Архив

ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗА 2006 г.

ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРИОРИТЕТНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ В 2006 ГОДУ

  1. Гидродинамика высокоскоростных и нестационарных процессов

    В экспериментальных исследованиях развития неустойчивых волн на границе искусственной каверны с отрицательным числом кавитации установлено, что возникающий в головной части каверны квазипериодический волновой режим в результате неустойчивости разрушается. Закон роста амплитуды возмущений в среднем хорошо аппроксимируется параболой. Создана новая установка для исследования трехмерных волн и определения зависимости коэффициента уноса газа из каверны от числа Вебера.

    Изучено влияние начальных периодических возмущений на развитие неустойчивости Релея-Тейлора в ячейке Хеле-Шоу. Обнаружено, что в зависимости от начальной длины волны возникают два различных режима роста амплитуды возмущений.

    Создана и испытана модель катамарана с гибким волнодвижителем нового типа - «парус».

    (Лаборатория нестационарной гидродинамики)

  2. Устойчивость гидродинамических течений и турбулентность

    В результате экспериментов и расчетов изучено влияние возмущений на входе в трубу на число Рейнольдса, при котором в круглой трубе происходит смена установившегося ламинарного режима течения на турбулентный. Показано, что это число Рейнольдса зависит не только от интенсивности начальных возмущений, но и от их структуры.

    (Лаборатория экспериментальной гидродинамики)

    Экспериментально установлено, что время восстановления конвективных структур, после их разрушения, на порядок меньше, чем время первоначального установления конвективных ячеек.

    Прямым численным моделированием конвективного течения во вращающемся горизонтальном слое проводящей жидкости обнаружено существование более десяти типов течений, неустойчивых к возмущениям магнитного поля и генерирующих магнитные поля конечной напряженности.

    (Лаборатория общей аэродинамики)

  3. Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями

    Обнаружен новый эффект в течениях слабопроводящих жидких сред в каналах, стенки которых имеют неодинаковые электрохимические свойства. В слабом электролите в состоянии насыщения объемные и поверхностные электрохимические процессы не находятся в равновесии – существует конечный поток отрицательного заряда через одну из стенок и равный ему по величине поток положительного заряда через другую стенку. При этом объемный источник заряженных частиц отличен от нуля во всем поперечном сечении канала.

    Изучен ряд задач гидродинамики течений намагничивающихся жидкостей в бегущем магнитном поле. Проведены экспериментальные исследования деформации намагничивающихся тел (капсул с магнитной жидкостью и упругого магнитоэластика) в цилиндрическом канале под действием бегущего магнитного поля.

    Найдены условия термодинамической устойчивости магнитных жидкостей, структурирующихся в магнитном поле. Описан объемный фазовый переход, связанный с образованием коллоидных агрегатов при внезапном включении магнитного поля.

    Исследовано воздействие однородного продольного магнитного поля, создаваемого внешними источниками, на капиллярную неустойчивость пленки магнитной жидкости, покрывающей тонкий цилиндр из материала с большой магнитной проницаемостью.

    (Лаборатория физико-химической гидродинамики)

    Впервые поставлена задача о растекании электрического заряда на слабопроводящей плоской поверхности и построено ее автомодельное решение.

    (Лаборатория механики природных процессов)

  4. Движение сплошных сред с физико-химическими превращениями

    В рамках уравнений Навье-Стокса проведено численное моделирование дозвуковых химически и термически неравновесных струйных течений диссоциированного и частично ионизованного воздуха около цилиндрических моделей (большого радиуса) в индукционном плазмотроне. (На основе сравнения экспериментальных и расчетных данных по теплообмену в окрестности критической точки) Определены эффективные вероятности рекомбинации атомов воздушной смеси на поверхности теплозащитного материала (из SiC) в условиях максимального нагрева на траектории входа в атмосферу Земли (аппарата Pre-X (ESA)).

    (Лаборатория физико-химической газодинамики)

    Предложена кинетическая модель процесса газофазного радиационно-химического образования диоксинов из хлорированных фенолов при электронно-лучевой очистке промышленных газов от токсичных примесей.

