Физика. Астрономия

Обобщены результаты исследований и разработки центробежных экстракторов. Рассмотрены их основные конструкции, приведены основные закономерности движения радиальных потоков, капель, а также описание массообменных процессов в центробежных экстракторах с различными насадочными устройствами. Описаны наиболее перспективные конструкции центробежных экстракторов.

В доступной и краткой форме изложены основы процессов теплопередачи и массообмена. Приведено математическое описание процесса конвективного теплообмена на основе применения известных физических законов сохранения: энергии, количества движения, массы и граничных условий стенка-жидкость. Запись этой системы дифференциальных уравнений в относительных величинах позволила сформулировать основные положения теории подобия как метода расчета сложных процессов, которые нельзя строго рассчитать аналитическим путем.

Приведены всесторонний анализ и сравнительная характеристика российских и зарубежных нормативно-технических документов, регламентирующих требования и нормативы физико-химических и эксплуатационных характеристик низкозамерзающих охлаждающих жидкостей на основе моноэтиленгликоля и методик их испытаний.

Содержит описание физико-химических свойств растворов, отражающих, наряду с конститутивными и аддитивными свойствами, еще и коллигативные, влияющие на целый ряд специфических особенностей растворов, а также методы определения различных характеристических величин. Даются основные положения об особенностях растворов, их концентрации и методах определения как для диссоциирующих, так и для недиссоциирующих молекул. Раскрывается сущность методов расчетов молекулярных масс растворителя и растворенного вещества, крио- и эбуллиоскопических констант, осмотических явлений и способов изготовления мембран для мембранных методов разделения смесей, коэффициента распределения и экстрагирования третьего компонента из растворов и др. Приведены примеры решения простых и многовариантных задач по данной тематике.

Разработан метод расчета полуширины отдельных спектральных линий газов. Определены вероятности вращательно-поступательного обмена энергией при столкновениях молекул СО, HCL, NH3, CH4 при комнатной температуре и СО - при температурах до 1500 К с атомами и молекулами уширяющих линию газов. Обоснованы гипотеза прилипания и парадокс Кнудсена.

Предложен метод решения задач линейной вязкоупругости для тонких плит, находящихся под действием изгибающих моментов и поперечных сил. Методом малого параметра исходная задача сведена к последовательности краевых задач, решаемых с использованием комплексных потенциалов теории изгиба многосвязных анизотропных плит. Получены общие представления комплексных потенциалов и краевые условия для их определения. С использованием замены степеней малого параметра операторами Работнова разработан метод определения напряженного состояния плиты в любой момент времени по комплексным потенциалам приближений. Решена задача о плите с эллиптическими отверстиями. Приведены результаты численных исследований в случае плиты с одним или двумя отверстиями. Исследовано изменение изгибающих моментов во времени вплоть до достижения стационарного состояния, а также влияние геометрических характеристик плиты на значения этих величин

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

Настоящий выпуск журнала “Оптика и спектроскопия” посвящен материалам Международной конференции “Фотонные коллоидные наноструктуры: синтез, свойства и применения” (PCNSPA Conference 2016 – Photonic Colloidal Nanostructures: Synthesis, Properties, and Applications), которая впервые состоялась в Санкт-Петербурге 27 июня–1 июля 2016 г. На конференции ведущими российскими и зарубежными учеными были представлены и обсуждены новейшие достижения в фундаментальных исследованиях и применениях наноматериалов на основе коллоидных полупроводниковых квантовых нанокристаллов, металлических плазмонных наночастиц и гибридных наноструктур – одному из самых актуальных направлений развития нанотехнологий для создания новых функциональных материалов, востребованных в фотонике, биомедицине и сенсорике

Методами сканирующей электронной микроскопии и комбинационного рассеяния света исследованы структурные превращения карбиноидного аморфного углеродного материала после термобарической обработки с различными скоростями изобарических нагревов. На примере изобары 6 ГПа показано, что при медленном нагреве проиходит постепенная графитизация образцов при температурах выше 600°С в полном соответствии с ранее проводившимися измерениями, где графитизация наблюдалась до 8 ГПа. Однако увеличение скорости нагрева образца до 50°С/с при достаточно высоком давлении (8 ГПа) приводит к существенному изменению характера превращений. Если при нагреве до температур 1100–1200°С по-прежнему образуются графитоподобные фазы, то быстрый нагрев до 1300°С приводит к образованию значительного количества алмазов в отсутствие катализаторов

