Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований,
выполненных в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки
Институте механики сплошных сред Уральского отделения
Российской академии наук в 2013 году

23. Механика деформирования и разрушения материалов, сред, изделий, конструкций, сооружений и триботехнических систем при механических нагрузках, воздействии физических полей и химически активных сред.

1. Впервые установлено в экспериментах по деформирование природных материалов (на примере гранита) с "in-situ" регистрацией многомасштабных полей смещений (деформаций) и последующим анализом пространственно-временной динамики формирование уединенных (продольных и поперечных) волн локализованной деформации, распространяющихся по боковой поверхности образцов. Скорость распространения таких деформационных волн на 6-7 порядков меньше чем характерная скорость звука в граните и уменьшается с ростом приложенного напряжения. Установлена корреляция момента и координаты выхода магистральной трещины из объема на поверхность образца с "фокусировкой" волны локализованной деформации в месте выхода трещины на поверхность. Данная особенность может быть использована как прогностический признак сейсмических событий и критических событий техногенного характера. (Индекс направления 3.6).  Подробнее Скрыть подробности
   
   
   
   

   (a) поперечная деформация	(б) продольная деформация
   Рис.1 Волны локализованной поперечной (а) и продольной (б) деформации на поверхности образца гранита при одноосном сжатии (уровень нагузки - 72% от разрушающей).

   Проведенный комплекс экспериментов по квазистатическому одноосному сжатию гранитов различных месторождений (Исетское (Свердловская обл.), Мансуровское (Башкоркостан)) с использование метода корреляции цифровых изображений позволил установить, что процесс деформирования гранитного образца протекает однородно только на самом первом этапе деформирования (до деформации 0.02-0.03%). Далее, процесс деформирования реализуется в виде последовательно распространяющихся по поверхности образца волн локализованной деформации различного типа (продольных и поперечных). Показано, что волны локализованной поперечной деформации появляются почти с самого начала деформирования, тогда как волны локализованной продольной деформации появляются, начиная с уровня напряжения 60-65% от разрушающего. В среднем, деформация внутри волн локализованной деформации отличается от величины фоновой деформации (вне волны) от 2 до 5 раз в большую сторону. Скорость распространения таких деформационных волн на 6-7 порядков меньше чем характерная скорость звука в граните и уменьшается с ростом приложенного напряжения. Установлено, что после формирования магистральной трещины в объеме образца деформационные волны обоих типов начинают концентрироваться около места ее выхода на поверхность.
   
   (Рук. д.ф.м.н. Наймарк О.Б., т.(342) 237-83-12).
   
   
2. Предложена математическая формулировка спектральной задачи о взаимодействии трёхмерной оболочки произвольного поперечного сечения с жидкостью и её численная реализация на основе метода конечных элементов (Индекс направления 3.6). Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Разработанная линеаризованная модель позволяет получить приемлемые оценки собственных частот, форм колебаний и критических скоростей жидкости, необходимые при проектировании оболочечных конструкций, взаимодействующие с неподвижной или текущей жидкой средой и нагруженных различными силовыми факторами. Предложенный численный алгоритм даёт возможность за короткое время проанализировать широкий спектр различных параметров, качественно влияющих на границу устойчивости. Решение задачи осуществляется в трёхмерной постановке с использованием метода конечных элементов. Сжимаемая жидкость в рамках потенциальной теории описывается волновым уравнением, которое совместно с условием непроницаемости и соответствующими граничными условиями преобразуются с помощью метода Бубнова-Галёркина. Для математической постановки задачи динамики тонкостенной конструкции используется вариационный принцип возможных перемещений, учитывающий работу сил инерции, гидродинамическое давление, действующее на смоченной поверхности, и предварительное напряжённое недеформированное состояние, вызванное влиянием различных силовых факторов, действующих на оболочку. Решение задачи сводится к вычислению собственных значений связанной системы уравнений. В результате параметрического анализа получены новые количественные и качественные закономерности для собственных частот и форм колебаний круговых и эллиптических оболочек, полностью или частично заполненных жидкостью. Показано, что величина внешнего равномерного давления, приводящая к потере устойчивости, может не зависеть от уровня заполнения. Исследовано влияние силовых факторов, в том числе стационарных сил вязкого сопротивления жидкости, на собственные частоты и формы колебаний, границу устойчивости круговых и эллиптических цилиндрических оболочек, взаимодействующих жидкостью. Обнаружено, что граница гидроупругой устойчивости существенно зависит от отношения полуосей эллипса.
   Рук. акад. РАН Матвеенко В.П., т.(342) 237-84-61.
   
