Настоящее исследование продолжает цикл работ, посвященных трехмерному моделированию поведения структурно-неоднородных сред с явным учетом внутренней структуры. Проведено моделирование механического поведения металлокерамическом композите Al(6061)/Al2O3 в условиях растяжения. Трехмерная мезоструктура композита смоделирована с помощью ранее предложенного алгоритма генерации трехмерных структур и введена в явном виде в трехмерные расчеты. Задача о растяжении мезообъема композита решена конечно-разностным методом. Исследовано напряженно-деформированное состояние в различных сечениях композита на мезоуровне и проведен сравнительный анализ с результатами расчетов плоской деформации в двумерной постановке.

В работе при моделировании и анализе напряженно-деформированного состояния конструкций из полимерных композитных материалов применяется вероятностный подход, отражающий тот факт, что для реальных материалов всегда существует известный разброс количественных характеристик их свойств, для конструкций — отклонения размеров от их номинальных значений, для нагрузок — отклонения от средних эксплуатационных значений. С помощью методов теории вероятности и математической статистики ниже проводится обработка параметров напряженно-деформированного состояния конструкций, полученных в результате численных и натурных экспериментов, когда учитывается разброс свойств материала. На основе этих данных построены поля вероятностей безотказной работы для конкретной конструкции.??.

В работе представлен новый подход к моделированию поведения материалов, в котором исследуемый объект представляется состоящим из областей двух типов, описываемых в рамках дискретного и континуального подходов. Дискретные области среды моделируются методом подвижных клеточных автоматов, континуальные — конечно-разностным методом. Результаты расчетов показали возможность и перспективность применения предложенного подхода для решения задач, связанных с изучением процессов деформации и разрушения в области контактного взаимодействия, а также поведения твердых тел в зонах больших деформаций.??.

Предложена и обсуждается модель, основанная на трансформации модели среды Коссера для описания неупругого поведения сред со структурой на мезоуровне. Предполагается, что дополнительная степень свободы — независимые повороты элементов структуры — порождена внутренним движением на более низких масштабных уровнях, например зернограничными потоками дефектов, и возникает только в области пластического течения. В рассматриваемой модели моментные «модули» не являются материальными макроскопическими константами материала, а характеризуют процессы локального развития неупругих деформаций на мезоскопическом масштабном уровне. Анализируется вклад моментных напряжений в макроскопическую диаграмму нагружения и формирование остаточного напряженно-деформированного состояния при разгрузке в такой среде.??.

Численно моделируется взаимодействие одно- и двухслойных оболочек с компактным ударником из изотропной стали. Материал оболочек — ортотропный органопластик, оси симметрии ортотропного материала ориентированы относительно расчетной системы координат под различными углами. При этом тензоры упругих постоянных и тензоры прочности пересчитываются. В качестве критерия разрушения органопластика используется критерий Ву, учитываются различные прочностные характеристики органопластика на растяжение и на сжатие. Для различных скоростей соударения исследовано влияние ориентации свойств материала на процессы разрушения в ортотропном органопластике.??.

Показана возможность моделирования синтеза нанообъектов на основе метода молекулярной динамики. Для описания межатомного взаимодействия использован метод погруженного атома. Исходным материалом для получения наноструктур являлась бислойная наноразмерная кристаллическая пленка, один слой которой был составлен из атомов меди, а другой из атомов алюминия. Исследован процесс синтеза нанотрубок в зависимости от толщины слоев и длины пленки. Изучены механическая устойчивость нанотрубок, их отклик на ударные воздействия, а также поведение полученных нанообъектов при повышении температуры вплоть до плавления. Предложена принципиальная схема конструирования и использования полученных нанообъектов в качестве компонентов интеллектуальных наноустройств, преобразующих тепловую энергию в механическую.??.

В работе на основе метода подвижных клеточных автоматов проведено изучение влияния конструкционных изменений эндопротеза тазобедренного сустава человека на деформационные и прочностные свойства, а также динамику генерации и развития повреждений в системе «сустав – эндопротез – бедренная кость». Структура протеза модифицировалась введением в шейку демпфирующих включений и нанесением покрытия на ножку имплантата. Рассматривался материал включения с различными диссипативными характеристиками. Показано, что наличие таких включений практически не изменяет прочность системы, но при этом ведет к заметному увеличению предельной деформации структуры «кость – протез», а также оказывает влияние на динамику зарождения и развития повреждений в костной ткани.??.

