Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О.М., Евдокимов В.С. «Об одной механической модели самоорганизации наночастиц» Известия Российской академии наук. Механика твердого тела, № 6, с. 72-78 (2022)

Опираясь на свойства блочных элементов, имитирующих наночастицы, контактирующие с многослойным основанием, строится модель самоорганизации таких объектов. Предполагается, что наночастицы контактируют без трения с находящимся в состоянии вибрации деформируемым основанием. Для построения модели в статье впервые построены аналитические соотношения, позволяющие получать параметры возникновения высокочастотного резонанса для такой механической структуры, или, что то же самое, ловушечных мод. Благодаря этим соотношениям, на основе свойств поведения механических объектов, расположенных на поверхности деформируемого основания в условиях вибрации, строится модель их самоорганизации. Самоорганизация состоит в стремлении, при определенных механических и геометрических параметрах механической системы, к объединению поверхностных объектов. Построенная модель допускает ее перенос на наночастицы из многокомпонентных материалов. Ключевые слова: граничные задачи, наночастицы, интегральные уравнения, высокочастотный резонанс, факторизация, самосборка

Кустов Н.Д., Евдокимов К.С., Шахматов А.В. «Интегрированная космическая сеть: обоснование архитектурных и технических решений космической миссии ReshUCube-2» Сибирский аэрокосмический журнал, 24, № 2, с. 260-272 (2023)

Космические миссии с применением малых космических аппаратов типа CubeSat получили широкое распространение. В связи с этим перспективным направлением развития данной отрасли являются интегрированные космические сети. В данной работе предложена архитектура такой сети. Планируется, что первым узлом данной сети станет аппарат ReshUCube-2. Были определены функциональные требования и технические ограничения описанной архитектуры. На основе требований проведен обзор и сравнительный анализ сетевых протоколов и технологий разных уровней. В результате предложен сетевой стек, который соответствует данным требованиям. Ключевыми протоколами в стеке были выбраны: LoRa, 802.15.4, IPv6, 6LoWPAN, RPL, TCP, UDP и CoAP. Предложены методы программной и аппаратной реализации узлов сети. Продемонстрирован тестовый стенд на основе специально разработанных унифицированных устройств, на котором предлагается отрабатывать функции сетевого взаимодействия. Также показана тестовая плата полезной нагрузки для малых космических аппаратов – узлов космического сегмента. Полученные результаты будут использованы в процессе разработки будущих космических миссий СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Кроме того, результаты могут быть полезны при проектировании сетей интернета вещей, интернета транспортных средств и подобных сетей. Результаты работы могут также послужить основой для будущих исследований в области сетевых технологий, цифровой обработки сигналов, межспутникового взаимодействия и космических информационных систем.

Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О.М., Евдокимов В.С. «Об одной механической модели самоорганизации наночастиц» Известия Российской академии наук. Механика твердого тела, № 6, с. 72-78 (2022)

Опираясь на свойства блочных элементов, имитирующих наночастицы, контактирующие с многослойным основанием, строится модель самоорганизации таких объектов. Предполагается, что наночастицы контактируют без трения с находящимся в состоянии вибрации деформируемым основанием. Для построения модели в статье впервые построены аналитические соотношения, позволяющие получать параметры возникновения высокочастотного резонанса для такой механической структуры, или, что то же самое, ловушечных мод. Благодаря этим соотношениям, на основе свойств поведения механических объектов, расположенных на поверхности деформируемого основания в условиях вибрации, строится модель их самоорганизации. Самоорганизация состоит в стремлении, при определенных механических и геометрических параметрах механической системы, к объединению поверхностных объектов. Построенная модель допускает ее перенос на наночастицы из многокомпонентных материалов. Ключевые слова: граничные задачи, наночастицы, интегральные уравнения, высокочастотный резонанс, факторизация, самосборка

Данилов В.Н., Ушаков В.М., Евтушенко С.Г. «О некоторых особенностях спектров сигналов при ультразвуковом исследовании структуры металла с повышенным затуханием продольных волн» Контроль. Диагностика, 26, № 2, с. 13-21 (2023)