   
3. Построена и аттестована термомеханическая модель поведения сплава с памятью формы при больших деформациях. (Индекс направления 3.6). Подробнее Скрыть подробности
   
   

   
   
   Рис. 2а

   В рамках разрабатываемого подхода к построению моделей термомеханического поведения сложных сред при больших деформациях и структурных изменениях в материалах получены соотношения, удовлетворяющие принципам термодинамики и объективности, и описывающие аустенитно-мартенситный фазовый переход при конечных деформациях. Основываясь на первом законе термодинамики, построено соответствующее этому процессу уравнение теплопроводности. Полученные соотношения аттестованы на ряде задач о поведении сплава с памятью формы при больших деформациях.
   1. Двухслойная пластина: верхний слой - бериллиевая бронза, нижний слой - сплав с памятью формы (СПФ). Пластина из СПФ, находясь при температуре, соответствующей аустенитной фазе, растягивается осевым усилием, охлаждается до температуры, соответствующей мартенситной фазе (происходит прямой аустенитно-мартенситный фазовый переход), и нагрузка снимается. После этого пластины скрепляются (положение их показано на рис. 2a пунктирной линией) и нагреваются до температуры, соответствующей аустенитной фазе СПФ. В результате обратного фазового перехода двухслойная пластина изгибается, как показано на рис. 2a сплошной линией.
   
   

   
   Рис. 2б

   2. Пластина из СПФ изгибается при температуре, соответствующей аустенитной фазе, охлаждается до температуры, соответствующей мартенситной фазе (происходит прямой аустенитно-мартенситный фазовый переход), и изгибающая нагрузка снимается (положение пластины показано на рис. 2б сплошной линией). Затем производится нагрев пластины до температуры, соответствующей аустенитной фазе. В результате обратного фазового перехода пластина распрямляется и занимает положение, показанное на рис. 2б пунктирной линией.
   
   Рук. д.ф.м.н. Роговой А.А., т.(342) 237-84-59.
   
   
4. Компьютерные исследования искажения формы изделий в процессе их изготовления методом литья под давлением показали, что введение в термопластичный полимер нанонаполнителя с отрицательным коэффициентом температурного расширения может практически полностью исключить коробление изделия (Индекс направления 3.6). Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Коробление изделий в процессе литья под давлением препятствует повышению производительности литьевых установок, которое может быть достигнуто за счет существенного увеличения скорости охлаждения. Возникает коробление за счет усадки термопластичного полимера при охлаждении, величина которой зависит от скорости охлаждения. Изменить процесс может введение в термопластичный полимер мелкодисперсного наполнителя с отрицательным коэффициентом температурного расширения. На конкретном примере с помощью компьютерного моделирования показано, что использование для изготовления изделия из нанокомпозита с полиэтиленовой матрицей и частицами титаната-цирконата свинца позволяет практически полностью устранить эффект коробления при содержании наполнителя более 30% по объему.
   Рук. д.ф.м.н. Гаришин О.К., т.(342) 237-83-15.
   
