21 March

Пленарная сессия

11:40–12:00

Аннотация

Поведение геометрически сложных, состоящих из различных материалов, в том числе анизотропных композитов, конструкций при интенсивных динамических воздействиях представляет собой сложную задачу механики деформируемого твердого тела. Попытки проводить исследования аналитическими методами приводят к необходимости вводить упрощающие предположения, которые существенно искажают реальную картину. С учетом того, при ударных и импульсных нагрузках важную роль играют волновые процессы, то очевидно, что на первый план при решении такого рода задач выходит численное моделирование, которое надо проводить в полной трехмерной постановке. В работе представлены результаты, полученные с помощью авторского конечно-элементного вычислительного комплекса EFES, позволяющего проводить параллельные вычисления с высокой производительностью на геометрических объектах любой сложности.

12:00–12:20

Аннотация

Развитие теоретических моделей описания дисперсных сред, а также методов расчета их осредненных характеристик, таких как вязкость, теплопроводность, коэффициенты сопротивления, присоединенная масса и др. является одним из важнейших условий повышения эффективности технологических процессов и создания новых прорывных технологий [1−7]. Умение с достаточной точностью рассчитывать присоединенную массу дисперсных частиц особенно важно в акустических исследованиях дисперсных сред, когда главную роль играют инерционные эффекты [8−11].

Механика гетерогенных сред, адаптивных материалов, композитов и конструкций

Со-председатели подсекции механики гетерогенных сред, композитов и конструкций академик Васильев Валерий Витальевич и д.т.н. Лурье Сергей Альбертович; председатель секции Механика адаптивных материалов д.т.н. Мовчан Андрей Александрович
13:00–13:20

Аннотация

Предложен подход к определению управляющих параметров (фазовый состав, свойства фаз, внутренняя геометрия, характер межфазного взаимодействия), придающих материалу
заданные эффективные свойства или попадание их в заранее заданные интервалы.
На основе решения ограниченного числа прямых задач (задач моделирования), в которых определяют эффективные характеристики в пространстве состояний строят соответствующие поверхности отклика электрических, теплофизических и деформационно-прочностных характеристик на значения управляющих параметров. Анализ поверхностей позволяет определить, существует ли решение для выбранного диапазона заданных эффективных характеристик, и при его наличии конкретизировать область значений управляющих параметров. При необходимости обеспечить одновременное получение для материала как эффективных теплофизических, электрических так и деформационно-прочностных характеристик значения управляющих параметров находятся пересечением соответствующих областей.

13:20–13:40

Аннотация

Нахождение вероятного расположения частиц наполнителя разумно осуществлять, используя карты «рельефа наноуровня», «адгезионного отклонения» и «идентационной податливости». Экспериментальные данные позволили установить, что выделение расположения частиц по этим критериям приводит к несколько отличающимся областям рельефа. Тем не менее, можно выделить такие участки поверхности, в которых выполняются одновременно все три критерия. На них нами были определены значения параметров состояния эластомера по экспериментальным данным (возможное ограничение на толщину слоя эластомера, сила взаимодействия с зондом) и получена информация о точности измеренных величин.

13:40–14:00

Аннотация

Увеличение эксплуатационных давлений емкостей связано с увеличением толщины армирующего слоя, что приводит к необходимости применения толстостенных композитных оболочек. Одной из важнейших проблем получения толстостенных композитов является низкая трансверсальная прочность. В процессе получения толстостенных намоточных композитов значительно изменяются остаточные напряжения, которые могут послужить причиной появления дефектов в изделии. В работе исследуются условия получения гарантированно монолитных толстостенных намоточных изделий.

14:00–14:20

Аннотация

В докладе рассматривается задача определения эффективных электромеханических свойств композита со сферическими включениями в рамках градиентной теории пьезоупругости. Численное решение строится методом конечных элементов в трехмерной постановке. Для решения системы уравнений градиентной теории используется метод понижения порядка и вводятся промежуточные переменные для вторых производных от компонент вектора перемещений и потенциала электрического поля. Эффективные свойства определяются для периодических представительных фрагментов композитов, содержащих одно или несколько сферических включений. Рассматриваются материалы на основе полимерной матрицы, наполненные пьезоупругими частицами керамики PZT-7a. Показано, что предлагаемая модель прогнозирует неклассические распределения электрического поля, полей напряжений и деформаций вблизи ультрадисперсных включений. Показана возможность учета влияния размера включений и их агломерации на эффективные свойства пьезоупругих композитов.

