Строение материи

Рассматривается распространение волн в упругом полупространстве от источников вибраций, которые могут моделировать динамические воздействия на массив грунта при проходке тоннелей, сооружаемых щитовым способом. Для получения результатов используется теорема взаимности и известные аналитические решения о распространении волн в упругом полупространстве при воздействии вертикальной и горизонтальной силы

Решается задача распространения волн в бесконечном пространстве от точечных источников различного типа: сосредоточенной силы, двойной силы без момента, двойной силы с моментом, двойной пары без момента и т.д. Для получения аналитических решений используется преобразование Фурье и асимптотические разложения.

Показана возможность сведения задачи общей устойчивости высокого сооружения на деформируемой фундаментной плите, взаимодействующей с основанием с упруго-пластическими свойствами, к классической бифуркационной проблеме поиска собственных значений (точек бифуркации решений для полного вектора перемещений деформируемой среды основания)

В работе представлены результаты исследования упрочнения полимерного композитного мaтериала наполнением углеродными нанотрубками. Также для сравнения были испытаны образцы с добавлением оксида кремния (SiO2). Испытания проведены на образцах с укладкой волокон ткани [0/90] и [±45]. В результате были получены данные по изменению модуля упругости, прочности материала и матрицы

Предложен вариант построения локальной математической модели изотропных однородных упругих материалов второго порядка с постоянными характеристиками упругих свойств на основании нелокальной теории упругости, базирующейся на представлении о парном потенциальном взаимодействии бесконечно малых элементов среды, как в отсутствии, так и в присутствии внешних механических воздействий

Модули упругости (модуль Юнга и модуль сдвига) твердых растворов обычно считаются пропорциональными аналогичным характеристикам их элементов с коэффициентами пропорциональности, совпадающими с объемной долей элемента в материале. В данной работе показано, что связь упругих модулей среды с концентрацией составляющих ее элементов (концентрационная зависимость) является полиномиальной.

В статье представлен обзор достижений в области исследований и производства фуллеренов и фуллереноподобных наноматериалов, перечислены и проанализированны перспективы их применения в разработке новых смазочных материалов, названных материалами гибридной гидродинамической смазки

Рассмотрен цилиндрический изгиб упругой трехслойной ортотропной пластины ступенчато-переменной толщины. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета пластины принята гипотеза ломаной нормали. С помощью вариационного принципа Лагранжа получена система дифференциальных уравнений равновесия в перемещениях.

Предложен метод оценки величины энергии активации при определении коэффициента диффузии частиц-включений в сплошной упругой среде. Метод основан на гипотезе о равенстве энергии активации и потенциальной энергии взаимодействия частицы с упругой средой, в которой она оказалась. Эта энергия определяется методами нелокальной модели упругой среды, опирающейся на представление о парном потенциальном взаимодействии ее частиц. Потенциал взаимодействия известен.

Рассматривается задача упругопластической бифуркации круговой тонкостенной цилиндрической оболочки. Решение строится на основе теории устойчивости неупругих систем при сложном нагружении В.Г. Зубчанинова . Используются условие несжимаемости материала и условие однородности напряженного состояния в оболочке до момента потери устойчивости.

При движении волн деформации в среде распространяются импульс и энергия. Их передача от атома к атому происходит в течение периода их колебаний около положения равновесия. Учет только потенциального взаимодействия предполагает мгновенную передачу. Предлагаемой моделью упругой среды учитывается передача импульса от частицы к частице в течение конечного промежутка времени. Полученное волновое уравнение содержит смешанные производные поля перемещений по координатам и времени

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

В данной работе впервые выполнены комплексные экспериментальные исследования по влиянию вида напряженного состояния на формирование эффекта памяти формы (ЭПФ) в сплаве Cu-12%Al-4%Mn, которые позволили развить методы структурно-аналитической мезомеханики и предложить эффективную методику прогноза кинетики ЭПФ при произвольном напряженном состоянии.

В работе показано, что поляризованный под действием однородного электростатического поля диэлектрик при внешнем механическом воздействии на него проявляет механические свойства, описываемые известной в механике деформируемого твердого тела линейной теорией микрополярной упругости.

На основе модели шероховатой поверхности трения и принципа равнопрочности проведен теоретический анализ по определению функции натяга для соединения подкрепляющего кольца с твердосплавной волокой, обеспечивающей минимизацию напряжений во внутреннем контуре волоки.

