В монографии излагаются аналитические вопросы деформирования боков пород с трещинам и массивов горных пород около ослаблений, вызванных добычей полезных ископаемых. Предлагаются методы расчета напряженно-деформированного состояния около выработок полигонального поперечного сечения, взаимовлияющих выработок, контуры которых ограничены отрезками прямых и дугами окружностей. Приводится вывод систем сингулярных интегральных уравнений, связывающих компоненты напряжений и смещений на границе односвязной и многосвязной области. Получены решения в квадратурах для боков пород при сложном нагружении как содержащих трещины, так и без них. Рассмотрены случаи кусочно-однородных блоков и горных массивов с ослаблениями. Даны уравнения для определения напряжений на продолжении разреза. Новизна исследований позволяет читателям конструировать собственных версии по проблемам механики сплошных сред. Книга рассчитана на научных работников, инженеров, аспирантов, специализирующихся в области геомеханики и механики сплошных сред и многочисленных их приложениях, а также студентов технических вузов.

Описание многоуровневого поведения порошковых смесей как гетерогенных сред при спекании является единственным подходом, позволяющим понять закономерности объемных изменений двухкомпонентного порошкового тела в результате высокотемпературного нагрева. В рамках существующих моделей вопрос о роли гетеродиффузии в процессах роста и усадки порошковых тел при спекании остается открытым. Поэтому очень важно правильно построить физическую модель, которая, с одной стороны, должна в максимальной степени отражать реальную структуру спекаемого тела, а с другой - адекватно описывать закономерности его поведения при спекании. Рассмотрена построенная на мезоскопическом уровне многочастичная модель порошкового тела из бинарной смеси, которая также учитывает особенности диффузионных процессов на микроуровне. Качественно модель верно описывает характер наблюдаемых концентрационных зависимостей величины усадки порошковых тел при твердофазном спекании, а при жидкофазном спекании - не только качественно, но и количественно.

В работе рассматривается задача ударного нагружения анизотропных алюминиевых преград изотропным стальным ударником при скоростях нагружения 200 м/с, 300 м/с и 600 м/с. Исследуется влияние учета анизотропии упругих, пластических и прочностных характеристик материала преграды на изменение волновой картины ее напряженного состояния. Задача решается численно методом конечных элементов в трехмерной постановке. Деформирование стального изотропного ударника происходит согласно модели упругопластического течения Прандтля-Рейсса. деформация анизотропного материала преграды рассчитывается по обобщенному закону Гука в области упругой деформации, на основе теории течения - в области пластической деформации. В качестве критерия разрушения анизотропного материала преграды используется критерий разрушения Мизеса-Хилла. Численным моделированием процесса деформации преграды из алюминиевого сплава Д16Т показано влияние учета сниженных механических свойств преграды по толщине по сравнению с прочностными характеристиками в плоскости проката.

Представлена математическая модель химического превращения в твердой фазе в условиях одноосного механического нагружения с учетом связности полей деформации и температуры и зависимости скорости химической реакции от работы сил деформации. Проведено параметрическое исследование модели. Показано, что возникающие в ходе превращения напряжения и деформации оказывают существенное влияние на динамику процесса.

На основе компьютерного моделирования рассмотрен налет двух частиц на тонкую пластину. Исследовалось влияние возбуждаемых в результате соударения волн на взаимодействие частиц с поверхностью. Показано, что волновые возбуждения в пластине приводят к существенному динамическому изменению поверхностного отклика. проанализировано распределение повреждений и пластической деформации, генерируемых в результате соударений, обнаружена корреляция этого распределения со структурой волны.

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 закачиваемую энергию, а также на распределение деформаций деформаций в объеме материала. Показано, что высокочастотные вибрационные воздействия с частотами, значительно превосходящими собственные, могут значительно повышать деформационную способность материалов с большой долей границ раздела.

Данная работа посвящена анализу результатов, полученных при изучении механизмов инициации смещений в зонах сейсмоопасных разломов. Режим диссипации накопленной энергии недр связан с трещиноватостью, зонами активных разломов и прежде всего со смещениями в них. В работе рассматриваются результаты изучения в активном режиме смещений в разломе на полигоне в п.Листвянка, а также результаты компьютерного моделирования с использованием метода подвижных клеточных автоматов. Цель исследований - выяснение индивидуального и совместного влияния таких факторов, как водонасыщение зон разломов и вибрационное воздействие. Полученные результаты позволяют составить достаточно полное представление о значительной роли этих факторов в стимуляции смещений по разлому в режиме сдвиговой ползучести. Показано, что при увеличении содержания водных растворов в зоне разлома и соответствующем вибрационным воздействии на нее в последней проявляется относительно плавный режим сдвиговой ползучести без мощных сейсмических импульсов.

В работе исследуются процессы деформации и разрушения материала с покрытием при динамическом воздействии на поверхность. Краевая задача механики решается численно методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Для описания механической реакции стальной основы и боридного покрытия используются модели упругопластической среды с изотропным упрочнением и упругохрупкого разрушения соответственно. Геометрия границы раздела "покрытие - подложка" соответствует экспериментально наблюдаемой и учитывается в расчетах явно. проведены численные эксперименты для различных скоростей воздействия на поверхность. Показано, что характер разрушения покрытия существенно зависит от скорости деформирования. При низких скоростях динамического сжатия трещины зарождаются только в областях объемного растяжения и распространяются в направлении приложения нагрузки, а при высоких скоростях воздействия разрушение происходит по смешанному механизму и развивается преимущественно в направлении действия максимальных касательных напряжений.

