В книге с помощью численного эксперимента рассматривается проблема развития турбулентности и конвекции. На основе полученных результатов предлагается физическая модель развития турбулентности. Обсуждаются численные алгоритмы и разностные схемы, позволяющие проводить численный эксперимент в гидродинамике. Приводятся оригинальные алгоритмы, наиболее подходящие для расчетов развития процессов турбулентности и конвекции в различных условиях, даже на астрофизических объектах. Приведены результаты численного моделирования некоторых важных явлений, имеющих как фундаментальное, так и прикладное значение. Для специалистов соответствующих областей науки и техники, преподавателей, студентов.

В работе исследуются процессы деформации и разрушения материалов с покрытиями различной толщины. Краевая задача механики решается численно методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Для описания механического отклика стальной подложки и боридного покрытия используются модели упругопластической среды с изотропным упрочнением и упруго-хрупкого разрушения соответственно. Геометрия границы раздела «покрытие - подложка» соответствует экспериментально наблюдаемой и учитывается в расчетах явно. Проведены серии численных экспериментов при варьировании толщины покрытия. Показано, что в пределах тонкого поверхностного слоя (около 80 мкм) концентрация напряжений вблизи границы раздела «покрытие - подложка» увеличивается при уменьшении толщины покрытия, т.е. по мере приближения данной границы к свободной поверхности образца. Установлено, что данный эффект проявляется уже на упругой стадии и усиливается по мере развития пластической деформации в подложке.

Настоящий, 70-й вып. межвузовского сборка содержит статьи, посвященные разработке и развитию современных методов решения широкого круга задач механики деформируемого твердого тела, включая задачи исследования деформирования и разрушения материалов и конструкций. В статьях отражены вопросы численного моделирования физико-механических процессов, алгоритмизации и создания компьютерных кодов для прочностных расчетов при многофакторных физических воздействиях; методология оптимального проектирования несущих конструкций с учетом различных критериев и ограничений; экспериментально-теоретические исследования.

В работе представлен обзор континуальных моделей, применяющихся при численном моделировании на мезоуровне. Особое внимание уделено микрополярным моделям как представителям двухуровневых моделей механики обобщенных сред для описания материалов со сложной изменяющейся в ходе деформации структурой. Дано изложение модели Коссера и обсуждается ее применение для моделирования пластической деформации металлических материалов на мезоуровне. Приведены некоторые результаты численных расчетов, показывающие возможности микрополярных моделей.

На основе дискретно-континуального описания проведено численное моделирование поведения пар трения, состоящих как из одинаковых, так и из существенно разнородных материалов. Отмечено образование «квазижидкого» слоя в парах из разнородных материалов в две стадии, первая из которых характеризуется образованием «сгустков», перемежающихся разреженными областями. Периодически меняющееся давление изменяет эффективный коэффициент трения, но амплитуда колебаний слабо сказывается на его значении. Сравнение результатов моделирования, полученных дискретно-континуальным и дискретным методами, показывает, что комбинированный метод позволяет объединить преимущества континуального и дискретного описаний и избежать их основных недостатков.

В книге изложены вопросы магнитной газодинамики применительно к термической плазме дугового разряда. Сделаны общие выводы относительно закономерностей, свойственных термической плазме. Приведены теоретические исследования поведения электрической дуги при взаимодействии ее с потоком газов и магнитным полем.Книга предназначена для инженерно-технических работников, специализирующихся в области применения дугового разряда.

Электрические ракетные двигатели космических кораблей, магнитогазодинамические генераторы электроэнергии, термоядерные реакторы будущего, плазматроны для химического синтеза, резки и сварки металлов, способы защиты космических объектов от оплавления в плотных слоях атмосферы — таков далеко не полный перечень технических приложений магнитной газовой динамики — науки, изучающей движение электропроводных газов в электромагнитном поле. Предлагаемая книга является фундаментальным руководством по магнитной газодинамике и содержит все основные разделы теории: электромагнитное поле, движение заряженных частиц, статистическое описание плазмы, расчет электропроводности и диффузии, равновесной и неравновесной ионизации, вывод основных уравнений магнитной газодинамики, излучение и волны в плазме, одномерные течения, ударные волны и пограничный слой. Подробно рассматриваются теоретические основы двух важнейших технических применений магнитной газодинамики: электрических ракетных двигателей и магнитогазодинамических генераторов электроэнергии. В книге много задач и обширная библиография. Книга может служить и учебником, и справочником для научных работников, инженеров, преподавателей и студентов физико-технических и энергетических специальностей.

