Яблоков А.Е., Жила Т.М. «Применение СНС в вибродиагностике по спектрограммам и вейвлет-скалограммам сигнала» Известия Тульского государственного университета. Технические науки, № 12, с. 452-456 (2021)

С целью повышения эффективности методов вибрационного диагностирования механических передач рассмотрен вопрос применения новых методов обработки вибросигнала -оконного преобразования Фурье и вейвлет-преобразования. Результатами преобразований являются изображения изменений амплитудно-частотных характеристик сигнала во времени, что повышает эффективность анализа периодических процессов, связанных с ударами в механизмах. Однако такие изображения трудно формализовать для использования в диагностических целях. В статье приводятся результаты исследований по использованию сверточных нейронных сетей в задаче классификации технического состояния зубчатой передаче по спектрограммам и вейвлет-скалограммам вибросигнала. Исследования проведены на экспериментальной установке в МГУПП для восьми различных состояний зубчатой передачи. Обработка результатов измерений и оптимизация архитектуры СНС выполнены в программе Matlab. Исследования на тестовых выборках показали достоверность классификации одного из восьми стояний по спектрограммам на уровне 86,35%, а по вейвлет-скалограммам – 95,47%.

Яковлев А.Б. «Влияние наводимого на поверхности солнечного паруса электрического заряда на динамику паруса при движении по цандеровской траектории» IX Поляховские чтения. Санкт-Петербург, 09–12 марта 2021 г. Материалы международной научной конференции по механике, с. 180-181 (2021)

Тихонов А.А., Яковлев А.Б. «Влияние наводимого на поверхности солнечного паруса электрического заряда на его прочностные характеристики» IX Поляховские чтения. Санкт-Петербург, 09–12 марта 2021 г. Материалы международной научной конференции по механике, с. 172-174 (2021)

Леонов Д.В., Кульберг Н.С., Яковлева Т.В., Соловьёва П.Д. «Подход к обнаружению аберраций при транскраниальной ультразвуковой визуализации» Акустический журнал, № 2, с. 204-217 (2022)

При работе систем ультразвуковой медицинской диагностики присутствие черепных костей на пути распространения ультразвука серьезно осложняет визуализацию тканей и сосудов мозга, поскольку кости искажают ультразвуковое поле, внося в него фазовые и амплитудные аберрации. Такие искажения не всегда очевидны, поскольку полная информация об исследуемом объекте принципиально недоступна. В статье развивается новый подход к обнаружению аберраций волнового фронта, основанный на методе синтезированной апертуры. Предложен количественный параметр, характеризующий присутствие аберраций и основанный на измерении среднеквадратичной ширины углового распределения интенсивности. Приведены экспериментальные результаты на частоте 2 МГц, полученные с использованием фантома и при транскраниальном исследовании in vivo. Показано, что в присутствии аберраций величина предложенного параметра возрастает по отношению к теоретическому значению для случая без аберраций на 22–45%.

Яковлева Т.В., Баженов В.Г., Кружилин В.С., Крысько В.А. «Математическое моделирование нелинейных колебаний пластинки при воздействии цветного шума с учетом контактного взаимодействия с балкой» Проблемы прочности и пластичности, 81, № 3, с. 324-332 (2019)

Построена математическая модель контактного взаимодействия пластинки, локально подкрепленной по центру балкой, находящейся под действием внешней поперечной нагрузки и внешнего аддитивного цветного шума (розовый, красный, белый). Конструкция находится в стационарном температурном поле, воздействие которого учтено по теории Дюамеля–Неймана путем решения трехмерного (для пластинки) и двумерного (для балки) уравнений теплопроводности методом конечных разностей, теплообмен между пластинкой и балкой не учитывается. Для пластинки принята модель Кирхгофа, для балки – модель Эйлера–Бернулли. Построенная математическая модель учитывает физическую нелинейность упруго деформируемого материала. Для моделирования контактного взаимодействия применена теория Б.Я. Кантора. Система дифференциальных уравнений сведена к задаче Коши методами Бубнова–Галеркина в высших приближениях или конечных разностей по пространственным переменным. Задача Коши решена методами Рунге–Кутты четвертого порядка точности или методом Ньюмарка. На каждом шаге по времени для решения физически нелинейной задачи применена итерационная процедура И.А. Биргера. Для анализа результатов численного эксперимента использованы методы нелинейной динамики (построение сигналов, фазовых портретов, сечений Пуанкаре, спектров мощности Фурье и вейвлет-спектров Морле, анализ знака показателей Ляпунова методами Вольфа, Канца, Розенштейна). Приведены численные результаты влияния цветного шума на контактное взаимодействие пластинки и балки. Установлено, что красный аддитивный шум оказывает более существенное влияние на характер колебаний пластинчато-балочной конструкции по сравнению с розовым и белым шумами.