14:20–14:40

Аннотация

При эксплуатации под нагрузкой в течение длительного времени в материале могут проявляться такие реологические эффекты как ползучесть и релаксация, что может приводить к длительному разрушению, поэтому важным является анализ закономерностей деформирования полимерных композиционных материалов с учетом фактора времени. В настоящей работе рассмотрены модели, применяющиеся для описания реологических эффектов, показаны их достоинства и недостатки. Предложена модель на основе матричных уравнений теории слоистых пластин и соотношений наследственного типа, позволяющая установить зависимость деформаций от времени при переменном во времени нагружении, выполнен расчет для углепластиков БМИ-3/3692 и КМУ-4Л. Показано хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных.

14:40–15:00

Аннотация

Термообработка цилиндрических заготовок из органоморфных углерод-углеродных композитов сопровождается выделением летучих газообразных продуктов. От того как обеспечивается вывод летучих из структуры образца во время термообработки зависят свойства получаемых изделий. Нежелательным практическим результатом такой термообработки оказывается либо выгорание цилиндрического каркаса, либо разделение цилиндра по высоте на несколько несвязанных цилиндров. В работе моделируется процесс самоудаления образующихся газов на этапе карбонизации из каркаса цилиндрической формы. Приводятся результаты расчетов на основе полученных экспериментальных данных.

15:20–15:40

Аннотация

Работа посвящена изучению напряженно-деформированного состояния двухслойной цилиндрической оболочки. Предполагается, что взаимодействие слоев осуществляется посредством контактного слоя.
Контактный слой будем считать трансверсально анизотропной упругой средой [1], с такими параметрами, что его можно представить в виде массива коротких упругих стерженьков-связей, не соприкасающихся между собой, ориентированных, для простоты, нормально к поверхности контакта.

15:40–16:00

Аннотация

Аннотация
Приводятся соотношения математической модели для исследования напряжённо-деформированного состояния конструктивно-анизотропных панелей из композиционных материалов. Уточняется математическая модель подкрепляющего элемента при закручивании в условиях одностороннего контакта с обшивкой. Учитывается влияние процесса технологии изготовления панелей: остаточных температурных напряжений и предварительного натяжения армирующих волокон. На основании вариационного принципа Лагранжа построены разрешающее уравнение восьмого порядка и естественные граничные условия. Рассматривается класс точных аналитических решений краевых задач в виде разложения по неортогональной системе обобщённых собственных функций с коэффициентами, определяемыми явно. В операционной среде MATLAB разработан пакет прикладных программ. Проанализировано влияние конструктивных параметров на уровень напряжений и перемещений.

16:00–16:20

Аннотация

Представлено комплексное исследование фильтрационных свойств полимерного волокнистого композита. Получены экспериментальные данные о вязкости используемого связующего. Представлена методика экспериментального определения объемного содержания фракций композита. Для исследования фильтрационных свойств использован многоуровневый подход, основанный на применении моделей вычислительной гидродинамики на трех масштабных уровнях: волокна, ткани и многослойной выкладки. Все численные модели реализованы в виде универсальных макросов CAE пакетов ANSYS CFX и ANSYS Fluent. Проведена верификация численного решения по данным эксперимента по пропитке композита под давлением.

16:20–16:40

Аннотация

АннотацияСогласно авиационным правилам, расчетом должно быть показано, что появление усталостных трещин от акустических нагрузок в любой детали конструкции самолета не является вероятным. В данной работе рассматривается звукопоглощающая конструкция мотогондолы авиационного двигателя. Звукопоглощающие конструкции мотогондолы авиационного двигателя в процессе эксплуатации подвержены воздействию гармонических нагрузок, как со стороны звуковой волны от авиационного двигателя, так и со стороны конструктивных элементов, с которыми они соединены. Таким образом, имеется необходимость построения методики определения динамических характеристик конструкции ЗПК под воздействием гармонической акустической осредненной нагрузки и моделирования динамических процессов без введения необоснованных и/или вынужденных упрощений, которая в дальнейшем будет использована для последующей оценки акустической, усталостной, вибродинамической прочности.

