Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика

Все статьи: 1111

О динамических особенностях вязкого течения полимеров при равноканальном многоугловом прессовании через штамп с подвижной стенкой

О динамических особенностях вязкого течения полимеров при равноканальном многоугловом прессовании через штамп с подвижной стенкой

Периг Александр Викторович, Голоденко Николай Никитич

Статья научная

Процессы равноканального многоуглового прессования находят применение во многих областях физики твердого тела и материаловедения. Динамика равноканального многоуглового прессования зависит от реологии деформируемых материалов, но недостаточно изучена для вязких течений в штампах с подвижными стенками, что и определяет актуальность исследования. В настоящей работе выполнено феноменологическое описание технологических процессов равноканального многоуглового прессования, основанное на численном математическом моделировании вязких течений физических моделей полимерных материалов через двухповоротный сегаловский штамп с подвижной стенкой. Построена численная конечно-разностная модель плоского вязкого ньютоновского течения несжимаемой сплошной среды в многоугловой области с подвижной входной стенкой штампа, основанная на постановке и численном решении краевой задачи для уравнений Навье-Стокса в форме уравнения переноса вихря. Численное интегрирование уравнения переноса вихря реализуется на основании конечно-разностного подхода в соответствии с методом перемежающихся направлений. Учет наличия подвижной входной стенки многоуглового штампа, движущейся параллельно направлению экструзии, обеспечивается заданием соответствующего граничного условия для функции вихря, записанной для узлов, относящихся к подвижной стенке штампа. Предложенная конечно-разностная форма граничного условия содержит безразмерную скорость подвижной входной стенки штампа. Численные решения краевой задачи показывают, что наличие подвижной входной стенки штампа, задающей переносное движение в системе, оказывает существенное влияние на характер вязкого течения материала в окрестности подвижной стенки. Установлено, что в случае когда подвижная стенка движется навстречу вязкому потоку, ближайшая к подвижной стенке линия тока «ускоряется» по сравнению со случаем неподвижной стенки. Гидродинамически наблюдаемый эффект объясняется тем, что расход вязкого потока остаётся неизменным, поскольку средняя скорость угловой экструзии одна и та же. Прилегающий к подвижной стенке слой вязкого материала движется со скоростью, примерно равной скорости стенки, навстречу экструдируемому потоку. Поэтому площадь живого сечения потока уменьшается, а значит, скорость потока возрастает. Ротационная трактовка состоит в том, что в прилегающем к движущейся стенке слое вязкого материала образуется отрицательный макроскопический вихрь, сужающий живое сечение вязкого потока. Также проанализирован случай, когда подвижная стенка штампа обгоняет поток. Установлено, что вблизи подвижной стенки штампа, обгоняющей вязкий поток, возникает положительный макроскопический вихрь, т. е. где-то ближе к оси входного канала штампа вязкий поток материала движется назад. Живое сечение прижато к противоположной неподвижной стенке штампа, в окрестности которой скорость вязкого потока при реализации равноканального многоуглового прессования существенно возрастает. В рамках разработанной модели для подвижной входной стенки штампа выполнен учет влияния направления движения подвижной стенки на расчетные поля линий тока, функций вихря и тока, а также поля скоростей вязкого потока. Предложенный гидродинамический подход расширяет представления о характере формирования макроскопической ротации в объеме вязкой физической модели полимерного материала при осуществлении равноканального многоуглового прессования в многоугловом сегаловском штампе с подвижной стенкой.

Бесплатно

О законе распределения логарифмического декремента при наличии теневого участка орбиты космической лаборатории

О законе распределения логарифмического декремента при наличии теневого участка орбиты космической лаборатории

Седельников Андрей Валерьевич

Статья научная

В работе исследован закон распределения логарифмического декремента собственных колебаний больших упругих элементов космической лаборатории в случае наличия теневого участка орбиты. При незначительных наклонениях орбиты космической лаборатории логарифмический декремент нельзя считать постоянным. Полученные результаты можно использовать для эффективной оценки микроускорений, вызываемых собственными колебаниями упругих элементов.

Бесплатно

О залечивании поврежденности металла высокоэнергетическим импульсным электромагнитным полем

О залечивании поврежденности металла высокоэнергетическим импульсным электромагнитным полем

Кукуджанов К.В.

