Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

04.11 Излучение источников, импеданс, картины полей

 

Сизых Г.Б. «Угол примыкания звуковой линии к обтекаемой поверхности» Прикладная математика и механика, 85, № 6, с. 734-741 (2021)

Рассматривается вопрос об угле примыкания звуковой линии к обтекаемой поверхности в течениях с однородными полями энтропии и полной энтальпии. Проводится строгое (без применения асимптотических, численных и других приближенных методов) исследование уравнений Эйлера. Рассматриваются плоскопараллельные и незакрученные осесимметричные течения. Показывается, что угол примыкания звуковой линии зависит от кривизны поверхности. Если поверхность выпукла в сторону течения, то величина угла примыкания с дозвуковой стороны будет строго больше 90 градусов. Если поверхность вогнута в сторону течения, то величина угла примыкания с дозвуковой стороны будет строго меньше 90 градусов. Примыкание к прямолинейному участку поверхности в плоскопараллельном течении всегда происходит по нормали. В незакрученных осесимметричных течениях, если звуковая линия примыкает к прямолинейной образующей, параллельной оси симметрии, также возможно только примыкание по нормали. Для случая, когда прямолинейная образующая не параллельна оси симметрии, показывается, что угол примыкания со звуковой стороны только прямой (примыкание по нормали) или нулевой (примыкание по касательной).

Прикладная математика и механика, 85, № 6, с. 734-741 (2021) | Рубрики: 04.01 04.11

 

Толоконников Л.А., Ефимов Д.Ю. «Дифракция звуковых волн на упругом цилиндре с неоднородным покрытием, расположенном вблизи поверхности упругого полупространства» Прикладная математика и механика, 85, № 6, с. 779-791 (2021)

Получено аналитическое решение задачи дифракции цилиндрических звуковых волн на упругом цилиндре с радиально-неоднородным упругим покрытием, расположенном вблизи поверхности упругого полупространства. Представлены результаты расчетов акустического поля в дальней зоне.

Прикладная математика и механика, 85, № 6, с. 779-791 (2021) | Рубрики: 04.03 04.06 04.11

 

Наседкин А.В. «Анализ влияния поверхностных напряжений на эффективные свойства нанопористых пьезокомпозитов» Проблемы прочности и пластичности, 81, № 1, с. 5-18 (2019)

Рассматривается задача гомогенизации смесевых пьезоэлектрических композитных материалов со стохастически распределенными включениями или порами при наличии механически несовершенных межфазных границ. Принятые интерфейсные условия соответствуют модели Гуртина–Мурдоха и дают существенный вклад только для наноструктурированных композитов. Для определения эффективных свойств использован комплексный подход, основанный на теории эффективных модулей, моделировании представительных объемов и на методе конечных элементов. Описана совокупность краевых задач, позволяющих найти полный набор эффективных модулей жесткости, пьезомодулей и диэлектрических проницаемостей пьезокомпозита произвольного класса анизотропии. Численное решение задач гомогенизации осуществлено в конечно-элементном комплексе ANSYS, который использовался как для моделирования представительных объемов композита, так и для расчета его эффективных свойств. Представительный объем состоял из регулярного кубического массива пьезоэлектрических конечных элементов с материальными свойствами двух фаз. Границы контакта между материалами различных фаз покрывались упругими мембранными элементами, которые моделировали интерфейсные поверхностные напряжения. Конкретная реализация проведена для нанопористых пьезокерамических композитов, для которых исходные фазы и гомогенный материал являлись материалами гексагонального класса симметрии, причем поры рассматривались как пьезоэлектрический материал с пренебрежимо малыми модулями жесткости и пьезомодулями. Для такого композита мембранные элементы наследовали структуру анизотропии объемных элементов на их общих границах. В качестве примера представлены результаты расчетов эффективных модулей пористой сегнетомягкой пьезокерамики PZT-5H. Отмечено, что поверхностные напряжения на границах пор могут существенно повысить значения эффективных модулей жесткости. Однако они оказывают слабое влияние на значения эффективных пьезомодулей и диэлектрических проницаемостей.

