Механика. Рубрика в журнале - Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика
Формирование инспекционного движения космических аппаратов на лунных орбитах
Статья научная
В данной работе решается задача выбора начальных параметров относительного движения космических аппаратов (КА) для обеспечения и сохранения инспекционной траектории. Исследование включает моделирование относительного движения двух КА (опорный и инспектор) на низких лунных круговых орбитах. В качестве орбит для опорного КА рассматриваются известные стабильные и "замороженные" орбиты, что позволило проанализировать их применимость в реализации задач инспекции. Результаты исследования показали наличие трех основных видов движения относительной траектории в орбитальной системе координат: перемещение вдоль оси Оx, вращение вокруг осей Оy и Оx. Обосновано использование 15 гармоник гравитационного потенциала Луны для анализа относительного движения КА вокруг Луны. Каждая относительная траектория была проанализирована с учетом отклонений по осям. Показано, что не все стабильные орбиты подходят для выполнения задач инспекции. Полярные орбиты продемонстрировали свои преимущества за счет большей адаптивности и меньшей нестабильности относительной траектории. Показано, что на неполярных орбитах эффект увеличения эксцентриситета относительной траектории со временем имеет значительное влияние на инспекционное движение.
Бесплатно
Формирование оптического полимерного моста для волоконно-оптического датчика температуры
Статья научная
В работе представлен метод изготовления волоконно-оптического датчика температуры на основе торцевого интерферометра Фабри–Перо, выполненного в виде полимерного "моста", часть которого является чувствительным элементом датчика. Основным материалом для создания чувствительной части является УФ-отверждаемая смола, прозрачная для оптического и ближнего инфракрасного диапазона. Проверка работоспособности датчика проводилась с помощью оптического анализатора спектра. Пики и провалы, видимые на спектре отражения широкополосного источника излучения, свидетельствовали о правильной работе интерферометра Фабри–Перо, а их смещение при изменении температуры образца позволило измерить чувствительность предложенного типа датчика. В результате выполнения работы показано, что чувствительность разрабатываемого датчика выше, чем у существующих аналогов, а габариты позволяют применять его в задачах биомедицины и ответственных измерениях температуры.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена численному моделированию колебаний электрически заряженной газовзвеси в акустическом резонаторе с электрическими потенциалами, приложенными к стенкам резонатора. Математическая модель реализовывала континуальную методику моделирования динамики многофазных сред в эйлеровых координатах, позволяющею учесть взаимодействие газа и дисперсной фазы. Динамика несущей среды описывается системой уравнений Навье–Стокса для сжимаемого теплопроводного газа. Проведены расчеты динамики аэрозолей в монодисперсном приближении для различных размеров дисперсных включений электрически нейтральной и электрически заряженной газовзвесей. Исследовано влияние объемного содержания дисперсной фазы и размера дисперсных включений на интенсивность колебаний несущей среды и дисперсной фазы без учета и с учетом влияния силы Кулона. Численные расчеты демонстрируют, что в электрически нейтральной газовзвеси при увеличении объемного содержания дисперсной фазы и уменьшении размера частиц, при их фиксированном объемном содержании, скорость колебаний несущей среды и дисперсной компоненты уменьшается. Скорость колебаний мелкодисперсных частиц согласуется со скоростью колебаний несущей среды. Выявлено, что в электрически заряженных газовзвесях скорость движения компонент газовзвеси больше, чем в электрически нейтральной газовзвеси. Что можно объяснить тем, что за счет осаждения дисперсных частиц на стенках резонатора под действием электрического поля уменьшается влияние дисперсной фазы на колебания несущей среды. В результате большей скорости движения несущей среды в электрически заряженной газовзвеси дисперсные частицы также имеют большею скорость в сравнении со скоростью дисперсных частиц в электрически нейтральной газовзвеси. Численные расчеты демонстрируют, что в газовзвесях с большим объемным содержанием и в газовзвесях с меньшим размером дисперсных включений влияние электрического поля на динамику компонент смеси имеют более выраженное значение, чем в газовзвесях с малым содержанием дисперсной фазы или в газовзвесях с крупнодисперсными частицами.