   
   
5. Разработан метод двухуровневой визуализации изображений поверхности полимерных нанокомпозитов, получаемых с помощью атомно-силовой микроскопии, который позволяет выявить области малой кривизны, области высокой кривизны (частицы наполнителя), построить поверхность нулевого уровня, определить геометрию больших неоднородностей структуры на заданном масштабном уровне (Индекс направления 3.6). Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Предложен метод расшифровки данных атомно-силовой микроскопии о рельефе поверхности полимерного нанокомпозита. Для получения изображений с разной степенью детализации используются интегральные преобразования. Вычитание изображений с разной степенью детализации позволяет получить изображение с неоднородностями исследуемого масштабного уровня. Эти неоднородности необходимы для количественной оценки качества изготовления материала. Информация об уровнях с разной степенью детализации дает возможность выделить для количественного анализа области, находящиеся ниже уровня макроскопической границы материала, а также области малой и области высокой кривизны, находящиеся выше уровня макроскопической границы материала. Выступающие области с высокой кривизной представляют собой частицы нанонаполнителя, расположение которых далее используется для анализа особенностей структуры материала.
   Рук. д.ф.м.н. Свистков А.Л., т.(342) 237-83-15.
   
   
6. Исследованы межчастичные силы в мягком магнитном эластомере (Индекс направления 3.6). Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Функциональность мягких магнитных эластомеров (ММЭ) обусловлена их сильным откликом на приложенное поле. Описание этих эффектов составляет содержание магнитомеханики ММЭ.
   Критически рассмотрена самая популярная модель мезоскопической теории ММЭ: предположение о том, что микрочастицы ферромагнетика при намагничивании взаимодействуют как точечные диполи.
   С помощью разработанного МКЭ кода показано, что в парном кластере:

   • угловой интервал (?0), в котором направление межцентрового вектора частиц соответствует притяжению, существенно шире того, который следует из модели точечных диполей;
   • ужe при зазоре между поверхностями частиц порядка половины их радиуса, точное значение межчастичной силы на десятки процентов превышает предсказания точечной модели.

   Таким образом следует ожидать, что в системе магнито-поляризующихся частиц основным доминирующим типом магнитного взаимодействия является притяжение.
   Этот вывод позволяет понять факт, хорошо известный из эксперимента: при намагничивании ММЭ частицы собираются в агрегаты, содержащие в поперечном сечении несколько частиц.
   Рук. д.ф.м.н. Райхер Ю.Л., т.(342) 237-83-23.
   22. Механика жидкости, газа и плазмы, многофазных и неидеальных сред, механика горения, детонации и взрыва
7. Краевая задача о концентрационном и магнитном полях и силах, действующих на постоянный магнит, помещенный в прямоугольную полость с магнитной жидкостью решена с учетом магнитофореза частиц и межчастичных взаимодействий. Определена зависимость результирующей силы, действующей на магнит, от его смещения из положения равновесия, энергии межчастичных взаимодействий и концентрации частиц. Показано, что учет магнитофореза и межчастичных взаимодействий может привести к изменению этой силы на один - два порядка. (Индекс направления 3.5). Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Задачи о силах, действующих на тело, погруженное в магнитную жидкость, рассматриваются в литературе, начиная с классических работ Розенцвейга, в которых были выведены уравнение Бернулли для магнитной жидкости, магнитный скачок давления на границе намагничивающихся сред и общая формула, связывающая силу, действующую на немагнитное тело, с намагниченностью жидкости. Интерес к этим задачам связан, в частности, с теоретическим обоснование работы магнитожидкостного сепаратора, разделяющего частицы цветных металлов по плотности, и магнитожидкостного акселерометра, в котором в качестве инерционной массы используется постоянный магнит или немагнитное тело, левитирующие в магнитной жидкости. Главной особенностью известных решений является то, что они получены в рамках приближения разбавленных растворов. В этом случае пренебрегается межчастичными взаимодействиями (стерическими, магнитодипольными и гидродинамическими) и пренебрегается магнитным полем, создаваемым самой жидкостью (т.е. размагничивающим полем). Как правило, пренебрегается также магнитофорезом коллоидных частиц и процессами диффузии. Все эти предположения накладывают серьезные ограничения на область применения полученных результатов, так ка в реальных устройствах используются концентрированные растворы. Межчастичные взаимодействия могут увеличить намагниченность жидкости в два - три раза, а размагничивающие поля могут привести к дополнительной сегрегации частиц. Пренебрежение магнитофорезом и диффузией частиц означает, что известные решения справедливы только на ограниченном промежутке времени, малом по сравнению с временем установления равновесного распределения частиц в полости.
   Основной целью данной работы является количественная оценка роли этих факторов на примере прямоугольной полости с магнитной жидкостью и постоянным магнитом. Выбранная геометрия соответствует простейшему одноосному магнитожидкостному акселерометру. Задача решена численно в двумерной постановке. Уравнения, описывающие массообмен с учетом основных типов межчастичных взаимодействий (магнитодипольных, стерических и гидродинамических) были выведены нами ранее (Pshenichnikov A.F., Elfimova E.A., Ivanov A.O. // J. Chem. Phys. 2011. Vol. 134).
   Наши исследования продемонстрировали, что эффекты, которыми раньше пренебрегали в подобного рода задачах, могут изменить силовые характеристики системы на один - два порядка.
   Рук. д.ф.м.н. Пшеничников А.Ф., т.(342) 237-83-25.
   