Методом компьютерного моделирования установлены некоторые особенности изменения частотных спектров донных сигналов прямых высокочастотных преобразователей при ультразвуковом исследовании структуры металла с различным средним размером зерен и дисперсии их размеров. Показано, что для моделей преобразователей с частотами f0=10, 15 МГц (с шириной частотного спектра на уровне 0,25 от максимума ≈0,5f0) при росте значений среднего размера зерен и дисперсии их размеров происходит увеличение ширины спектров сигналов, обусловленное особенностями изменения формы спектров в области низких частот. Для модели широкополосного преобразователя с частотой f0=15 МГц (с шириной полосы спектра ≈f0) в аналогичных условиях ширина спектра уменьшается вследствие преимущественного ослабления его высокочастотных компонент, при этом для всех использовавшихся в расчетах моделей преобразователей имеет место уменьшение частоты максимума спектра. Результаты расчета для широкополосного преобразователя подтверждены экспериментом. Предложено использовать при УЗ-исследовании структуры металла смещение максимума спектра и изменение полосы пропускания спектра импульсов.

Егоров Ю.А., Иванов П.С., Маринич Н.В. «Зависимость кромочного шума модели гребного винта от гидродинамической нагрузки» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 50-57 (2023)

Объектом исследований являются модели гребных винтов. Цель – определение влияния гидродинамической нагрузки движителя на уровни высокочастотного некавитационного (кромочного) шума. Материалы и методы. Выполнен сравнительный анализ отечественных и зарубежных методов нормирования кромочного шума. Проведены измерения кромочного шума для серии моделей гребных винтов с разной гидродинамической нагрузкой. Основные результаты. Выявлены теоретические предпосылки влияния гидродинамической нагрузки (в виде безразмерного коэффициента упора KT) на уровни кромочного шума. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили корректность указанного подхода применительно к моделям гребных винтов. Заключение. Проведенные модельные испытания подтвердили влияние гидродинамической нагрузки (коэффициента упора движителя KT) на уровни кромочного шума. Определен примерный диапазон величины KT, оптимальной для снижения шумности гребных винтов.

Лобачев М.П., Таранов А.Е., Сайфуллин Т.И., Малашин А.Н., Егоров Ю.А. «Разработка математической модели акустического источника, сопровождающего распад кавитационной каверны на схлопывающиеся пузырьки» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 87-98 (2023)

Целью является разработка математической модели акустического источника, сопровождающего распад кавитационной каверны на схлопывающиеся пузырьки, для дальнейшей реализации в пакете программ «Логос» (ПП «Логос»). Объектами исследования являются модели гребных винтов (ГВ), работающие в условиях кавитации. Материалы и методы. Для оценки объема и количества пузырьков, возникающих при распаде кавитационной каверны на гребных винтах, а также для определения амплитудно-частотных характеристик процесса схлопывания одиночного пузырька пара используются методы вычислительной гидродинамики. Характеристики течения вязкой жидкости находятся из решения методом контрольного объема нестационарных уравнений Рейнольдса (RANS), замкнутых двухпараметрической полуэмпирической моделью турбулентности. Для калибровки коэффициентов полученной математической модели акустического источника подготовлены валидационные задачи, для которых выполнены замеры акустического шума в кавитационной трубе Крыловского центра. Основные результаты. Проведено численное моделирование динамики схлопывания одиночного пузырька водяного пара при различных начальных условиях. Выполнена аппроксимация зависимости импульса давления, возникающего при схлопывании кавитационного пузырька в свободной жидкости и вблизи твердой стенки. Оценены объемы и количество пузырьков, возникающих при распаде кавитационной каверны на гребных винтах, в процессе работы трех ГВ различной формы при различных поступях и числах кавитации. Разработана математическая модель акустического источника, сопровождающего распад кавитационной каверны на схлопывающиеся пузырьки, которая может быть реализована на базе конечно-объемной технологии дискретизации, применяемой в ПП «Логос», совместно с моделью турбулентности κ–ω SST. Сформирован валидационный базис для тестирования и калибровки указанной математической модели. Заключение. Исследование выполнено в рамках научной программы Национального центра физики и математики (проект «Математическое моделирование на суперЭВМ экса- и зеттафлопсной производительности»). Анализ полученных результатов показал возможность использования предложенной в работе математической модели, однако для придания ей большей универсальности и повышения точности прогноза требуется привлечение дополнительной эмпирической информации. Альтернативой является существенное увеличение привлекаемых вычислительных ресурсов, которые для решения практических задач представляются излишне большими.

