Исследовано развитие макроскопических неоднородностей при пластическом течении металлов в форме полос Чернова — Людерса и полос скачкообразной деформации (эффект Портевена — Ле Шателье). Для этих двух случаев установлены закономерности развития неоднородности деформации, изучена кинетика движения фронтов полос Чернова — Людерса и полос скачкообразной деформации. Показано, что фронты Чернова — Людерса и скачкообразная деформация Портевена — Ле Шателье могут рассматриваться соответственно в качестве макроскопических автоволновых процессов переключения и возбуждения в деформируемых средах; различной природы.

Рассмотрены условия формирования автоволн локализованного пластического течения в деформируемых металлах при распространении полос Людерса, эффекте Портевена—Ле Шателье и формировании шейки с учетом различия микроскопических механизмов пластической деформации для этих явлений. Исследованы закономерности развития локализованного пластического течения металлов и их роль в развитии этих эффектов. Установлено, что особенности деформации, характерные для обсуждаемых явлений, определяются различием свойств активных сред, формирующихся в исследованных материалах при пластической деформации. Рассмотрены механизмы генерации различных автоволновых мод локализованного пластического течения при деформации Людерса, эффекте Портевена—Ле Шателье и формировании шейки в деформируемых активных средах разной природы.

Представлено описание экспериментальной установки и методики последовательной подачи в измерительную кювету анализатора ДОГ-07, использующего в качестве источника излучения ртутную капиллярную лампу, работающую на основе поперечного эффекта Зеемана, дозированных порций насыщенных паров ртути и примесных газов ( бензола и толуола ). Показано, что при добавлении паров бензола или толуола в концентрациях до 10 мг/м3 в измерительную кювету ДОГ-07, где находятся пары ртути в концентрации более 30 нг/м3, погрешности в измеряемой концентрации ртути не наблюдается. При введении в измерительную кювету большей концентрации паров бензола измеряемая концентрация ртути увеличивается, а при введении большей концентрации паров толуола уменьшается, что приводит к дополнительным погрешностям измерений.

Исследованы особенности регистрации паров бензола и толуола анализатором ртути ДОГ-07 ( на основе поперечного эффекта Зеемана ), линии излучения которого попадают на полосы поглощения этих газов. Показано, что постепенное увеличение в измерительной кювете анализатора концентрации молекул бензола приводит к увеличению регистрируемой концентрации газа. Такое же увеличение вводимой концентрации паров толуола приводит к неоднозначному значению регистрируемых величин концентраций. Приведены возможные причины наблюдаемых явлений.

Предложена термомеханическая модель, основанная на физических представлениях о движении континуума дислокаций, а также модель зарождения и распространения пластических сдвигов для описания "медленных" течений типа полос Людерса. Проведены двумерные расчеты распространения полос Людерса при различных скоростях и температурах деформирования образца из стали марки HSLA-65 при сжатии. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

В работе показана возможность изучения закономерностей поведения и диагностики структуры и свойств поверхностных слоев и покрытий на основе спектрального анализа акустических колебаний и силы сопротивления при трении. Исследования проведены на наноскопическом масштабе с использованием численного моделирования методом подвижных клеточных автоматов. Развита методика анализа упругих волн на основе обработки зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений, регистрируемых в определенной точке поверхности контртела. Идентифицированы основные пики на спектрах регистрируемых данных, обусловленные собственными частотами системы, геометрическими и адгезионными параметрами модели, а также шероховатостью взаимодействующих поверхностей. Показано, что спектры изменения давления в модели качественно подобны акустическим спектрам записи звука в реальном эксперименте. Теоретически обосновывается возможность применения трибоспектрального анализа на основе вычисления силы трения для диагностики неоднородностей и несплошностей наноскопического масштаба в поверхностном слое толщиной до 100 нм. Результаты изучения показали возможность оценки ряда параметров наноскопических несплошностей, таких как характерный пространственный период их расположения и линейные размеры. Обсуждаются области применения предложенного подхода как перспективного неразрушающего метода исследования поведения и диагностики структуры и поврежденности покрытий и поверхностных слоев наноскопической толщины.

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.