Баженов В.Г., Крылова Е.Ю., Яковлева Т.В. «Нелинейные колебания пластины, подкрепленной локальным набором ребер, в условиях аддитивного белого шума» Проблемы прочности и пластичности, 79, № 3, с. 259-266 (2017)

Предложен общий метод исследования математической модели колебаний в виде пространственно-временного хаоса для пластины, подкрепленной ребрами жесткости, роль которых играют три балки, с учетом их контактного взаимодействия и внешнего воздействия – белого шума. Рассмотрен случай симметричного расположения подкрепляющих ребер относительно центра пластины. Выявлено, что форма колебаний существенно изменяется в зависимости от величины интенсивности шумового воздействия. Для решения и анализа этих конструктивно нелинейных задач применяются методы качественной теории дифференциальных уравнений, вейвлет-анализ, методы анализа знака старшего показателя Ляпунова. Система нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений методом Фаэдо–Галеркина в высших приближениях по пространственной координате. Задача Коши по времени решается методом Рунге–Кутты 4-го порядка точности.

Борисов В.Е., Якуш С.Е., Сысоева Е.Я. «Численное моделирование распространения ячеистых пламен в узком зазоре между пластинами» Математическое моделирование, 34, № 3, с. 3-25 (2022)

На основе численного решения уравнений многокомпонентного реагирующего газа в приближении малых чисел Маха представлена вычислительная модель горения предварительно перемешанной смеси в узком зазоре между параллельными пластинами. Применяется алгоритм поблочного адаптивного измельчения сетки, позволяющий достигать высокого разрешения в областях резкого изменения характеристик течения, в первую очередь вблизи фронта пламени. Использован детальный кинетический механизм горения метана в смеси с воздухом. Расчеты проводились с помощью разработанного авторами программного комплекса ParTCS-3D на суперкомпьютере К-100, установленном в ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. Продемонстрирована эффективность параллельной реализации разработанной численной методики. Проведены параметрические расчеты горения стехиометрической метановоздушной смеси, расстояние между пластинами варьировалось в диапазоне 3–6 мм. Показано возникновение неустойчивости распространяющегося пламени, выражающееся в развитии ячеек на его фронте. При малой ширине зазора продемонстрировано погасание пламени вблизи источника зажигания. Получена расчетная зависимость видимой скорости распространения пламени от ширины зазора, свидетельствующая о более быстром распространении пламени в широком зазоре вследствие меньшего влияния вязкости и теплопотерь.

Герасимов С.И., Ерофеев В.И., Трепалов Н.А., Яненко Б.А., Герасимова Р.В. «Использование теневого фонового метода для регистрации ударной волны от взрыва заряда взрывчатого вещества цилиндрической формы» Проблемы прочности и пластичности, 80, № 1, с. 109-117 (2018)

Показана возможность применения теневого фонового метода для регистрации ударной волны несферической формы. В отличие от измерений с помощью датчиков давления, теневой фоновый метод позволяет получить двумерную картины распространения ударной волны. Для применения метода требуется простейший фон с яркостными различиями (трава, песок, лес), одна кинокамера и компьютер. Источником ударной волны являлся заряд взрывчатого вещества цилиндрической формы. Для визуализации ударной волны регистрируется освещенность, создаваемая взрывом заряда. Получена серия последовательных кадров процесса взрыва. На основе их анализа построены зависимости избыточного давления на фронте ударной волны от времени. Визуализация показывает неравномерное распространение ударной волны. Неравномерность избыточного давления на фронте волны уменьшается по мере ее распространения. Продемонстрирована возможность определения центра взрыва в плоскости регистрации по результатам визуализации ударной волны. Предполагается, что наличие многоракурсной видеорегистрации позволит получить трехмерную картину распространения ударной волны и определить координаты центра взрыва в пространстве.