Разработан метод определения распределения по глубине ионно-имплантированных атомов примеси в полупроводниках. Метод заключается в измерении концентрации примеси рентгенофлуоресцентным анализом при эллипсометрически контролируемом удалении тонких слоев полупроводника. Обнаружено, что длительное облучение низкоэнергетическим рентгеновским излучением ионно-имплантированного слоя полупроводника приводит к изменению профиля распределения ионно-внедренных атомов примеси

Измерены выходы ядерных реакций в образцах текстурированного CVD-алмаза при их облучении пучком ионов дейтерия. Показано, что ориентация образца в пучке дейтронов оказывает влияние на величину выхода DD-реакции. Исследованы рентгеновские спектры флуоресценции поверхности дейтерированных мишеней при облучении их пучком ионов. Анализ спектров флуоресценции позволил обнаружить “дополнительные” пики, появление которых нельзя ассоциировать ни с одним из известных элементов и требует отдельных исследований

Сформулирована задача об идентификации неоднородного предварительно напряженного состояния в термоупругих телах. Для решения поставленной задачи на основе слабой постановки прямой задачи термоупругости в трансформантах Лапласа получены операторные уравнения, связывающие искомые и измеряемые функции. В качестве примера рассмотрена итерационная процедура идентификации начального состояния полого цилиндра. Приведены результаты вычислительных экспериментов по восстановлению функций разных типов

В виде задачи поиска точки стационарности функционала Гамильтона получена вариационная постановка динамических задач для геометрически и физически нелинейной упругой среды Коссера. Вычислены вариации тензоров деформации, поворота, векторов линейных и угловых скоростей. Доказана равносильность уравнений Эйлера с естественными граничными условиями уравнениям движения с исходными граничными условиями в случае потенциальности силовых и моментных нагрузок. Получено нетривиальное условие потенциальности моментных (объемной и поверхностной) нагрузок

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.

Рассмотрена математическая и численная модель задачи обтекания цилиндрического зонда потоком столкновительной плазмы, истекающим из технологического плазмотрона. Представлен набор теоретических вольт-амперных характеристик, который можно использовать для обработки зондовых экспериментов. Приведены оригинальные зондовые методики обработки результатов натурных зондовых экспериментов в случае столкновительной плазмы

Для несущей конструкции балочно-стержневого типа предлагается вариант нахождения области безопасной эксплуатации при действии сверхнормативной нагрузки. Рассматривается нагружение силового каркаса кабины локомотива при наезде на препятствие. Предложенная детерминированная инженерная оценка напряженного состояния сложной конструкции позволяет определить предельную поверхность в трехмерном пространстве представительных параметров препятствия и скорости движения локомотива. Такая поверхность ограничивает область безопасной эксплуатации транспортного средства в заданных интервалах изменения параметров препятствия. На примере расчета кабины локомотива показано, каким образом необходимо обосновать требование сохранения ее прочности, и тем самым сохранить безопасность работы машинистов и дорогостоящего оборудования кабины

Описывается метод прямой линеаризации нелинейных сил смешанного типа для расчета нелинейных колебательных систем. Приводится сравнение результатов этого метода с результатами других методов, отмечается их практическая близость. По сравнению с известными методами анализа нелинейных систем, методы прямой линеаризации на несколько порядков снижают затраты труда и времени при вычислениях, что значительно повышает их эффективность на практике

Представлен метод определения межфазной свободной энергии на основе данных моделирования методом молекулярной динамики. Основу метода составляет процедура термодинамического интегрирования, а его важной особенностью является возможность применения как в случае плоской, так и характеризуемой большой кривизной границы раздела двух фаз. Возможности метода продемонстрированы на примере нахождения поверхностного натяжения критических зародышей капель воды при конденсации водяного пара. Расчеты охватывают температурную область от 273 до 373 K при давлении 1 атм, что позволило определить температурную зависимость поверхностного натяжения капель воды, а также выполнить сопоставление полученных результатов с экспериментальными данными и результатами моделирования “плоской” границы раздела пар–жидкость.