   
8. Предложена многомасштабная модель генерации галактического магнитного поля, которая предсказывает возникновение инверсий крупномасштабного и формирование спиральных рукавов. Подчеркивается особый вклад мелкомасштабного динамо в формирование реалистичных распределений. (Индекс направления 3.5). Подробнее Скрыть подробности
   
   
   
   
   

   Возникающие локальные инверсии могут перерастать в глобальные и существовать на характерных временах сравнимых с возрастом галактик (см. рис. слева). В рамках предложенной концепции было естественно изучить влияния оптических спиральных рукавов, где интенсивность звёздообразования выше, на распределение крупномасштабного магнитного поля. Вопреки ожиданиям среднее магнитное поле слабо коррелирует с оптическими рукавами. Однако удалось объяснить наблюдаемый контраст регулярного магнитного поля в рукавах и между ними (см. рис. справа).

   Усилия по построению модели галактического динамо делаются начиная с 80х годов, что позволило установить основные физические механизмы генерации магнитного поля. Однако детали полученных теоретических результатов в значительной степени расходятся с данными, пусть и малочисленными, но достаточно качественно выполненных наблюдений магнитных полей галактик. Даже вопрос симметрии генерируемых полей пока не имеет однозначного решения. В своем исследовании мы отказываемся попытки прямого численного моделирования трехмерных распределений магнитного, которое при всех своих достоинствах в силу больших вычислительных затрат не позволяет в достаточной мере исследовать параметрическое пространство модели на статистически представительном числе реализаций. Мы используем квазидвумерную модель среднего поля с подсеточной моделью мелкомасштабного динамо, которая и представляет основой элемент новизны. Это элемент позволяет эффективно учесть принципиально важный процесс усиления магнитного поля за счет взрывов сверхновых. Вносимое таким образом мелкомасштабное магнитное поле, динамика которого описывается каскадными моделями МГД турбулентности, подхватывается процессом динамо среднего поля и дает характерные для наблюдений неоднородности распределения.
   
   Moss D., Beck R., Sokoloff D. Stepanov R., Krause M., Arshakian T. G. The relation between magnetic and material arms in models for spiral galaxies // Astronomy and Astrophysics. 2013. Vol. 556. Id.147
   
   Moss D., Stepanov R., Arshakian T. G., Beck R., Krause M., Sokoloff D. Multiscale magnetic fields in spiral galaxies: evolution and reversals // Astronomy and Astrophysics. 2012. Vol. 537. Id.86
   (Рук. д.ф.м.н. Степанов Р.А., т.(342) 237-83-94).
   