В работе изложен подход к моделированию нагружения материалов в трехмерной постановке с явным учетом внутренней структуры. Для введения в расчеты структуры мезоскопического масштаба (зерна, включения и др.) предложена процедура генерации структур поликристаллического и композиционного типов, сходных с экспериментальными по количественным и качественным характеристикам. Предложенный подход проиллюстрирован на примере расчета растяжения поликристаллического алюминиевого образца. Приведен краткий анализ и выводы относительно особенностей напряженно-деформированного состояния, реализующегося в трехмерной структуре на мезо- и макроуровнях.

В работе предложена модель формирования покрытия в процессе электронно-лучевой наплавки с учетом растворения частиц в ванне расплава и зависимости теплофизических свойств материалов от температуры. Процесс растворения описывается на основе формально-кинетического подхода; процессы плавления и кристаллизации- в рамках теории двухфазной зоны. В ходе численного решения задачи определяются фазовый и химический состав образующегося покрытия, размер зоны термического влияния и ванны расплава в зависимости от параметров, характеризующих режим наплавки.

Иллюстрируются возможности применения идей теории горения к моделированию высокотемпературных технологических процессов. В качестве примеров рассмотрены модель процесса кислородной резки, в которой учитываются кинетические особенности реакции окисления; модель электронно-лучевой обработки материала с покрытием, в котором может протекать экзотермическая реакция, приводящая к изменению свойств покрытия. Обсуждаются проблемы механической устойчивости, возникающие в некоторых технологических процессах.??.

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.??.

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.????.

Описана математическая модель каркаса аппарата внешней фиксации «Универсал», который рассматривается как упругая пространственная стержневая система и рассчитывается методом конечных элементов. Разработанная модель учитывает предварительное натяжение спиц и позволяет рассчитывать жесткость каркасов в различных вариантах сборки при действии любых нагрузок. Для проверки адекватности математической модели приводятся экспериментально полученные данные.??.

Книга посвящена коррекции справочных данных с целью строгого согласования температуры теплоты кипения при стандартном давлении с температурной зависимостью равновесного давления пара простых веществ. В качестве инструмента согласования этих характеристик использовано нормированное по температуре и теплоте кипения распределение Больцмана. Выявлены ошибочные данные и рекомендованы сглаживающие зависимости давления пара в полном диапазоне температур, от нуля до критической точки, на основе модели испарения, содержащей только температуру и теплоту кипения при стандартном давлении. Полученные данные могут представить теоретический и практический интерес для химиков и металлургов, занимающихся разработкой технологических процессов и вопросами охраны окружающей среды.

Монография посвящена разработке основ теории и методологии идентификации математических моделей процессов теплообмена на поверхности тел при наличии, в общем случае, кондуктивного, конвективного и радиационного переноса теплоты, физико-химических превращений и вдува газообразных продуктов разложения материалов в пограничный слой. Подробно описаны соответствующие вычислительные процедуры и комплекс программ, созданный для индентификации математических моделей. Даются рекомендации по использованию программного комплекса и многочисленные примеры решения методических задач. С помощью данного комплекса проведены исследования ряда проблем, описание которых и полученные результаты также приведены в монографии. Для научных работников и инженеров, преподавателей, аспирантов и студентов, занимающихся теплофизическими и теплотехническими исследованиями.

Рассмотрены теоретические и практические методы обеспечения надежности сложных технических систем типа подвижных установок на всех этапах их жизненного цикла. Приведены новые подходы к обеспечению надежности сложных систем с учетом управляющих воздействий. выраженных в явном виде. Разработаны математические модели расчета функции надежности на всех этапах жизни системы, а также новые методы планирования испытаний, основанные на небракуемости дорогостоящих систем. Представлены модели и методы продления сроков эксплуатации сложных систем. Для специалистов, работающих в области исследования. создания и эксплуатации изделий машиностроения. преподавателей и студентов вузов.

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.

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.??.

В монографии в популярной форме представлены основные элементы технологии построения адаптивных разностных сеток в двумерных и трехмерных областях и на их границах. Базисной математической моделью этой технологии является краевая задача Дирихле для обращенных уравнений Бельтрами и диффузии. Адаптация сеток осуществляется с помощью управляющей метрики, входящей в указанные уравнения. Приведены численные результаты по построению адаптивных трехмерных сеток и решению краевых задач на таких сетках. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, аспирантов и студентов, занимающихся вопросами расчетов пространственных прикладных задач в областях со сложной геометрией границ.

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).

Монография посвящена разработке нового общего научно-методологического подхода к исследованию динамического деформирования плоских преград в виде пластин различных геометрических форм при воздействии кратковременных интенсивных нагрузок взрывного и ударного типа. В рамках модели идеального жесткопластического тела авторы разработали уникальную методику, которая позволяет с единых позиций проанализировать пластины с произвольной формой контура при различных способах его закрепления. Анализ включает возможность учета влияния вязкоупругого сопротивления основания, а также переменно толщины пластины. Все представленные решения задач получены впервые. найдены решения многих важных прикладных задач. Результаты проведенного динамического анализа приведены в простом аналитическом виде, удобном для дальнейшего использования. Работа содержит большое количество иллюстраций, которые демонстрируют широкие возможности рассматриваемой методики расчета пластин. Материл монографии предназначен для исследователей академических и отраслевых институтов, слушателей военных академий и училищ, аспирантов. магистрантов и студентов классических и технических университетов.

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.