Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

04.14 Методы измерений и инструменты

 

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

 

Голуб М.В., Дорошенко О.В. «Моделирование прохождения упругих волн через зоны неидеального контакта с помощью граничных условий пружинного типа» Проблемы прочности и пластичности, 77, № 2, с. 182-190 (2015)

Рассматривается волновая динамика разномодульных соединений с неидеальным контактом материалов. Используются две модели для описания зон неидеального контакта: граничные условия пружинного типа и распределенный набор микротрещин. Строится решение задачи о прохождении плоской упругой волны через зону неидеального контакта на основе обеих моделей. Приравнивание коэффициентов прохождения позволяет получить выражение для компонент матрицы жесткости в граничных условиях пружинного типа. Проводится сравнение с известными результатами и обсуждается возможность применения развиваемых моделей при идентификации зон неидеального контакта.

Проблемы прочности и пластичности, 77, № 2, с. 182-190 (2015) | Рубрики: 04.12 04.14

 

Дзюба В.П., Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н. «Скалярно-векторная и фазовая характеристики акустического поля в произвольной регулярно-неоднородной жидкой среде» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 502, № 1, с. 19-23 (2022)

Используя предложенное авторами волновое уравнение для вектора колебательной скорости частиц и известное уравнение для акустического давления в неоднородной неподвижной среде, исследуется влияние параметров среды на векторно-фазовые свойства акустического поля. Впервые найдены аналитические выражения для фаз и модулей векторов комплексной интенсивности и плотности потока акустической энергии (вектора акустической интенсивности), колебательной скорости, давления, плотности энергии, которые связывают их с плотностью среды и скорость звука. Предлагаемый подход позволяет аналитически проанализировать влияние как неоднородностей плотности среды, так и неоднородности скорости звука в среде с их произвольными зависимостями от координат на параметры акустического поля. Это, в свою очередь, открывает перспективы решения обратной задачи по определению пространственного распределения плотности среды и скорости звука по измеренным значениям акустического давления и вектора колебательной скорости.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 502, № 1, с. 19-23 (2022) | Рубрики: 04.14 07.20 12.05

 

Ломунов А.К., Пряжевский Р.Д., Федотенков Г.В. «Нестационарная контактная задача для абсолютно твердого гладкого штампа и упругой полуплоскости на дорэлеевском интервале движения границ области взаимодействия» Проблемы прочности и пластичности, 79, № 1, с. 17-27 (2017)

В рамках плоской постановки рассмотрена нестационарная задача о контактном взаимодействии абсолютно твердого штампа, ограниченного гладкой выпуклой кривой, с упругой полуплоскостью. Закон движения штампа предполагается известным. Постановка задачи включает уравнения движения плоской теории упругости в потенциалах упругих смещений, связи потенциалов с перемещениями и напряжениями, начальные условия и граничные условия смешанного типа. Полагается, что контакт происходит в условиях свободного проскальзывания. На основании принципа суперпозиции нормальные перемещения границы полуплоскости представляются сверткой нормальных напряжений с функцией влияния. Функция влияния является решением задачи Лэмба. Метод решения основан на введении аналитических представлений для искомых функций и применении аналитического алгоритма совместного обращения интегральных преобразований Фурье–Лапласа. При этом существенно, чтобы функция, описывающая закон движения штампа, являлась однородной. Для случая движения границ области контакта со скоростями, не превышающими скорость распространения волн Рэлея, получены аналитические соотношения, разрешающие задачу.

Проблемы прочности и пластичности, 79, № 1, с. 17-27 (2017) | Рубрики: 04.14 08.10

 

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.

Проблемы прочности и пластичности, 79, № 3, с. 259-266 (2017) | Рубрики: 04.14 04.15

 

Ватульян А.О., Кондратьев В.С. «О колебаниях пьезокерамического цилиндра с окружной поляризацией» Проблемы прочности и пластичности, 80, № 4, с. 427-434 (2018)

Рассмотрена задача о радиальных колебаниях пьезокерамического цилиндра с окружной поляризацией с учетом реологии, причем пьезоэлектрические характеристики цилиндра являются функциями радиальной координаты. Цилиндр рассматривается как кусочно-однородное электроупругое тело, составленное из отдельных призм. В предположении, что секционированный цилиндр является бесконечно длинным и в нем отсутствуют осевые деформации, построены краевые задачи о плоской деформации бесконечно длинных призм. В частном случае, когда все призмы секционированного цилиндра находятся в идентичных условиях электрического нагружения, а внешние механические нагрузки отсутствуют, граничная задача для цилиндра сводится к граничной задаче для отдельной призмы. Реологические свойства моделировались в рамках принципа соответствия путем замены характеристик материала комплексными модулями-функциями частоты колебаний. Выполнено сравнение концепции комплексных модулей с широко распространенной линейной частотной аппроксимацией соответствующих функций. Решение задачи находилось численно на основе метода пристрелки. Представлены результаты вычислительных экспериментов по определению амплитудно-частотных характеристик для некоторых законов неоднородности материала. Выполнена серия вычислительных экспериментов для различных законов неоднородности и для различного набора исходных данных, позволившая проанализировать зависимость резонансных частот от законов изменения физических характеристик и реологии. Реализована схема реконструкции законов неоднородности по информации о значениях безразмерных функций – радиального смещения и радиального напряжения в некотором наборе точек внутри области с использованием сплайн-аппроксимаций. Результаты вычислительных экспериментов показали достаточную эффективность предлагаемой схемы.