   
9. При помощи разработанного в 2011-2012 годах комплекса неинвазивных методов оценки состояния периферического кровообращения человека были исследованы нарушения микроциркуляции различного генеза, а именно: для больных сахарным диабетом и пациентов с нарушением теста толерантности к глюкозе получены данные о нарушении механизмов регуляции функции эндотелия; доказана эффективность предложенных методов при диагностике хронической артериальной недостаточности и указаны преимущества метода по сравнению с принятыми в широкой практике. (Индекс направления 3.5). Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Микроциркуляция крови обеспечивает транспорт биологических жидкостей на тканевом уровне. Это понятие включает в себя капиллярное кровообращение (движение крови по микрососудами капиллярного типа), обращения интерстициальной жидкости и веществ по межклеточным пространствам, ток лимфы по лимфатическим сосудами. Совокупность всех сосудов, обеспечивающих микроциркуляцию, называется микроциркуляторным руслом и включает в себя капилляры, венулы, артериолы, артериовенулярные анастомозы, лимфатические капилляры. Основная функция микроциркуляции состоит в транспорте крови и веществ к тканям и от тканей. Для исследования микроциркуляции крови применяются различные методики, так и неинвазивные. Для исследования физиологических свойств микроциркуляторного русла предпочтительны неинвазивные методики, наиболее распространенным из которых, является метод лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ). Этот метод имеет следующие недостатки: 1) измерения может проводить только специально обученный персонал, 2) метод чувствителен к условиям проведения измерений, 3) дороговизна прибора. Поэтому работа коллектива сосредоточена на возможности использования для оценки функционального состояния микроциркуляции других методик, таких как фотоплетизмография и контактная термометрия. Созданный комплекс исследовательских и диагностических методик может быть широко использован в фундаментальных научных исследованиях и медицинской практике. Сочетанное применение комплекса исследовательских методик создаст базу для внедрения технологий раннего выявления и мониторинга эндотелиальной дисфункции как прогностического фактора риска сердечно-сосудистой патологии, что создаст предпосылки к совершенствованию методов лечения и позволит повысить эффективность комплекса мероприятий, направленных на улучшение качества жизни больных с нарушениями микроциркуляции.
   E. Smirnova, S. Podtaev, I. Mizeva, E. Loran Assessment of endothelial dysfunction in patients with impaired glucose tolerance during a cold pressor test // Diabetes and Vascular Disease Research, 2013 V 10 Issue 6 pp. 489 - 497
   J. Allen, C. Di Maria, I. Mizeva and S. Podtaev Finger microvascular responses to deep inspiratory gasp assessed and quantified using wavelet analysis //Physiological Measurement 2013, V. 34 N. 7 pp 769-781
   Рук. к.ф.-м.н. Подтаев С.Ю., к.ф.-м.н. Мизева И.А., т.(342) 237-83-94.
   
   
10. Исследована эволюция структуры и критические режимы при плоскопараллельных течениях вязкоупругих жидкостей (Индекс направления 3.5). Подробнее Скрыть подробности
    
    
    Известно, что не каждое решение нелинейных уравнений движения фактически реализуется в природе. Реально существующие типы движений демонстрируют устойчивость к малым возмущениям. Полученные профили скорости должны быть динамически и кинематически допустимыми, то есть удовлетворять не только гидродинамическим уравнениям, но и законам термодинамики, условиям на границах и лежать в пределах рассматриваемой геометрической зоны. Исследовалась модифицированная модель Виноградова-Покровского для концентрированных растворов и расплавов полимеров, которая получена из анализа динамики невзаимодействующих гантелей, движущихся в нелинейной анизотропной среде. Гантель состоит из двух бусинок, соединённых пружинкой, а ее форма и ориентация в потоке характеризуется тензором анзотропии. Аналитически получены все действительные решения задачи плоскопараллельного течения нелинейной упруговязкой жидкости в канале под действием заданного перепада давления. Получены распределения компонент тензора анизотропии, скорости и градиента скорости по высоте канала для различных параметров реологической модели. Показано, что для значений перепада давления выше критических наблюдается неоднозначность решения, приводящая к тангенциальным разрывам в профилях скоростей и компонент тензора анизотропии. Установлено, что в такой постановке задача имеет множество решений, по крайней мере одно из которых является действительным. Из полученных решений выделены заведомо физически недопустимые и определены критические параметры задачи.
    