Статья научная

При воздействии электромагнитным полем на проводник происходит концентрация поля на дефектах структуры материала. В частности, это инициирует протекание электрических, термических и механических процессов в окрестности микродефектов (пор, трещин, включений и т.п.). Исследуются процессы трансформации и взаимодействия дефектов типа плоских межзеренных микротрещин с линейными размерами порядка 10 мкм, протекающие в материале при обработке металлических образцов импульсным высокоэнергетическим электромагнитным полем, вызывающим в материале короткий импульс электрического тока высокой плотности. Исследование осуществляется численно на основе связанной модели воздействия интенсивным импульсным электромагнитным полем на предварительно поврежденный термоупругопластический материал с дефектами, которая учитывает плавление и испарение металла, а также зависимость всех его физико-механических свойств от температуры. Решение получающейся системы уравнений ищется методом конечных элементов на подвижных сетках с использованием смешанного эйлер-лагранжева метода. Моделирование показало, что одновременное уменьшение длины, выброса расплавленного металла внутрь трещины и смыкание берегов приводит к тому, что берега трещины начинают контактировать со струей расплавленного материала, и в результате этих процессов струя оказывается полностью зажатой берегами трещины. Таким образом, под действием импульсов тока происходит сварка трещины и залечивание микродефектов. При этом объем микродефектов уменьшается во времени. В настоящей работе для макроскопического описания процессов залечивания вводятся параметры залеченности и поврежденности материала. Параметр залеченности определяется как отношение изменения объема микротрещины к начальному объему микротрещины в конкретный момент времени при воздействии на материал электромагнитным полем. Под поврежденностью (пористостью) понимается отношение объема микротрещины в конкретный момент времени к объему представительного элемента. Залечивание микротрещин приводит к увеличению залеченности материала и уменьшению его поврежденности. Исследуются процессы изменения залеченности и поврежденности материала от времени при воздействии на материал током. Рассматриваются вопросы о выборе предпочтительных областей интегрирования при моделировании рассматриваемых процессов. Изучается влияние расстояния между микротрещинами и их взаимного расположения друг относительно друга на изменения залеченности и поврежденности материала во времени. Моделирование рассматриваемых процессов во всем исследуемом диапазоне расстояний между дефектами (или, равносильно, при любой начальной поврежденности) показало, что зависимости залеченности и поврежденности от времени не будут различаться от того, вычисляем мы их в областях интегрирования, состоящих из одного или же нескольких представительных элементов. Расположение микротрещин друг относительно друга и расстояние между ними не влияет на изменения залеченности и поврежденности материала во времени при воздействии на материал током. На эти изменения влияет лишь величина начальной поврежденности материала. Изменения залеченности и поврежденности материала во времени будет происходить практически одинаково для любых различающихся взаимных расположений микротрещин при условии, что для этих случаев расположения дефектов начальные поврежденности равны. На основе результатов моделирования получены приближенные кусочно-линейные зависимости изменения залеченности и поврежденности от времени и начальной поврежденности материала. Из данных зависимостей следует, что до определенного момента времени все микротрещины в материале (независимо от того, какой была начальная поврежденность материала) не залечиваются и поврежденность материала не меняется под действием тока. После этого момента времени стартует процесс залечивания микротрещин. При этом под действием тока со временем поврежденность материала уменьшается во времени с постоянной скоростью (которая не зависит от начальной поврежденности),

Бесплатно

О конечном элементе на основе вариационного принципа Кастильяно для плоских задач теории упругости

О конечном элементе на основе вариационного принципа Кастильяно для плоских задач теории упругости

Суходолова Юлия Сергеевна, Труфанов Николай Александрович

Статья научная

Рассмотрен вариант метода конечных элементов для плоских задач теории упругости, основанного на вариационном принципе Кастильяно. Приведены количественные характеристики сходимости метода на примере решения задачи о растяжении пластины переменной нагрузкой. Даны рекомендации по реализации статических граничных условий в плоских задачах теории упругости.