Описан подход к моделированию экзотермических химических реакций, основанный на концепции клеточных автоматов. Для анализа адекватности подхода приведены результаты моделирования процесса распространения фронта реакции при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе в системе Ni-Al. Показано хорошее согласие между модельными и экспериментальными зависимостями скорости движения фронта и максимальной температуры горения от температуры начального прогрева порошковой смеси. Сделан вывод о необходимости явного учета кинетики реакции, в частности растекания жидкой фазы, для корректного описания влияния пористости на протекание экзотермической реакции.

В работе проведено численное исследование деформации и разрушения мезообъема композиционного материала Al + Al2O3 при растяжении и сжатии. Иерархическое моделирование подразумевает введение различных моделей для описания механического поведения пластичной матрицы и хрупких керамических включений: упруго-пластическая формулировка с учетом деформационного упрочнения и модель растрескивания, использующая критерий разрушения типа Хубера, соответственно. Критерий учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний: растяжение и сжатие. Показано, что комплексное механическое поведение мезообъема композита как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице и растрескивания включений. Применительно к структурно-неоднородной среде предложенный критерий наибольшей интенсивности касательных напряжений позволяет правильно описать направление распространения трещин при отрыве для разных способов нагружения (растяжение, сжатие).??.

В монографии рассматривается решение комплексной проблемы динамики и прочности, связанной с разработкой и развитием аппарата математического и компьютерного моделирования нелинейных волновых процессов взаимодействия деформируемых тел с грунтовыми средами. В книге приведены методы идентификации параметров математических моделей динамического деформирования грунтовых сред в широком диапазоне изменения давлений и скоростей деформаций, а также произведено экспериментально-теоретическое исследование нестационарных процессов высокоскоростного удара и наклонного проникания тел вращения в сжимаемые пористые среды при использовании точных решений и данных численных и физических экспериментов, Монография предназначена научным работникам, аспирантам и студентам, специализирующимся в области математического моделирования при решении динамических задач механики сплошных сред.

В сборнике содержатся результаты экспериментальных исследований и численного моделирования ряда прикладных задач высокоскоростных соударений ударников с различными преградами. для условий взаимодействия ударников с мягкими преградами типа грунта и воды значительное внимание уделено вопросам определения сил, действующих на ударники в нестационарной стадии процесса, развитию лабораторных методики определения динамических характеристик грунтов. В задачах воздействий ударников на жесткие металлические преграды представлены результаты определения параметров динамики деформирования и разрушения преград и ударников, влияния на них прочностных свойств материалов. В большинстве работ сборника сочетаются расчетные и опытные данные. Сборник может быть полезен для инженеров, научно-технических работников и студентов, изучающих вопросы высокоскоростных соударений твердых тел, динамики и прочности конструкций.

В течение последних нескольких десятилетий наблюдается смещение к полюсу таких элементов общей циркуляции атмосферы, как ячейка Гадлея и штормтреки. На основе результатов численного моделирования динамики климата с использованием идеализированной модели климатической системы показано, что тенденция к смещению штормтреков Северного полушария в условиях потепления климата (по сценарию RCP-8.5) к полюсам будет продолжаться. Обсуждаются также другие особенности динамики общей циркуляции в условиях меняющегося климата, обнаруженные в ходе численного эксперимента.

Рассмотрена структура информационно-моделирующей системы, предназначенной для изучения климатических изменений и динамики геокриологических процессов на территории мерзлоты, включающая в качестве основных составляющих базу данных и подсистему имитационного моделирования полей термокарстовых озер. Предложенная геоимитационная модель основана на экспериментально установленных свойствах реальных полей термокарстовых озер в зоне многолетней мерзлоты Западной Сибири.

Определены состав и структура геоинформационного обеспечения задач мониторинга окружающей среды и климата. Рассмотрены требования к формированию базы данных, позволяющей накапливать разнородную информацию, получаемую в результате междисциплинарных исследований объекта мониторинга. Описана модульная структура геоинформационной системы, базы данных и рассмотрен состав программного обеспечения и системы основных и тематических цифровых карт исследуемых территорий. Обсуждаются вопросы обработки космических снимков и создания комплекса прикладных программ моделирования я в составе геоинформационного обеспечения комплексного мониторинга и использования результатов численного моделирования.