    Экспериментально определены сечения поглощения оптического излучения молекулами кислорода при температурах до 7000 К в широком диапазоне ультрафиолетовой области спектра.

    В экспериментах на ударной трубе по изучению горения и детонации кислородо-водородных смесей (1%О2 + (4-20)%Н2 + 95%Ar), разбавленных аргоном, показано, что в определенном диапазоне изменения температуры (Т = 1300-2700 К) и давления (Р = 1-15 атм.) за ударной волной увеличение содержания водорода относительно стехиометрии приводит к сокращению времени задержки воспламенения.

    С помощью разработанного вычислительного комплекса (“MD Trajectory”), возможности которого расширены для изучения элементарных процессов взаимодействия газа с поверхностью методами молекулярной динамики, исследована рекомбинация атомов кислорода (по механизму Или-Ридела) на поверхности материалов (β-кристобалит), используемых в качестве теплозащитного покрытия космических аппаратов.

    Создана база математических моделей по кинетическим характеристикам физико-химических процессов, содержащая модели упругих и неупругих столкновений молекул, процессов колебательного энергообмена и др. реакций, протекающих в отсутствие равновесия между поступательными и колебательными степенями свободы молекул.

    (Лаборатория кинетических процессов в газах)

    Продолжены теоретические исследования особенностей процессов инициирования и распространения волн детонации в каналах сложной формы с учетом кинетики химического взаимодействия с целью определения критических условий формирования и сохранения детонационного режима горения. Определены условия сохранения ячеистой детонационной волны в канале, загроможденном разрушающимися и неразрушающимися поперечными перегородками. Изучена проблема возбуждения детонационного режима горения в емкости, заполненной горючей газовой смесью при помощи инжекции ячеистой детонационной волны из канала относительно небольшого сечения.

    Разработана двухтемпературная термически неравновесная газофазная модель, предназначенная для изучения влияния термической неравновесности на воспламенение сверхзвуковых потоков топливно-воздушных смесей в трактах перспективных энергетических установок с помощью локального теплоподвода, моделирующего электрический разряд.

    Продолжено изучение свойств отрывных течений в передней части тела, возникающих при сверхзвуковом обтекании за счет энерговклада в малую область набегающего потока. Показано, что причиной формирования передних отрывных зон является взаимодействие тонкого температурного следа с ударным слоем, которое может происходить в квазистационарном и пульсирующем режимах. В расчетах обтекания затупленных и заостренных тел получены решения со стационарными изобарическими отрывными зонами. Обнаружены новые режимы обтекания, характеризующиеся безударным торможением потока в приосевой зоне. Для тонких температурных следов отмечено развитие неустойчивости, приводящее к разрушению стационарных отрывных течений.

    Численно исследовано влияние теплоподвода, локализованного внутри ламинарного пограничного слоя, на положение точки отрыва. При различном теплоподводе изучены различия в течениях с охлажденной и теплоизолированной поверхностями. Показана возможность затягивания отрыва пограничного слоя.

    (Лаборатория газодинамики взрыва и реагирующих систем)

    Исследована эффективность использования пропилена в качестве ингибитора при инициировании горения кислородо-водородных смесей в ударной трубе. Результаты расчетов согласуются с экспериментальными данными.

    (Лаборатории газодинамики взрыва и реагирующих систем и лаборатория кинетических процессов в газах)

  5. Газовая динамика и теплообмен.

    Проведено численное исследование турбулентного пограничного слоя на теплоизолированной стенке в сверхзвуковом потоке для непроницаемой и проницаемой пластин с постоянным и ступенчатым вдувом газа. Получены зависимости для коэффициента восстановления температуры стенки при вдуве газа с малым числом Прандтля.