Предложен метод оценки реального, практического предела прочности на основе информации о значениях теоретического предела прочности, поверхностной энергии и длины микротрещин, присутствующих в толще материала.

Подход Кельвина, раскрывающий структуру обобщенного закона Гука, применяется к анализу соотношений анизотропной линейно наследственной теории упругости. Предполагается, что собственные состояния тензора наследственных ядер не зависят от времени и совпадают с собственными состояниями тензора анизотропии мгновенных модулей упругости, а наследственные операторы с ядрами в виде дробно– экспоненциальных функций Работнова действуют только на зависящие от времени собственные модули тензора наследственных ядер. Максимальное число независимых наследственных операторов равно шести. Рассмотрены случаи трансверсальной изотропии, ортотропии, кубической симметрии

Настоящее учебное пособие посвящено описанию физических основ взаимодействия высокоэнергетических излучений с веществом, сущности и закономерностям радиационно-индуцированных процессов, протекающих в облученных твердых телах, — образованию первичных структурных дефектов и их эволюции, фокусировке атомных столкновений и каналированию частиц, структурно-фазовым превращениям в сплавах, трансмутационным эффектам, электризации диэлектриков, распуханию, радиационному охрупчиванию и ползучести, ионному распылению, радиационному блистерингу и др. Особое внимание уделено созданию малоактивированных материалов, а также технологическим применениям радиационной обработки и модифицирования материалов.

Изучение особенностей микроструктуры области перехода откольной трещины в полосу адиабатического сдвига основано на откольной модели локализации деформации, согласно которой полосы адиабатического сдвига являются результатом интерференции волн разгрузки, в зоне растяжения которых величина отрицательного напряжения не превышает динамической прочности материала. Показано, что область перехода содержит огромное количество скоплений дислокаций, существенно превышающее число скоплений дислокаций, созданных ударной волной. Обнаружение в зоне интерференции волн разгрузки очагов разрушения микронного размера предполагает, что мелкие очаги в поликристаллическом материале зарождаются на дислокациях, возникающих в процессе динамического растяжения

Для расчета спектра энергетических уровней многоэлектронных атомов зшшсана система уравнений гидродинамического типа, из которой следует уравнение Шрёдинг ер а как частное решение. В рамках этой системы уравнений для атома гелия и двухэлектронных ионов Li у Ве++, В+++ и т. д. рассчитаны энергетические уровни основных состояний атомов, которые с погрешностью меньше или порядка одного процента согласуются с экспериментальными данными. Принцип Паули является логическим следствием рассматриваемой теории, а не дополнительным постулатом

Получено аналитическое решение осесимметричной задачи о действии на изотропное полупространство распределенной нагрузки, заданной функцией, зависящей от радиальной координаты. Исследован случай, когда поверхность полупространства упруго закреплена вне круговой области приложения нагрузки, касательные напряжения на всей границе отсутствуют, напряжения на бесконечности обращаются в нуль. Решения на границе и внутри упругого полупространства представлены формулами для всех компонент тензора напряжений и вектора перемещений

Изложен алгоритм расчета тонких оболочек, основанный на использовании треугольного конечного элемента, в столбец узловых варьируемых параметров которого дополнительно включены корректирующие множители Лагранжа, позволившие улучшить условия совместности элементов в рамках вариационной формулировки задачи

Поиск эффективных индикаторов, способных отражать взаимодействие геосферных оболочек, является в настоящее время актуальной проблемой. Исследование взаимосвязей в системе «космосфера–атмосфера–биосфера–гидросфера» представляется возможным с использованием радиоактивных изотопов космогенного происхождения, в частности радиоактивного углерода-14. Изотоп С14 в малых количествах есть во всех природных средах и принадлежащих к ним объектах, постоянно образуется в нижних слоях атмосферы. Атмосферный углекислый газ является главным источником углерода, усваиваемого растениями. Неорганические углеродосодержащие соединения, растворенные в воде океанов, находятся в обменном равновесии с атмосферной углекислотой. В результате ее кругооборота в обменной природной системе С14 переносится из атмосферы в биосферу, гумус и океаны. Представляет интерес зафиксированное неоднородное накопление космогенных изотопов в атмосферных выпадениях и растениях Европейского Севера России. Лишайники выступают индикаторами загрязнения атмосферы. Авторы предположили неоднородное накопление изотопа С14 в лишайниках рода Cladonia Web. на территории Северо-Запада России и западного сектора российской Арктики в течение года и 11-летнего солнечного цикла активности. Предложен способ выделения радиоизотопа в составе жидкого неокрашенного экстракта из талломов данных лишайников, позволивший определить радиоизотоп в экстрагируемом естественном соединении лихенан на жидкосцинтилляционном бета-спектрометре «HIDEX 300 SL». При аккумуляции в лишайниках радиоуглерод служит изотопным индикатором взаимодействия атмосферы и биосферы. В результате анализа подготовленных проб на радиоизотоп С14 установлено, что существует зависимость высоких и низких концентраций общего углерода от способа приготовления пробы.