Проблемы прочности и пластичности, 81, № 1, с. 5-18 (2019) | Рубрика: 04.11

 

Степаненко Д.А., Бунчук К.А. «Моделирование составных кольцевых ультразвуковых волноводов с помощью метода конечных элементов» Наука и техника, 20, № 6, с. 476-481 (2021)

Описана методика моделирования и оптимизации составных кольцевых ультразвуковых волноводов, состоящих из двух последовательно соединенных сегментов из различных материалов, с помощью метода конечных элементов. Обоснована возможность применения таких волноводов для усиления колебаний по амплитуде. Преимущество разработанной методики – возможность ее реализации с помощью стандартного программного обеспечения, в частности COMSOL Multiphysics. Корректность и эффективность методики подтверждена путем сравнения численных данных с результатами моделирования с помощью метода передаточных матриц с применением уравнений колебаний типа Эйлера–Бернулли и Тимошенко. Показано, что в составных кольцевых волноводах могут возникать собственные формы колебаний двух типов – знакопеременные и знакопостоянные, причем практический интерес для усиления колебаний по амплитуде представляют только знакопостоянные моды. Даны рекомендации по выбору оптимальных геометрических параметров волноводов, в частности показано, что для обеспечения максимального коэффициента усиления колебаний по амплитуде центральные углы сегментов волновода должны выбираться с учетом расчетной зависимости коэффициента усиления от угла, характеризующейся наличием нескольких локальных максимумов коэффициента усиления. Отмечено, что высокая точность существующих полуаналитических методов расчета и проектирования кольцевых волноводов достигается при использовании методов, основанных на применении уравнений колебаний типа Тимошенко.

Наука и техника, 20, № 6, с. 476-481 (2021) | Рубрики: 04.11 04.15

 

Зубков А.Д., Волков Д.Д., Дідковський В.С. «Исследование целесообразности применения генетического алгоритма для задач электроакустики (Дослідження доцільності застосування генетичного алгоритму для задач електроакустики)» Микросистемы, Электроника и Акустика (с июня 2017 года правопреемник, основанного в марте 1995 года журнала "Электроника и Связь", укр.), 26, № 1, с. 227793_-1-227793_-6 (2021)

DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.227793. У даній статті розглянуто адаптацію та застосування генетичного алгоритму для знаходження параметрів моделі електродинамічного перетворювача. Розглянуто переваги та недоліки даного методу порівняно із класичними методом ідентифікаціï із застосуванням доданоï маси. Представлено виведення функціï пристосованості для оцінки ідентифікованих параметрів що може також бути використана для ідентифікаціï інших типів електроакустичних перетворювачів. Було розглянуто теорію, що лежить в основі генетичних алгоритмів, і показано, як генетичні алгоритми працюють, збираючи найкращі рішення з невеликих структурних елементів, що володіють чудовими якостями. Далі було розібрано відмінності між генетичними і традиційними алгоритмами, в тому числі підтримку популяціï рішень і використання генетичного уявлення рішень. Після цього було описано сильні сторони генетичних алгоритмів, що включають можливість глобальноï оптимізаціï і застосовність до завдань зі складним математичним представленням або взагалі без представлення і стійкість до шуму. Також були освітлені недоліки: необхідність спеціальних визначень і налаштування гіперпараметрів, небезпеки передчасноï збіжності. На закінчення перераховано ситуаціï, коли застосування генетичних алгоритмів може дати перевагу. Цей алгоритм не прив’язаний до конкретноï інженерноï чи науковоï галузі, що робить його універсальним, рівною мірою він використовується і в генетиці і у комп’ютерних науках. За допомогою генетичного алгоритму було визначено параметри та порівняно ïх з більш класичним для акустики методом доданоï маси. Порівняльна таблиця у роботі ілюструє високу точність генетичного алгоритму у порівнянні з методом доданоï маси. В ході роботи над практичною частиною, також щоб покращити поведінку моделі на частотах вищих за резонансну, було вирішено ускладнити модель електричноï підсистеми перетворювача та увести додаткові параметри: паралельний опір та паралельну індуктивність. Ускладнена модель, як наслідок, почала краще відповідати виміряним значенням у всій частотній області, а отже є більш точною. Це є прикладом зручності використання генетичного алгоритму при переході від ідентифікаціï однієï моделі зі специфічними параметрами до іншоï. Результати даноï роботи доводять, що використання генетичного алгоритму є доцільним для вирішення задач електроакустики адже його використання дозволяє швидко експериментувати та ідентифікувати більш складні моделі для яких метод доданоï маси не може бути застосованим. Також, у перспективі, генетичний алгоритм може бути застосований для ідентифікаціï моделей перетворювачів у часовій області, наприклад, нелінійних моделей електродинамічних перетворювачів або моделей у фазовому просторі, що є предметом майбутніх досліджень.