Бесплатно

О концентрации напряжений, вызванных сфероидальными неоднородностями

О концентрации напряжений, вызванных сфероидальными неоднородностями

Устинов Константин Борисович, Шушпанников Павел Сергеевич

Статья научная

Рассматривается задача о неоднородности в форме эллипсоида вращения в бесконечно протяженной однородной изотропной упругой среде. На основе метода эквивалентных включений Эшелби выписаны выражения для концентрации напряжений внутри и на границе неоднородностей, отличающейся от вмещающего тела упругими константами (модулем сдвига и коэффициентом Пуассона). Путем предельных переходов и асимптотических разложений общего решения получены выражения для концентрации напряжений внутри и на границе неоднородностей для ряда практически важных частных случаев. Параметрами, определяющими тип асимптотического поведения, являются отношение полуосей включения и отношение сдвиговых модулей включения и матрицы, или их обратные величины. Коэффициенты Пуассона матрицы и включения оказывают существенно меньшее влияние. При одновременном сильном отклонении указанных параметров от единицы выделены семь непересекающихся областей, соответствующие различным последовательным предельным переходам по этим параметрам к нулю, либо к бесконечности. Выделенные семь областей соответствуют различным физическим ситуациям, соответствующим очень жестким или очень мягким включениям в форме сильно сплющенных дисков или сильно вытянутых иголок. Хотя рассмотренные в статье решения были либо получены ранее, либо могли бы быть получены из известных частных решений алгебраическими манипуляциями, достоинством использованного метода является получение не только самих решений для ряда частных случаев, но и оценки области их применимости. В работе также даны численные оценки области применимости асимптотик, полученные путем их сравнения с точными решениями и подтверждающие правильность теоретических оценок.

Бесплатно

О локальной группе материальной симметрии в механике микрополярных сред

О локальной группе материальной симметрии в механике микрополярных сред

Еремеев В.А.

Статья научная

В данной работе дано определение локальной группы материальной симметрии для нелинейно упругого континуума Коссера (микрополярной среды). Группа симметрии образована такими преобразованиями отсчетной конфигурации (начального состояния тела, от которого отсчитываются деформации), которые сохраняют инвариантной форму уравнения состояния для плотности потенциальной энергии деформации. Таким образом, уравнения состояния упругой среды оказываются нечувствительными к изменению отсчетной конфигурации, порождаемого элементами группы симметрии. Другими словами, с физической точки зрения, преобразования отсчетной конфигурации, входящие в группу симметрии материала, невозможно определить экспериментально. Данное определение позволяет дать определения твердого, жидкого микрополярного тела, а также рассмотреть различные случаи анизотропии. На основе группы симметрии могут быть выписаны различные варианты уравнений состояния и указаны ограничения на тензоры материальных постоянных. Такие ограничения позволяют существенно понизить число материальных постоянных, подлежащих определению в ходе эксперимента. Кроме того, симметрии материала могут быть использованы в получении решений уравнений равновесия полуобратным методом.

Бесплатно

О макрокинетике динамической сверхпластичности алюминиевых сплавов

О макрокинетике динамической сверхпластичности алюминиевых сплавов

Китаева Д.А., Рудаев Я.И.

Статья научная

Динамическая сверхпластичность алюминиевых сплавов рассматривается с позиций теории неравновесных фазовых переходов. В рамках разработанных определяющих соотношений проанализирована эволюция открытой неравновесной системы, моделирующей процесс температурно-скоростной деформации материалов, с привлечением термодинамических функций отклика. Показано соответствие пика сверхпластичности максимуму удельной теплоемкости. В оптимальных термомеханических режимах сверхпластичности производство энтропии принимает минимум, которому отвечает формирование упорядоченной равноосной ультрамелкозернистой структуры.

Бесплатно

О мере разориентации систем скольжения соседних кристаллитов в поликристаллическом агрегате

О мере разориентации систем скольжения соседних кристаллитов в поликристаллическом агрегате

Кондратьев Никита Сергеевич, Трусов Петр Валентинович

Статья научная

Рассматривается задача описания упрочнения скольжения дислокаций за счет границ кристаллитов в поликристаллическом агрегате. Излагается один из физически возможных механизмов взаимодействия дислокации с границей кристаллита. Поставлена вспомогательная задача, появляющаяся при описании упрочнения скольжения дислокаций за счет границ кристаллитов, - определение системы скольжения в соседнем кристаллите, по которой продолжится скольжение; обсуждаются физические аспекты взаимодействия дислокаций с границами. Предлагается критерий определения указанной системы скольжения, основанный на минимизации скорости приращения внутренней энергии соседних кристаллитов в текущий момент деформирования.