Учайкин В.В., Ерлыкин А.Д., Сибатов Р.Т. «Нелокальная (дробно-дифференциальная) модель переноса космических лучей в межзвёздной среде» Успехи физических наук, 193, № 3, с. 233-278 (2023)

Математическое моделирование распространения заряженных частиц в межзвёздной среде составляет ключевой аспект физики космических лучей. Совершенствование измерительных систем и обогащение статистики результатами внеземной астрономии стимулируют регулярную ревизию вычислительных моделей. Большинство используемых в настоящее время подходов основано на локальной модели нормальной диффузии, всё чаще становящейся объектом критического анализа. Неудовлетворённость этой моделью порождается, во-первых, её конфликтом с релятивистским принципом ограниченности скорости и, во-вторых, игнорированием специфики пространственных корреляций свойств турбулентной межзвёздной среды. В связи с этим в предыдущей обзорной статье первого автора (УФН 183 1175 (2013)) был высказан ряд соображений в пользу модели переноса космических лучей с применением дробно-дифференциальных операторов. Настоящий обзор продолжает изложение физических и математических особенностей дробно-дифференциальной теории, уделяя большее внимание процедуре включения характеристик межзвёздной среды в нелокальные операторы. Приводятся новые результаты, полученные в рамках такого подхода, производится их сопоставление и обсуждение.

Ерофеев В.И., Лисенкова Е.Е. «Дисперсионные и энергетические характеристики изгибных волн в пластине, лежащей на двухпараметрическом упругом основании» Акустический журнал, 69, № 3, с. 277-283 (2023)

Рассматривается распространение изгибных волн в пластине, лежащей на двухпараметрическом упругом основании. В отличие от классической модели Кирхгофа, используемая здесь для исследования математическая модель учитывает не только кинетическую и потенциальную энергии изгибных колебаний, но и кинетическую энергию, обусловленную инерцией вращения элементов пластины при изгибе. Проводится анализ дисперсионного уравнения, фазовой скорости, скорости переноса энергии и энергетических характеристик волн, распространяющихся в пластине, в зависимости от соотношения коэффициентов, определяющих жесткости упругого основания на сдвиг и сжатие. Найдены условия, при которых возможно существование в пластине волн, фазовая и групповая скорости которых имеют противоположные направления (часто называемых “обратными” волнами). Показано, что такие волны существенно изменяют характер поведения потока энергии. Кроме того, найдены соотношения, связывающие кинематические и средние значения энергетических характеристик волн. Ключевые слова: тонкая упругая пластина, обобщенное упругое основание, обратная волна, скорость переноса энергии, вектор плотности потока энергии, тензор плотности потока волнового импульса DOI: 10.31857/S0320791922600342

Ерофеев В.И., Корсаков М.И., Леонтьева А.В. «Линейные и нелинейные плоские продольные волны в среде Слепяна–Пальмова» Известия Российской академии наук. Механика твердого тела, № 6, с. 127-139 (2022)

Рассматриваются плоские продольные волны, распространяющиеся в среде Слепяна–Пальмова, состоящей из несущей среды и ансамбля нелинейных осцилляторов. Система уравнений динамики сводится к одному уравнению относительно продольного перемещения несущей среды. Проанализировано распространение гармонических волн в зависимости от изменения параметров системы, характеризующих относительную плотность и диссипацию в среде. Показано, что среди нелинейных стационарных волн могут существовать только периодические волны. Исследовано влияние параметров нелинейности и относительной плотности материала на пределы максимально возможной деформации, форму и длину волны. Ключевые слова: модель Слепяна–Пальмова, продольная волна, гармоническая волна, дисперсия, диссипация, нелинейная периодическая волна

