Строение материи

Автором разработан асимптотический метод исследования кинетики образования компактных объектов с сильными внутренними связями, основанный на соотношении неопределенностей для координаты и импульса в пространстве размеров объектов - кластеров с выраженными коллективными квантовыми свойствами, обусловленными обменными взаимодействиями различной физической природы, зависящей от пространственных масштабов рассматриваемых процессов. Предлагаемый феноменологический подход "создан" по аналогии с общеизвестными представлениями о когерентных состояниях квантово-механических систем осцилляторов, для которых произведение неопределенностей (дисперсий) координаты и импульса принимает минимально возможное в рамках соотношения неопределенностей значение.

В сборнике представлены работы по вопросам физики элементарных частиц в плоском и искривленном пространстве-времени.

В монографии изложен аналитический метод решения уравнения Дирака для систем с кулоновским взаимодействием. Возможности метода иллюстрируются на примере расчета свойств ионов трансурановых элементов.

Проведено экспериментальное и численное исследование конструкций, применяемых для защиты от поражающего действия пулевыми и осколочными элементами. Среди них особое место занимают разнесенные конструкции, в которых промежуток между слоями заполнен либо воздухом, либо различными легкими материалами с хорошими демпфирующими, диссипативными и теплофизическими свойствами. Результаты численного моделирования фрагмента разнесенной защиты хорошо соответствуют экспериментальным данным как по остаточным формам, так и по величине прогибов

На основе описания движения одиночной поры предложена модель откольного разрушения и компактирования поврежденной среды. Модель учитывает прочностные свойства, влияние давления, поверхностного натяжения и вязкости материалов, а также силы инерции. Представлены уравнения, описывающие динамику роста и схлопывания пор. Предложенную модель можно использовать для расчета откольного разрушения и компактирования жидкостей, атакжеметаллов, находящихся как в твердом, так и в жидком (расплавленном) состоянии

Построена математическая модель описания макроразрушенияя сталей и сплавов для простых процессов гармонического нагружения. Гипотеза учитывает основные закономерности развития макроразрушения металлов при сложном напряженном состоянии, установленные экспеериментально-теоретически

Проведен расчет температурного поля трибосистемы тормозной диск − колодка. Для расчета температурного поля использован метод конечного элемента с применением современного компьютерного пакета. Основное внимание уделено наличию каналов в структуре диска. Проанализировано влияние величины каналов на тормозящий момент и степень прогрева системы. Предложена аппроксимация функции температуры системы по времени

Изложен новый способ построения определяющих соотношений упругого материала при больших деформациях, который можно назвать механико-геометрическим моделированием. Этот способ существенно отличается от распространенного формально-аналитического метода, основанного на полиномиальной аппроксимации удельной энергии как функции тензора деформации. Предложенный подход применен к построению конкретной модели изотропного нелинейно-упругого материала. Проведен анализ свойств полученной потенциальной энергии деформации материала

На основании гипотезы Бейли о связи деформационного упрочнения с упругой энергией дефектов кристаллической решетки предлагается энергетическая модель сдвиговой прочности, учитывающая величину и скорость пластической деформации, а также разупрочнение, связанное с температурным отжигом и аннигиляцией дислокаций. Предполагается, что накопление упругой энергии дефектов определяется пластической работой, совершаемой при деформации. Предложенная модель вполне адекватно согласуется с имеющимися экспериментальными данными для меди до P = 70ГПа, для алюминия до P = 10ГПа, для тантала до P = 20ГПа

Представлены определяющие соотношения пяти металлов ! алюминиевого сплава АМг6, бериллия, меди М1, тантала марки ТВЧ, природного урана. Для расчетов девиаторной составляющей сдвигового напряжения используется феноменологическая упругопластическая релаксационная модель. Шаровая составляющая тензора напряжений выражается уравнением состояния в форме Ми!Грюнайзена. Зависимость температуры плавления от плотности определяется на основе уравнения Линдемана. Модель учитывает деформационное и компрессионное упрочнение, термическое разупрочнение, влияние скорости деформирования, переход от скольжения к двойникованию при высокоскоростном деформировании, а также описывает релаксацию упругого напряжения. Параметрическая идентификация уравнений проведена на основе большого числа экспериментов.