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.

С помощью метода дискретных элементов рассмотрен способ численного моделирования нагружения физического образца, позволяющий описать свойство горной породы запасать и высвобождать упругую энергию. Образец моделируется ансамблем частиц, между которыми происходит упруго-вязкое взаимодействие с учетом сухого трения. В качестве внешней упругой обвязки выступают граничные частицы, связанные между собой упругими пружинами. В целом модельный образец представляет собой элемент среды, способной запасать часть энергии деформирования в виде внутренних самоуравновешенных напряжений. Проведено численное моделирование сжатия образца, даны оценки запасаемой энергии. Показано, что в среде формируются кластеры, скольжение по границам которых приводит к срывам на диаграмме деформирования. Срывы также возможны в процессе релаксации напряжений после однократного динамического воздействия на образец. Численные результаты согласуются с экспериментальными

Проведен синтез квантовых точек (КТ) сульфида цинка микроволновым методом в водной среде с использованием диоктилсульфосукцпната натрия (DS) или 4,4'-бипиридина (ВР). Па основе анализа профилен рентгеновской дифракции сделано заключение, что полученные КТ имеют структуру кубической цинковой обманки со средним размером частиц 5.6 нм для образца ZnS[,s и 4,8 нм для ZnSBp- Снимки просвечивающей электронной микроскопии показали наличие сферических агрегатов частиц лишь в случае ZnSDs-Данные инфракрасной спектроскопии свидетельствуют о наличии в обоих образцах сульфат-ионов; DS остается в образце, способствуя агломерации КТ. в то время как ВР эффективно вымывается. По оптическим спектрам диффузионного рассеяния была оценена ширина запрещенной зоны, которая оказалась больше ожидаемой вследствие присутствия в образцах элементарной серы и частичного окисления поверхности КТ. Также в работе выполнено моделирование структуры КТ на основе частиц ZnS. Продемонстрирована возможность использования спектроскопии рентгеновского поглощения в ближней к краю области для верификации параметров атомной структуры вокруг позиций цинка в КТ на основе сульфида цинка.

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

Предложена электростатическая система, предназначенная для получения моноэнер-гетичного электронного пучка. Она состоит из основного фильтра по энергии в виде плоского зеркала с закрытыми торцами и дополнительного плоского конденсатора, компенсирующего начальный разброс по энергии. Получена аналитическая формула связи напряжен-ностей этих полей. Проведены численные расчеты системы, которые показали, что энергетический разброс в электронном пучке на линии фокусов уменьшился на порядок по сравнению с начальным тепловым разбросом

Книга посвящена изложению и анализу геометрического подхода к описанию физического мира, в частности общей теории относительности А. Эйнштейна и многомерной геометрической теории физических взаимодействий. В первой части дано введение в общую теорию относительности. Во второй части детально рассматриваются теория относительности, ее формулировки и обобщения. Третья часть посвящена изложению многомерной геометрической теории микромира. В четвертой части произведен метафизический анализ геометрического и иных подходов к физике с целью обоснования необходимости перехода к более совершенной картине мира.

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.

Эта книга — одна из первых в мировой литературе монографий, посвященных тепловым процессам в наномасштабных системах. Проанализированы классические и современные представления о теплофизике нанообъектов. Рассмотрены механизмы переноса тепла в различных наноструктурах, методы вычисления теплопроводности, в том числе в нанопроволоках и нанотрубках, нанокомпозитах и наножидкостях. Проведен анализ радиационного теплопереноса на наномасштабах. Особое внимание уделено роли межфазных границ и влиянию размерных (классических и квантовых) эффектов, приводящих к особенностям и аномалиям теплопереноса. Отражено современное состояние интенсивно развивающихся областей теплофизики — нанотермогидродинамики и нанотермоэлектричества.