    Рис.4a Зависимость касательной компоненты тензора напряжений от скорости сдвига. (Кривая a - , b - , c - ).		Рис.4б Профили скорости, под действием одного и того же перепада давления, при . (Кривая 1 -в режиме нагружения, 2- в режиме разгрузки)

    
    Сравнение численных результатов с аналитическим решением показало, что в докритическом режиме результаты идентичны, а в закритическом режиме численное решение дает сглаживание скачков в распределении нормальных составляющих тензора анизотропии и предсказывает заниженные значения продольной скорости в режиме активного нагружения и завышенные - в режиме разгрузки. В области параметров задачи, в которых появляется неединственность решения, как в аналитическом, так и в численном решениях при одном и том же перепаде давления существуют два профиля скорости, отличающихся по форме и расходу.
    Рук. д.т.н. Славнов Е.В., т.(342) 237-83-99.
    
    
11. Экспериментально обнаружен и исследован новый класс вторичных течений, возникающих при взаимном натекании двух смешивающихся жидкостей в горизонтальном канале. (Индекс направления 3.5). Подробнее Скрыть подробности
    
    
    Экспериментально исследована устойчивость и структура течения, возникающего при переводе в горизонтальное положение вертикального канала прямоугольного сечения, послойно заполненного системой взаиморастворимых жидкостей. Изначально система устойчиво стратифицирована по плотности. Визуализация течения интерферометрическим методами выявила формирование вторичных конвективных структур в зоне смешивания жидкостей. Показано, что возникновение обнаруженных структур происходит пороговым образом. Предложен физический механизм, отвечающий за развитие данного типа неустойчивости, основанный на формировании в пристеночных областях потока потенциально неустойчивых зон распределения плотности.
    Рук. к.ф.м.н. Мизёв А.И., т.(342) 237-83-14.
12. Разработан параллельный решатель для графических процессоров, способный быстро и точно проводить нестационарные расчёты течения газа. С помощью разработанного программного комплекса решены две задачи. Первая из них - расчёт генерации звука модельным соплом, вторая - расчёт обтекания модельной турбинной лопатки. По большинству исследуемых характеристик получено хорошее согласие с экспериментальными данными (Индекс направления 3.5). Подробнее Скрыть подробности
    
    
    В настоящее время большинство инженерных газодинамических расчётов проводится методами низкого порядка, в стационарных постановках, а также с использованием условий пространственной периодичности. Данные постановки мало- или совсем непригодны для расчёта нестационарных явлений, таких как генерация шума турбулентным потоком. Данная задача является актуальной для авиа- и двигателестроения, поскольку нормы по шуму в данной области постоянно ужесточаются.
    Для решения указанных задач был разработан решатель, позволяющий быстро и точно проводить нестационарные расчёты. В разработанном пакете уравнение Навье-Стокса для идеального газа решается методом конечных разностей высокого порядка. В качестве схемы для аппроксимации пространственных производных служат 13-точечная схема типа DRP (Dispersion Relation Preserving) 4го порядка, оптимизированная для расчёта распространения волн. Для временных производных используется оптимизированная схема Рунге-Кутты (Low Dissipation and Dispersion RK). В решателе реализован неявный метод крупных вихрей (LES-RF) с помощью специальной селективной фильтрации, диссипирующей энергию с малых масштабов на каждом шаге по времени. Решатель использует графические процессоры (ГПУ) для расчёта. ГПУ - это современные вычислительные системы, имеющие большое число ядер (до порядка 3000) и высокую производительность. Ускорение, достигаемое в данной работе с использованием ГПУ, составляет порядка 12-20 раз для 1 ГПУ M2090 в сравнении с современным 8-ядерным процессором от Intel.
    С помощью разработанного программного пакета решены две задачи. Первая из них - расчёт генерации шума модельным дозвуковым соплом. В данном расчёте было использовано модельное коническое сопло с числом Маха на выходе, равном 0.9, а также числом Рейнольдса порядка 4 млн. Расчёт проводился на сетке в 12 миллионов узлов и занимал порядка недели. Шум в дальнем поле рассчитывался методами акустической аналогии (интеграл Фокс-Вильямс-Хокингса). Расхождение с экспериментом по уровню шума составляло порядка 3-4 Дб, что можно считать удовлетворительным для данной задачи.
    Второй задачей было определения характеристик обтекания модельного лопаточного профиля. В данной задаче рассматривались потери плоской решётки профилей, расчёт которых является важной прикладной задачей. Кроме того, проводилось сравнение с экспериментальными данными по распределению изэнтропического числа Маха по профилю лопатки. Данное распределение хорошо согласовалось с экспериментом, а потери при различных граничных условиях (режимах) качественно повторяли экспериментальные, но были занижены для больших скоростей обтекания.
    Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31.
    
