Строение материи

Учебно-методическое пособие содержит указания по проведению лабораторных работ по физике рентгеновского излучения с использованием рентгеновской установки PHYWE X-ray XR 4.0. Пособие предназначено для студентов физико-математического факультета, обучающихся по направлению 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки), Математика и Физика. Может быть использовано студентами при изучении курсов «Общая физика» и «Теоретическая физика», преподавателями при подготовке и проведении занятий.

Практикум состоит из двух частей. Во второй части приведены лабораторные работы по изучению инструментов для подготовки и проведения инженерного анализа объектов с контролируемой микроструктурой композитных конструкционных материалов.

Фронтальный рост тел часто сопровождается изменением фазового состояния вещества, приводящего к превращению свойств и плотности, что в свою очередь приводит к возникновению или изменению напряженно-деформированного состояния растущего тела. Примеры тому: твердение больших металлических отливок, выращивание и твердение бетонных изделий и зданий, аддитивные технологии, намоточные толстостенные изделия из армированных анизотропных полимеров, выращивание кристаллов и многоцентровое отверждение (например поликристаллы), растущая кора и развитие планет при действии гравитации, рост скелетов живых организмов и т.п. В книге применяется теория в двух вариантах (дискретная и континуальная), в компетенции которых входят указанные выше практически важные проблемы. Эти теории способны описать кинетику НДС указанных разнообразных фронтально растущих твердых растущих тел, включая при необходимости гравитационное сжатие и разрушение атома.

Практикум состоит из двух частей. В первой части приведены лабораторные работы по изучению инструментов подготовки и построения расчетных моделей, используемых при проведении анализа объектов с контролируемой микроструктурой композитных конструкционных материалов.

В учебном пособии излагаются основы метода молекулярной динамики, являющегося одним из эффективных методов при моделировании физических процессов. Учебное пособие предназначено для подготовки бакалавров по направлению 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств». Пособие рекомендовано для студентов, обучающихся по данному направлению, а также для специалистов в области конструирования электронных средств.

Издание содержит варианты расчетных индивидуальных заданий по физике и может использоваться в качестве индивидуальных заданий для самостоятельной работы студентов. Все задания сопровождаются подробными указаниями по их выполнению и оформлению, охватывают разделы курса «Физические основы механики, молекулярной физики и термодинамики».

Пособие представляет собой сборник задач по разделам физики «Термодинамика» и «Молекулярная физика». Изложение каждой темы начинается с краткого теоретического введения и сопровождается разобранными примерами решения задач. Представлено 28 вариантов заданий (по восемь задач в каждом), предназначенных в качестве расчетно-графических заданий для самостоятельной работы студентов. Материал отражает требования, предъявляемые к курсу физики ФГОС 3.

Изложены базовые положения учебной дисциплины «Механика» по двум ее разделам – Теоретическая механика и Сопротивление материалов. Объем материала определен исходя из минимума необходимых знаний, усвоение которых требуется при изучении механики студентами немеханических направлений подготовки. Отобран наиболее типичный материал, учитывающий требования Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования и современную базовую школьную подготовку студента. Теоретический материал сопровождается подробно разобранными примерами различной сложности.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета.

В курсе лекций рассмотрены вопросы математического моделирования связанных физико-механических задач и применения методов конечных элементов для их решения. Особое внимание уделено связанным задачам электроупругости, термоупругости, пороупругости и задачам взаимодействия деформируемых тел с акустическими средами. Акцентируются математические особенности рассматриваемых задач в их классических и обобщенных постановках. Теоретическая часть пособия подкреплена лабораторными работами по решению модельных задач пьезоэлектричества, термоупругости и задач о взаимодействии твердотельных тел с акустическими средами с использованием программного комплекса ANSYS версии 11.0 и выше. Пособие является переработанной версией в авторском переводе соответствующего англоязычного пособия: Nasedkin A. V., Nasedkina A. A. Finite element modeling of coupled problems: textbook / Rostov-on-Don: publishing house of Southern Federal University, 2015.

Учебно-методическое пособие разработано в соответствии требованиями ФГОС ВО подготовки бакалавров по направлению 35.03.06 Агроинженерия и рабочей программой по указанной дисциплине. Учебно-методическое пособие предназначено для оказания помощи студентам при изучении дисциплины и выполнении самостоятельных работ по сопротивлению материалов. Состав и содержание теоретического материала и задач, помещенных в учебно-методическом пособии, учитывают специфику подготовки обучающихся по указанному направлению. В представленном пособии приводятся краткое изложение теории с основными расчетными формулами и примеры решения типовых задач, а также необходимые сведения и справочная литература для определения перемещений и расчетов деталей машин, элементов конструкций и упругих систем на жесткость.