16:40–17:00

Аннотация

Представлены результаты экспериментального исследования вязкоупругих свойств эластомерных композитов, упрочненных частицами шунгита. Для описания вязкоупругого поведения исследуемого материала использованы соотношения теории наследственной ползучести. Экспериментальные кривые релаксации использованы для определения ядра релаксации и постоянных входящие в определяющие уравнения. Для описания кривых ползучести материала использована резольвента ядра релаксации. Показано, что принятые определяющие соотношения позволяют с удовлетворительной точностью описать ползучесть и релаксацию исследуемого композита.

17:00–17:20

Аннотация

В отличие от традиционного для акустоупругости рассмотрения, где влияние напряжений на параметры акустической волны изучается отдельно от влияния на них поврежденности материала, развиваются теоретические основы акустоупругости поврежденных материалов.

17:20–17:40

Аннотация

В работе анализируется идея использования пневмо надувных конструкций в условиях космоса. Такие конструкции компактны в сложенном состоянии и принимают заданную форму под воздействием давления газа. Оболочку конструкции предлагается сделать из композитных материалов на основе углеродных тканей и эпоксидных смол, препрега. Отверждение препрега должно идти только под действием высоких температур под действие солнечного излучения. После выхода на орбиту, конструкция распаковывается под действием давления газа и отверждается под действием солнца. В работе показано необходимое давления газа, температуры и времени для получения достаточной жесткости конструкции в виде цилиндра.

Высокоскоростной удар, распространение и взаимодействие волн в неоднородных средах и конструкциях и Проблемы горения и детонации сложных сред

Со-председатели секции Мягков Николай Николаевич и Левин Юрий Константинович
13:00–13:20

Аннотация

Проведено исследование вибрационного горения твердого биотоплива. Установлено, что при определенных условиях наблюдается значительное увеличение мощности акустического излучения. Подобные режимы вибрационного горения названы «экстремальными». Исследованы условия возникновения и устойчивого развития экстремального вибрационного горения. При возникновении экстремального режима температура пламени снижалась, а плотность теплового потока на стенке камеры горения увеличивалась вследствие турбулизации погранслоя. Разработаны рекомендации по сжиганию твердого биотоплива с улучшенными экологическими характеристиками выбросов и с повышенными показателями теплообменных параметров посредством организации экстремального режима вибрационного горения.

13:20–13:40

Аннотация

Под внешним энергетическим воздействием подразумевается создание: локальной области с повышенной температурой («тепловое»), либо электрического поля, действующего на заряды внутри пламени («силовое»). В работе рассмотрены оба варианта.
Для реализации «теплового» воздействия на горение применялось сфокусированное лазерное излучение. При реализации оптического пробоя стабилизация пламени происходит так же, как на механическом стабилизаторе, но при этом значительно расширяются пределы горения в сторону обеднения смеси и роста скорости потока. Воспламенение пропано-воздушной смеси сфокусированным излучением СО2-лазера без реализации пробоя происходило с задержкой воспламенения меньшей, чем по расчету при самовоспламенении от нагрева за счет поглощения излучения. Впервые с помощью лазерной искры осуществлено воспламенение метано-воздушной смеси, истекающей со сверхзвуковой скоростью.
На углеводородных топливах (метан, пропан) проведены исследования влияния слабого электрического поля на горение. Изучалось воздействие поля на гомогенные и диффузионные пламена. В диффузионном факеле основные изменения происходят в процессах смешения. Для бедных гомогенных пламен действие электрических сил, ведет к перераспределению в балансе тепломассопереноса, вызывая растяжение либо сжатие фронта горения.
Полученные данные свидетельствуют о возможности эффективного управления процессами горения с помощью внешних энергетических воздействий, создавая условия, при которых в продуктах сгорания понижается уровень вредных веществ.

13:40–14:00

Аннотация

В научной литературе зачастую расчет железобетонных конструкций ограничивается случаем простейших форм сечений стержней и простейших условий нагружения и закрепления. Не учитываются современные технологические возможности создания гибких множеств гибридных слоистых армированных конструкций, в которых в сечении послойно могут быть реализованы разные марки бетонов, армирующих элементов и структур армирования. В данной работе на основе идей модели идеально-пластических рассмотрена задача предельного равновесия и динамического деформирования произвольных армированных стержней на основе бетонов.