Статья посвящена определению напряженно-деформированного состояния в круговой цилиндрической втулке из материала Муни–Ривлина, порожденного конечным продольным сдвигом. Получены выражения для внутренних напряжений и перемещений в плоскости, перпендикулярной продольному сдвигу

В рамках теории наложения малых деформаций на конечные проведена последовательная линеаризация определяющих соотношений нелинейной механики преднапряженной электротермоупругой сплошной среды. Получены простые и удобные для использования формулы линеаризованных определяющих соотношений и уравнений движения среды. Предложена модель электротермоупругого полупространства с неоднородным покрытием, представляющим собой структуру из функционально-градиентных слоев. Предполагается, что каждая из составляющих среды подвержена действию начальных механических деформаций и начальной температуры, материалы составляющих среды относятся к ортотропным пироэлектрикам класса 6mm гексагональной сингонии. Для построения интегрального представления волнового поля среды использован гибридный численноаналитический метод, основанный на сочетании аналитических решений с численными схемами восстановления функции Грина для неоднородных составляющих покрытия, и матричным подходом при удовлетворении граничных условий

Методы расчета деформации ползучести при сжатии балок или пластин рассмотрены в ряде работ (см. например [1–3]) Целью расчетов является определение функции, описывающей увеличение прогибов и времени, за которое прогиб достигает предельно допустимой величины. В данной работе рассмотрена деформация ползучести с учетом совместного воздействия напряжений сжатия и изгиба.

В работе предложен метод расчета поверхностной энергии и энергии адгезии упругих тел, находящихся в состоянии адгезии. Метод базируется на варианте модели сплошной упругой среды, в основе которого лежит предположение о многочастичном потенциальном нелокальном взаимодействии бесконечно малых частиц, составляющих среду

Рассматривается контактная задача для системы тел, изнашиваемых об общее основание. Деформационные свойства тел и основания описываются моделью Винклера. Задача сводится к решению системы обыкновенных дифференциальных уравнений, а также интегрального уравнения наследственного типа с разностным ядром. Решение задачи строится с помощью преобразования Лапласа. Исследована асимптотика решения при больших временах. Определены условия сплошности (неразрывности) контакта каждого из тел с основанием

В работе методом квантовой молекулярной динамики исследуются термодинамические свойства α-фазы и жидкого урана. Проведены расчеты изотерм и равновесных свойств (давления, температуры, внутренней энергии) вдоль изохор и изотерм для плотностей 16.5–41.1 г/см3 и температур до 60000 K. Исследуется зависимость теплового давления от температуры и внутренней энергии. Проведена оценка границы плавления α-фазы урана. На основе полученного в данной работе уравнения состояния рассчитана ударная адиабата до давлений 1.5 TПа. Результаты находятся в хорошем согласии с опубликованными экспериментальными данными и результатами расчетов по другим теоретическим моделям.

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

Рассмотрен подход для послойного анализа и на его основе разработаны модели для уточненного исследования напряженно-деформированного состояния в слоях в общем случае нерегулярных трехслойных конических оболочек, позволяющие учесть особенности слоисто-неоднородного строения, моментное состояние несущих слоев, трехмерное напряженное состояние в слое заполнителя

Впервые был введен специальный потенциал взаимодействия между звеньями полимерной цепи, энергия которого уменьшается по мере увеличения расстояния s между звеньями вдоль цепи как s–1. Методом Монте-Карло было показано, что такого рода взаимодействия приводят к формированию глобулы с равновесной пространственной доменной укладкой звеньев. Радиус инерции участка цепи в таких глобулах изменяется с его длиной по скейлинговому закону, характерному для складчатых глобул

Изучаются такие состояния линейно упругого микрополярного тела, в которых существуют только моментные напряжения, а силовые напряжения тождественно равны нулю. Исследованы плоская и сферически-симметричная задачи для микрополярного тела в условиях квазитвердого состояния. Полученные решения могут быть полезными для экспериментального определения моментных постоянных микрополярных сред

Обнаружен новый эффект, возникающий при динамическом разрушении некоторых строительных материалов, – импульс, рассчитанный по прошедшему сигналу, измеренному в опорном стержне Гопкинсона–Кольского, практически не изменяется в зависимости от скорости ударника. Также обнаружено, что существует пороговое значение скорости, при которой меняется величина разницы между нагружающим импульсом системы и суммой импульсов прошедшего и отраженного сигналов. Дается оценка параметров динамической прочности испытанных материалов c применением нового метода цифровой обработки сигналов для фильтрации и анализа экспериментальных данных как взаимосвязанной триады нагружающего, отраженного и прошедшего импульсов c учетом физических процессов в материале.