Бесплатно

О методе оценки распределения пластической деформации в области вершины усталостной трещины на основе решения задачи линейной теории упругости

О методе оценки распределения пластической деформации в области вершины усталостной трещины на основе решения задачи линейной теории упругости

Вшивков А.Н., Изюмова А.Ю., Пантелеев И.А., Плехов О.А.

Статья научная

Проведено экспериментальное исследование полей деформации в вершине усталостных трещин. Измерение полей деформации проводилось при помощи оптической камеры с использованием метода корреляции цифровых изображений. Запись изображений производилась оптической камерой Basler acA2440-75uc c объективом TC23007 OptoEngineering для достижения пространственного разрешения не менее 3 мкм. Частота записи данных составляла 100 Гц. Показана возможность использования решения линейной сингулярной задачи теории упругости для оценки распределения пластической деформации в вершине усталостной трещины. Механические испытания по одноосному циклическому деформированию с одновременной регистрацией поля деформации у вершины трещины различной длины проводились на плоских образцах из технического титана ВТ1-0 и титановых сплавов ОТ4-0 и ПТ-3В. Для локализации трещины образцы были ослаблены боковым полукруглым вырезом. Решение задачи об образце с боковой трещиной в упругой постановке осуществлялось численно в пакете конечно-элементного моделирования Comsol Myltiphysics. Особенностью работы является использование гипотезы о функциональной связи реальных деформаций с упругим решением и величиной секущего модуля материала для оценки пластической деформации в вершине трещины. Экспериментально и численно определён размер зоны интенсивных пластических деформаций в области вершины усталостной трещины при различной длине трещины. В результате сопоставления расчётных и экспериментальных данных была показана возможность использования предложенной зависимости для оценки распределения поля пластической деформации в вершине трещины. Полученные результаты позволят анализировать поля необратимой деформации в вершине трещины для смешанных форм нагружения.

Бесплатно

О механизмах возбуждения автоколебаний в потоке газа подводом теплоты

О механизмах возбуждения автоколебаний в потоке газа подводом теплоты

Басок Борис Иванович, Гоцуленко Владимир Владимирович

Статья научная

Установлены механизмы возбуждения термоакустических автоколебаний, связанные со своеобразной перестройкой структуры тензоров вязких напряжений и диссипации тепловой энергии, в случае когда к движущемуся газу локально подводится теплота. В одномерном потоке тензор диссипации тепловой энергии определяет тепловое сопротивление, для которого при произвольном политропном подводе теплоты найдено аналитическое представление. Это позволило определить области образования отрицательного теплового сопротивления в зависимости от показателя политропы, что составляет новый механизм возбуждения термоакустических автоколебаний. Б.В. Раушенбахом было предложено аппроксимировать зону локального подвода теплоты некоторой поверхностью, называемой поверхностью теплоподвода. Данная поверхность является поверхностью разрывов первого рода гидродинамических и термодинамических параметров сплошной среды. В данной работе найдены граничные условия, которые должны выполняться на поверхности теплоподвода. Эти граничные условия являются следствиями выполнения на поверхности теплоподвода основных законов сохранения: массы, импульса массы и энергии и могут рассматриваться как уравнения для определения компонент тензора диссипации тепловой энергии, который является ассоциированным с поверхностью теплоподвода. Для описания рассматриваемых термоакустических автоколебаний получена математическая модель в виде диссипативной распределенной динамической системы. В качестве примера применения данной математической модели была рассмотрена задача построения продольных термоакустических автоколебаний в трубе Рийке при расположении источника теплоты непосредственно на ее входе. Показано, что причиной возбуждения автоколебаний феномена Рийке в этом случае является N-образная зависимость напряжения силы вязкостного трения по длине трубы как функции средней по сечению трубы скорости движения нагретого воздуха.

Бесплатно

О механизме адиабатического сдвига при высокоскоростном нагружении материалов

О механизме адиабатического сдвига при высокоскоростном нагружении материалов

Наймарк О.Б., Соковиков М.А.