Выполнен полный цикл работы по исследованию откольного разрушения и компактирования медных образцов, включающий проведение экспериментов и металлографический анализ сохраненных образцов, проведение численных модельных расчетов и сравнение результатов численного моделирования и опытных данных

Получены и проанализированы соотношения, связывающие групповую скорость и скорость переноса энергии сдвиговой волны, распространяющейся в нелинейном градиентно-упругом материале

Выполнен полный цикл работы по исследованию откольного разрушения и компактирования латуни Л63, включающий проведение экспериментов и металлографический анализ сохраненных образцов

На примере латуни рассмотрен экспериментально-расчетный метод исследования откольного разрушения и компактирования, который позволяет дать количественные оценки параметров моделей откольного разрушения и компактирования металлов

Рассмотрены проблемы, возникающие при численной реализации моделей вязкоупругопластичности. В данном классе моделей в качестве вязкого элемента выбрана неньютонова среда. Для таких сред коэффициент вязкости зависит не только от термодинамических параметров, но и от приведенной скорости сдвиговых деформаций. Предпринята попытка ответить на вопрос, насколько произвольной может быть эта зависимость

Предложена модель компактирования поврежденной среды, основанная на описании схлопывания одиночной поры с учетом упругопластических свойств среды. Для описания схождения пор, распределенных по объему вещества, рассматривается движение одной сферической ячейки в идеально-пластической несжимаемой среде. В этом приближении получено аналитическое решение для зависимости интегральной поврежденности от давления, сдвиговой прочности и начальной поврежденности

Рассматриваются метод и алгоритм идентификации теплофизических свойств материалов при неоднородном нагреве по результатам эксперимента. Предлагается определять неизвестные характеристики материала из решения обратной задачи теплопроводности. Предлагаемый подход позволяет определять указанные параметры в условиях существенной неоднородности поля температур

Представлены определяющие соотношения пяти металлов – алюминиевый сплав АМг6, бериллий, медь М1, тантал марки ТВЧ, природный уран. Для расчетов девиаторной составляющей сдвигового напряжения используется феноменологическая упругопластическая релаксационная модель. Шаровая составляющая тензора напряжений выражается уравнением состояния в форме Ми – Грюнайзена. Зависимость температуры плавления от плотности определяется на основе уравнения Линдемана. Модель учитывает деформационное и компрессионное упрочнение, термическое разупрочнение, сложное влияние скорости деформирования на предел текучести, т. е. в неявном виде переход от скольжения к двойникованию при высокоскоростном деформировании, а также описывает релаксацию упругого напряжения. Параметрическая идентификация уравнений проведена на основе большого числа экспериментов

Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных в области низких энергий по реакциям взаимодействия изотопов водорода и гелия с дейтронами и тритонами. При уменьшении энергии налетающих частиц до нескольких килоэлектронвольт наблюдается резкое увеличение значений астрофизического фактора S(E), что свидетельствует о наличии эффекта электронного экранирования Приведены значения потенциалов электронного экранирования и коэффициенты усиления для основных термоядерных реакций. Учет эффекта электронного экранирования важен при расчетах, проводимых в астрофизической области исследования и при проектировании различных термоядерных установок.

Компактирование дефектов, образующихся в результате действия импульсных растягивающих напряжений, в настоящее время исследовано недостаточно. Часто в расчетах используются упрощенные математические модели, не отражающие всех эффектов, происходящих при закрытии пор. В данной статье предложена модель компактирования поврежденной среды, основанная на описании схлопывания одиночной поры с учетом упругопластических свойств среды. Для описания схождения пор, распределенных по объему вещества, рассматривалось движение одной сферической ячейки в идеально-пластической несжимаемой среде. В этом приближении получено аналитическое решение для зависимости интегральной поврежденности от давления, сдвиговой прочности и начальной поврежденности Получены уравнения, описывающие кинетику компактирования для случая произвольной зависимости давления от времени и переменного предела текучести.