Герасимов С.И., Ерофеев В.И., Каныгин И.И., Кикеев В.А., Фомкин А.П., Яненко Б.А., Герасимова Р.В. «Баллистика осколков кубической формы» Проблемы прочности и пластичности, 80, № 3, с. 368-379 (2018)

Представлены результаты расчетного исследования сверхзвукового обтекания потоком воздуха фрагментов кубической формы. Фрагменты были различным образом ориентированы относительно направления набегающего потока. Рассматривались кубики с длиной ребра 8 мм. Скорость набегающего потока воздуха изменялась в пределах значений числа Маха от 2 до 10. Расчет процесса обтекания проводился с использованием инженерной программы SolidWorks путем численного решения полных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса. Для учета турбулентности использовалась κ-e-модель. Для воздуха применялось уравнение состояния совершенного газа. Начальные значения плотности, температуры и давления соответствовали нормальным условиям. Расчет разбивался на несколько этапов, в конце каждого из которых проводился анализ полученного решения и основанное на этом анализе измельчение счетной сетки в зонах высокоградиентного распределения параметров потока. Полное число счетных ячеек в конкретном расчете, как правило, не превышало 2,5·10⁶. Точность полученных результатов оценивалась по характеру сходимости решения на каждом из рассматриваемых этапов расчета. Для уменьшения расчетных областей использовались условия симметрии. В процессе расчета определялись такие аэродинамические характеристики моделей, как коэффициенты сопротивления, строились картины полей обтекания. Значение коэффициента сопротивления в зависимости от скорости играет важную роль в баллистике осколков. Для сравнения представлены результаты экспериментального исследования сверхзвукового обтекания потоком воздуха осколков кубической формы, различным образом ориентированных относительно направления набегающего потока, представлены результаты визуализации процесса сверхзвукового обтекания фрагментов кубической формы с использованием метода теневого фотографирования. Показан характер уноса за счет аэротермомеханического разрушения осколка при гиперзвуковых скоростях с помощью импульсной рентгенографии. Эксперименты проводились в аэробаллистическом тире с использованием ствольных метательных установок. Помимо постов теневого фотографирования применялись посты импульсного рентгенографирования. На представленной рентгенограмме показан характерный унос материала при сверхзвуковом обтекании испытываемого образца из стали.

Герасимов С.И., Ерофеев В.И., Кикеев В.А., Фомкин А.П., Яненко Б.А., Герасимова Р.В. «Два механизма аэротермомеханического разрушения при гиперзвуковых скоростях обтекания в воздухе» Проблемы прочности и пластичности, 80, № 2, с. 219-226 (2018)

Рассматриваются вопросы организации защиты Земли от столкновения с космическими объектами. Проанализирована эффективность различных способов дробления космических объектов с целью ослабить опасные последствия от их падения на Землю. В рамках проблемы решалась задача экспериментального исследования аэротермомеханического уноса на начальном участке разгона модели метеорита при гиперзвуковых скоростях в условиях интенсивного фонового излучения. На основании рентгеновских снимков и фотоснимков движения тела в атмосфере Земли при гиперзвуковых скоростях предложена качественная картина аэротермомеханического уноса и торможения стальных шариков и шариков, изготовленных из композитного сплава вольфрам-никель-железо. Показано, что характер процессов, наблюдаемых при полете стальных шариков и шариков из композитного сплава, различен. Во время полета под действием аэродинамического теплового потока (конвективного и излучения) происходит интенсивный нагрев лобовой поверхности объектов, начинается унос материала, обусловливающий изменение массы и обводов. При продвижении от полюсного участка лобовой поверхности по потоку происходит снижение уровня тепловых нагрузок и, соответственно, остывание пленки. Поэтому возрастает вязкость расплава, скорость течения пленки падает, и происходит формирование наплыва. Накапливающийся расплав периодически срывается с поверхности тела. По мере торможения тепловые потоки снижаются, унос прекращается, и в дальнейшем обводы объектов уже не меняются, а температура поверхности падает. У стальных шариков унос проходит из-за проплавления наружного слоя и сброса капель. У шариков из сплава вольфрам-никель-железо механизм уноса связан с разными температурами плавления компонентов и приводит к движению вольфрамовых частиц в направлении, нормальном к направлению полета тела.

Янин А.Ф., Дзапарова И.М., Горбачева Е.А., Куреня А.Н., Петков В.Б., Шихин А.А. «Перспективы сцинтилляционных детекторов на основе матриц из кремниевых ФЭУ» Известия Крымской астрофизической обсерватории, 117, № 1, с. 69-75 (2021)

Рассматривается прототип детектора на жидком сцинтилляторе, способы снятия информации с него, возможность применения конусов Винстона и линз Френеля. Проводилась оценка применения линз Френеля и черенковского излучения для детекторов килотонных размеров. В качестве системы сбора информации применялась 128-канальная система сбора данных MDU3-GI64X2 фирмы AiT Instruments. В качестве приемных устройств использовались 2 матрицы ArrayJ-60035-64P-PCB (фирма SensL, Ирландия), состоящие из 64 индивидуальных кремниевых фотоэлектронных умножителей (КФЭУ) серии J. Предполагается, что использование фотоприемников на основе таких матриц в сцинтилляционных детекторах позволит получать образы (снимки) событий, анализ которых даст принципиальную возможность разделять различные классы событий в детекторах.