На основе математического моделирования изучаются взаимосвязанные гидродинамические процессы в скважине, имплозионной камере и нефтяном пласте при имплозионном воздействии на призабойную зону. Представлены результаты вычислительных экспериментов, позволяющие исследовать динамику характеристик массопереноса в системе "скважина - имплозионная камера - пласт" и оценить основные параметры имплозионного воздействия на призабойную зону пласта - амплитуду и частоту, объемы жидкости, поступающей из скважины в пласт и из пласта в скважину, динамику образования трещин и их длину. Для научных сотрудников и специалистов в области математического моделирования разработки нефтяных месторождений с применением методов увеличения нефтеизвлечения, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Монография посвящена математическим моделям процессов тепло- и массопереноса в сплошных средах с памятью и в средах с фрактальной структурой, локальным и нелокальным дифференциальным уравнениям состояния и переноса. В ней исследованы видоизмененные начальные и смешанные краевые задачи для обобщенных дифференциальных уравнений переноса целого и дробного порядков, найдены различные и принципиально новые обобщения весьма важного в физике фракталов закона Кольрауша-Уильямса-Уоттса и установлена их связь с дифференциальными уравнениями дробного порядка. Монография будет полезна для научных работников, аспирантов, студентов и преподавателей вузов.

В сборнике представлены результаты теоретических, методических и промысловых исследований повышения эффективности нефтеизвлечения. Даны результаты физико-химических и фильтрационных исследований по подбору оптимального состава обратной эмульсии для выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин. Исследования по подбору композиций для глушения скважин, вскрывших терригенные гидрофильные породы-коллекторы юрских отложений Западно-Ноябрьского месторождения, позволили подобрать высокоэффективную композицию на основе раствора хлористого натрия технического карьерного, Рассматриваются результаты экспериментальных исследований по сравнительному анализу влияния мощности акустического воздействия на разгазирование нефти. Исследования эффективности воздействия теплоносителем на битуминозные пласты на основе комплексного изучения свойств пласта и математического моделирования процесса распространения теплового фронта по пропласткам показали возможность оптимизации теплового воздействия на добывающие и нагнетательные скважины с учетом геологического строения и теплофизических особенностей конкретного участка скважин. Применительно к опытному участку Аганского месторождения приводится алгоритм расчета параметров проведения технологии нестационарного заводнения, а также фактическая схема её реализации. На основе анализа результатов экспериментальных исследований выявлена зависимость фазового состояния парафинистых нефтей от давления. Рассмотрены особенности проведения и интерпретации результатов гидродинамических исследований скважин, оборудованных струйными насосами. Рассмотрены некоторые результаты анализа динамики показателей разработки нефтяной залежи фундамента месторождения Белый Тигр и показано их сопоставление с месторождениями - аналогами. При моделировании газонефтяных залежей предлагается учитывать не только вертикальную составляющую движения флюидов через контакты, но и латеральную. На примере Лянторского месторождения анализируется влияние системы разработки на объемы перетоков.

В сборнике представлены тезисы докладов на юбилейной конференции, посвященной 20-летию Института проблем нефти и газа РАН, содержащие результаты фундаментальных и прикладных исследований по проблемам нефти и газа, полученные в последние годы коллективом сотрудников Института, учеными академических институтов и высших учебных заведений страны. Рассмотрены вопросы энергетики и динамики Земли, нефтегазовой геологии, геофизики, геохимии. Представлены результаты исследований гидротермодинамических процессов в насыщенных пористых и сложнопостроенных средах. Предложены методы, технологии и системы разработки месторождений, математическое и имитационное моделирование при поисках, разведке, разработке месторождений нефти и газа, транспортировке углеводородного сырья. Часть докладов посвящена проблемам обеспечения охраны окружающей среды, экологической безопасности и экономическим проблемам развития нефтегазового комплекса, энергетической безопасности России.