    (Лаборатории общей гидромеханики и гиперзвуковой аэродинамики)

    C помощью асимптотического анализа уравнений Навье-Стокса получена континуальная модель для решения задач гиперзвукового обтекания затупленных тел вязким теплопроводным газом в переходном и свободномолекулярном режимах. Численные и аналитические решения задач в рамках этой модели дают правильный результат для коэффициентов сопротивления и теплопередачи в свободномолекулярном режиме при предельном переходе по числам Рейнольдса (Re0) и Кнудсена (Kn). Развитый метод эффективнее гибридных методов, сочетающих кинетические модели (метод Монте-Карло или решение уравнения Больцмана) с решением уравнений Навье-Стокса.

    (Лаборатория физико-химической газодинамики)

    Экспериментально исследована структура сверхзвукового обтекания (при числах Маха 3-3,5) затупленного тела при наличии перед телом экрана с различной проницаемостью (0-0,93). Впервые обнаружен режим, при котором перед экраном отсутствует отошедшая ударная волна, а за экраном имеет место дозвуковое течение.

    С использованием разработанной методики вязких вихревых доменов решена плоская сопряженная задача о совместном обтекании вязкой несжимаемой жидкостью тандема тел, имеющих вращательные степени свободы. Изучено влияние аэродинамической интерференции на угловую скорость вращения тел в тандеме. Показана возможность как уменьшения, так и увеличения угловой скорости вращения тел. Результат подтвержден экспериментально. Он может быть использован при проектировании некоторых типов ветродвижителей.

    Бессеточный численный метод вязких вихревых доменов обобщен на случай задач с нестационарной тепловой конвекцией.

    (Лаборатория аэромеханики и волновой динамики)

    Теоретически и экспериментально изучено обтекание V-образного крыла на режимах с несимметричной маховской системой ударных волн, а также в случаях ее превращении в систему с висящим скачком уплотнения в одной из точек ветвления. Установлена зависимость структуры течения в ударном слое от интенсивности контактного разрыва, порожденного -конфигурацией ударных волн, реализующейся в эксперименте при падении внутренней ударной волны на пограничный слой.

    Создана новая дозвуковая аэродинамическая установка, на которой проведены исследования теплогидравлических характеристик поверхностей с вихреобразующим рельефом в щелевом канале в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Определено влияние параметров рельефа стенки канала на характеристики теплообмена и гидравлического сопротивления.

    (Лаборатория гиперзвуковой аэродинамики)

  6. Механика природных процессов

    Изучено влияние деформации горных пород и реологии магмы на течение в трещине горных пород. Показано, что период пульсаций расхода магмы существенно зависит от степени горизонтального раскрытия трещины.

    Изучен процесс расширения трещины магмой из очага извержения с учетом сжимаемости и переменности вязкости магмы. Получена приближенная формула для времени подъема магмы к поверхности.

    Построено решение, описывающее течение лавы по конической поверхности с учетом затвердевания.

    Решена одномерная задача о распаде произвольного разрыва в пароводяной смеси в геотермальном пласте. Показано, что возможны шесть качественно различных решений с однофазными зонами воды и пара.

    (Лаборатория общей гидромеханики)

    Проведено численное исследование разрушения материала при действии внешних акустических возмущений. Учет накопления поврежденности позволяет обнаружить нелинейную зависимость времени разрушения от частоты возмущений.

    Построено решение задачи о трехмерном движении оползня с краевыми условиями смешанного типа. Оползень моделируется течением тонкого слоя вязкой жидкости с учетом как прилипания, так и скольжения жидкости по обтекаемой поверхности.

    (Лаборатория механики природных процессов)

    Проведены динамические расчеты и определена форма желоба санно-бобслейной трассы, строящейся в Дмитровском районе Московской области. По решению правительства Московской области в районе деревни Парамоново Дмитровского района строится первый в России санно-бобслейный комплекс с искусственным намораживанием льда. Динамические расчеты и определение формы желоба трассы выполнялись в Институте механики в рамках двух договоров с правительством Московской области и генеральным проектировщиком – институтом «Стройпроект» на общую сумму 12 миллионов рублей. Полное завершение работы по плану-графику – в марте 2007 г.

