Физика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика
Химические потенциалы тетрагонального феррита и его равновесие с γ-фазой в сталях
Статья научная
Для сталей с бескарбидным бейнитом рассмотрено равновесие тетрагональный феррит/аустенит, возникающее при распаде γ-фазы на примере сплавов Fe-C. Химические потенциалы компонентов вычислялись суммированием соответствующих выражений для α-фазы с кубической решеткой и «тетрагональной» добавкой по теории Зинера-Хачатуряна. Условие равенства химических потенциалов компонентов для двух фаз позволило рассчитать граничные концентрации углерода в α’- и γ-фазах. Установлено, что в тетрагональной α’-фазе рассчитанная концентрация углерода в 40-60 раз выше, чем для обычного кубического феррита. Это открывает новые возможности конструирования высокопрочных сталей со структурой бескарбидного бейнита.
Бесплатно
Численное исследование вынужденных колебаний жидкой капли на вибрирующей подложке
Статья научная
Разработаны программы, позволяющие описать поведение свободной поверхности и контактной линии раздела лежащей капли. Изложены результаты численных исследований линейных вынужденных колебаний капли вязкой жидкости, лежащей на вибрирующей горизонтальной поверхности. Задача решена для случаев постоянного краевого угла и закрепленной трехфазной линии. Найдены резонансные частоты для трех первых основных мод колебаний в условиях осевой симметрии. Проведено сравнение результатов с найденными в литературе экспериментальными данными, хорошее согласие продемонстрировано.
Бесплатно
Численное исследование поведения лежащей капли на нагретой плоскости
Статья научная
Проведено математическое моделирование поведения капли вязкой жидкости, лежащей на нагретой поверхности в атмосфере нейтрального газа. Рассмотрен динамический режим с постоянным контактным углом. Поверхность предполагается гладкой, химически инертной и изотермической, газ - идеальным и неконденсирующимся. Жидкая капля описана в приближении несжимаемой жидкости с учетом конвекции Марангони и гравитационных эффектов, в газе модель учитывает гравитационную конвекцию. Проведено исследование течений в капле и окружающей газовой среде и проанализированы движения поверхности капли.
Бесплатно
Численное исследование продольной компоненты электрического поля в электромагнитной волне
Статья научная
Рассмотрены оптические явления, связанные с влиянием продольной (т. е. направленной параллельно волновому вектору) компоненты электрического поля в электромагнитной волне. Актуальность работы связана с исследованием объектов субволновых масштабов и дополнительных степеней свободы пространственно-неоднородных оптических полей в новых областях оптики - фотонике, плазмонике и нанооптике. Численный анализ проведен для плоских волн с гауссовым профилем интенсивности и однородной (линейной или круговой) поляризацией. Решение уравнений Максвелла проведено методом конечных разностей. Для тестирования точности программы проведено сравнение коэффициентов отражения электромагнитной волны на границе прозрачной диэлектрической среды с аналитическим решением Френеля. Проведен расчет распределения электромагнитного поля при фокусировке толстой симметричной линзой. Получено увеличение интенсивности продольной компоненты в фокальной плоскости линзы в ~25 раз по сравнению с величиной E|| в падающем излучении. Впервые проведен численный анализ геометрического спинового эффекта Холла при фокусировке асимметрично сходящегося светового пучка. Эффект состоит в смещении «центра тяжести» распределения интенсивности продольной компоненты светового пучка для различных состояний круговой поляризации. Рассчитанный сдвиг составил ~0,5λ для право- и лево-поляризованного света при диаметре фокального пятна ~ 2λ, что хорошо согласуется с экспериментальными данными. Проведенные исследования показали, что разработанный пакет может быть использован для расчетов распределения полей при распространении электромагнитных волн произвольной конфигурации в оптически неоднородных средах.
Бесплатно
Численное исследование свободных колебаний лежащей капли
Статья научная
Проведено математическое моделирование течений в капле вязкой жидкости, лежащей на твердой поверхности и выведенной из состояния механического равновесия. Определены собственные частоты и коэффициенты затухания свободных колебаний капель различных жидкостей. Проведено сравнение результатов численного эксперимента и аналитической теории, известной для сферической капли.
Бесплатно
Эволюция и разрушение линии роста кристалла в переохлажденном расплаве
Статья научная
Изучена макроскопическая форма линии роста кристалла в переохлажденном расплаве чистого вещества. Центральным пунктом проведенного анализа является учет пространственной неоднородности переохлаждения на фазовой границе кристаллизации. Показано, что существует пороговое значение параметра неоднородности, и этому порогу соответствует периодическая по поперечной направлению роста координате ячеистая структура фронта кристаллизации. Отношение периода структуры к радиусу кривизны отдельной ячейки равно числу π. По обе стороны порога вершина линии роста имеет клиновидную форму, а при переходе через порог наблюдаются бифуркативные ситуации, обусловленные тем, что ячейки являются промежуточной структурой между плоским фронтом и дендритами. Анализ выполнен для случая, когда малой величиной первого порядка малости является угол между нормалью и осью симметрии линии роста. В рамках такого приближения уравнение роста имеет вид уравнения Бюргерса. Известным в литературе точным решениям этого уравнения дана новая физическая интерпретация, позволившая рассмотреть следующие процессы: волна возмущения, вызванного разрывом кривизны; волна разрушения - предвестник расщепления вершины; излом - сильный разрыв угла заострения; опрокидывание линии роста - предвестник втягивания внутрь носика вершины. Выполнен сопоставительный анализ устойчивого и неустойчивого изломов линии роста. Обнаружено, что различия между затуплением вершины за изломом и опрокидыванием обусловлены именно направлением перехода через пороговое значение параметра неоднородности. Даны примеры расчетов, иллюстрирующие свойства скорости волн возмущения и разрушения.