Микросистемы, Электроника и Акустика (с июня 2017 года правопреемник, основанного в марте 1995 года журнала "Электроника и Связь", укр.), 26, № 1, с. 227793_-1-227793_-6 (2021) | Рубрики: 04.11 13.04

 

Нестеров А.А., Панич А.А., Толстунов М.И. «Направления развития технологий, обеспечивающих создание пьезоматериалов с технологически задаваемой совокупностью параметров» Физические основы приборостроения, 10, № 3, с. 118-126 (2021)

В процессе разработки пьезопреобразователей (ПП) возникают задачи воспроизводимости их электрофизических (ЭФП), физических (ФП) и механических параметров (МП), оптимизации их значений и обеспечения стабильности этих параметров по отношению к управляющим электрическим полям, внешним механическим напряжениями и иным факторам (температура, давление). В данной работе представлен подход, который позволяет решить совокупность указанных задач в рамках высоко- и низкотемпературных технологий. Этот подход базируется на новой модели, описывающей влияние точечных и протяжённых дефектов на значения ЭФП и МП пьезокерамических материалов, и позволяет в широких пределах варьировать значения параметров, изготавливаемых ПП за счёт целенаправленного создания этих дефектов в порошках базовых сегнетоэлектрических фаз (на этапе их синтеза). Эффективность такой технологии проиллюстрирована на примере пьезокерамических материалов, изготовленных на основе фаз системы PbZrO3-PbTiO3-Pb(Cd0,5W0,5)O3. Показано, что пределы варьирования величины составили от 700 до 1940, а продольного пьезомодуля от 100 до 440 пКл/Н. Дополнительно описанные технологии синтеза порошков базовых фаз и спекания из них керамических образцов позволяют также в десятки раз снизить выбросы соединений свинца и висмута в воздух производственных помещений.

Физические основы приборостроения, 10, № 3, с. 118-126 (2021) | Рубрики: 04.11 04.14 06.22

 

Очеретяный С.А., Прокофьев В.В. «Влияние сужения сопла на работу генератора периодических импульсных струй» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 14-26 (2022)

Проведенные ранее экспериментальные исследования струйных течений жидкости в присутствии искусственной каверны с отрицательным числом кавитации показали, что при определенных условиях в гидравлической системе возникают кавитационные автоколебания с высокой интенсивностью пульсаций давления. В работе исследуется течение в магистрали, состоящей из сопротивления (кавитатора), искусственной газовой каверны и сужающегося сопла, через которое жидкость и газ истекают в атмосферу. Обнаружено, что при умеренных поддувах газа в каверну, когда автоколебания отсутствуют и давление в каверне стационарно, в области взаимодействия струи с препятствием (экраном) наблюдаются импульсы давления ударного характера. Этот эффект связан, по-видимому, с интенсивным развитием тейлоровских структур на границе образующейся в этом течении каверны с отрицательным числом кавитации. Проведено исследование зависимости интенсивности периодического импульсного воздействия на препятствие от величины сужения сопла для двух частотных режимов кавитационных автоколебаний. Расчеты, проведенные в рамках одномерной модели истечения из сопла порции несжимаемой жидкости, хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 14-26 (2022) | Рубрика: 04.11