Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

04.12 Численные методы, компьютерное моделирование

 

Николаев Д.А., Цысарь С.А. «Метод интеграла Рэлея для исследования импульсных ультразвуковых источников» Труды школы-семинара “Волны-2015”. Секция “Спектроскопия, диагностика и томография”, с. 74-76 (2015)

При исследовании ультразвуковых пучков и их использовании чрезвычайно важно уметь точно предсказывать акустическое поле, создаваемое излучателем. Самым распространённым способом излучения ультразвуковых пучков является использование колеблющихся поверхностей (мембраны, пьезоэлектрические излучатели). Распределение колебательной скорости вдоль этой поверхности на практике неравномерно. Причинами этого могут служить дефекты излучателя, его структура, волны Лэмба, возникающие в пьезопластине. Поэтому для того, чтобы узнать, как волна распространяется в пространстве, необходимо определить реальную структуру колебаний поверхности ультразвукового источника. Для ультразвуковых излучателей, работающих в жидкостях, наиболее удобным и точным методом измерения скорости колеблющейся поверхности является акустическая голография. В акустике, в отличие от оптики, благодаря относительно низкой частоте колебаний, удаётся производить прямое измерение амплитуды и фазы в каждой точке поверхности, называемой голограммой. И это не единственное преимущество акустической голографии. Одно из них связано с возможностью в ряде случаев проводить измерения на небольших, по сравнению с длиной волны, расстояниях от источника. В этом случае удаётся зарегистрировать неоднородные волны, экспоненциально затухающие при удалении от излучающей поверхности. Данная техника называется акустическая голография «ближнего поля». Она позволяет получить пространственное разрешение, не ограниченное дифракционным пределом. Ещё одним достоинством акустической голографии является возможность её обобщения на случай импульсных источников, широко применяемых в неинвазивной УЗ хирургии. Основная цель работы состоит в определении количественных параметров импульсных акустических полей путём разработки численного алгоритма решения обратной задачи излучения с применением метода нестационарной акустической голографии на основе интеграла Рэлея. В работе осуществляется экспериментальная верификация разработанного алгоритма на примере реального терапевтического фокусированного ультразвукового излучателя, работающего в импульсном режиме. На поверхности источника имеются искусственно созданные неоднородности распределения поля, которые восстанавливаются с разрешающей способностью, ограниченной лишь дифракционным пределом. Для определения оптимальных параметров системы сканирования предварительно была создана численная модель и проведены расчёты.

Труды школы-семинара “Волны-2015”. Секция “Спектроскопия, диагностика и томография”, с. 74-76 (2015) | Рубрики: 04.11 04.12

 

Величко С.А., Фараносов Г.А., Чернышев С.А., Карабасов С.А. «Развитие анализа численных решений уравнений аэрогидродинамики применительно к шуму струй на основе технологий баз данных» Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 186 (2017)

Важным аспектом развития численных методов и их практического применения является сравнительный анализ получаемых расчетных результатов. Реализация современных численных методов влечет за собой использование расчетной сетки большого размера и. соответственно, использование больших массивов данных. Работа с такими массивами обычно поддерживается во многих сферах деятельности использованием технологии баз данных. Такой подход подразумевает реализацию логических взаимосвязей между таблицами хранимых значений величин и индексацию для обеспечения быстрого поиска по запросу. Рассмотрены данные расчета шума струй, реализованного на компьютере с графоплатами в ЦАГИ. Для анализа результатов численного моделирования струй воздуха разработана и реализована база данных JetFlow. Эта база данных, прежде всего, предназначена для хранения значений координат расчетных сеток и значений гидродинамических величин на последовательности шагов по времени в расчетных ячейках фиксированной сетки. Индексация по физическому пространству обеспечивается путем задания принадлежности ячейки кубу в декартовой системе координат. Программное средство заполнения таблиц JetFlow позволяет использовать файловую структуру результатов расчетов на многопроцессорных системах. Технология баз данных сама по себе обеспечивает поддержку коллективной работы в пределах локальной вычислительной сети. Для работы через Интернет естественно использовать технологию "активных серверных страниц" (ASP), которая позволяет реализовать самостоятельный запрос из компьютерной программы удаленно работающего пользователя для нескольких языков программирования. Данные расчетов с использованием технологии баз данных позволяют легко получать статистические характеристики турбулентности в ядре струи и характеристики дальнего акустического поля.

Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 186 (2017) | Рубрики: 04.11 04.12

 

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Использование гамильтоновского формализма в задаче о вкладе линейных возмущений в генерацию звука» Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 191-192 (2017)

Вопрос об источниках звука в турбулентном течении до сих пор относится к нерешенным проблемам аэроакустики. В частности, можно выделить два основных направления исследований в этой области, в одном из которых в качестве источников звука рассматриваются линейные возмущения среднего течения, а в другом предполагается, что генерация акустического излучения связана с нелинейными процессами. В работе проводится исследование роли линейных возмущений плоскопараллельных течений в процессе генерации звука. Известно, что в случае изэнтропического течения с небольшими скоростями излучение звука связано с нестационарными возмущениями завихренности и определяется квадрупольным моментом течения, который при малых числах Маха может быть вычислен в приближении несжимаемой жидкости. В этом случае исследование вклада гидродинамических возмущений в звуковое излучение определяется квадрупольным моментом, который представляет собой интегральную характеристику течения.

Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 191-192 (2017) | Рубрики: 04.11 04.12

 

Акиньшин Р.В., Юдин М.А., Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Получение высших приближений в задаче о возмущении тонкого изохронного вихревого кольца» Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 196-197 (2017)

Изучение динамики вихревого кольца представляет большой интерес, так как вихревое кольцо позволяет исследовать механизмы образования шума в турбулентных течениях. Этот объект легко может быть создан в опыте для экспериментального исследования и допускает теоретическое описание как стационарных, так и колебательных режимов. В то же время, теоретическое изучение динамики вихревого кольца проводилось лишь в приближении тонкого вихревого кольца. Параметр тонкости вихревого кольца определяют, как отношение характерного радиуса сечения ядра вихревого кольца к радиусу вихревого кольца. Из всевозможных течений выделяется движение изохронного вихревого кольца, для которого период обращения жидких частиц внутри ядра вихревого кольца постоянен. Для такого вихревого кольца отсутствуют возмущения непрерывного спектра, что существенно облегчает проведение аналитических расчетов. Главной целью данной работы является получение более высокого приближения для базисных деформаций, чем это было сделано ранее. Это позволит в дальнейшем более детально исследовать колебания вихревого кольца и, в частности, проверить предположение о новой неустойчивости этого течения, связанной с взаимодействием мод с энергией разного знака.

Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 196-197 (2017) | Рубрики: 04.11 04.12

 

Копьев В.Ф., Чернышев С.А., Юдин М.А. «Разработка экспериментального подхода исследования сдвиговой неустойчивости в двумерной системе» Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 198 (2017)

Сдвиговая неустойчивость приводит к неустойчивости трехмерных вихрей и связанна с потоком энергии из критического слоя к вихревому ядру. Как теоретическое, так и экспериментальное исследование сдвиговой неустойчивости в трехмерных течениях представляет большую сложность. Колебания двухмерного вихря оказываются нейтрально устойчивыми. Ранее была предложена система, состоящая из цилиндра, обтекаемого безграничным циркуляционным потоком с монотонно убывающей завихренностью, в которой реализуется сдвиговая неустойчивость. Позже в связи с принципиальной ограниченностью области течения была рассмотрена задача о циркуляционном обтекании цилиндра ограниченным в пространстве потоком с малой монотонно убывающей завихренностью. Целью настоящей работы является дальнейшее исследование данной неустойчивости и возможности ее экспериментального обнаружения. В предыдущих работах рассматривалась течение в невязкой жидкости. В работе рассмотрено наложение малой монотонной завихренности на вязкое течение между двумя коаксиальными цилиндрами, известное как течение Куэтта. Исследована возможность экспериментального получения предложенного течения.

Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 198 (2017) | Рубрики: 04.11 04.12

 

Дубень А.П., Козубская Т.К., Даньков Б.Н. «Исследование нестационарного турбулентного течения в открытой каверне с использованием численного моделирования» Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 236 (2017)

Работа посвящена изучению механизма образования автоколебательного процесса в каверне с открытым типом течения. Исследования проводится на основе одной широко известной задачи: каверна М219. обтекаемая однородным турбулентным потоком с характерным числом Маха М=0.85. Для воспроизведения физической картины течения использовался вычислительный алгоритм, реализованный в программном комплексе NOISEtte. Выходными данными численного эксперимента, которые потом обрабатывались с помощью методов корреляционного и спектрального анализа, были нестационарные физические поля течения в области каверны. На основе анализа данных настоящего численного моделирования, а также расчетов других авторов подтверждается гипотеза о наличии трёх различных процессов, ответственных за образование автоколебаний: гидродинамической, резонансной и расходно-волновой природы. При этом общее усиление определенных узкополосных составляющих в спектрах пульсаций давления связано с близостью кратных частот, характеризующих каждый из процессов. В докладе представлены подробности проведенного анализа.

Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 236 (2017) | Рубрики: 04.11 04.12

 

Филиппов А.А. «Моделирование деформационного поведения материалов при различных скоростях нагружения в пакете программ LS-DYNA» Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии. Доклады X Всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 100-летию со дня рождения академика В.В. Струминского, Новосибирск, 23–25 апреля 2014 г., с. 214-215 (2014)

Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии. Доклады X Всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 100-летию со дня рождения академика В.В. Струминского, Новосибирск, 23–25 апреля 2014 г., с. 214-215 (2014) | Рубрика: 04.12

 

Лобачев А.М., Модестов В.С., Полянский В.А., Пивков А.В. «Численное моделирование распространения ультразвуковых волн в системе «пьезоэлемент–упругий слой»» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 152-153 (2017)

Проведено прямое конечно-элементное моделирование прохождения ультразвуковой волны в материале с учетом отличия плотности материала в тонком поверхностном слое. Для исключения эффектов отражения в модели учтен также переходной слой с постепенным изменением плотности от плотности поверхностного слоя к плотности основного материала. В работе получено полное напряженнодеформированное состояние системы «пьезоэлемент–упругий слой» в процессе прохождения волн. В результате моделирования был получен сигнал на электродах пьезодатчика. Вычислена зависимость задержки акустического сигнала от степени изменения плотности в поверхностном слое.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 152-153 (2017) | Рубрики: 04.12 04.16

 

Картышев О.А., Картышев М.О. «Применение компьютерной программы «ACOUSTICLAB» для целей прогнозируемой оценки авиационного шума на местности в составе программного комплекса «ECOFLIGHT BUILDING»» Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 275-278 (2017)

Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 275-278 (2017) | Рубрики: 04.12 08.14 10.01

 

Лукашин П.С., Сбоева М.Я., Щеглов Г.А. «Сравнение программных комплексов для численного моделирования учебных задач акустики» Инженерный вестник, № 5, с. 42-49 (2017)

Проводится исследование возможностей различных открытых и коммерческих программных комплексов, позволяющих решать учебные задачи в области акустики, возникающие при анализе акустических нагрузок на КА в курсовом и дипломном проектировании. Рассматривается решение задач рассеяния акустических волн на цилиндре бесконечной длины, излучения волн бесконечным цилиндром, а также внутренняя задача со смешанными граничными условиями. Расчеты проводятся в коммерческом пакете анализа акустики MSC Actran, открытом конечно-элементном пакете Code Aster, также для моделирования задач с применением метода граничных элементов используется открытая библиотека BEM++. Результаты расчетов сравниваются с известными аналитическими решениями.