Учебно-методическое пособие разработано в соответствии требованиями ФГОС ВО подготовки бакалавров по направлению 35.03.06 Агроинженерия и рабочей программой по указанной дисциплине. Учебно-методическое пособие предназначено для оказания помощи студентам при изучении дисциплины и выполнении самостоятельных работ по сопротивлению материалов. Состав и содержание теоретического материала и задач, помещенных в учебно-методическом пособии, учитывают специфику подготовки обучающихся по указанному направлению. В представленном пособии приводятся краткое изложение теории с основными расчетными формулами и примеры решения типовых задач, а также необходимые сведения и справочная литература для определения внутренних силовых факторов и построения их эпюр при расчетах деталей машин, элементов конструкций и упругих систем на прочность и жесткость.

Методические указания содержат описание шестнадцати лабораторных работ по разделу курса общей физики и являются составной частью учебно-методического комплекса. Методические указания направлены на формирование у студентов основополагающих представлений о фундаментальных законах классической и современной физики. Освоение основных понятий физики. Получение навыков применения физических методов измерений и исследований в профессиональной деятельности. Развитие научного мышления и создание фундаментальной базы для успешной профессиональной деятельности.

Статья посвящена разработке нового экспресс-метода определения прочностных свойств горных пород. В статье рассмотрены показатели механических свойств горных пород, наиболее часто используемые для решения горно-технологических задач в России. Решается вопрос о выборе показателей механических свойств горных пород, с которыми требуется установление корреляционной зависимости индекса, определяемого разрабатываемым экспресс-методом. Приведены иллюстрации используемого лабораторного оборудования и ссылки на его описание.

Подготовлен на кафедре ядерной физики Воронежского государственного университета.

Лабораторный практикум является дополнением к курсу «Механика разрушения», помогает выработать навыки при решении практических задач и при обработке полученных результатов по определению механических свойств металлов (часть 1), широко использующихся во всех отраслях промышленности, и требующих, кроме традиционных расчетов на прочность, дополнительных расчетов на трещиностойкость. В данной части представлены лабораторные работы по определению механических характеристик и влияния опасных дефектов на безопасную дальнейшую эксплуатацию деталей, узлов, конструкций, сооружений и механизмов, изготовленных из композиционных материалов.

Лабораторный практикум является дополнением к курсу «Механика разрушения», помогает выработать навыки при решении практических задач и при обработке полученных результатов по определению механических свойств металлов, широко использующихся во всех отраслях промышленности, и требующих, кроме традиционных расчетов на прочность, дополнительных расчетов на трещиностойкость.

Рассмотрены многоуровневые дискретные и дискретно-континуальные методы локального расчета строительных конструкций. Представленные подходы основаны на использовании современных математических средств, в частности элементов функционального анализа, теории обобщенных функций и численных методов, адекватных текущему уровню развития компьютерной техники.

Излагается метод блочного элемента решения для пространственных интегральных уравнений с разностным ядром в граничных задачах механики сплошной среды и математической физики. В основе предложенного метода лежит метод Винера — Хопфа, обобщение которого на пространственный случай называется интегральным методом факторизации. Метод блочного элемента применен для решения задач в областях с кусочно-гладкой границей, содержащей угловые точки. С использованием разработанного метода решена контактная задача для клиновидного штампа, занимающего первый квадрант. Детально описаны способы получения различных характеристик решения, которое строится путем обращения системы одномерных линейных интегральных уравнений, характерных для динамических и статических контактных задач для штампа в виде полосы

На базе метода шагов по времени с привлечением центральных конечных разностей разработана численно-аналитическая методика моделирования упругопластического деформирования продольно-армированных балок-стенок с изотропно упрочняющимися материалами компонентов композиции, позволяющая в дискретные моменты времени получать решение соответствующей упругопластической задачи по явной схеме. В случае линейно-упругих материалов компонентов композиции армированных балок предложенная модель редуцируется в известную структурную модель механики композитов В.В. Болотина. В приближении Кармана сформулирована начально-краевая задача динамического деформирования гибких продольно-армированных балок-стенок при учете их ослабленного сопротивления поперечному сдвигу. При этом с единых позиций получены уравнения и соотношения, соответствующие двум вариантам теории Тимошенко. Построена явная схема типа “крест” для численного интегрирования поставленной начально-краевой задачи, согласованная с пошаговой схемой, использованной для моделирования упругопластического деформирования композитного материала балки. Проведены расчеты динамического и квазистатического изгибного поведения армированных балок-стенок при линейно-упругом и упругопластическом деформировании материалов компонентов композиции. Выяснено, что классическая теория вообще неприемлема для проведения таких расчетов (разве что для балок очень малой относительной высоты), а первый вариант теории Тимошенко дает адекватные результаты лишь в случае линейно-упругих материалов компонентов композиции. Для расчетов же упругопластического деформирования армированных балок-стенок рекомендовано использование второго варианта теории Тимошенко как более точного.

