Заславский Ю.М., Заславский В.Ю. «О рассеянии релеевских и продольных сейсмических волн на локальной неровности грунта» Вычислительная механика сплошных сред, 17, № 2, с. 194-201 (2024)

Выполнено 3-D численное моделирование рассеяния сейсмических поверхностных релеевских и продольных волн, распространяющихся по грунту, плотность и упругость которого типичны для геосреды. На границе грунта имеется локальная неровность в виде пустотелой полусферической выемки (усеченной сферы). Показано, что направленность поля рассеяния зависит от вида неоднородности. Из литературы известно, что при переходе к другому виду неоднородности, например, к покрытию границы тонким инертным (массивным) слоем в виде кружка, возникает рассеяние вперед. Рассматривается импульсный режим зондирования неоднородности. В качестве излучателя предлагается использовать короткоимпульсный источник, например, гидроакустический излучатель или подобный ему пульсирующий монополь, неглубоко погруженный под свободную границу. Таким образом, генерируются упругие волны – поверхностная релеевская и обратно отраженная продольная, для регистрации которых применяются сейсмические приемники, устанавливаемые на свободной границе по схеме, которая выглядит как решетка. Анализируется пространственное амплитудное распределение волнового поля в вертикальном (по центру неоднородности) и горизонтальном (на уровне свободной границы) сечениях среды. Характерные особенности волнового поля обусловлены его рассеянием на локальной неоднородности. Исследуются отличительные свойства в изображении волновых рельефов, образующихся на пересечении волновых фронтов продольных волн – отраженной от свободной границы и рассеянной на локальной неоднородности. Установлены признаки, указывающие на присутствие локальной неоднородности и позволяющие диагностировать ее параметры. Обсуждаются способы повышения достоверности и надежности реализации алгоритмов обнаружения и классификации неоднородностей, оценки их сложности, базирующиеся на использовании перечисленных типов волн. На основе применения все более коротких по длительности зондирующих импульсов демонстрируется возможность представления рельефов в деталях и, соответственно, потенциально достижимое пространственное разрешение при зондировании локальных подповерхностных неоднородностей.

Козлов Н.В. «Прямое численное моделирование конвекции двойной диффузии при вибрациях» Вычислительная механика сплошных сред, 16, № 3, с. 277-288 (2023)

Численно решается задача о развитии конвекции двойной диффузии в плоском слое при воздействии приложенных извне вибраций. Рассматривается двухслойная система смешивающихся жидкостей, помещённая в вертикальные поля силы тяжести и продольных поступательных вибраций. Первое является генератором конвекции: вследствие различия скоростей диффузии у разных растворённых веществ в слое формируются неустойчиво стратифицированные жидкие области. В качестве растворителя используется вода. Нижний слой образован раствором хлорида натрия, а верхний – раствором глюкозы. Нижний слой имеет более высокую плотность, чем верхний. В начальный момент времени система устойчиво стратифицирована. Задача решается в двумерной нестационарной постановке с применением коммерческого пакета ANSYS Fluent. Изучается изменение в поведении жидкостей под действием вибраций. Исследуются конвективные структуры и профили плотности при различной величине вибрационных ускорений, а также эволюция конвективных характеристик. Характер реакции системы на вибрации анализируется в двух аспектах: глобальном и локальном. Глобальный анализ подразумевает описание процессов, протекающих в масштабах всего слоя, а локальный фокусируется на динамике отдельных конвективных структур. Основной эффект от воздействия вибраций заключается в замедлении конвекции. В глобальном масштабе это выражается в снижении скорости роста конвективных структур; со временем эффект становится более заметным (накапливается). В локальном масштабе при сравнительно невысоких вибрационных ускорениях происходит задержка начала конвекции, а при высоких ускорениях конвективные структуры переориентируются и растут в горизонтальном направлении. Полученные результаты могут быть использованы при разработке методов вибрационного управления системами с реакцией/диффузией.