Проблемы прочности и пластичности, 80, № 4, с. 427-434 (2018) | Рубрики: 04.14 04.15

 

Ватульян А.О., Зубков Ю.Н. «О колебаниях неоднородного пьезодиска» Проблемы прочности и пластичности, 81, № 3, с. 369-380 (2019)

В рамках модели связанной электроупругости неоднородных тел рассмотрена задача об установившихся колебаниях тонкого пьезодиска с неоднородными свойствами, в частности, при наличии радиальной поляризации. Произведены необходимые упрощения в рамках традиционных гипотез, сформулированная краевая задача приведена к канонической системе дифференциальных уравнений первого порядка относительно безразмерных компонент радиального смещения и радиального напряжения с соответствующими граничными условиями. Прямая задача о колебаниях неоднородного диска решена численно на основе метода пристрелки путем численного анализа вспомогательных задач Коши. Проведен анализ амплитудно-частотных характеристик и резонансных частот в зависимости от различных законов изменения неоднородных свойств пьезодиска, которые в представленной модели характеризуются двумя функциями, одна из которых характеризует изменение упругого модуля, вторая – изменение пьезомодуля. Сформулирована обратная задача в первой постановке, в которой восстановлены законы изменения неоднородности пьезодиска (две функции) по значениям функций, характеризующих радиальное смещение и напряжение, известных в конечном наборе точек. Представлены результаты вычислительных экспериментов по решению обратной задачи в первой постановке, обсуждены различные аспекты реконструкции. Сформулирована вторая постановка обратной задачи по определению пьезоэлектрической характеристики диска, где известными считаются функция, описывающая законы изменения упругой характеристики диска, и амплитудно-частотная характеристика. Для решения обратной задачи в этой постановке сформулировано интегральное уравнение Фредгольма 1-го рода с гладким ядром. Представлены результаты численных экспериментов по решению интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода с помощью регуляризирующего метода Тихонова, обсуждены различные аспекты реконструкции.

Проблемы прочности и пластичности, 81, № 3, с. 369-380 (2019) | Рубрики: 04.14 04.16

 

Померанцев Д.Ю., Ермаков А.А., Климов Н.Н. «Разработка акустического метода и исследование возможности определения напряженного состояния изделий и дефектов» Известия Тульского государственного университета. Технические науки, № 4, с. 412-419 (2021)

Предлагается использовать продукт "Прочность", разработанный группой сотрудников Томского политехнического института, для диагностики напряженного состояния несвязанного пути. Это устройство позволяет определить спектр колебаний несвязанного пути, который образуется продольными, поперечными и изгибными волнами рельсов, в целях выявления их напряженного состояния. В свободном состоянии для бесстыкового пути оцениваются формулами для различных типов волн и их значения. При измерении величины скорости, а также анализе, какое значение имеет частота волн на несвязанном тракте, следует констатировать, что регистрируются скорости от 719 м/с до 3300 м/с и частоты в диапазоне от 300 до 5500 Гц. Это указывает на возбуждение поперечных и изгибных волн в рельсовом хлысте при боковом ударе. Использование данного устройства возможно после проведения более детального исследования свободного от стыка напряженного состояния в условиях его сжатия, растяжения и нулевых напряжений набора спектральных идентификаторов, которые будут варьироваться в зависимости от фактических напряжений. Предполагается, что данный выброс размером полуволны выброса около 40 м и возникающей изгибающей волной с длительностью выброса около 0,2 секунды дает частоту 5 Гц, при этом длина волны будет составлять 80 м а величина скорости – 400 м/с. Сравнительный анализ скорости в данной частоте с использованием формулы, которая предназначена для изгибных волн (4), приводит к значению около 100 м/с. Это существенное различие указывает на то, что в целях теоретического исследования процесса выброса в реальных условиях требуется ряд дополнительных исследований, определяющих совокупность механических свойств, которые имеет балластная призма, взаимодействия шпальной решетки с балластом и рельсами.

Известия Тульского государственного университета. Технические науки, № 4, с. 412-419 (2021) | Рубрики: 04.14 14.04

 

Грязнов А.С., Плотников В.А., Гусева А.В. «Динамика спектральных линий акустической эмиссии при термоупругих мартенситных превращениях в никелиде титана» Фундаментальные проблемы современного материаловедения, 18, № 4, с. 408-413 (2021)

Проанализирован частотный спектр акустической эмиссии при термоупругих мартенситных превращениях в никелиде титана. Дискретный характер спектра сигналов акустической эмиссии свидетельствует о резонансных свойствах кристаллической среды, в которой распространяются пакеты акустических волн, а резонансные свойства определяются совокупностью естественных резонаторов системы образец–волновод–датчик. То есть низкочастотный спектр акустической эмиссии является вторичным эффектом, результатом преобразования первичных сигналов акустической эмиссии на естественных резонаторах. Установлено, что в окрестности температуры начала превращения B2→B19' наблюдается резкое смещение частот спектральных линий в низкочастотную область спектра, продолжающееся до температуры окончания превращения. Такое поведение спектра акустической эмиссии, очевидно, связано с эффектом «смягчения» упругих модулей при приближении температуры к температурному интервалу термоупругих мартенситных превращений. Следствием снижения величины упругих модулей является снижение скоростей распространения акустических волн в сплавах и снижение резонансных частот естественных резонаторов. Набор спектральных линий свидетельствует о преобразование первичных сигналов акустической эмиссии на естественных резонаторах.

Фундаментальные проблемы современного материаловедения, 18, № 4, с. 408-413 (2021) | Рубрики: 04.14 06.20 14.04