Статья научная

арактерной особенностью неустойчивости пластической деформации является локализованный сдвиг, который очень часто происходит при высокой скорости нагружения. В исследовании проводится математическое моделирование шока. Анализ основан на статистически-термодинамической теории твердого тела с микротрещинами, разработанной ранее. Предлагаемое описание пластической сдвиговой неустойчивости включает в себя ториональный структурный параметр, который определяет объемную концентрацию и предпочтительную ориентацию дефектов.

Бесплатно

О механизме осевого подъема жидкости в результате свободного падения цилиндрического сосуда

О механизме осевого подъема жидкости в результате свободного падения цилиндрического сосуда

Пинаков Валерий Иванович

Статья научная

Физически обоснована и реализована расчетная схема, позволяющая оценить высоту подъема жидкости при соударении с горизонтальной поверхностью свободно падающего цилиндрического сосуда. Применены упругие модели жидкости и материала сосуда. Показано, что в жидкости генерируются волны сжатия: плоская и цилиндрическая, сходящаяся к оси цилиндра. Их отражение от свободной поверхности, конфигурация которой не установилась, при наличии острого угла смачивания жидкостью стенки может приводить к всплескам жидкости, на порядок превышающим высоту падения сосуда.

Бесплатно

О модели термомеханического поведения кварцевых стекол и конструкций из них

О модели термомеханического поведения кварцевых стекол и конструкций из них

Труфанов Александр Николаевич, Наймушин Илья Геннадьевич

Статья научная

Рассмотрено построение определяющих соотношений термомеханического поведения кварцевых стекол в условиях стеклования и размягчения двумя различными способами. Установлено, что оба подхода прогнозируют практически идентичные законы эволюции напряжений в кварцевом стержне в условиях стеклования. Показано применение одной из моделей для описания формирования полей напряжений и деформаций в сплошном круговом неоднородном кварцевом цилиндре (заготовке силового стержня анизотропного оптического волокна) в условиях охлаждения и нагрева.

Бесплатно

О моделировании деформирования проволочных конструкций спиральной структуры

О моделировании деформирования проволочных конструкций спиральной структуры

Данилин А.Н., Курдюмов Н.Н., Кузнецова Е.Л., Рабинский Л.Н.

Статья научная

Анализ работоспособности воздушных линий электропередачи (ЛЭП) включает в себя расчеты статических состояний и колебаний проводов (и тросов) совместно с арматурой, гасителями колебаний и другими закрепленными на них устройствами. Решение многих из этих задач возможно только при корректном учете внутренней структуры проводов, конструкция которых формируется проволочными слоями (повивами), навитыми друг на друга под разными углами относительно продольной оси. Например, такой учет необходим при проектировании систем энергобезопасности и надежности информационно-телекоммуникационного обеспечения аэродромов, авиационных и ракетных систем, воздушных ЛЭП общего назначения, подверженных интенсивному воздействию ветра, особенно в условиях обледенения. Из-за сложной структуры проволочных конструкций возникают известные проблемы в оценках их деформаций, жесткостей, несущей способности и пр. Например, изгибная жесткость провода может заметно меняться по мере его деформации, поскольку проволочные слои провода могут проскальзывать относительно друг друга, а отдельные проволоки - перемещаться внутри повивов. Следовательно, величины изгибной и крутильной жесткостей могут изменяться как вдоль оси провода, так и во времени. В работе предлагается новая модель деформирования проволочных конструкций, подобных проводам ЛЭП. К таким конструкциям относятся не только провода и тросы ЛЭП, но и спиральные зажимы, предназначенные для натяжения, подвески, соединения, защиты и ремонта проводов. Каждый проволочный повив представляется с позиции энергетического осреднения как эквивалентная по упругим свойствам анизотропная цилиндрическая оболочка, а сам провод или спиральный зажим рассматриваются как система вложенных друг в друга цилиндрических оболочек, между которыми допускается проскальзывание с учетом сил давления и трения. На основе этого подхода получены формулы для определения матриц податливости и жесткости спиральных конструкций. Сформулирована и решена задача о взаимодействии натяжного зажима с внешним повивом провода и исследован механизм передачи усилия с зажима на провод.

Бесплатно

О моделировании пляски проводов воздушных ЛЭП и параметрическом анализе эффективности маятниковых гасителей

О моделировании пляски проводов воздушных ЛЭП и параметрическом анализе эффективности маятниковых гасителей

Сергей И.И., Виноградов А.А., Данилин А.Н., Курдюмов Н.Н.