    
13. Разработан теоретический подход для корректного учета влияния вязкости на устойчивость вынужденных колебаний капли в колеблющейся жидкости отличающейся плотности. Изучены условия возникновения параметрического резонанса в системе в зависимости от характеристик вибраций при корректном учете вязкости и корректном разрешении пограничного слоя вблизи поверхности раздела (Индекс направления 3.5). Подробнее Скрыть подробности
    
    
    В системе, состоящей из жидкой сферической капли, взвешенной в колеблющейся жидкости другой плотности, возможен параметрический резонанс, вызванный взаимодействием мод свободных колебаний посредством трансляционной моды вынужденных колебаний капли. Наличие поверхности раздела сред сравнимой плотности и вязкости обуславливает значительную погранслойность решения для резонансных мод, что не может не отразится на условиях возникновения параметрической неустойчивости в системе. Обнаружено явление антирезонанса, когда, при определенном соотношении вязкостей и плотностей двух жидкостей, известный ранее параметрический резонанс с главной резонансной частотой равной сумме двух соседних собственных частот свободных колебаний капли, оказывается невозможен. В более ранних работах учет вязкости выполнялся в рамках феноменологического подхода, искусственным добавлением в амплитудные уравнения диссипативных членов, что приводит к появлению конечного порога по амплитуде вибраций и сдвигу резонансной частоты. Точный учет вязкости оставляет сдвиг частоты прежним, но пороговая амплитуда вибраций оказывается другой.
    Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31.
    
    
14. Изучено влияние вертикальных вибраций на длинноволновую конвекцию Марангони в подогреваемом снизу слое жидкости. Рассмотрены случаи высокой и низкой теплопроводности подложки. Предполагается, что слой жидкости является достаточно тонким, так что период вибраций сравним с характерным временем релаксации импульса поперек слоя, а амплитуда вибрации велика по сравнению с толщиной слоя. Использован осредненный подход. Для случая высокой теплопроводности подложки получено обобщенное уравнение Кана-Хилларда с добавочным вибрационным слагаемым. Найдено, что в этом случае вибрации стабилизирует слой, но не изменяют направление ветвления, неустойчивость приводит к разрыву слоя. В случае низкой теплопроводности подложки вибрации эффективно увеличивают капиллярное число и также стабилизируют слой (Индекс направления 3.5). Подробнее Скрыть подробности
    
    
    Изучена длинноволновая конвекция Марангони в слое жидкости подогреваемом снизу. Рассмотрены случаи высокой и низкой теплопроводности подложки.
    В первом случае температура подложки поддерживается постоянной, во втором случае задается вертикальный градиент температуры. Система подвергается действию вертикальных гармонических вибраций. Предполагается, что слой жидкости достаточно тонкий, так что период вибраций сравним с характерным временем релаксации импульса поперек слоя, а амплитуда вибраций велика по сравнению с толщиной слоя. Для таких условий, нельзя пренебречь вязкостью при описании пульсационного движения и усреднить задачу стандартным образом. Однако, осредненное описание возможно, т.к. разница периода вибрации и типичного времени эволюции свободной поверхности велика. Последнее условие соответствует длинноволновой конвекции. Таким образом, может быть использован осредненный подход, основанный на разложении полей на среднюю и пульсационную части.
    В случае высокой теплопроводности мы имеем дело с конечными значениями числа Био, которое характеризует поток тепла от свободной поверхности. В этом случае получается обобщенное уравнение Кана-Хилларда с добавочным вибрационным слагаемым, которое является таким же, как в изотермическом случае. Вибрации стабилизируют слой, но не изменяют направление ветвления. Неустойчивость приводит к разрыву слоя. В случае низкой теплопроводности число Био мало. Этот случай более сложен, т.к. колебания температуры возникают также из-за адвекции. Уравнения для средних полей получаются аналогичными. В частности, в задаче линейной устойчивости вибрации эффективно увеличивает капиллярное число и, следовательно, стабилизирует слой.
    Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31.
    
