универсальным сценарием структурной фрагментации материала. Формирование двух областей различной морфологии (мелко- и крупномасштабной шероховатости) связано с качественно-различными механизмами локализации пластической деформации и локализации разрушения, обусловленными автомодельными закономерностями развития ансамблей дефектов и, как следствие, структурной фрагментации.
   Переходы между зонами локализованной пластичности и локализованного разрушения характеризуется резким увеличением показателя Херста, что связывается с качественными изменениями механизма формирования дефектных структур. Постоянство значения показателя Херста в каждой из наблюдаемых областей отражает наличие характерного механизма структурной релаксации, отвечающего за процессы локализации пластической деформации и локализации разрушения.
   С использованием оригинальных экспериментальных установок и методов структурного анализа исследована стадийность процесса динамического проникания ударников в металлические мишени. Установлены закономерности развития процесса проникания, обусловленные локализацией пластического сдвига и локализацией разрушения, что является основой для оценки надежности бронезащит.
   
   Рук. д.ф.м.н. Наймарк О.Б., т.(342) 237-83-12

1. Проведен комплекс экспериментов по деформированию в магнитных полях, магнитореологических эластомеров различного состава при квазистатическом нагружении (ползучесть, релаксация, растяжение). Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Проведен комплекс экспериментов по деформированию в магнитных полях, магнитореологических эластомеров различного состава при квазистатическом нагружении (ползучесть, релаксация, растяжение). В качестве примера представлены результаты испытаний в режиме растяжения и релаксации напряжений.
   Кривые демонстрируют магнитодеформационный эффект, заключающийся в существенном возрастании напряжений при наложении магнитного поля и падении при снятии при релаксации. При растяжении происходит сравнительно медленное нарастание напряжений при воздействии магнитного поля. Этот эффект может быть использован в различного рода исполнительных механизмах, например, в датчиках и клапанах.
   
   Рук. к.т.н. Ковров В.Н., т.(342) 237-83-17

1. Разработан комплекс неинвазивных методов оценки состояния периферического кровообращения человека, основанных на вейвлет анализе сигналов лазерной допплеровской флоуметрии, фотоплетизмографии и термометрии. Проведены предварительные исследования в подгруппах здоровых и больных с нарушениями микроциркуляции (сахарный диабет, хроническая артериальная недостаточность нижних конечностей). Предложен качественно новый способ измерения скорости прохождения пульсовой волны, основанный на измерении сдвига фаз сигналов ЭКГ и фотоплетизмографии с применением вейвлет-разложения исходных сигналов. Данный способ позволяет оценить влияние "быстрых" физиологических воздействий на скорость распространения пульсовых волн. Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Периферическое кровообращение (ряд крупных подводящих сосудов и система мелких сосудов, называемая микроциркуляторным звеном) обеспечивает питание тканей и играет важную роль в сердечно-сосудистой системе. При ряде заболеваний страдает микроциркуляторное звено периферического кровообращения, и востребованы методы анализа его состояния. В настоящий момент не существует общепринятой методики оценки функционального состояния микроциркуляции. В ИМСС УрО РАН совместно с Пермской государственной медицинской академией разработан способ оценки состояния микрососудистого русла на основе температурной реакции организма на холодовой прессорный тест с последующим вейвлет-анализом данных. Показано достоверное отличие изменения спектрального состава колебаний кожной температуры у здоровых и больных сахарным диабетом при холодовом воздействии.
   Помимо этого, изменениям при заболеваниях подвержены и крупные сосуды, что в свою очередь, сказывается и на системе микроциркуляции. Для оценки функционального состояния кровеносной системы распространены физиологические тесты, в том числе "быстрые". При проведении таких тестов изменения, происходящие за времена порядка нескольких секунд, свидетельствуют о состоянии кровообращения и его адаптационных возможностей. Для корректного описания таких реакций в ИМСС УрО РАН проведены работы по созданию программных алгоритмов для измерения динамических изменений скорости распространения пульсовых волн. Такие алгоритмы значительно расширяют возможности проводимых физиологических тестов.