На примере алюминия рассмотрены варианты постановки экспериментов, в которых предварительно разрушенные образцы (опыты на откольное разрушение) в дальнейшем компактируются во второй серии ударных экспериментов. По результатам экспериментально-расчетного исследования и металлографического анализа сохраненных в опытах образцов определено значение давления компактирования алюминия, которое составило ≈2 ГПа

В статье теоретически исследованы эффекты влияния внешнего продольного электрического поля на оптические свойства квантовой проволоки с одномерной сверхрешеткой из потенциалов нулевого радиуса, которая моделирует регулярную цепочку D0-центров, расположенных вдоль оси квантовой проволоки. Показано, что с ростом величины внешнего электрического поля ширина примесной зоны увеличивается за счет увеличения степени перекрытия одноцентровых волновых функций. Найдено, что фотоионизационный спектр для квантовой проволоки с примесной зоной представляет собой отдельные полосы, промежутки между которыми заполнены осцилляциями, обусловленными интерференцией амплитуд вероятностей оптических переходов

Исследована краевая задача теории упругости для цилиндра с цилиндрическими полостями, образующими гексагональную структуру. Решение строится в виде суперпозиции точных базисных решений уравнения Ламе для цилиндра в системах координат, отнесенных к центрам поверхностей тела. Граничные условия задачи удовлетворяются точно с помощью обобщенного метода Фурье. Задача сведена к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений с фредгольмовым оператором в пространстве l2. Разрешающая система решена численно методом редукции. Проведен численный анализ напряжений в областях их наибольшей концентрации

С использованием соотношений Рамберга — Осгуда выполнен теоретический анализ последействия в задаче об изгибе узкой прямоугольной пластины из упрочняющегося материала, толщина которой не более 5 мм, длина значительно больше толщины. С использованием уравнений теории упругости и деформационной теории пластичности, а также критериев текучести Треска и Мизеса получено выражение для коэффициента последействия (упругого восстановления), зависящего от отношения предела текучести к модулю Юнга, коэффициента Пуассона, показателя упрочнения и толщины пластины

Проведено исследование крутильных и продольно-изгибных колебаний ортотропных гофрированных оболочек. С использованием гипотез Кирхгофа — Лява получены соотношения, включающие уравнения движения в усилиях и моментах и соотношения закона Гука. Для оболочек с жесткозащемленными торцами приводятся результаты исследования влияния геометрических параметров оболочки (амплитуды гофра и его длины) на величину собственных частот и формы собственных колебаний. Установлено, что при крутильных колебаниях увеличение амплитуды гофра, как и увеличение количества гофров, приводит к уменьшению значений резонансных частот. В случае крутильных и продольно-изгибных колебаний исследовано влияние амплитуды гофра на формы собственных колебаний

Рассмотрено влияние температурного поля на деформирование трехслойного упругого стержня со сжимаемым заполнителем. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета приняты гипотезы ломаной нормали: в тонких несущих слоях справедливы гипотезы Бернулли; в сжимаемом по толщине заполнителе выполняется гипотеза Тимошенко. Учитывается работа заполнителя в тангенциальном направлении. Уравнения равновесия получены вариационным методом. Предложена методика решения соответствующих краевых задач. Получены аналитические решения в перемещениях и проведен их численный анализ

Рассмотрены вопросы исследования роторно-наклонного механизма методом конечных элементов и его рациональная конструкция для разработки грунтов повышенной прочности и повышения надежности самого механизма