Методами электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов исследованы особенности эволюции структурно-фазового состояния сплава Ti-6Al-4V в процессе формирования субмикрокристаллической структуры с использованием обратимого легирования водородом. Установлено, что пластическая деформация в двухфазной области при температуре 1023К инициирует в сплаве Ti-6Al-4V-Н полное превращение с образованием фазы, имеющей параметры решетки, отличающиеся от соответствующих для равновесной фазц. Изотермический отжиг такой структуры при температуре дегазации 873К приводит к формированию в сплаве двухфазной субмикрокристаллической структуры с размером зерен 0,3 мкм. Показано, что использование для дегазации деформированного сплава Ti-6Al-4V-Н эффекта неравновесного выхода водорода из металлов в условиях воздействия пучком электронов позволяет сформировать однофазную субмикрокристаллическую структуру и повысить ее дисперсность. Обсуждаются возможные причины наблюдаемых фазовых превращений.

Впервые с единых методологических позиций современной физико-химической термодинамики изложены методы описания равновесия пар - жидкость, пар - жидкость - твердое тело и выпадения парафинов в системах, содержащих значительное количество неуглеводородных компонентов. Приведены методы расчета и алгоритмы, позволяющие моделировать фазовое состояние систем природных углеводородов в процессе разработки и эксплуатации залежей. Для научных работников, занимающихся разработкой и эксплуатацией нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

Рассмотрены физические особенности работы первичных преобразователей, основанных на использовании открытого квазиоптического радиоволнового резонатора. Построена математическая модель преобразователя, позволяющая оценивать его чувствительность, локальность, быстродействие. Изучены возможности измерений либо бесконтактного контроля с помощью такого преобразователя объектов различной формы, размеров, проводимости, разной физической природы - полупроводниковых и диэлектрических пластин, пленок, нитевидных материалов, микропровода, композитов. Описаны устройства бесконтактного радиоволнового контроля, использующие открытый квазиоптический резонатор, приведены результаты их лабораторных и производственных испытаний. Книга представляет интерес для студентов, аспирантов радиофизических специальностей, инженерно-технических работников - разработчиков устройств измерений и неразрушающего контроля.

Книга посвящена проблемам моделирования турбулентных потоков газа, несущих дисперсную примесь в виде твердых частиц. Особое внимание уделено рассмотрению различных столкновительных процессов («частица-частица», «частица-стенка», «частица-тело»), имеющих место в гетерогенных потоках. С использованием большого массива экспериментальных и численных данных предложены и верифицированы безразмерные критерии, отвечающие за наличие и интенсивность указанных взаимодействий. Детально рассмотрены характеристики турбулентных гетерогенных течений в каналах (трубах), а также вблизи обтекаемых тел и в пограничных слоях. Описаны и проанализированы результаты физического и математического моделирования потоков газа с твердыми частицами, полученные в последние годы как российскими, так и зарубежными исследователями. Для научных работников, занимающихся исследованиями газодинамики и тепломассообмена многофазных потоков, а также преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

В книге дается систематическое изложение вопросов, связанных с применением метода моделирования крупных вихрей для расчетов турбулентных течений. Основное внимание уделяется замыканию фильтрованных уравнений Навье-Стокса и построению моделей подсеточной вязкости. Рассматриваются особенности численной реализации метода моделирования крупных вихрей и приводятся результаты расчетов внутренних и струйных турбулентных течений. Систематизация и обобщение данных позволяет сформулировать ряд проблем, решение которых имеет важное значение для развития данного направления в численном моделировании турбулентности, и выделить круг задач, для которых его применение представляется возможным и рациональным. Для специалистов в области механики жидкости и газа, а также аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

Изучены особенности поведения атомной системы в процессе самосворачивания двухслойных кристаллических пленок, имеющих наноразмеры по толщине. Расчеты проводились на основе метода молекулярной динамики для системы «медь – никель». Межатомное взаимодействие описывалось в рамках метода погруженного атома. Показано, что при самосворачивании в двухслойной кристаллической пленке генерируются вихреобразные упругие смещения атомных групп около ее свободных краев. Генерация таких атомных смещений обусловлена неоднородностью распределения напряжений в пленке, связанной с границей раздела кристаллических слоев из разных химических элементов и с близостью свободных поверхностей на краях моделируемой структуры. Вихревые атомные смещения являются динамическими дефектами. Их генерация является аккомодационным механизмом установления однородного распределения напряжений. В отсутствие сил внешнего сопротивления процесс самосворачивания может представлять слабозатухающие механические колебания краев пленки.