14:00–14:20

Аннотация

Выполнен анализ повреждений свидетелей (толстых алюминиевых плит) облаком фрагментов, образующимся при разрушении сферических алюминиевых ударников при пробивании тонких сплошных алюминиевых и стальных сеточных преград при скоростях соударения до 7 км/с. Всего описано четыре эксперимента. Найдены интегральные распределения объемов кратеров по поверхности свидетеля. Анализ данных показал, что распределение по объемам аппроксимируется распределением Вейбулла и с учётом дополнительных эмпирических закономерностей даёт возможность построить распределение фрагментов по кинетическим энергиям.

14:20–14:40

Аннотация

Авторы: Головешкин В.А. — Московский технологический университет, ИПРИМ РАН, Мягков Н.Н.- ИПРИМ РАН, Юшманова О. О — ИВП РАН.
Предлагается модель проникания жесткого ударника в деформируемую преграду в плоской постановке. Для описания свойств материала преграды используется идеально пластическая модель. Получены соотношения, которые позволяют исследовать изменения угла эжекции в зависимости от глубины проникания ударника

14:40–15:00

Аннотация

Аннотация
Построенная ранее термодинамическая теория адсорбции из жидкости на твердой поверхности с учетом ее деформации и наличия поверхностного заряда используется для определения диапазона объемной концентрации адсорбата, где реализуется эффект Ребиндера

Аэро-, гидромеханика, реология структурно-сложных сред

Председатель секции д.ф.-м.н. Бошенятов Борис Владимирович
15:40–16:00

Аннотация

Пористые среды, встречающиеся в природе и некоторых технологических процессах, часто имеют многомасштабную иерархическую структуру. Конфигурация, когда пространство между непроницаемыми твердыми зернами заполнено пористой средой с зернами много меньшего размера, является одной из возможных. В случаях, когда пористая матрица достаточно разрежена и характеризуется высокой проницаемостью, вязкие пограничные слои вблизи поверхности зерен могут занимать значительную долю межзеренного пространства. Описание течения с помощью закона Дарси, предполагающее, что собственные вязкие напряжения в несущей фазе пренебрежимо малы по сравнению с межфазной силой, в данной ситуации не адекватно.
В работе рассматривается медленная безынерционная трехмерная установившаяся фильтрация жидкости в композиционной среде, состоящей из разреженной проницаемой матрицы и твердых сферических включений, расположенных в узлах периодической решетки. Течение описывается уравнениями Бринкмана. Получены фундаментальные решения для давления и скорости, явно учитывающие периодичность течения. Задача сведена к решению интегрального уравнения относительно распределения силы, действующей на единичную площадку по поверхности включения, численные решения которого для полного диапазона определяющих параметров и трех типов кубических решеток были получены методом Галеркина.

16:00–16:20

Аннотация

Моделирование взаимодействия аэрозольных течений с твердым телом представляет большой практический интерес, в частности в проблеме обледенения. Основные задачи работы состоят в разработке программного пакета, позволяющего моделировать удар кристаллов о твердое тело на молекулярном уровне и рекомендации по подбору материала в целях управления взаимодействием жидкости, газа и плазмы с твердым телом. Алгоритм моделирования дисперсных систем на молекулярном уровне может быть использован для тестирования упрощенных моделей динамики соответствующих течений. Программный комплекс позволяет исследовать структуру пограничного слоя на основании молекулярно-динамического моделирования, выбирать потенциалы парного межмолекулярного взаимодействии, численные схемы интегрирования уравнений динамики молекул и управлять граничными условиями. Разработанные алгоритмы и соответствующие программы позволяют использовать различные модели взаимодействия молекул с поверхностью твердого тела. Методом молекулярной динамики путем осреднения по ячейкам пространства получены анимации обтекания рельефной химически активной поверхности твердого тела. Управление характеристиками двухфазного пограничного слоя осуществляется путем изменения рельефа поверхности и подбора материала обтекаемого тела. Одна из задач разрабатываемых алгоритмов, методов и подходов заключается в подборе материалов с соответствующим рельефом, который будет обладать заданными свойствами без проведения дорогостоящих экспериментов и технологических процессов.
Представлены результаты моделирования методом молекулярной динамики взаимодействия переохлаждённых капель воды с рельефным твердым телом в пограничном слое воздуха. Приведены результаты тестирования различных схем интегрирования уравнений динамики молекул. Приведены расчеты ударов кубических и гексагональных нанокристаллов льда о поверхность твердого тела, обладающей различной степенью гидрофобности. Развитый алгоритм позволяет моделировать упругие свойства твердых тел при их взаимодействии с обтекаемым телом в потоке воздуха. Методами квантовой химии с помощью пакета Gaussian получены потенциалы взаимодействия молекул воды с различными атомами твердого тела. Построена математическая модель диссипативной динамики хаоса несферических кристаллов льда в неоднородном газе. Представлены результаты анимации неравновесной динамики хаоса несферических частиц в потоке газа вблизи твердого тела. В докладе будет представлены численные оценки применимости подхода [5] моделированию движения множества несферических частиц в газовом потоке.
Получены интерполяции экспериментальных исследований особенностей кристаллизации переохлажденной метастабильной жидкости, видеосъемка и телевизионная съемка соответствующих процессов. На основании проведенных экспериментов получены оценки излучения, которое может сопровождать движение фронта кристаллизации в переохлажденной воде в зависимости от температуры переохлаждения. Экспериментально подтвержден обнаруженный ранее эффект накопления необходимой для кристаллизации кинетической энергии удара переохлажденной жидкости о твердую поверхность. Построена статистическая диаграмма (рис), показывающая вероятность кристаллизации метастабильной жидкости в зависимости от интенсивности и количества механических воздействий. Эффект может быть объяснен наличием по меньшей мере трех минимумов потенциальной энергии многочастичного межмолекулярного взаимодействия.
Работа выполнена за счет гранта РНФ, проект № 16−19−10 472