Проведено сравнение микроморфологической структуры и получено статистически значимое распределение по размерам микрофибрилл растительной и бактериальной целлюлозы. Морфологические особенности структуры микрофибрилл определяли с применением сканирующего электронного микроскопа Sigma VP ZEISS и атомно-силового микроскопа Multimod 8 Bruker. Информативность снимков с наименьшей степенью деформации микрофибрилл была достигнута за счет скалывания образца древесины, что позволило визуализировать отдельные фибриллы или их пучки. Для раскрытия лигногемицеллюлозной матрицы, искажающей изображение микрофибрилл древесины на снимках, применен гидролиз гемицеллюлоз путем кратковременного нагрева древесины в воде до температуры 235 °С. Снимки бактериальной целлюлозы получены без предварительной пробоподготовки образцов. Показано, что поперечные размеры микрофибрилл не зависят от слоя клеточной стенки, в котором они локализованы, и практически одинаковы для древесных и травянистых однолетних растений (при среднем значении 27 нм для можжевельника). Поперечный размер микрофибрилл бактериальной целлюлозы в среднем составил 34 нм при отсутствии строгой ориентации элементов надмолекулярной структуры, что характерно и для одной из основных структурных частей клеточной стенки растений – первичной стенки. Бимодальный характер кривой распределения размеров микрофибрилл бактериальной целлюлозы показывает способность микрофибрилл к параллельной укладке. Учитывая статистически близкое распределение размеров микрофибрилл целлюлозы растительного и бактериального происхождений, а также аналогичное кристаллическое строение образцов, можно предположить наличие идентичных этапов биосинтеза слоя S2 в растениях и бактериальной целлюлозе.

Статья посвящена анализу композитных сетчатых оболочек, образованных системами спиральных ребер. Рассмотрено деформирование ячейки сетчатой оболочки, состоящей из спиральных ребер, при растяжении и сдвиге и определены коэффициенты жесткости сетчатой структуры, которые могут быть использованы при расчете сетчатых оболочек на основе континуальной модели. Проведено сравнение полученных результатов с результатами конечно-элементного анализа и эксперимента. Обсуждаются возможные практические приложения композитных сетчатых конструкций, состоящих из композитных спиральных ребер

Однослойные графеновые трубки диаметром 0.5-3 мкм, длиной более 1000 мкм были синтезированы в результате термостабилизации и последующей карбонизации мелкодисперсного порошка полиакрилонитрила. Строение и размеры трубок исследованы методом сканирующей электронной микроскопии, двумерная графеновая структура стенок трубок подтверждена методом рентгеновской дифракции

С использованием вариационного подхода для композита с анизотропными включениями пластинчатой формы установлены двусторонние границы возможных значений объемного модуля упругости и модуля сдвига. Построена математическая модель, описывающая взаимодействие включений и частиц матрицы с изотропной линейно упругой средой, модули упругости которой подлежат определению как искомые характеристики рассматриваемого композита. С использованием этой модели методом самосогласования получены расчетные зависимости, позволяющие прогнозировать упругие свойства композитов, армированных анизотропными пластинчатыми включениями (в том числе в виде наноструктурных элементов)

Строится общее решение уравнений уточненной теории Миндлина. Уточнение заключается в том, что тензор модулей шестого ранга содержит не одиннадцать модулей, как в классической теории Миндлина, а только семь. Ранее было доказано, что такое сокращение неклассических модулей определяется выполнением требования положительной определенности потенциальной энергии. Построенное решение для перемещений представлено в виде суперпозиции трех векторных полей: поля классических перемещений и двух полей когезионных перемещений, которые можно трактовать как неклассические поправки в теории Миндлина к классическому решению для перемещений. Поля когезионных перемещений удовлетворяют обобщенным бигармоническим уравнениям, которые можно представить как произведения двух разных операторов Гельмгольца. В отличие от теории Тупина, в которой поле когезионных перемещений одно, в уточненной теории Миндлина таких когезионных полей два, и они могут быть комплексно-сопряженными. Это приводит к возможности описания качественно иных полей перемещений, чем в классической теории упругости или градиентной теории Тупина. Кроме того, построено решение для поля несовместной дисторсии, которое наряду с фундаментальными функциями, входящими в выражения для перемещений, содержит три дополнительных фундаментальных решения. Эти фундаментальные решения нельзя представить в виде вектора, так как они имеют разную тензорную природу и ранги. Одно решение является псевдоскаляром и определяет потенциальную часть векторного поля спинов (несовместных поворотов). Два других фундаментальных решения определяются независимыми компонентами тензора-девиатора несовместных дисторсий, на который наложено дополнительное требование равенства нулю его дивергенции.