Статья научная

В работе приводятся результаты численного моделирования пляски (галопирования) проводов воздушных ЛЭП с маятниковыми гасителями с целью анализа эффективности их применения. Исследования показывают, что при пляске наряду с выраженными вертикальными движениями проводов имеют место синхронизированные с ними крутильные колебания. Закручивание провода приводит к дополнительному увеличению подъемных аэродинамических сил и, как следствие, амплитуд колебаний по сравнению с «чистым» вертикальным движением проводов. Поэтому управление крутильными колебаниями является одним из эффективных способов защиты проводов ЛЭП от низкочастотных колебаний. Для этого используются маятниковые гасители различных конструктивных схем. Провода рассматриваются как абсолютно гибкие нити, обладающие упругостью на растяжение и кручение. Тяжение в пределах пролёта считается постоянным. Принимается, что точки оси провода совершают движение только в плоскости, перпендикулярной продольной оси. Записываются уравнения динамики в частных производных, описывающих поступательные и крутильные колебания провода. Для учёта гасителей провод разбивается на участки, между которыми помещаются гасители. Записываются уравнения движения сосредоточенных масс гасителей под действием приложенных от проводов силовых факторов. Процедура численного интегрирования строится на основе конечно-разностного аналога полученных уравнений колебаний. В результате численных экспериментов для одиночных проводов обоснована схема совместной установки вертикальных и горизонтальных маятников и их параметры, при которых успешно гасятся низкочастотные колебания проводов наиболее опасных форм пляски. Определены первоначальные углы установки горизонтальных маятников, наиболее эффективных для расстройки крутильных и поперечных колебаний.

Бесплатно

О моделировании поверхностного роста твердых тел под действием напряжений

О моделировании поверхностного роста твердых тел под действием напряжений

Измайлова Я.О., Фрейдин А.Б.

Статья научная

С поверхностным ростом твердых тел связаны различные процессы, такие как биологический рост, формирование покрытий, процессы, сопутствующие аддитивным технологиям. Эксперименты показывают, что процессом роста живой и неживой материи можно управлять с помощью внешних воздействий, в том числе механических. В данной работе представлена модель поверхностного роста, основанная на использовании выражения конфигурационной силы, полученного из фундаментальных балансов массы, импульса и энергии и второго закона термодинамики в виде неравенства Клаузиуса - Дюгема. Показано, что конфигурационной силой является нормальная компонента тензора, названного тензором поверхностного роста, которая управляет процессами роста и адаптации к внешним механическим нагрузкам. Сформулировано кинетическое уравнение в виде зависимости скорости роста от тензора роста. Рассмотрено твердое тело, в котором происходит объемный подвод и последующая диффузия вещества к границе тела. На поверхности тела наблюдается превращение одного вещества в другое, вследствие чего происходит поверхностный рост тела или резорбция. Процесс поверхностного роста зависит от напряженно-деформированного состояния тела и концентрации диффундирующих веществ. В процессе роста напряжения и деформации изменяются, влияя на конфигурационную силу и на подвод вещества, который также влияет на конфигурационную силу. Кроме того, модель учитывает ростовые деформации, возникающие в новых слоях материала и также влияющие на скорость роста тела. Таким образом, имеется связанная задача, включающая описание процессов подвода, диффузии, роста и определение напряженно-деформированного состояния. В качестве апробации модели решены задачи поверхностного роста различных тел при разных условиях нагружения.

Бесплатно

О моделировании тел с отслаивающимися покрытиями при учете полей предварительных напряжений

О моделировании тел с отслаивающимися покрытиями при учете полей предварительных напряжений

Богачев И.В., Ватульян А.О.