Рассмотрены основополагающие аспекты физики кристаллов как одной из ведущих дисциплин, изучающих свойства твердых тел. Представлен анализ симметрии кристаллов. Раскрыты основные понятия и принципы кристаллофизики. Освещены упругие и оптические свойства кристаллов, изложена их термодинамика.

Изложены теория, методы расчета и проектирования линейных и нелинейных оптико-электронных систем углового пространственного сопровождения движущихся объектов (двумерных систем) и систем пространственной стабилизации движущихся объектов (трехмерных систем), широко используемых при решении различных задач в области управления, прежде всего в военной технике.

Изложены базовые принципы и фундаментальные основы современной фемтонанофотоники с акцентом на перспективы практического использования ее достижений. Рассмотрены вопросы статистической физики и термодинамики наноструктур с применением методов математического моделирования их направленного конструирования. Приведены результаты по лазерному синтезу нанокластерной материи. Проанализированы структурные фазовые переходы и коррелированные макроскопические состояния при управляемом лазерном формировании наночастиц на поверхности твердых тел, в том числе в аспекте проявления размерных эффектов и их квантовых аналогов. Затронуты вопросы метрологического обеспечения нанотехнологий и наноизмерений.

Данное пособие является продолжением рассмотрения примеров стохастических моделей, основанных на представлении о случайном поле. В нем представлена стохастическая модель шероховатости поверхности тела. Приводятся примеры решения задачи устойчивости, распределения напряжений и полей температур в телах с шероховатой границей. Пособие содержит необходимые материалы для самостоятельных исследований в рамках НИР, а также в процессе изучения курса «Стохастические модели в неоднородной теории упругости».

Подготовлено на кафедре физики твердого тела и наноструктур физического факультета Воронежского государственного университета.

Данного методическое пособие направлено на задачу сведения воедино знаний студентов старших курсов направлений «Механика и математическое моделирование» и «Прикладная математика и информатика» и их применения для решения практических задач. Особую ценность представляет возможность реализации ИНС на микроконтроллерной технике и исследовании работы алгоритмов в реальных условиях. Например, для управления наземным роботом или летающей многороторной платформой - мультикоптером.

Рассматривается задача о движении сосредоточенной нагрузки в дозвуковом интервале скоростей вдоль границы пористой среды, насыщенной жидкостью. Найдено аналитическое решение и показано, что существует критическая скорость, которая равна скорости поверхностных волн типа Рэлея в пористо-упругой среде и при переходе через которую меняются как характер решения, так и форма свободной поверхности. Проведен анализ вида свободной поверхности при различных скоростях движения

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.

Третья часть пособия «Физическая лаборатория школьника» представляет собой сборник экспериментальных задач, которые могут быть решены студентами и школьниками в рамках дополнительного образования. В пособии приведены задания, охватывающие такие разделы как «Механика», «Электричество и магнетизм», «Молекулярная физика и термодинамика», «Колебания и волны», «Оптика». Также даны общие рекомендации по представлению результатов экспериментов.

Настоящее пособие охватывает полный цикл лабораторных работ, выполняемых студентами в соответствии с программами курсов «Теория электрических цепей» и «Теоретические основы электротехники». Часть работ может быть рекомендована для студентов, изучающих электротехнические курсы с другим названием, но включающие раздел теории электрических цепей. В пособии содержится описание учебных лабораторных стендов, минимум основных теоретических сведений, приводится порядок выполнения экспериментов и необходимые формулы для обработки результатов экспериментов.

Изложены основы теории колебаний и волн различной физической природы в механических, электронных, биологических, химических системах и планетарного вида. Анализируются линейные, нелинейные, параметрические, случайные и хаотические колебания в разнообразных объектах. Исследуется прохождение электромагнитных волн в структурах распределенного типа и их распространение в свободном пространстве. Анализируются поверхностные, внутренние, уединенные, акустические и ударные волны в сплошных средах – жидкостях и газах. Рассматриваются волны природного характера, связанные с землетрясениями, цунами и циклонами. Приведено 76 программ на основе универсального математического пакета программ «MathCAD» по большинству разделов дисциплины, позволяющие с помощью компьютера анализировать и рассчитывать колебательные и волновые процессы в различных системах и средах, в том числе с использованием вейвлет-анализа.