Дзапарова И.М., Янин А.Ф., Горбачева Е.А., Куреня А.Н., Петков В.Б., Шихин А.А. «Калибровка прототипа сцинтилляционного детектора большого объема с фотоприемниками на основе матриц из кремниевых ФЭУ» Известия Крымской астрофизической обсерватории, 117, № 1, с. 76-81 (2021)

В последние годы в ИЯИ РАН ведутся работы по созданию в Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) сцинтилляционного детектора большого объема. Детектор будет являться частью мировой сети нейтринных детекторов. Один из разрабатываемых в БНО прототипов такого детектора представляет собой акриловую сферу диаметром 500 мм, заполненную жидким сцинтиллятором. В качестве фотоприемников используются матрицы кремниевых фотоэлектронных умножителей (КФЭУ). Такие фотоприемники уже много лет используются в различных физических экспериментах. В нашем случае, в отличие от других экспериментов, матрицы КФЭУ применяются не только для измерения общего световыхода от взаимодействия частиц в сцинтилляторе, но и для получения изображений таких событий. Данный подход позволит отделять полезные (нейтринные) события от фоновых и в том числе проводить мониторинг взрывов Сверхновых в нашей Галактике. Характеристики оптического коллектора прототипа детектора определяются акриловой сферой и линзами Френеля диаметром 300 мм и фокусным расстоянием 120 мм. В качестве фотоприемников выбраны матрицы КФЭУ фирмы SensL (ARRAYJ-60035-64P-PCB). Проведены измерения просматриваемого матрицами объема с помощью закрепленного на рычаге светодиода. Описана система сбора данных MDU3-GI64X2 (фирмы AiT Instruments). В каждом цикле измерений производится калибровка каналов. Приведен зарядовый спектр в детекторе – суммарный сигнал, измеренный 64 КФЭУ матрицы. Представлено изображение трека мюона. В настоящее время отрабатывается методика проведения измерений и анализа полученных данных, а также ведется подготовка к работе со следующим прототипом детектора, который представляет собой акриловую сферу диаметром 1 м.

Захаров П.В., Старостенков М.Д., Янковская У.И., Дмитриев С.В., Корзникова Е.А. «Солитоноподобные волны при периодическом гармоническом возмущении в интерметаллическом соединении состава А₃В» Фундаментальные проблемы современного материаловедения, 18, № 4, с. 414-421 (2021)

посредством метода молекулярной динамики анализируется поведение приповерхностных слоев в интерметаллиде стехиометрического состава А₃В (на примере Pt3Al) при гармоническом внешнем воздействии. Особое внимание уделяется изучению воздействия высокой амплитуды, которые приводят к достаточно быстрому разрушению кристаллической структуры при экстремальных воздействиях. Для описания межатомного взаимодействия используется потенциал, полученный методом погруженного атома. Выявлен механизм, при котором происходит разрушение слоев вблизи поверхности кристалла и показана роль в этом процессе нелинейных локализованных мод. В работе показано, что при продолжительном воздействии флуктуации происходят не только для атомов Al, но и для атомов Pt. Это определяет быстроту разрушения кристаллической решетки вблизи зоны воздействия. Рассмотрена возможность образования уединенных волн в широком диапазоне частот и амплитуд гармонических воздействий. Зависимости, приведенные в работе, позволяют сделать вывод о том, что высокоамплитудные возбуждения могут вносить существенный вклад в процесс накопления энергии вблизи поверхности кристалла. В то же время дальнейшая передача энергии в объемную часть кристалла может осуществляться с помощью нелинейных упругих волн солитонного типа без разрушения материала.

Янковский А.П. «Моделирование изгибного поведения пространственно-армированных пластин из нелинейно-упругих материалов» Проблемы прочности и пластичности, 81, № 1, с. 77-93 (2019)

Построена математическая модель изгибного поведения пространственно-армированных пластин при нелинейно-упругом деформировании материалов компонентов композиции. Решение сформулированной начально-краевой задачи строится по явной численной схеме типа «крест». Возможное ослабленное сопротивление армированных пластин поперечному сдвигу учитывается на основе кинематических гипотез теории Редди. Геометрическая нелинейность задачи рассматривается в приближении Кармана. Показано, что не при всех произвольных структурах пространственного армирования пластин в рамках теории Редди удается построить явную численную схему. Исследовано динамическое нелинейно-упругое поведение плоско-перекрестно и пространственно-армированных прямоугольных пластин под действием воздушной взрывной волны. Показано, что при сильно выраженной анизотропии композиции для относительно толстых пластин замена плоско-перекрестной структуры армирования на пространственную структуру позволяет уменьшить податливость конструкции в поперечном направлении на десятки процентов (до 30% и более), а интенсивность деформаций в связующем материале – в разы. Уменьшение относительной толщины пластины и степени анизотропии ее композиции приводит к уменьшению эффекта от замены плоско-перекрестной структуры армирования на пространственную структуру. В ряде случаев этот эффект может вообще не проявляться даже в относительно толстых композитных конструкциях более сложной геометрической формы, например в кольцевых пластинах с жесткой внутренней шайбой.