Предложена модель диффузионного взаимодействия имплантата с многослойным покрытием и физиологического раствора. Эта модель представляет собой сопряженную задачу многокомпонентной диффузии. Принято условие малости коэффициентов диффузии в твердой фазе по сравнению с жидкостью, что позволило пренебречь распределением концентраций элементов в физиологическом растворе. Проанализированы частные варианты модели. Определены поля концентраций в твердой фазе и среднее содержание концентраций в растворе в различные моменты времени при варьировании параметров модели. В реальной ситуации варьирование коэффициентов диффузии достигается за счет изменения состава покрытий.????.

Нелинейная динамика процессов взаимодействия электронных потоков с электромагнитными полями электродинамических систем является достаточно широкой и многоплановой областью исследований в современной физике. В этой области в последние годы получен ряд фундаментальных результатов, относящихся как к новым механизмам излучения релятивистских электронных потоков, так и к новым явлениям, сопровождающим взаимодействие электронных потоков с электромагнитными полями. Новые явления и механизмы могут быть успешно использованы при создании усилителей и генераторов электромагнитного излучения с уникальными характеристиками. Первый том посвящен стационарным процессам, для которых математические модели наиболее проработаны и математически обоснованы. Полученные для стационарных режимов результаты имеют широкий спектр и представляются интересными как с научной, так и с прикладной точек зрения. Книги рассчитаны на специалистов в области СВЧ электроники и нелинейной динамики, а также на аспирантов и студентов старших курсов соответствующих специальностей.

Дается общая характеристика данной проблемной области, вводятся основные понятия и определения, приводится классификация моделей и методов. Рассматриваются отдельные направления теории интеллектуальных систем: представление знаний, логический вывод на знаниях, языки общения, понимание текстов, модели обучения, планирование действий и обработка зрительной информации. Для специалистов в области управления, информационных систем и вычислительной техники, использующих методы искусственного интеллекта.

Приведены исследования процессов тепломассопереноса в дисперсных системах во взаимосвязи с физико-механическими явлениями. Предложены новые физико-математические и численные модели рассмотренных процессов. Разработаны оригинальные численные методики их решения. Представлены результаты расчетов и выявлены закономерности поведения изучаемых систем. Монография предназначена для научных и инженерно-технических работников деревообрабатывающей, мебельной, строительной, текстильной, сельскохозяйственной и пищевой промышленности. Будет полезна студентам и аспирантам, специализирующимся в области тепло- и массопереноса.

Предложена трехмерная модель электронно-лучевой обработки материала с предварительно нанесенным порошковым слоем, который может претерпевать усадку в процессе обработки. Кинетика процесса усадки описана с помощью известных моделей диффузионного спекания. Задача решается численно. Определяются характеристики квазистационарной стадии процесса, размер и форма зоны термического влияния и ванны расплава и рельеф поверхности в зависимости от параметров источника нагрева и кинетики процесса усадки.??.

Моделирование процессов деформации и разрушения угля выполнено на мезо- и макроуровнях. На мезоуровне численно исследован процесс разрушения мезообъема угля как композиционного материала, в котором явно учтены значимые структурные элементы, включая крупные поры. По известным физико-механическим параметрам компонентов получены усредненные параметры для заданного состава и пористости. На основе полученных усредненных характеристик рассмотрен процесс резания угля на макроуровне, с использованием определяющих соотношений, интегрально учитывающих внутреннее трение и дилатансию в деформируемом материале. Особенности напряженно-деформированного состояния вблизи кромки режущего инструмента воспроизводились при изучении поведения мезообъемов с целью оценки выхода пылевых частиц. Полученные данные о распределении пылевых частиц по размерам и массе хорошо согласуются с экспериментальными данными.

The processes of localized deformation band formation and crack generation in brittle-plastic materials are simulated numerically in various loading conditions. The patterns of cracking and strain localized band for a sandstone specimen in compression are obtained. To describe inelastic behavior of pressure-sensitive materials, the mathematical tools and concepts of plasticity theory are employed. In the computations the Nikolaevskii model with a non-associated flow rule is used. In the course of “plastic” deformation damages are accumulated. Macrocrack opening and material fracture are described explicitly. For this purpose the node-splitting technique is used and the free-surface conditions are given on newly formed boundaries. This provides self-acting account of crack generation for the entire calculation area in the course of deformation. The use of the considered approaches in describing the behavior of a rock specimen as an ideal homogeneous medium allows a good agreement of fracture patterns as well as of various types of stress-strain dependences with the experimental findings. In order to describe in detail the behavior peculiarities of heterogeneous porous and cracked materials, it is necessary to consider their structural features and crack growth.