Статья научная

Представлена модель установившихся колебаний неоднородного тела с предварительно напряженным отслаивающимся покрытием на основе общей линеаризованной постановки задачи о движении предварительно напряженно-деформированного упругого тела. На ее основе сформулирована постановка задачи о колебаниях неоднородной полосы, состоящей из подложки и предварительного напряженного покрытия, между которыми в определенной области имеется отслоение. Установившиеся колебания вызываются нагрузкой, приложенной к верхней грани покрытия. Для исследования задачи расчета колебаний рассматриваемой двумерной структуры использовано преобразование Фурье по продольной координате и исходная задача сведена к решению ряда вспомогательных краевых задач относительно трансформант искомых функций. Из условий равенства нулю функций напряжения (покрытие моделируется как математический разрез) подложки и покрытия в области отслоения построены операторные соотношения для расчета функций раскрытия. Ядра этих операторных соотношений являются сингулярными и представляют собой интегралы по бесконечному промежутку. Исследовано поведение их подынтегральных функций на бесконечности, на основе которого для вычисления ядер использованы специальные подходы. В результате решения полученных гиперсингулярных уравнений с разностными ядрами, для которых используется метод коллокаций, построены оригиналы функций раскрытия. С использованием аналогичного подхода при обращении преобразования Фурье построены соотношения для вычисления оригиналов функций смещения на верхней границе покрытия. На основе вычислительных экспериментов проведен анализ влияния исходных геометрических и механических параметров подложки и покрытия на значения функций раскрытия в области отслоения и функций смещения на верхней границе слоя. Также исследовано влияние уровня предварительного напряжения на амплитудно-частотные характеристики (АЧХ). Выявлено, что наиболее значительное влияние на АЧХ оказывается в окрестности частот толщинных резонансов. На основе информации о полях смещений возможно построение схем по идентификации характеристик отслоения.

Бесплатно

О моделировании течения воздуха в легких человека: конститутивные соотношения для описания деформирования пористой среды

О моделировании течения воздуха в легких человека: конститутивные соотношения для описания деформирования пористой среды

Трусов П.В., Зайцева Н.В., Цинкер М.Ю.

Статья научная

В рамках многоуровневой математической модели для описания эволюции функциональных нарушений всего человеческого организма, находящегося под действием факторов среды обитания, ведется разработка математической модели «мезоуровня» дыхательной системы человека. Статья посвящена развитию модели «мезоуровня» - формулировке необходимой для достижения поставленной цели конститутивной модели для описания движения воздуха в пористой среде легких. Легкие человека, образованные мелкими дыхательными путями и альвеолами, с содержащимся в них воздухом моделируются сплошной упруго-деформируемой насыщенной пористой средой, заключенной во внутреннюю камеру с изменяющимся объемом (подвижными стенками). Представлены концептуальная и математическая постановки задачи. Движение воздуха в деформируемой пористой среде легких описывается соотношениями механики деформируемого твердого тела и теории фильтрации. В качестве важной составляющей разрабатываемой модели получено соотношение, связывающее скорость изменения среднего напряжения и изменение объема двухфазного континуума. Данное соотношение было установлено с помощью аналитического решения вспомогательной задачи (в геометрически линейной постановке) о всестороннем сжатии представительного объема двухфазной среды в форме замкнутой сферы, заполненной воздухом. Для подтверждения гипотезы о приемлемости линейного решения вспомогательной задачи при больших деформациях численно была решена аналогичная задача в геометрически нелинейной постановке. Из результатов следует, что полученное аналитическое решение находится в удовлетворительном соответствии с решением аналогичной задачи в нелинейной постановке как при спокойном, так и при глубоком дыхании, что свидетельствует о возможности использования первого при построении рассматриваемой модели для описания движения воздуха в пористой среде легких.

Бесплатно

О моделях и решении задач механики наноконтакта

О моделях и решении задач механики наноконтакта

Кравчук А.С.

Статья научная

В статье дан обзор работ по проблеме математического моделирования процессов, происходящих при контакте деформируемых сред на наноуровне. Использован метод молекулярной квазистатики. Предложена численная модель нанопокрытия. Расчеты проведены для одномерной задачи - однородной цепочки и пары контактирующих цепочек атомов " Cu+ Ag", имитирующей покрытие изделия из меди серебром.

Бесплатно

О моделях повреждаемости реономных регулярных структур

О моделях повреждаемости реономных регулярных структур

Победря Б.Е., Родригес А.

Статья научная

Рассмотрены линейные регулятивные соотношения для неоднородной среды с взрывчатым веществом по координатам по материальным функциям. Эволюционистское учение принимается во внимание путем введения в конститутивные отношения тензорного разрушения. Посредством средней методики описывается алгоритм решения геологических задач сложной механики с принятыми конститутивными отношениями.

Бесплатно

Журнал