В монографии исследуется резонансное взаимодействие коллективных степеней свободы (самосогласованные колебания) с индивидуальными (движение отдельных частиц). В незамагниченной плазме — это черенковское резонансное взаимодействие (резонанс Вавилова-Черенкова), в плазме в магнитном поле — циклотронное. В неоднородных плазменных течениях совпадение скорости течения с фазовой скоростью колебаний вызывает явление гидродинамического резонанса. Если плазма неоднородна, то резонансное взаимодействие, обязанное постоянству фазы колебаний на траектории частицы (фазовый резонанс), может приводить к резкому локальному росту волнового вектора колебаний (пространственный резонанс). В то же время пространственные резонансы могут возникать и в отсутствие фазовых. Таким резонансом является альвеновский, также рассматриваемый в монографии. Для научных работников — физиков, а также для студентов старших курсов физических вузов.

В монографии рассматривается одно из активно развиваемых в настоящее время направлений плазменной эмиссионной электроники, связанное с так называемыми форвакуумными плазменными источниками электронов. Отличительной особенностью этих устройств является возможность эффективной генерации стационарных и импульсных электронных пучков в ранее недоступной области повышенных давлений форвакуумного диапазона (1-100 Ра). Представленный в книге материал основан на результатах реализации научных проектов, поддержанных более чем 10 грантами РФФИ. Для разработчиков источников электронов, а также специалистов, использующих электронные пучки для решения фундаментальных и прикладных задач.

Процесс изнашивания рассматривается как стохастический процесс, протекающий в поверхностных слоях контактирующих тел и включающий выкрашивание микрочастиц, их стохастический транспорт, а также процессы наносварки. Результаты исследования позволяют идентифицировать параметры макроскопической модели на основе моделирования процессов на наноуровне и тем самым осуществить переход от нано- к макроуровню.

Методом подвижных клеточных автоматов проведено численное моделирование деформации и разрушения пористых керамических материалов с различными типами регулярной, а также стохастической структуры порового пространства при одноосном нагружении. Проанализировано влияние структуры пор на динамику зарождения и развития повреждений. Отмечена корреляция между эффективной жесткостью пористых образцов и скоростью накопления повреждений в них. Полученные результаты позволяют говорить о возможности квазивязкого разрушения хрупких материалов, обусловленного исключительно структурой порового пространства.

Численно моделируется процесс ударного взаимодействия двух анизотропных тел: цилиндрического ударника и пластины. Моделирование проводится методом конечных элементов в трехмерной постановке. Исследовано влияние ориентации осей симметрии анизотропного материала на разрушение.

Предложена методика оценки прочностных свойств пористого керамического покрытия. Подход основан на анализе результатов предварительных тестов по индентированию покрытия с дефектами различного размера и глубины залегания. Исследования проведены с помощью компьютерного моделирования в рамках совмещения методов дискретного подхода (метод подвижных клеточных автоматов) и континуального описания (метод конечных разностей). Найдены соотношения, связывающие такие параметры поры, как длина и глубина ее залегания в покрытии, с критическими напряжениями, соответствующими разрушению покрытия. Предложенный подход может быть использован для исследования прочностных свойств поверхностных слоев материалов и прогнозирования критических напряжений в области контакта.

Работа посвящена развитию формализма метода подвижных клеточных автоматов для моделирования консолидированных гетерогенных упругопластических сред на различных масштабных уровнях. На основе развитого формализма сформулирован подход к построению структурных моделей для мезоскопического описания отклика (включая разрушение) гетерогенных сред с учетом иерархической организации их внутренней структуры. В рамках данного подхода учет влияния структурных уровней более высокого, в сравнении с рассматриваемым, масштаба осуществляется с использованием техники совмещения метода частиц с традиционными методами механики сплошных сред. Эффективный учет структурных уровней более низкого ранга реализуется путем определения интегральных характеристик отклика представительных объемов среды меньшего масштаба и задания соответствующих значений параметров взаимодействия частиц. Проведено развитие предложенного формализма для описания контрастных гетерогенных сред, различные компоненты которых могут находиться в различных агрегатных состояниях. Возможности метода частиц для описания иерархически организованных сред иллюстрируются на примере изучения закономерностей отклика и разрушения материалов с развитой поровой структурой, в том числе контрастных.