На основе дискретного моделирования исследованы особенности деформирования и разрушения материалов с большой долей границ раздела («interfacial materials») при воздействии сложных знакопеременных нагрузок. Анализировалось влияние частоты циклического воздействия на характер разрушения образцов, их деформируемость, способность диссипировать энергию нагружения, а также на распределение деформаций в объеме материала. Исследовалось изменение отклика интерфейсного материала при варьировании объемной доли границ раздела. Показано, что высокочастотные вибрационные воздействия с частотами, превосходящими собственные, могут значительно повышать деформационную способность и диссипативные характеристики материалов с большой долей границ раздела. Данный эффект может иметь место в предварительно нагруженных интерфейсных материалах самой разной природы, структурные элементы которых имеют характерные размеры от нанометров (наноструктурные материалы) до десятков и сотен метров (фрагменты геоплит).

С использованием метода молекулярной динамики проведено моделирование поведения большеугловой границы зерен в бикристалле меди в условиях сдвигового нагружения. В качестве объекта исследований выбрана граница S = 5 (210)[001]. Показано, что зернограничное проскальзывание может сопровождаться движением межзеренной границы в направлении, перпендикулярном приложенной нагрузке. Исследования проведены как для границы с идеальной симметричной структурой, так и для границы, имеющей сложную структуру. Для обоих рассмотренных случаев анализируются особенности атомистических механизмов зернограничного проскальзывания. Отмечается влияние структуры границы на динамику такого движения. Кроме того, в работе выявлена зависимость скорости движения границы зерен от величины приложенного нагружения. Обнаруженное поведение межзеренной границы в условиях сдвиговой деформации может оказывать существенное влияние на изменение микроструктуры материала и, как результат, на его свойства и особенности поведения под нагрузкой.

В настоящей работе с позиций физической мезомеханики численно исследуются процессы формирования деформационного рельефа на поверхности структурно-неоднородных материалов на примере поликристаллических материалов и материалов с покрытиями. В трехмерной постановке исследовано напряженно-деформированное состояние в объеме и на поверхности материалов в условиях одноосного растяжения. Проанализировано влияние внутренних границ раздела на процессы, происходящие на поверхности. Показана роль внутренней структуры в процессе формирования деформационного рельефа на свободной поверхности.

В настоящей книге приводятся теоретические и практические аспекты численности моделирования турбулентных течений; проведен краткий обзор существующих экспериментальных методов, а также рассмотрены некоторые аналитические методы. Подробно, с примерами изложены преимущества и недостатки тех или иных моделий турбулентности, горения, двухфазных течений и др..

В книге рассмотрены основные структурные характеристики некристаллических (жидких и аморфных) веществ, методы компьютерного моделирования систем с различным характером химической связи, в том числе металлов. солей, оксидов и т. по. Дан обзор методов моделирования некристаллических систем с использованием дифракционных данных о структуре. Проведен анализ топологических характеристик некристаллических систем. Исследованы возможности восстановления межчастичных потенциалов по структуре жидкого или аморфного тела и расчета термодинамических. структурных, диффузионных и других свойств веществ методами компьютерного моделирования.

Впервые предпринято комплексное рассмотрение научных и технических проблем, связанных с разработкой, производством и применением нанокомпозитов - композиционных материалов на основе пространственно организованных наноразмерных компонентов. Такие композиты открывают новые возможности перед материаловедами, позволяя значительно усилить и обогатить полезные свойства составляющих компонентов. рассмотрены экспериментальные и теоретические методы исследования нанокомпозитов, физические и химические процессы, сопровождающие их синтез и функционирование. Определенное внимание уделено вопросам применения нанокомпозитов в авиации и космической технике. Для научных и инженерно-технических работников, преподавателей, аспирантов и студентов технических вузов. Книга издана при финансовой поддержке Международного научно-технического центра (ISTC).