В издании представлены семь основополагающих статей классика естествознания Джеймса Клерка Максвелла по кинетической теории с комментариями и примечаниями. Эти статьи сыграли огромную роль в науке, технике, образовании и формировании научного мировоззрения, вывели всю молекулярно-кинетическую теорию на новый уровень, близкий к современному. В них были впервые введены уравнение Больцмана и максвелловские молекулы, максвелловское распределение молекул по скоростям, исследованы ансамбли Гиббса и кольца Сатурна.

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.

В данном учебном пособии рассмотрены потенциальные и реальные экологические риски, возникающие при взаимодействии наноматериалов с окружающей средой. Анализ проведен на основании экспериментального изучения миграции и путей попадания наноматериалов в экосистему (атмосфера, гидросфера, литосфера), физико-химических свойств наноразмерных золей, а также исследований в области токсикологии и экотоксикологии наноматериалов при их взаимодействии с растениями, почвой, беспозвоночными и млекопитающими. Отдельное внимание уделено вопросам поступления, миграции и выведения наночастиц из организма человека. Сформулированы некоторые общие выводы и перечислены перспективные направления исследований в области экологии наноматериалов.

Учебное пособие содержит теоретический материал, связанный с методами изучения свойств и поведения макросистем — систем, состоящих из очень большого числа частиц. Это термодинамика, молекулярно-кинетическая теория и статистика (как классическая, так и квантовая). Помимо довольно большого числа примеров, в конце каждой главы приведены задачи на соответствующий материал. Показано, как, по мнению автора, следует подходить к их решению. Задачи тесно связаны с основным текстом, часто являясь его дополнением и развитием.

Излагаются основания физики на базе нового подхода к построению объединенной теории пространства-времени и физических взаимодействий (бинарной геометрофизики), который опирается на понятие отношений между событиями. Физический фундамент данного подхода оставляют: 1) реляционная концепция классического пространства-времени,  2) концепция дальнодействия (теория прямого межчастичного взаимодействия Фоккера—Фейнмана), альтернативная теории поля,  3) теория S-матрицы в физикемикромира, 4) принципы многомерных геометрических моделей физических взаимодействий типа теорий Калуцы и Клейна и  5) идея о макроскопической природе классического пространства-времени. Математическая основа реляционного подхода обеспечивается теорией бинарных систем комплексных отношений, являющихся прообразом систем отсчета в теории относительности. Обосновывается принципиальная возможность представления оснований геометрии и фундаментальных физических понятий микромира в терминах бинарных систем комплексных отношений низших рангов (размерностей).

Рассмотрены различные методы получения ультрадисперсных (нано-) материалов — механические, физические, химические, биологические. Обобщены современные представления об электрических, магнитных, тепловых, оптических, диффузионных, химических и механических свойствах наноматериалов. Подчеркнута и продемонстрирована зависимость этих свойств от структуры материала и геометрических размеров наночастиц. Значительное внимание уделено вопросам хранения и транспортировки наноматериалов.

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.

Отрывы, развивающиеся в пристеночных зонах лопаточных венцов, оказывают значительное влияние на характеристики всех осевых многоступенчатых компрессоров. Они являются источником больших потерь и влияют на возникновение газодинамической неустойчивости и срыва. Был разработан метод профилирования лопаточных венцов, позволивший уменьшить размеры отрывных зон в угловых областях между спинкой лопатки и торцевой стенкой, а также снизить взаимодействие неподвижных и вращающихся лопаточных венцов, что позволило снизить пульсацию давления в проточной части, расширить диапазон устойчивости работы и повысить к.п.д. компрессора. В статье приводятся некоторые результаты испытаний многоступенчатых осевых компрессоров с лопатками малого удлинения S – образной формы.

В работе, при некоторых физически допустимых и экспериментально подтверждаемых предположениях, исследованы прочность и усталостная долговечность сварного соединения при следующих вариантах нагружения: внешние нагрузки отсутствуют (действуют только остаточные напряжения); кроме остаточных напряжений действуют статические внешние нагрузки; кроме остаточных напряжений действуют знакопостоянные циклические внешние нагрузки.

Рассмотрены способы описания траектории распространения трещины в дефектных материалах, к которым также можно отнести материалы в стадии предразрушения.

