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.

Новиков В.В., Февральских Л.Н. «К вопросу о затухании свободной прецессии астероидов» Проблемы прочности и пластичности, 80, № 2, с. 227-237 (2018)

Изучается проблема оценки времени затухания свободной прецессии астероидов. Астероиды рассматриваются как упругие твердые тела, обладающие в недеформированном состоянии различными осевым и экваториальным моментами инерции. Рассматриваются два механизма диссипации энергии: за счет внутреннего трения, обусловленного вязкоупругими свойствами, и тепловых процессов, связанных с макроскопической термодиффузией. Приводятся выражения коэффициентов затухания прецессии для каждого из рассматриваемых механизмов диссипации. Для некоторой группы наиболее известных астероидов проводится оценка времени затухания движений в теле астероида оси устойчивого вращения. Представлена зависимость времени затухания прецессии от среднего диаметра астероидов и периода их собственного вращения. Отмечается увеличение продолжительности свободной прецессии с уменьшением размера астероидов и замедлением собственного вращения. Проводится сравнение времени затухания прецессии со средним временем между последовательными столкновениями астероидов, приводящими к отклонению осей вращения от устойчивого положения. Оценки показывают, что большинство рассмотренных астероидов имеет время затухания, меньшее времени между последовательными столкновениями. При оценке времени затухания прецессии изучается вклад в этот процесс каждого из рассматриваемых механизмов диссипации. Установлено, что для тел небольшого размера с продолжительным периодом собственного вращения диссипация в основном обусловлена вязкоупругими свойствами астероидов. Отмечено существенное влияние термодиффузии на затухание угловых движений больших быстро вращающихся астероидов, причем, в отличие от внутреннего трения, для некоторых астероидов термодиффузия приводит к уменьшению времени затухания прецессии, достаточному, чтобы наблюдать их вращение относительно оси наибольшего момента инерции.

Абузяров К.М., Абузяров М.Х., Глазова Е.Г., Кочетков А.В., Крылов С.В., Маслов Е.Е., Романов В.И. «Численное моделирование трехмерных процессов разгона упругопластических тел взрывом» Проблемы прочности и пластичности, 80, № 2, с. 255-266 (2018)

Описывается численная методика расчета трехмерных процессов разгона деформируемых тел продуктами детонации твердых взрывчатых веществ в воздухе. Численное решение уравнений совместного движения продуктов взрыва, воздуха и упругопластической среды производится в эйлеровых переменных на базе модифицированной схемы С.К. Годунова, единой как для газодинамических, так и для упругопластических течений, с применением точного решения задачи распада разрыва в средах и на границе газ–упругое тело. Методика использует три вида пространственных сеток. Первые сетки – наборы треугольников (STL-файлов), задающие поверхности объектов и отслеживающие эти поверхности в процессе движения. Вторые сетки – это базовые неподвижные декартовы сетки, вложенные в каждую среду. Третий вид сеток – локальные ортогональные подвижные сетки, привязанные к каждому треугольнику первого вида сеток. На базовых и локальных сетках происходит интегрирование уравнений динамики сплошной среды и взаимная интерполяция параметров между сетками различных видов. Для расчета процесса распространения детонации в твердом взрывчатом веществе используется алгоритм, основанный на принципе Гюйгенса и учете энерговыделения при приходе детонационной волны в интегрируемую ячейку. Приведены примеры численных расчетов разгона упругих и упругопластических тел, имеющих форму диска, тетраэдра и куба из различных материалов, примыкающих к заряду. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о применимости описанной методики для расчета связанных процессов разгона деформируемых тел продуктами детонации до торможения в окружающей среде. Выявлены закономерности процесса разгона при инициации детонации в центре сферического заряда. В частности, длительность времени разгона тела сопоставима с временем выхода детонационной волны на поверхность контакта; основные остаточные деформации, изменяющие геометрию тел, происходят на начальной стадии разгона и влияют на взаимодействие с продуктами детонации и на параметры движения тел; наблюдается значительная зависимость максимальной скорости разгона от начальной геометрии разгоняемого тела, его ориентации к детонационному фронту и деформационных свойств при одной и той же массе.

Гергель В.П., Козинов Е.А., Соврасов В.В. «Методы многокритериальной оптимизации для решения задач виброзащиты» Проблемы прочности и пластичности, 80, № 2, с. 281-292 (2018)

Представлен подход, позволяющий решать проблемы оптимизации для типичных задач виброизоляции зданий, аппаратов и людей, расположенных на подвижных поверхностях (например, в зонах землетрясений), при существенном сокращении объема вычислений за счет повторного использования и оптимального хранения поисковой информации большого объема. Поисковая информация представляется в блочном виде, и для ее хранения используется страничный принцип организации памяти. При таком подходе оперативная память и внешняя память разделяются на непрерывные участки (страницы) фиксированного (одинакового) размера. Использование страничной памяти позволяет обеспечить хранение матрицы состояния поиска практически неограниченного объема. При этом в оперативной памяти может располагаться ограниченное число блоков, которые необходимы для выполнения обработки поисковой информации в каждый текущий момент времени. Хранение поисковой информации в страницах внешней памяти повышает надежность вычислений и позволяет организовать приостановку вычислений с возможностью последующего продолжения. Эффективность разработанного подхода подтверждается на примере решения задачи виброзащиты механических систем, подверженных периодическим вибрациям. Рассматривается один из возможных подходов к решению подобных задач, основанный на применении виброизоляции. В решаемой задаче предполагается, что система состоит из подвижного основания и закрепленного на нем посредством виброизолятора объекта защиты. Виброизолятор представляет собой многомассовую механическую систему, состоящую из нескольких материальных точек, связанных гасящими вибрации элементами. Цель задачи заключается в определении количества гасящих вибрацию элементов и их расположения с точки зрения стоимости и качества гашения колебаний. Для решения задачи механическая система описывается системой дифференциальных уравнений с управлением. Для поиска оптимального управления формулируются несколько критериев и решается задача многокритериальной оптимизации. Найденное управление позволяет построить виброизолирующие устройства, сохраняющие целостность объектов, находящихся в зонах риска.