Огородников В.А., Сырунин М.А., Ерофеев К.В., Кулаков Е.В., Пупков А.С., Кошатова Е.В., Галиев Ф.Ф., Подурец А.М., Ткаченко М.И., Скляднева Т.О. «Статическая, динамическая и ударно-волновая прочность трубной стали марок 17Г1С, 09Г2С, 10Г2ФБЮ и класса прочности К60» Физика горения и взрыва, 59, № 3, с. 141-152 (2023)

При разработке специализированных взрывозащитных камер, к которым предъявляются повышенные требования по прочностной надежности, одним из важных вопросов является выбор материала силового корпуса, воспринимающего импульсные (динамические и ударно-волновые) нагрузки. Как правило, для таких конструкций используются трубы промышленного производства различных типоразмеров из низколегированной стали. При этом всегда возникает вопрос о выборе марки стали, особенно на этапе расчетного обоснования их взрывостойкости, поскольку характеристики динамической прочности материала труб, как правило, неизвестны. В связи с этим в данной работе впервые приведены результаты исследования статической, динамической и ударно-волновой прочности на сжатие и растяжение материала труб из стали марок 17Г1С, 09Г2С, 10Г2ФБЮ и класса прочности К60. Кроме того, представлены сравнительные данные о взрывостойкости при скоростях деформации материала (2–5)·10² c^–1 труб из стали марок 09Г2С и 10Г2ФБЮ.

Верещагин А.Н., Ерохин А.А., Гафаров Е.Р., Александрин А.М., Саломатов Ю.П., Стригова Е.А., Поленга С.В. «Оценка пространственно-поляризационной селекции антенн спутниковой навигации на основе анализа ошибки многолучевого распространения сигналов по двум отраженным сигналам» Письма в Журнал технической физики, 49, № 12, с. 27-30 (2023)

Проведена оценка ошибки, вносимой эффектом многолучевого распространения, в глобальных навигационных спутниковых системах для стационарного потребителя. На основе математической модели радиотрассы прямого и двух отраженных сигналов (многолучевая модель) получены результаты ошибки многолучевости для различных типов антенн высокоточного позиционирования. Ключевые слова: антенна, глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), многолучевая интерференция, помехи, диаграмма направленности, огибающая ошибки многолучевости

Огородников В.А., Ерунов С.В., Панов К.Н., Чудаков Е.А., Блинов И.А., Георгиевская А.Б., Замыслов Д.Н., Фарин И.Р. «Характеристики “пылевых” потоков с поверхности лайнеров из меди и свинца при выходе на нее одной или последовательно двух ударных волн» Письма в ЖЭТФ, 117, № 10, с. 746-753 (2023)

Приведены результаты впервые проведенных сравнительных экспериментальных исследований процесса ударно-индуцированного выброса частиц (“пыления”) со свободной шероховатой (Rz20) поверхности лайнеров из меди и свинца при выходе на нее одной или последовательно двух ударных волн, разделенных по времени на 0.2 мкс. Такая ситуация возникает, как правило, в кумулирующих системах для сжатия плазмы цилиндрическими или сферическими лайнерами при их ударно-волновом или квазиизэнтропическом ускорении продуктами взрыва. С использованием методик импульсной рентгенографии, лазерно-оптической съемки, пьезоэлектрических датчиков давления и гетеродин-интерферометра исследована качественная картина и определены количественные характеристики процесса выброса частиц со свободной поверхности (СП): скорости СП и фронта потока (ФП) частиц, распределения плотности (массы) потока частиц в направлении его движения, необходимые для уточнения имеющихся особенностей и создания более обоснованных моделей описания эффекта.