    

    Важнейшие результаты прикладных исследований

    
    23.Механика деформирования и разрушения материалов, сред, изделий, конструкций, сооружений и триботехнических систем при механических нагрузках, воздействии физических полей и химически активных сред
    
    
15. Разработаны экспериментальный комплекс и методика многомасштабного анализа развития поврежденности в природных, конструкционных и композитных материалах, основанная на "in-situ" регистрации данных оптических изображений полей смещений (деформаций), временной динамики акустоэмиссии и последующей обработки данных с использованием локализованного (вейвлет) базиса. Методика позволяет оценку предельного состояния образцов по степени многомасштабной связности зон дисперсного разрушения и возможность применения методики для оценки критического состояния конструкций в широком диапазоне интенсивностей нагружения. (Индекс направления 3.6). Подробнее Скрыть подробности
    
    Созданный экспериментальный комплекс (Рис.5) позволяет регистрацию "in-situ" оптических изображений полей смещений (деформаций) с использованием системы высокого разрешения STRAINMASTER, регистрацию временной динамики акустоэмиссии (система AMSY) и последующую обработки данных применением локализованного (вейвлет) базиса.

    
    
    Рис. 5 Экспериментальный комплекс и оптическая картина распределения неоднородности полей деформаций при деформировании композитного образца.
    
    

    
    Методика позволяет оценку предельного состояния образцов по степени многомасштабной связности зон дисперсного разрушения и возможность применения методики для оценки критического состояния конструкций в широком диапазоне интенсивностей нагружения. Настоящая методика разработана в соответствие с контрактом Объединенной авиакосмической корпорации по оценке надежности конструкций из композиционных материалов.
    Рук. д.ф.м.н. Наймарк О.Б., т.(342) 237-83-12.
    
    22. Механика жидкости, газа и плазмы, многофазных и неидеальных сред, механика горения, детонации и взрыва
    
    
16. Разработан и изготовлен автоматизированный приборный комплекс для измерения импеданса биологических сред. Подробнее Скрыть подробности
    
    
    Многоканальный приборный комплекс предназначен для измерения полного сопротивления (импеданса) и углов фазового сдвига тока и напряжения в биологических средах в широком диапазоне изменения зондирующей частоты и времени измерения. Прибор создан на базе АЦП-ЦАП Zet-210, подключаемого через порт USB-2 к персональному переносному компьютеру (ноутбуку) с добавленными электронными платами усилителей, генератора, фазоанализатора и мультиплексора аналоговых сигналов.
    Программное обеспечение прибора позволяет без участия оператора провести серию опытов с наперед заданными параметрами, указанными в текстовом файле управления, обработать полученные данные и вывести их в виде таблиц и графиков с указанием номера канала, частоты зондирования и количества точек усреднения данного канала за все время измерения в опыте. Прибор создан в двух модификациях, отличающихся диапазоном зондирующих частот (10-30000 гц. и 50-350 кгц.).
    Результаты каждого опыта последовательно записываются в текстовый файл с возможностью дальнейшего представления их в виде графиков. Программа отфильтровывает сбойные точки, восстанавливает первоначальный вид синусоидальных колебаний зондирующей частоты, определяет точки на синусе с амплитудным значением. По сдвигу фаз амплитудных значений первого и второго каналов АЦП рассчитывается угол сдвига фаз тока и напряжения при заданной зондирующей частоте.
    Выходные данные могут быть представлены в виде графиков изменения фазового угла сдвига напряжения и тока в ячейках во времени.
    Разработка защищена патентом на изобретение № 2462185.
    Рук. д.т.н. Славнов Е.В., т.(342) 237-83-99.
    
    
    .

• Назад
• Вперед