Инженерный вестник, № 5, с. 42-49 (2017) | Рубрика: 04.12

 

Михайлов С.В. «Принципы построения программного кода для решения задач аэродинамики и аэроакустики» Математическое моделирование, 29, № 9, с. 49-61 (2017)

Работа посвящена вопросам разработки программ аэродинамического и аэроакустического расчета. Предлагается рассматривать основные понятия CFD/CAA с точки зрения объектно-ориентированного подхода к созданию программ. Рассматриваются вопросы взаимодействия нескольких разработчиков программного кода.

Математическое моделирование, 29, № 9, с. 49-61 (2017) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Быков А.А., Пикунов В.М. «Применение метода Галеркина для расчета собственных колебаний волноводно-лестничной структуры» Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации. 8-я междунар. конф., 21–23 сент. 2015 г., Суздаль, Россия. Тр. РНТОРЭС им. А.С. Попова. сер. Акустоопт. и радиолок. методы измерений и обраб. инф., с. 19-22 (2015)

Представлен комплекс методов, алгоритмов и компьютерных кодов для расчета собственных колебаний волноводно-лестничной структуры, состоящей из большого числа связанных областей сложной формы, которые образуются за счет размещения металлических вставок в прямоугольный металлический волновод. Каждая вставка представляет металлический параллелепипед, грани которого параллельны или перпендикулярны границам прямоугольного волновода. Внутри вставки может находиться одно или несколько сквозных отверстий, поперечное сечение которых может иметь форму прямоугольника или круга. Отрезок прямоугольного волновода ограничен с двух сторон планарными заглушками. В одной или нескольких областей имеется волноводный переход, обеспечивающий связь резонатора с подводящим или отводящим волноводами и/или коаксиалами.

Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации. 8-я междунар. конф., 21–23 сент. 2015 г., Суздаль, Россия. Тр. РНТОРЭС им. А.С. Попова. сер. Акустоопт. и радиолок. методы измерений и обраб. инф., с. 19-22 (2015) | Рубрики: 04.01 04.09 04.12

 

Босняков С.М., Михайлов С.В., Подаруев В.Ю., Трошин А.И. «Реализация метода Галеркина с разрывными базисными функциями и сопоставление расчёта с экспериментом» Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 259-260 (2017)

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы». Соглашение о предоставлении субсидии от 18 ноября 2015 г. № 14.628.21.0005. Приводится краткое описание разрабатываемого в ЦАГИ кода, основанного на методе Галёркина с разрывными базисными функциями высокого порядка. Реконструкция функций выполняется для консервативных переменных. Это позволяет существенно упростить формулировку схемы для нестационарных течений. Градиенты параметров для расчёта диффузионных потоков вычисляются по методу Bassi-Rebay 2. Схема требует точного интегрирования по поверхности и объёму ячейки. Для этого используются квадратурные и кубатурные правила Гаусса, записанные для стандартных элементов. Преобразование в физические координаты осуществляется при помощи сирендиповых элементов. На текущий момент реализована поддержка только гексаэдральных сеток. Расчёты схемами порядка выше 2 проводятся с учётом кривизны поверхности.

Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 259-260 (2017) | Рубрики: 04.01 04.12

 

Жарников Т.В., Сыресин Д.Е., Никитин А.А., Дорофеева А.А. «Изучение поведения дисперсионных кривых квазидипольных мод анизотропного волновода с помощью полуаналитического метода конечных элементов» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Исследуются особенности поведения дисперсионных кривых квазидипольных мод эллиптических анизотропных волноводов. С помощью полуаналитического метода конечных элементов показано, что вблизи точки сближения дисперсионных кривых они не пересекаются, а отталкиваются. Отталкивание сопровождается вращением поляризации мод при изменении частоты. Причиной такого поведения является отсутствие в модели точной симметрии. Пересечение возможно только в моделях с точной симметрией. Предложенный сценарий пересечения дисперсионных кривых важен для геофизических задач, поскольку может быть альтернативой общепринятому сценарию, когда пересечение кривых вызвано преднапряжением вмещающей среды.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрики: 04.09 04.12