Сираев Р.Р., Брацун Д.А. «Возбуждение релаксационных колебаний на искривленной межфазной границе в условиях внутренней задачи» Вычислительная механика сплошных сред, 17, № 1, с. 87-97 (2024)

Численно исследуется колебательный режим концентрационной конвекции Марангони при абсорбции поверхностно-активного вещества (ПАВ) из однородного внешнего раствора внутрь капли воды. Эффект обусловлен действием постоянной силы тяжести, которая способствует оседанию молекул ПАВ в водной среде. Такой вариант колебательной конвекции, возникающей в условиях внутренней задачи, недавно обнаружен экспериментально. В настоящей работе рассматривается случай химически инертной системы, в которой реакции отсутствуют. Эффекты деформации межфазной поверхности считаются незначительными и во внимание не принимаются. Математическая модель включает уравнения Навье–Стокса, записанные в приближении Хеле–Шоу и Буссинеска, уравнения переноса ПАВ в системе. Полагается, что характерное время адсорбции ПАВ мало по сравнению со временами его диффузии в обоих растворах;это позволяет игнорировать формирование поверхностной фазы. Краевая задача включает условие равновесия системы, учитывающее разные значения химического потенциала в фазах. Показано, что капля воды является аккумулятором ПАВ, который диффундирует из органической фазы. Задача реализована в размерном виде с помощью пакета COMSOL Multiphysics с использованием набора физических констант для уксусной кислоты, которая как многие представители карбоновых кислот обладает свойствами ПАВ в отношении воды. Обнаружено, что прямое численное моделирование системы способно воспроизвести релаксационные колебания, наблюдаемые в эксперименте, только при дополнительном феноменологическом предположении о неньютоновской реологии межфазной границы, которое ранее предложено для внешней задачи. Обсуждается возможный физический механизм запаздывания в срабатывании неустойчивости Марангони. Показывается, что периодические колебания генерируются внутри капли за счет конкуренции эффекта Марангони и гравитационно-зависимой конвективной неустойчивости раствора. В результате численного моделирования определены структуры конвективного движения на межфазной поверхности и около нее, получена зависимость от времени интенсивности течения, найден диапазон изменения периода колебаний.

Алгазин С.Д. «Флаттер конической оболочки» Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, № 3, с. 11-18 (2023)

Рассматривается флаттер конической оболочки конечной длины. Приведен современный алгоритм без насыщения применительно к задаче флаттера конической оболочки, рассмотрены конкретные расчеты, демонстрирующие его высокую эффективность.

Алгазин С.Д. «Вычислительный эксперимент в задаче о флаттере цилиндрической оболочки» Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, № 1, с. 177-181 (2024)

Рассматривается флаттер цилиндрической оболочки конечной длины, неосесимметричный случай. Приведен современный алгоритм без насыщения, рассмотрены конкретные расчеты, продемонстрировавшие его высокую эффективность. Показано, что критическая скорость флаттера мало зависит от числа окружных волн.

Еремина Г.М., Смолин А.Ю., Мартышина И.П. «Численное исследование ударно-волнового нагружения на условия для деактивации клеток рака» Известия вузов. Физика, 67, № 6, с. 39-43 (2024)

Злокачественные новообразования позвоночника считаются одним из видов рака, наиболее способных к активному развитию вторичных опухолевых процессов. Недавние исследования показали, что к остановке роста и миграции раковых клеток приводят сжимающие напряжения более 40 кПа. В данной работе на мезоуровне было проведено численное исследование влияния механических напряжений терапевтической ударной волны на пораженные неопластическими процессами костные ткани с целью регенерации тканей скелета и деактивации раковых областей. Установлено, что эффективным и безопасным для остановки роста злокачественного образования позвоночника является применение среднеинтенсивного ударно-волнового нагружения.

Бабаков А.В. «Численное изучение течения около спускаемого аппарата с куполами парашютной системы в его ближнем следе при сверхзвуковом движении» Математическое моделирование, 36, № 5, с. 3-18 (2024)

На основе консервативных численных методов проведено изучение пространственной нестационарной вихревой структуры потока, возникающей при сверхзвуковом движении в атмосфере спускаемого аппарата и расположенными в его вихревом следе куполами парашютной системой. Рассмотрены варианты парашютной системы, состоящей от одного до семи куполов. Приведены картины течения, возникающего в области между аппаратом и куполами, а также в следе за парашютной системой. Расчеты проведены для различных расстояний между спускаемым аппаратом и куполами. Показано влияние расстояния между аппаратом и куполами на характеристики силового воздействия потока на аппарат и парашютную систему. Моделирование проведено на основе параллельных алгоритмов, реализованных на современных суперкомпьютерных системах.