Бесплатно
Численное моделирование фрагментации цилиндрической оболочки
Статья научная
Знание параметров фрагментации конструкции при ее быстропротекающем разрушении необходимо для обеспечения безопасности людей и окружающих объектов. Характеристики фрагментов и их пространственно-массовое распределение, получаемые в результате экспериментов, являются существенно неоднородными. Это может быть связано с неоднородностью структуры реальных материалов, которую нужно учитывать при проведении расчетов. В данной работе приведены результаты численного моделирования задачи фрагментации цилиндрической оболочки с учетом вероятностного распределения параметра разрушения. Вычисления выполнены в отечественном пакете программ ЛОГОС с применением метода конечных элементов. Разрушение оболочки реализовано за счет разделения узловых связей, критерием наступления которого является превышение величины пластической деформации критического значения. Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением с экспериментальными данными и сходимостью решения при увеличении числа узловых неизвестных. Выполнен анализ влияния критерия разрушения, задаваемого в виде константы материала и в виде параметра, распределенного по нормальному закону. Показано, что использование вероятностного критерия разрушения позволяет прогнозировать параметры фрагментации, качественно согласующиеся с экспериментальными данными. Установлено, что степень дискретизации оболочки оказывает существенное влияние на параметры фрагментов, но практически не меняет вида их распределения по массовым группам.
Бесплатно
Статья научная
Одним из вариантов управления динамическим состоянием тонкостенных элементов конструкции является создание в них предварительных напряжений. В пластинах и оболочках они могут быть индуцированы посредством разнообразных актуаторов, smart-материалов или неупругого деформирования. Деформации, возникающие из-за неравномерного распределения температуры, различных коэффициентов линейного теплового расширения материалов конструкции или ее закрепления, также сказываются на собственных частотах. Это может привести в том числе к нежелательным явлениям, таким как потеря устойчивости или перемещение спектра в область частот, подверженных резонансу. В настоящей работе с помощью метода конечных элементов исследуется влияние температурного нагружения на собственные частоты трехслойной пластины. Полученное решение спектральной задачи сравнивается с результатами других авторов. Рассматриваются пластины с разными компоновками слоев и двумя видами закрепления: консольным и зажатым с двух противоположных торцов. Построены зависимости относительного изменения первых трех собственных частот пластины от приращения температуры. Показано, что возникающее напряженно-деформированное состояние слабо влияет на собственные частоты незакрепленной пластины. Результаты численных расчетов для зажатой с двух сторон пластины демонстрируют, что при увеличении ее жесткости, повышаются критические температуры потери устойчивости.
Бесплатно
Статья научная
Одним из вариантов устранения концентрации напряжений в окрестности вершин поверхностных трещин (V-образных надрезов) является заполнение полости трещин материалом. Эффективность данного варианта зависит от угла раскрытия трещин, свойств материала с трещиной и заполняющего материала, адгезионной прочности между основным и заполняющим материалами. При рассмотрении задачи о трещине с заполняющим материалом в рамках теории упругости, решения содержат сингулярное поведение напряжений в окрестностях вершин трещин. Из анализа полученных решений следует, что при определенной комбинации углов V-образных надрезов и свойств материалов отсутствуют сингулярные решения, что является наиболее оптимальным вариантом для устранения концентрации напряжений. Кроме этого, показано, что при наличии сингулярных решений уровень концентрации напряжений зависит от характера сингулярности напряжений. Вместе с тем эти результаты, как правило, имеют качественный характер. В настоящей работе, опираясь на теоретические результаты, приводятся экспериментальные результаты, дающие количественное представление об уровне концентрации напряжений в образцах с V-образным надрезом, заполненным материалом, при разных глубинах и углах надрезов и различных механических характеристиках заполняющих материалов.
Бесплатно