Представлены результаты численного конечно-элементного моделирования процессов микроразрушения полимерных материалов, наполненных микросферами. Моделирование осуществляется на основе конечно-элементного решения локальных задач на ячейке периодичности для сред с повреждаемостью, постановка которых обусловлена применением метода асимптотического осреднения периодических структур. Проведен детальный анализ полей тензоров концентрации напряжений в матрице и наполнителях. В качестве критерия прочности матрицы и микросфер использован модифицированный критерий прочности Писаренко-Лебедева. Проведено численное исследование процесса последовательного микроразрушения сферопластика вплоть до полного его разрушения. Проведено экспериментальное исследование упругих и прочностных характеристик эпоксидных сферопластиков, которое показало, что результаты численного моделирования обеспечивают достаточно высокую точность прогноза эффективных упруго-прочностных свойств композитов

Показана возможность теоретического определения упругих характеристик нанокомпозитов и их компонентов на примере композиции Ni–углеродная нанотрубка. Получено удовлетворительное соответствие расчетов и результатов эксперимента. Разработанный метод можно использовать для компьютерного моделирования моно- и поликристаллических материалов в условиях отсутствия экспериментальных данных

В рамках кластерной теории вещества рассматриваются процессы самоорганизации димерных структур в конденсированных средах, которые становятся центрами формирования кластеров в веществе. Получены математические соотношения для расчета конфигурационных и энергетических характеристик димеров: равновесного расстояния между центрами масс частиц в конфигурации димеров, энтальпии образования димерной конфигурации и соответствующих частот в ИК-спектрах жидкостей. Приводятся предполагаемые схемы образования димерных конфигураций для молекул бензола, воды и некоторых парафинов; таблицы с расчетами главных моментов инерции и энтальпии образования димеров.

Для трансверсально-анизотропных оболочек теория Кирхгофа—Лява не позволяет учесть анизотропные свойства материала, поэтому вводится уточненная итерационная теория [1], что значительно усложняет расчет оболочек с использованием общих уравнений. В работе выписывается полная энергия оболочки через деформации, определенные по уточненной теории. В качестве примера использования этого функционала и выбора допустимых перемещений приводится пологая сферическая оболочка

Для однородного консольного стержня постоянного сечения, находящегося под действием распределенной нагрузки и сосредоточенных сил, в пространстве параметров внешних воздействий найдена кривая, определяющая границу области квазистатического процесса. При пересечении ее траекторией нагружения, происходит смена вида квазистатического процесса. Исследования проводились на основе вариационного метода

В статье исследуется поперечный удар твердого тела посредством упругого буфера по круговому сектору сферической оболочки. Динамическое поведение мишени описывается безмоментными уравнениями движения, которые решаются с помощью лучевого метода, с точностью до постоянных интегрирования, определяемых при сращивании решений для мишени, контактной области и ударника на границе контактного диска. В работе учитывается распространения продольных волн, влияющих на деформацию мишени вне области контакта. Получены компактные аналитические выражения для контактной силы и динамического прогиба. Проведенные численные исследования и представленные графики позволяют сделать заключение о влиянии параметров конструкции на динамические характеристики взаимодействия

В работе рассматривается поперечный удар вязкоупругого тела с вязкоупругой изотропной пластинкой, динамическое поведение которой описывается уравнениями, учитывающими инерцию вращения нормали к срединной поверхности и деформации поперечного сдвига нормального сечения пластинки. В качестве метода решения применяется лучевой метод, основанный на лучевых рядах и условиях совместности, а также метод сращивания асимптотических разложений, полученных для малых времен в зоне контакта и вне ее. Получены простые и компактные аналитические выражения для контактной силы. Проведенные численные исследования позволяют сделать заключение о влиянии параметров конструкции, в том числе отвечающих за вязкоупругие свойства контактирующих тел, на динамические характеристики взаимодействия