Бесплатно
Эволюция системы "пленка (Ti)/(силумин) подложка",облученной импульсным электронным пучком
Статья научная
Обработка поверхности металлов электронным пучком представляет собой многогранный метод, включающий применение интенсивных импульсных электронных пучков для улучшения поверхностных свойств различных материалов в широком спектре. Обширные исследования показали, что использование этого подхода может привести к заметному снижению шероховатости и пористости поверхности, а также к заметному повышению прочности на растяжение и пластичности. Кроме того, было замечено, что обработанные образцы обладают улучшенными характеристиками, такими как твердость, износостойкость и коррозионные свойства, что подчеркивает эффективность электронно-пучковой обработки поверхности в материаловедении. В данной работе установлено, что облучение системы «пленка (Ti)/(силумин) подложка» приводит к трансформации как пленки титана, так и прилегающего слоя силумина с разной плотностью энергии, что оказывает различное влияние на структуру и состав. При обработке электронным пучком при плотности энергии 30 Дж/см2 титановая пленка и прилегающий слой силумина подвергаются полному растворению, в результате чего образуется сложная субмикронанокристаллическая структура, характеризующаяся присутствием частиц кремния, распределенных по границам зерен. Облучение электронным пучком системы «пленка (Ti)/(силумин) подложка» при разных плотностях энергии (10, 15, 30 Дж/см2) приводит к изменению морфологии поверхности, размера кристаллитов и фазового состава, а повышение плотности энергии приводит к плавлению пленки титана и прилегающего слоя силумина.
Бесплатно
Электрические свойства комплексов углеродной нанотрубки (7,7) с одиночными атомами Li, Na, S и Se
Статья научная
Приводятся теоретические оценки влияния малых концентраций (~1 ат. %) атомов Li, Na, S и Se на электрическое сопротивление углеродной нанотрубки с металлическим типом проводимости. Рассчитанные зависимости сопротивления от разности потенциалов демонстрируют малое изменение сопротивления нанотрубки при взаимодействии с атомами щелочного металла. При внедрении атомов халькогенов в полость нанотрубки ее сопротивление увеличивается на мало зависящую от напряжения величину, в то время как адсорбция на внешней поверхности приводит к заметному увеличению сопротивления, возрастающему с увеличением разности потенциалов.
Бесплатно
Электронные и магнитные свойства сплава Гейслера Mn2CrSn: первопринципные исследования
Статья научная
С помощью теории функционала плотности исследованы электронные и магнитные свойства стехиометрического сплава Гейслера Mn2CrSn в зависимости от приложенного давления. Показано, что в сплаве могут существовать два магнитных состояния с низким (LMS) и высоким (HMS) магнитным моментом при меньшем и большем объеме элементарной ячейки, разделенные энергетическим барьером. При приложении всестороннего давления 1 ГПа данные состояния вырождаются по энергии. Фаза LMS характеризуется полуметаллическим состоянием, тогда как фаза HMS обладает металлическими свойствами. Константы магнитного обменного взаимодействия, а также температура Кюри в фазе LMS принимают меньшие значения, чем в фазе HMS.
Бесплатно
Электрооптические свойства кристаллов молибдата гадолиния с примесью неодима
Статья научная
Представлены результаты исследования изменения диэлектрических свойств, тангенса потерь и доменной структуры кристаллов ГМО с примесью неодима под внешним воздействием на кристаллы. Определена зависимость положения границ доменов от действия электрического поля, которые образуют дифракционную решетку с переменным периодом.
Бесплатно
Эндоэдральные комплексы углеродных нанотрубок с литием при конечных температурах
Статья научная
Методами первопринципной молекулярной динамики моделируются строение и динамические свойства углеродных нанотрубок, содержащих в полости атомы лития, в диапазоне температур 100-700 К. Показано, что основные закономерности в строении таких комплексов, выявленные ранее при T = 0 K, сохраняются также и при всех рассмотренных температурах. Изучен характер движения внедренных атомов в зависимости от их концентрации и температуры. Предсказывается, что при малых концентрациях движение атомов лития становится инфинитным при температурах, превышающих комнатные. В отличие от этого случая, при концентрациях, превышающих порог кластерообразования, движение кластеров лития инфинитно даже при самых низких из рассмотренных температур.
Бесплатно
Энергоёмкость механического диспергирования
Статья научная
Измерено повышение температуры медного образца при трении с малой скоростью по абразиву. Установлено наступление теплового равновесия. Найдены: работа, совершенная против сил трения, и полученная образцом за то же самое время теплота. Обе величины имеют один порядок. Удельные их значения близки к энергии сублимации. Они сопоставлены с последней для шестнадцати исследованных металлов. Приведен возможный механизм, оправдывающий высокие энергетические затраты при диспергировании.
Бесплатно
Ядерная магнитная релаксация и неаффинная деформация в сшитых эластомерах
Статья научная
Проведен импульсный ЯМР-эксперимент и найдена зависимость второго момента М2 остаточного диполь-дипольного взаимодействия от степени растяжения Л сшитого эластомера. Теоретические зависимости М2(λ), построенные на основе традиционных предположений о том, что функция распределения расстояний между химическими сшивками является гауссовой, а деформация - аффинной, не совпадают с экспериментальными. Учет неаффиности деформации образца, являющейся следствием распределения густоты химических сшивок, и замена гауссовского распределения цепей на ланжевеновское позволили добиться полного совпадения теоретических и экспериментальных зависимостей второго момента от степени растяжения.
Бесплатно