Литература:
[1] Амелюшкин И.А., Стасенко А.Л. Взаимодействие нанокапель аэрозольного потока с твердым телом // Наноструктуры. Математическая физика и моделирование 2016. — Т. 14. — № 2. — С. 5−23.
[2] Nikolai V. Priezjev Molecular dynamics of oscillatory Couette flows with slip boundary conditions // Microfluid Nanofluid. — 2013. V. 14. — P. 255−233.
[3] Tiezheng Qian, Xiao-Ping Wang Driven cavity flow: from molecular dynamics to continuum hydrodynamics // Multiscale mode. Simul. — 2005 Society for Industrial and Applied Mathematics. — Vol. 3, No. 4, pp. 749−763.
[4] Werder T., Walther J.H., Jaffe R.L., Halicioglu T., Koumoutsakos P. On the Water-Carbon Interaction for Use in Molecular Dynamics Simulations of Graphite and Carbon Nanotubes // J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1345−1352
[5] Амелюшкин И.А., Стасенко А.Л. Взаимодействие потока газа, несущего несферические микрочастицы, с поперечным цилиндром // Инженерно-физический журнал. — 2018. — Т. 91. № 3.

16:40–17:00

Аннотация

Аннотация
Дается анализ мировых и «локальных открытий» крупных вихрей: Да Винчи, Пушкина, Лермонтова, Рейнольдса, Маха, Таунсенда, Хинце, Корзина, Сполдинга, Тейлора, Кельвина-Гельмгольца, Михалке, Бенара, Бошенятова и др. без и с их локальной турбулентностью лорда Кельвина, Ричардсона, Колмогорова, Обухова, Ландау и без современных компьютерных программ «крупно вихревой симуляции».
Предлагается новая теплоаэрогазодинамическая схема «одностенного» гиперзвукового прямоточного ВРД с активно обнуленным внешним сопротивлением трения (при перпендикулярном вдуве паров аблирующего энергоматериала оболочки) и активно обнуленного лобового ударно-волнового сопротивления кормовым тепловым конусом факела пламени гиперзвукового горения. Для этой схемы решены две разновидности прикладной задачи вихревой механики: с ламинарным и вихревым (по старому — «турбулентным») подслоем вдува.

17:00–17:20

Аннотация

Представлены новые результаты исследований проблемы взаимодействия волн цунами с подводными преградами, проводимых в гидродинамическом лотке Института прикладной механики. Исследовано взаимодействие волны цунами с подводным барьером конечной толщины. При этом изменялась только толщина преграды D, начальная глубина воды в гидродинамическом лотке (Н = 0.103 м), параметры падающей на преграду волны (высота, А = 0.007 м, длина λ = 3 м) и высота преграды (h = 0.095 м) оставались неизменными и соответствовали условиям интенсивного вихреобразования вблизи тонкой преграды: параметр нелинейности — А/Н = 0.068, параметр преграды — h / (Н+А) = 0.864. Моделирование экспериментов производилось на основе численного решения (методом VOF) полных двумерных уравнений Навье-Стокса, при соответствующих граничных условиях на жестких стенках и свободной поверхности.