Рассмотрена градиентная деформационная модель зональной дезинтеграции породного массива вокруг выработок глубокого залегания. Определены ее основные уравнения и граничные условия. С помощью численных методов (квазиньютоновский метод и метод стрельбы) решена краевая задача в осесимметричной постановке. Изучено влияние параметров модели на распределение напряжений в упругой и пластической зонах. Обосновываются факторы возникновения зональной дезинтеграции.

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

Рассмотрено влияние температурного поля на деформирование трехслойного упругого стержня со сжимаемым заполнителем при локальных нагрузках. 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 выведены вариационным методом. Получены аналитические решения в случае локальной равномерно распределенной нагрузки, сосредоточенной силы и моменте. Проведен их численный анализ

В учебном пособии даны материалы, классифицирующие и описывающие основные виды энергоносителей, применяемых в энергетике, промышленности и быту. Пособие состоит из восьми основных разделов и тестового материала. Подробным образом рассмотрены газообразные, жидкие и твердые топлива. Помимо основных видов энергоносителей приведена классификация традиционных и нетрадиционных видов энергии. Учебное пособие составлено на основании требований ФГОС ВО и предназначено для студентов очного и заочного отделений, обучающихся по направлению подготовки 13.03.03 «Энергетическое машиностроение». Пособие может быть полезным для всех, кто интересуется данными вопросами, в том числе для студентов энергетических специальностей.

We used a Monte Carlo simulation of the structurally disordered three dimensional Ising model. For the systems with spin concentrations p = 0.95, 0.8, 0.6 and 0.5 we calculated the correlation-length critical exponent ν by finite-size scaling. Extrapolations to the thermodynamic limit yield ν(0.95) = 0.705(5), ν(0.8) = 0.711(6), ν(0.6) = 0.736(6) and ν(0.5) = 0.744(6). The analysis of the results demonstrates the nonuniversality of the critical behavior in the disordered Ising model.

Исследованы детерминированные и стохастические модели термонапряженного состояния массивного твердого тела при условии теплоизоляции его границы, движущейся с постоянной скоростью. Приведены постановки задач для плотности вероятности и дисперсии, соответствующие детерминированным задачам переноса теплоты и поведения термоупругих напряжений. Дано стохастическое толкование эффекта проявления градиента при теплоизолированной движущейся границе и ненулевой начальной температуре, кинетическая энергия движения границы переходит в тепловую энергию

В рамках модели идеально пластического изотропного тела на основе решения задач Ламе для однослойной и двухслойной труб, а также критерия текучести Губера — Мизеса предложена модель для прогнозирования прочности цементного кольца, примыкающего к стволу добывающей скважины, без учета внутренних и температурных напряжений

С использованием гипотез теории Рейсснера сформулирована задача равнонапряженного армирования (РА) поперечно изгибаемых упругих пластин волокнами с постоянным поперечным сечением. Выполнен анализ соответствующей системы разрешающих уравнений и граничных условий. Рассмотрены модельные задачи РА подвергаемых цилиндрическому изгибу прямоугольных удлиненных пластин при различных типах нагружения одной из продольных кромок и жестком закреплении другой. Показана возможность существования двух решений задачи РА, одно из которых является регулярным, а другое — сингулярным. Выявлены краевые эффекты, возникающие при наличии приложенного к кромке крутящего момента, который оказывает существенное влияние не только на напряженно-деформированное состояние связующего материала, но и на структуру армирования

Приведено описание экспериментальной установки, состоящей из падающего ударника и трубы с жидкостью, в которой генерируется ударная волна. Представлены результаты экспериментов по деформированию защемленных прямоугольных пластин под действием ударной волны. Получена зависимость смещения центральной точки пластины от кинетической энергии ударника. С использованием результатов анализа размерностей и метода сингулярного разложения на основе экспериментальных данных построены аналитические зависимости смещения центральной точки пластины от параметров ударного воздействия

Предложена модификация теории Качанова — Работнова повреждаемости материала в условиях ползучести. Представлены одномерная и многомерная модели с учетом неустановившейся ползучести. Скалярный параметр поврежденности вычислялся до момента разрушения как функция времени и напряжения. При построении модели использованы экспериментальные результаты для случая одноосного деформирования образца. Вычислены времена до разрушения для образцов с различными надрезами. Показано, что использование параметра поврежденности позволяет определить область, в которой происходит повреждение. Проведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов. Показано, что учет первой стадии ползучести оказывает существенное влияние на распределение областей, в которых происходит повреждение материала