Пешков Р.А., Исправникова О.В. «Численное моделирование способа снижения акустического давления при помощи взаимодействия реактивной струи с потоком воды методом широкополосного шума» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, № 2(77), с. 5-14 (2024)

В свете прогресса в области аэрокосмической индустрии летательным аппаратам ставятся все более строгие требования относительно уровня шума, что требует разработки эффективных методов его снижения. Прогнозирование уровней акустического шума в большинстве случаев представляет собой сложную задачу, которую можно выявить только в ходе полномасштабного эксперимента. Для сокращения числа экспериментов при исследовании воздействия на множество параметров, изменяющихся в большом диапазоне, можно использовать численное моделирование. Численное моделирование шума имеет высокую актуальность в современном мире, особенно в области аэродинамики и авиации. Это позволяет предсказывать и анализировать шумовые характеристики различных объектов, таких как самолеты, автомобили, вентиляционные системы и др. Такие модели помогают оптимизировать конструкции для снижения шума, улучшения производительности и обеспечения безопасности. Таким образом, численное моделирование шума играет важную роль в различных отраслях и является неотъемлемой частью современных исследований и разработок. В данном исследовании было выяснено, что взаимодействие сверхзвуковой струи с потоком воды является эффективным методом снижения уровня шума. Было проведено моделирование этого процесса с использованием программного пакета ANSYS Fluent. Основные факторы, влияющие на уровень шума, были определены как угол подачи воды, относительное положение коллектора вдоль оси и массовый расход воды. Исследование показало, что наилучшие результаты по снижению шума струи были достигнуты при угле подачи воды 60 градусов и расположении коллектора на расстоянии двух диаметров сопла. Интересно, что варьирование коэффициента массового расхода в пределах исследования практически не оказало влияния на результаты. Это может быть связано с тем, что другие факторы, такие как угол подачи воды и расположение коллектора, имеют более существенное влияние на уровень шума. Таким образом, результаты исследования показывают, что взаимодействие сверхзвуковой струи с потоком воды может быть эффективным методом снижения шума. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение других факторов, которые могут влиять на этот процесс, а также на оптимизацию параметров для достижения еще более значительного снижения шума. Ключевые слова: сверхзвуковая струя, шум, турбулентность, аэроакустика, ANSYS Fluent, активные методы, численное моделирование, многофазные течения, подача воды, массовый расход.

Писарев П.В., Ахунзянова К.А. «Разработка звукопоглощающей конструкции с разновысотными и составными резонаторами для авиационных двигателей» Вестник Московского авиационного института, 31, № 2, с. 106-116 (2024)

Проведены численные эксперименты по моделированию распространения акустических волн в модельном канале, оснащенном разновысотными и составными резонаторами различного объема. Выявлены эффективные сочетания призматических резонаторов. Выявленные зависимости могут быть использованы при разработке ЗПК для авиационного двигателя. Разработаны схемы и рекомендации по размещению разновысотных и составных резонаторов, которые позволяют увеличить число степеней свободы и акустическую эффективность резонансных звукопоглощающих конструкций. Выполненные исследования позволили выявить закономерности акустических процессов в модельных каналах и разработать однослойные составные звукопоглощающие конструкции, способные работать на нескольких резонансных частотах.

Чижонков Е.В. «О численном моделировании колебаний в холодной, но вязкой плазме» Вестник Московского университета. Серия 1: Математика. Механика, № 4, с. 32-41 (2024)

Численно анализируется влияние вязкости на нерелятивистские колебания холодной плазмы. С этой целью построена неявная разностная схема типа Мак-Кормака, имеющая более слабое ограничение на устойчивость, чем явная схема, и реализуемая без итераций, что увеличивает ее вычислительную эффективность в десятки раз. Показано, что учет вязкости плазмы может быть причиной не только затухания амплитуды плазменных колебаний, но и изменения формы решения. При увеличении коэффициента вязкости у решения наблюдается седловая точка, которая сохраняется во времени.