Работа посвящена моделированию взаимодействия литосферных структур, контактирующих вдоль прямолинейных разломов. Масштабное техногенное воздействие на литocферную oбoлочку, в том числе связанное с отбором углеводородов, нередко усугубляет сейсмическую активность. Проявления индуцированной сейсмичности стимулируют интерес к изучению напряженно-деформированного состояния литосферных структур. В масштабе строения Земли литосферные плиты можно рассматривать в качестве покрытий относительно малой толщины, что приводит к исследованию задач о взаимодействии блочных структур как разделенных контактирующих деформируемых пластин, расположенных на упругом основании. Рассматриваются задача об установившихся колебаниях составного покрытия, а также задача статического взаимодействия двух пластин на упругом слое под действием поверхностной нагрузки, заданной в ограниченной области. Составляющие покрытия представляют собой полуплоскости, граничащие вдоль прямой, с усредненными по толщине параметрами. Координатная плоскость связана со срединной поверхностью покрытия. Контакт между покрытием и подложкой считается идеальным. С учетом гипотезы прямых нормалей в области стыковки пластин задаются 4 граничных условия. Для построения решения использованы метод собственных функций и метод факторизации. Получаемые в ходе решения функциональные уравнения решаются с помощью метода Винера  Хопфа. Приведены примеры расчета амплитуд перемещений поверхности пластин для установившихся колебаний при различных условиях в зоне их контакта. В случае, если геофизическую среду можно смоделировать описанной структурой, результаты работы модели позволят диагностировать наличие и тип разлома, основываясь на данных обработки сигнала виброисточника.

Проведено компьютерное моделирование электростатического спектрографа, предложенного автором ранее, в режимах с вынесенным за пределы поля источником заряженных частиц. При линейном возрастании потенциала на дискретном электроде диапазон одновременно регистрируемых энергий Emax/Emin= 50. При этом разрешение по энергии лежит в пределах 0,2—0,6 %.

Рассмотрено деформирование физически нелинейного трехслойного стержня с жестким заполнителем в температурном поле. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета стержня приняты гипотезы ломаной нормали. Получена система уравнений равновесия и ее общее аналитическое решение в перемещениях. Проведен численный анализ решения.

В рамках энергетически согласованного направления в теории оболочек рассматривается уточненная по отношению к классическим теориям типа Кирхгофа – Лява и Тимошенко – Рейсcнера теория расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) цилиндрических оболочек. Приведены двумерные уравнения и соответствующие краевые условия задачи, полученные на основании трехмерных уравнений теории упругости, принципа возможных перемещений и разложения искомых перемещений в полиномиальные ряды по нормальной координате. Для практических расчетов применяются полиномы достаточно низкой степени, позволяющие учесть поперечные деформации растяжения и сдвига, а также самоуравновешенные краевые напряженные состояния. При решении двумерных уравнений используется операционный метод. Исследуется влияние краевых условий и толщины цилиндрической оболочки на величины компонентов НДС в зонах искажения напряженного состояния. Дано сравнение с результатами расчета по классической и итерационной теориям оболочек.

Исследованы симметричные поперечные свободные колебания упругой трехслойной круговой пластины в нейтронном потоке. Пластина связана с безынерционным винклеровым основанием. Для внешних слоев принимаются гипотезы Кирхгофа, в легком заполнителе деформированная нормаль прямолинейна и несжимаема по толщине. Получены аналитические решения, проведен их численный анализ.

В формировании всякой научной школы, объединяющей ученых для решения актуальных задач, велика роль регулярных семинаров. Все это касается известной научной школы по механике деформируемого твердого тела члена-корреспондента РАН Э.И. Григолюка.

Рассмотрено деформирование упругопластического трехслойного стержня при циклическом нагружении. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета стержня приняты гипотезы ломаной нормали. Предложена методика решения соответствующих краевых задач. Проведен численный анализ решений.

Рассмотрены некоторые проблемы проектирования осевых и центробежных компрессоров при использовании заданного распределения аэродинамической нагрузки вдоль линии тока. Выполнены расчеты параметров идеальной несжимаемой жидкости в межлопаточных каналах при наличии на выходном срезе решетки стационарной точки. Форма профиля осевого компрессора определяется методом итерации с учетом наличия на его поверхности пограничного слоя. Испытания плоских решеток показали, что на концевые потери оказывает большое влияние распределение нагрузки на средней линии тока. Использование таких профилей позволяет снизить взаимодействие неподвижных и вращающихся венцов многоступенчатого осевого компрессора, расширить диапазон его устойчивой работы, повысить к.п.д. и уменьшить динамические нагрузки на лопатки. Детальный анализ результатов испытаний центробежных компрессоров показал, что на их к.п.д. влияет распределение нагрузок вдоль линии тока. Предложен метод проектирования лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата, основанный на выборе «рационального» распределения нагрузок. Рассмотрены некоторые результаты испытаний прямых решеток и ступеней компрессоров.