   • Попов А.В., Подтаев С.Ю., Фрик П.Г., Ершова А.И., Жукова Е.А. Исследование низкоамплитудных колебаний кожной температуры при проведении непрямой холодовой пробы // Регионарное кровообращение и микроциркуляция, 2011, № 1(37), С. 89-94.
   • Смирнова Е.Н., Подтаев С.Ю. , Мизева И.А., Жукова Е.А. Нарушение механизмов вазодилатации у больных сахарным диабетом 2 типа при проведении контралатеральной холодовой пробы// Регионарное кровообращение и микроциркуляция, 2011, (в печати)
   • Allen J., Mizeva I., Podtaev S. Quantification of cardiovascular responses with deep inspiratory gasp using wavelet analysis// Physiological measurments, 2011, (in press).
   
   Рук. к.ф.-м.н. Подтаев С.Ю., к.ф.-м.н. Мизева И.А., т.(342) 237-83-94

1. Обнаружен эффект взаимного проникновения и распространения вверх по течению несмешивающихся водных масс данных водотоков при слиянии двух рек с различной плотностью, находящихся в зоне гидравлического подпора расположенной ниже ГЭС. Подробнее Скрыть подробности
   
   
   
   При проведении совместно с Горным институтом УрО РАН комплексных исследований, включающих в себя гидродинамическое моделирование в трехмерной постановке и детальный анализ гидрологического и гидрохимического режимов, обнаружен эффект взаимного проникновения и распространения вверх по течению несмешивающихся водных масс данных водотоков при слиянии двух рек с различной плотностью, находящихся в зоне гидравлического подпора расположенной ниже ГЭС.
   Данный эффект наблюдается в зимний период при слиянии рр. Чусовая и Сылва, находящихся в зоне подпора Камской ГЭС. Использование полученных знаний позволит существенно улучшить качество забираемой воды для водоснабжения г. Перми.
   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31

1. Разработан и изготовлен прибор для измерения полного импеданса, фазового угла сдвига тока и напряжения биологических растворов и тканей с широким диапазоном зондирующих частот (1-100кгц.) и токов (0.1-2ма.), оснащенный специализированным пакетом программ, позволяющим управлять процессом измерения, задавая необходимые диапазоны зондирующих частот, токов, времени регистрации, и фильтрующим принимаемые данные от помех, шумов и выпадающих точек. Это позволило расширить диапазон измерения импеданса до 10000ом с возможностью выделения медленно изменяющихся значений импеданса с частотой до 0.1гц. и амплитудой в диапазоне 0.1-1ом на фоне его статического значения во всем диапазоне измерений. Подробнее Скрыть подробности
   
   
   При измерении полного импеданса биологических растворов и тканей большое значение имеет измеряемый диапазон полного сопротивления активной и реактивной составляющих. Для растворов и тканей этот диапазон составляет от 10 ом до 50 ком для активной части и от 100 пикофарад до 1 микрофарады емкостной составляющей импеданса. Большое значение имеет диапазон частот зондирующих токов, лежащий в диапазоне от 1 герца до 500 мегагерц и величина тока, составляющая от нескольких микроампер до 10 миллиампер с формой сигнала либо синусоидальной, либо прямоугольной. Большое значение уделяется подавлению помех, наводимых компьютерным оборудованием, промышленной сетью, радио- и телефонным оборудованием. Разработанный и изготовленный прибор имеет выше приведенные характеристики благодаря применению микроэлектронных узлов, управляемых компьютером, позволяющих поддерживать заданные режимы измерения по частоте, величине тока и регистрации изменения выходных параметров (импеданса и фазового угла сдвига) во времени. Прибор позволяет реализовать измерение выходных параметров во времени при неизменных величинах зондирующей частоты и тока, а также производить экспресс анализ, фиксируя на отрезках времени различные частоты и токи зондирования. Указанное выше очень важно для выбора электрической модели поведения исследуемой среды на ее активную и реактивную составляющие. На прибор и метод измерения импеданса подана заявка на изобретение.
   
   Рук. д.т.н. Славнов Е.В., т.(342) 237-83-99

• Вперед