Показано, что для сред Миндлина с полями дефектов существует альтернативная трактовка, позволяющая описывать материал, поврежденный дефектами, как эквивалентный функционально-градиентный материал с переменными по координатам свойствами, моделируемый в рамках классической теории упругости. Устанавливаются явные соотношения для определения свойств функционально-градиентных материалов по решениям, учитывающим наличие полей дефектов. Показано, что в общем случае свойства эквивалентного функционально-градиентного материала зависят от координат, а также от условий нагружения и краевых условий

Статья посвящена задаче рационального распределения пористости по сечению бруса при чистом изгибе. Решение такой задачи позволит обеспечить необходимую несущую способность при снижении материалоемкости конструкции. Целью исследования является подобрать рациональный закон распределения пористости по прямоугольному сечению бруса при технических ограничениях производства.

Используется математическая модель структурно-неоднородной горной породы, описывающая ее свойство запасать и высвобождать упругую потенциальную энергию. Разработан конечно-элементный алгоритм и программный комплекс по решению плоских краевых задач геомеханики. Проведены расчеты деформирования самонапряженных образцов горных пород. Показано, что диаграмма деформирования образцов зависит не только от упругопластических свойств среды, но и от собственных самоуравновешенных напряжений. В зависимости от знака эти напряжения могут как увеличивать, так и снижать предельную нагрузку, при которой происходит разрушение образцов

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

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.

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.

Проведено исследование локальной атомной структуры вокруг позиций титана в титан-содержащем хибонитс (CaAl12O19). Рассмотрены структурные модели замещения атомами титана различных позиций алюминия в структуре хибонита. Выполнена оптимизация структурных моделей хибонита на основе теории функционала плотности в приближении псевдопотенциалов с помощью программного кода VASP5.3

В работе приведена математическая модель изогнутой линии сжатого упругого стержня с учётом микроструктуры материала. Показано, что учёт микроструктуры материала стержня ведёт к уменьшению критической силы и к более ранней потере его устойчивости по сравнению с идеальным случаем однородного сплошного материала

Представлен обзор ряда математических моделей динамических процессов, возникающих в нагруженных стержнях при внезапных структурных перестройках типа выключения опорных связей, расслоений, обрывов арматуры, частичного разрушения, трещинообразования, и методов их исследования

Представлен метод расчета поверхностной энергии и энергии адгезии упругих тел. В основу положена градиентная модель упругой среды. Характеристики свойств материала определяются через потенциалы нелокальных парного и тройного взаимодействий его частиц. Результаты расчета удовлетворительно соответствуют известным

Рассмотрены и получены статические и динамические характеристики реологических моделей наследственно стареющих твердо деформируемых материалов (бетона) как вязко-упругих, упруго-пластических, вязко-упруго-пластических сред. Выдвинуты концепции новых направлений развития феноменологических теорий линейной и нелинейной ползучести, упруго-пластичности и колебания вязко-упругих систем. Разработан метод решения интегральных уравнений теорий ползучести, эффективность которого показана решением разных практических задач. Определена целесообразность построения теории колебания вязко-упругих систем на основе меры вязкости материала. Это направление значительно расширяет круг применения теории колебания вязко-упругих стареющих систем для решения проблем динамики сооружений.

Предлагается метод решения задач, основанный на свойствах изображений Фурье финитных функций. Используются теоремы, позволяющие установить зависимости между нагрузкой и функциями, представляющими значения на границах ограниченных областей. Предлагаемый метод позволяет определять константы интегрирования в области изображений.

Предложен метод расчета формы тяжелой капли, лежащей на горизонтальной поверхности, и методика его использования в экспериментальных условиях для определения поверхностного натяжения. В основу положена модель среды, опирающаяся на представление о том, что она является объединением трехмерной внутренности, двухмерной материальной пленки и замыкающей ее материальной линии.

В данной работе, развивая методы структурно-аналитической мезомеханики и используя результаты экспериментальных исследований эффекта пластичности превращения на тонкостенных трубчатых образцах из сплава Cu-12%Al-4%Mn, впервые предложен эффективный метод прогноза деформационных свойств пластичности превращения при сложном напряженном состоянии

Разработан новый численный метод определения хиральности водных конфигураций. Он заключается в сравнении матриц, построенных для исходной конфигурации и для ее зеркального образа на основании информации о расположении четырех связанных молекул воды. Созданный метод позволяет быстро и однозначно определять хиральность водной системы.