В работе рассматриваются уравнения состояния сплошной среды для случая двойственного равновесия, которое реализуется в теории материальных сил. В статье обсуждается возможность распространения метода материальных сил на модель хрупкого разрушения упругопластического континуума в рамках синтетической теории прочности. Приведены соотношения квазистатического равновесия континуума, подверженного действию материальных поверхностных и объемных сил

Работа посвящена аналитическому исследованию состояния сложного нагружения упругопластического тела. Получены определяющие уравнения в случае ортогонального догружения и соответствующие дифференциальные уравнения характеристик

В работе рассматривается проблема определения поля перемещений в задаче Л.Галина с привлечением основных положений синтетической теории прочности. Показана возможность реализации линий сингулярностей поля деформаций в пластической области. Приведены результаты численного решения задачи о несимметричном растяжении пластины с круговым отверстием упругопластического материала, обладающего свойствами хрупкого разрушения

В краткой форме представлены последние достижения ученых в данной области механики деформируемого твердого тела

Проблема лазерной стабилизации поворотных изомеров в динамической смеси молекул проанализирована в рамках классической механики на примере молекулы дихлорэтана C2H4Cl2. Показано, что наряду с ориентацией молекулярных осей вдоль направления поляризации излучения, происходит лазер-индуцированное вращение групп CH2Cl вокруг оси связи C–C. В результате, в лазерном поле с интенсивностью, превышающей 1012 W/cm2, возникает новая устойчивая форма дихлорэтана, соответствующая конформационному углу 107o.

Рассматривается один из способов уменьшения термомеханических напряжений при обработке образца балочного типа по боковой поверхности и тонкого диска по центральному круговому отверстию лазерным лучом. Получены аналитические выражения температуры в обоих случаях. Решены задачи по определению температурных напряжений при нагреве образцов с учетом теплообмена на их поверхностях. Проведено сравнение решений при наличии теплообмена и в его отсутствие. Показано, что для подавления разрушения нагреваемых образцов можно использовать обдув боковой поверхности

Аналитически изучены общие качественные свойства семейств основных квазистатических кривых (ползучести, релаксации, деформирования и др.), порожденных одномерным нелинейным определяющим соотношением типа Максвелла.

Проблема формализации упругой линии тонкой стальной полосы большой гибкости возникла в процессе исcледования упругих элементов с нелинейной характеристикой для применения в различного рода демпфирующих устройствах подвесок транспортных средств. Такие упругие стержни испытывают большие перемещения при работе материала в пределах упругости, в частности при осевом нагружении в закритической области, когда осевая нагрузка превышает эйлерову силу. Используемый для анализа метод эллиптических параметров показал не только высокую корреляцию с экспериментальными данными, но и предпочтительность в процессе формализации деформации упругой линии

Рассмотрены три способа учета неопорных шарнирных соединений, используемых при прочностных расчетах рамных конструкций методом конечных элементов в форме метода перемещений. На конкретном числовом примере подробно показаны особенности программной реализации для каждого способа. Установлено, что наибольшей универсальностью и вычислительной эффективностью обладает способ объединения степеней свободы одного направления в смежных узлах модели

Значительное внимание при исследовании динамического взаимодействия деталей машин и механизмов уделяется расчету температур в областях их контакта. Большие поля температур могут приводить к снижению работоспособности элементов конструкций и даже к их разрушению. Основной вклад в температурные поля в таких конструкциях вносит трение в области контакта. Из-за вида динамических нагрузок и сложности геометрии конструкции невозможно применение аналитических методов при решении подобных задач. Эффективным методом для анализа в таких случаях является метод конечных элементов. В представляемой статье на его основе рассматривается нестационарная динамическая контактная задача термоупругости для подшипника скольжения с учетом тепловыделения от трения

Рассмотрена многопролётная балка, несущая сосредоточенные массы на гибких упругих опорах при наличии демпфирования и учёте инерции вращения масс. Вынужденные колебания описываются системой дифференциальных уравнений в частных производных гиперболического типа и двумя системами обыкновенных дифференциальных уравнений. При кинематически возбуждаемых гармонических и случайных колебаниях найдены функции перемещений, формы распределения амплитуд вдоль пространственных координат, спектральная плотность и дисперсия отклонений