Григорьев Ю.Н., Ершов И.В. «Необходимые условия развития невязких неустойчивостей в колебательно-возбужденном диссоциирующем газе» Прикладная математика и механика, 87, № 3, с. 409-422 (2023)

Для плоского течения колебательно-возбужденного диссоциирующего двухатомного газа получены необходимые условия существования растущих (нейтральных) невязких возмущений, аналогичные условию Рэлея "обобщенной" точки перегиба. Представлены соответствующие формулы для случаев, имеющих определенную физическую трактовку. В частности, рассмотрена модель колебательно-возбужденного однокомпонентного газа, как начальная стадия термической диссоциации, а также распространенная модель с одной реакцией диссоциации-рекомбинации. В качестве промежуточного рассмотрен случай бинарной молекулярно-атомной смеси с колебательно-возбужденной молекулярной компонентой и "замороженной" газофазной реакцией диссоциации–рекомбинации. Проведены сравнительные численные расчеты, показавшие, в частности, что в условиях развитой диссоциации использование условия "обобщенной" точки перегиба не учитывает специфику процесса. Волновые числа и фазовые скорости I и II невязких мод, рассчитанные на его основе, могут существенно отличаться от результатов, полученных с использованием нового необходимого условия.

Муллакаев М.С., Муллакаев Р.М., Есипов И.Б. «Ультразвуковое регулирование вязкоупругих свойств нефтяных дисперсных систем» Акустический журнал, 69, № 3, с. 322-329 (2023)

Показано, что ультразвуковое воздействие на нефтяные дисперсные системы приводит к значительному снижению их вязкоупругих свойств. Экспериментально определены режимные параметры ультразвукового воздействия на высоковязкую нефть с целью снижения ее эффективной вязкости и температуры застывания. Результаты опытно-промышленных испытаний разработанного ультразвукового модуля свидетельствуют, что воздействие на высоковязкую нефть в проточном режиме позволяет существенно модернизировать существующую технологию транспортировки высоковязкой нефти. Ключевые слова: ультразвук, нефтяные дисперсные системы, высоковязкая нефть, эффективная вязкость, температура застывания, ультразвуковой модуль, опытно-промышленные испытания DOI: 10.31857/S0320791922600408

Толоконников Л.А., Ефимов Д.Ю. «Рассеяние звуковых волн упругим цилиндром конечной длины с неоднородным покрытием» Математическое моделирование, 35, № 4, с. 3-23 (2023)

Статья посвящена математическому моделированию акустического поля, рассеянного однородным изотропным упругим круговым цилиндром конечной длины с непрерывно-неоднородным упругим покрытием. Плотность и модули упругости материала покрытия описываются непрерывными функциями радиальной координаты. Первичное поле возмущений представляет собой плоскую гармоническую звуковую волну, наклонно падающую на тело. Представлены результаты расчетов угловых и частотных характеристик рассеянного акустического поля в дальней зоне.

Котухов А.В., Ефремов Д.В., Банникова И.А., Баяндин Ю.В., Уваров С.В., Наймарк О.Б., Жарко Н.А., Дежкунов Н.В. «Наблюдение кавитационного шума без субгармоники» Письма в Журнал технической физики, 49, № 6, с. 39-42 (2023)

Исследовалась эволюция спектров кавитационного шума в ультразвуковом поле, генерируемом фокусирующим преобразователем при увеличении интенсивности ультразвука. Впервые зарегистрированы спектры без субгармоники f₀/2, где f₀ – частота звукового поля, генерирующего кавитацию. Такой спектр наблюдается в частично дегазированной воде при большой скважности ультразвуковых импульсов. В режиме непрерывного генерирования ультразвука порог возникновения сонолюминесценции с точностью не ниже точности измерений совпадает с порогом появления частоты f₀/2 в спектре кавитационного шума. В импульсном поле при интенсивности ультразвука намного выше порога кавитации интенсивность сонолюминесценции растет с ростом скважности импульсов, а интенсивность линии f₀/2 в спектре кавитационного шума уменьшается. Ключевые слова: ультразвук, кавитационный шум, субгармоника, сонолюминесценция