Рассмотрен новый модифицированный метод прямых, который используется для понижения размерности многомерных задач строительной механики. Метод применяется для расчета толстых пластин, пластин переменной толщины, неоднородных и многослойных пластин. Предлагается конечно-разностные соотношения заменить проекционными, что расширит возможности метода прямых и позволит использовать метод в задачах динамики

Настоящий выпуск посвящен философскому (метафизическому) анализу оснований математики и ее соотношению с физикой. Сборник состоит из четырех частей. В первой части представлены статьи отечественных математиков, в которых рассматриваются фундаментальные проблемы математики. Во вторую часть вошли статьи выдающихся ученых прошлого об основаниях математической науки. Третья часть составлена из статей физиков-теоретиков, в которых обсуждаются вопросы соотношения физики и математики. Наконец, в четвертую часть включены работы философов об основаниях и ключевых проблемах математики.

Книга, написанная нашим соотечественником, профессором Автономного национального университета Мехико, содержит описание взаимодействий между молекулами на больших, средних и малых расстояниях, а также в многоэлектронных системах. Некоторые теоретические построения опубликованы впервые. Дан сравнительный анализ модельных потенциалов, используемых в современных квантово-химических расчетах и при компьютерном моделировании в физике, химии и молекулярной биологии. Рассмотрены многочастичные системы, для которых характерна неаддитивность силовых эффектов. В приложении приведены сведения из теории групп, векторного и тензорного исчисления и обзор методов неэмпирического исследования многоэлектронных систем.

Представлены описания лабораторных работ для студентов 2–3-х курсов, обучающихся по специальностям «Нанотехнологии в электронике» и «Квантовая электроника». В ходе выполнения работ студенты ознакомятся с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов, приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль краткого конспекта лекций.

Предложена математическая модель многоуровневой фильтрации жидкого связующего в тканевом композите при RTM-методе изготовления. С помощью этой модели описана фильтрация на двух структурных уровнях: на макроскопическом уровне движения жидкого связующего по каркасу композитной конструкции и на микроскопическом уровне в рамках отдельной ячейки периодичности тканевого материала. Для численного решения обеих трехмерных задач фильтрации использован метод конечных элементов. Представленные результаты численного моделирования процесса фильтрации жидкого связующего в тканевом материале позволили выявить характерные особенности движения связующего. Разработанная модель многоуровневой фильтрации может служить основой для оптимизации технологических процессов изготовления элементов конструкций из композиционных материалов при использовании RTM-метода изготовления.

Разработана расчетная методика по определению напряженно-деформированного состояния и несущей способности лопатки с целью еe обрыва. Метод обрыва лопатки заключается в перераспределении напряжений в заданном сечении лопатки за счет дополнительного термического нагружения и в обеспечении разрушения по указанному сечению на заданной частоте вращения. Приведены результаты расчетного моделирования напряженно-деформированного состояния лопатки с ослабленным сечением. Предложенная методика была использована при проведении испытаний корпуса на непробиваемость на разгонном стенде.

При помощи метода Ляпунова-Мовчана исследуется задача об устойчивости колебаний упругой пластины, обтекаемой сверхзвуковым потоком газа. Найдена критическая скорость.

Рассматривается приближенный метод расчета нестационарных температурных полей для класса задач, когда имеет место быстрый и интенсивный прогрев некоторых объектов. Для различных граничных условий на нагреваемой поверхности, моделирующих задачу быстрого нагрева тела, в одномерной постановке предлагается метод приближенного решения нестационарного уравнения теплопроводности. Сравнение приближенных температурных полей с точным решением показывает достаточную приемлемость метода для практического использования. Для одного частного случая строится приближенное температурное поле с учетом температурной зависимости теплофизических параметров материала, что позволяет описывать локализацию тепла в разогретой зоне.

На основе совместного анализа микродеформаций, полученных методом спекл-фотографии при испытании образцов горных пород по схеме “бразильская проба”, и рассчитанных аналитически упругих полей напряжений и деформаций показано, что существуют значимые кросскорреляционные зависимости между нарушенностью отдельных частей исследуемой области и уровнем внешней нагрузки. При наличии верифицированной геомеханической модели, адекватно описывающей эволюцию поля напряжений рассматриваемого объекта, это создает предпосылки для оценки степени нарушенности различных участков объекта, контролируя состояние только одного из них.