Золотарев И.А., Бенгин В.В., Юшков Б.Ю., Нечаев О.Ю., Петров В.Л., Яшин И.В. «Планетарное распределение мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения по данным эксперимента ДЭПРОН на ИСЗ Ломоносов» Космические исследования, 60, № 2, с. 99-104 (2022)

На ИСЗ Ломоносов в 2016–2017 гг. были проведены дозиметрические исследования радиационной обстановки на круговой орбите высотой около 500 км и наклонением 98°. Исследования проводились с помощью прибора ДЭПРОН, в котором использовались два полупроводниковых детектора, расположенных за защитой 0.54 и 0.81 г/см² алюминия. Получено планетарное распределение мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения на высоте полета ИСЗ Ломоносов, которое было разделено на 4 характерных области: зона низких и средних широт, зона Южно-Атлантической аномалии, зона внешнего радиационного пояса Земли и высокоширотная зона полярных шапок. Определены среднесуточные значения мощностей дозы, регистрируемых в течение суток в каждой из этих областей. Наиболее сильные вариации (до порядка величины) испытывает суточная доза во внешнем поясе. Подтверждена связь вариаций мощности дозы во внешнем поясе с уровнем геомагнитной возмущенности.

Мордвин Е.Ю., Волков Н.В., Ревякин А.И., Тогоо Р., Астапов И.И., Безъязыков П.А., Бланк М., Бонвеч Е.А., Бородин А.Н., Брюкнер М., Буднев Н.М., Булан А., Вайдянатан А., Вишневский Р., Волчугов П.А., Воронин Д.М., Гармаш А.Ю., Гафаров А.Р., Гребенюк В.М., Гресс О.А., Гресс Т.И., Гринюк А.А., Гришин О.Г., Дячок А.Н., Журов Д.П., Загородников А.В., Иванова А.Л., Калмыков Н.Н., Киндин В.В., Кирюхин С.Н., Кокоулин Р.П., Компаниец К.Г., Коростелева Е.Е., Кожин В.А., Кравченко Е.А., Крюков А.П., Кузьмичев Л.А., Кьявасса А., Лагутин А.А., Лемешев Ю.Е., Лубсандоржиев Б.К., Лубсандоржиев Н.Б., Миргазов Р.Р., Мирзоян Р., Монхоев Р.Д., Осипова Е.А., Пахоруков А.Л., Пан А., Панасюк М.И., Паньков Л.В., Петрухин А.А., Подгрудков Д.А., Полещук В.А., Попеску М., Попова Е.Г., Порелли А., Постников Е.Б., Просин В.В., Птускин В.С., Пушнин А.А., Райкин Р.И., Рубцов Г.И., Рябов Е.В., Сагань Я.И., Самолига В.С., Свешникова Л.Г., Силаев А.А., Силаев (мл.) А.А., Сидоренков А.Ю., Скурихин А.В., Слунечка М., Соколов А.В., Суворкин Я.В., Таболенко В.А., Танаев А.Б., Таращанский Б.А., Терновой М.Ю., Ткачев Л.Г., Тлучиконт М., Ушаков Н.А., Хорнс Д., Чернов Д.В., Яшин И.И. «Астроклимат равнинных высокогорных зон большого алтая по данным спутникового дистанционного зондирования: потенциал для размещения полномасштабного гамма-астрономического эксперимента» Известия РАН. Серия физическая, 86, № 3, с. 452-456 (2022)

С использованием ночных данных радиометра VIIRS спутниковой платформы Suomi NPP и данных гиперспектрометра AIRS спутника Aqua проведено исследование астроклиматических условий для выполнения ночных астрофизических наблюдений на территории региона Большой Алтай. Установлено, что по топографическим и астроклиматическим критериям для размещения полномасштабного гамма-астрономического эксперимента наиболее подходят район Чуйской степи (Республика Алтай, Россия) и плато озера Хубсугул (аймак Хувсгел, Монголия). Учет особенностей инфраструктуры делает предпочтительным полигон в западной части Чуйской степи.