    (Лаборатория биомеханики и лаборатория механики природных процессов)

  7. Биомеханика

    Исследованы механизмы регуляции потока жидкости в глазу и формирования внутриглазного давления. Показано, что компенсаторный осмотический приток водянистой влаги при возрастании сопротивления выводящих путей может приводить к росту внутриглазного давления.

    На основе сопоставления расчетов с использованием различных биомеханических моделей легких показана ограниченная информативность теста форсированного выдоха, широко применяемого при диагностике пульмонологических заболеваний.

    Исследована устойчивость в системе «автобусы на маршруте – пассажиры» по отношению к отклонениям от расписания для различных стратегий поведения водителя.

    (Лаборатория общей гидромеханики)

    Проведено экспериментальное исследование молекулярных механических процессов, лежащих в основе мышечного сокращения. Для анализа и количественной интерпретации экспериментальных данных разработана математическая модель дифракции рентгеновских лучей на мышце и осуществлена ее программная реализация.

    Выявлено увеличение вязкости крови у больных системной красной волчанкой. Впервые исследованы особенности микрореологических свойств крови при разных формах этого заболевания. За эти результаты сотрудница Института – студентка ФФМ МГУ О.А. Георгинова награждена медалью РАН для студентов ВУЗов по итогам конкурса 2006 г.

    (Лаборатория биомеханики)

  8. Динамические воздействия на сплошные среды и конструкции

    Получены теоретические и экспериментальные оценки ударной прочности многослойных стеклопакетов транспортных средств.

    (Лаборатория упругости и пластичности)

  9. Механика упруго-пластических сред и конструкций

    Предложена новая экспериментальная методика оценки уровня сверхпластичности металла. Она основана на анализе диаграмм нагружения со скачкообразным изменением скорости деформации.

    (Лаборатория упругости и пластичности)

  10. Ползучесть, длительная и высокотемпературная прочность материалов и элементов конструкций

    Разработан метод связанного моделирования установившейся ползучести и длительной прочности металлов при растяжении. Вычисление материальных констант, фигурирующих в соответствующих уравнениях, основано на оптимальном решении двух систем несовместных нелинейных уравнений с помощью минимизации соответствующих невязок. Проведен анализ известных экспериментальных данных.

    Предложен метод аналитического исследования напряженного состояния в изнашиваемых телах, а также формы этих тел при действии осциллирующей тангенциальной нагрузки в случае неполного проскальзывания поверхностей в области контактного взаимодействия.

    Получены приближенные решения уравнения теплопроводности в одномерных и осесимметричных стержнях при их быстром нагреве тепловым потоком.

    (Лаборатория ползучести и длительной прочности)

    Предложена математическая модель, описывающая реологические процессы в биоактивном цементе с учетом старения материала. Проведенные экспериментальные исследования показали хорошую точность описания экспериментальных данных.

    (Лаборатория прочности и ползучести при высоких температурах)

    Получены экспериментальные данные, показывающие существенное влияние малых доз облучения на механические свойства биоактивного костезамещающего цемента. На основании проведенных экспериментов усовершенствована методика синтезирования ряда типов цемента.

    (Лаборатория ползучести и длительной прочности и лаборатория прочности и ползучести при высоких температурах)

  11. Механика многокомпонентных и многофазных сплошных сред

    Проведено параметрическое исследование эффекта аэродинамической фокусировки частиц в запыленном газе в области взаимодействия плоских стационарных ударных волн при регулярном и маховском взаимодействии. Показано, что в рассмотренном диапазоне параметров максимальная фокусировка частиц достигается в случае маховского взаимодействия ударных волн.

    На основании численных расчетов исследованы поля концентрации частиц, формирующиеся в дальней автомодельной области течения в свободной и пристенной струях запыленного газа. Обнаружены зоны накопления частиц на внешней границе струи.

    На основе трехмерной кинетико-магнитогидродинамической модели проведены параметрические расчеты взаимодействия солнечного ветра с локальной межзвездной средой для различных направлений и величин межзвездного магнитного поля. Получены трехмерные распределения параметров (атомов и протонов) в области гелиосферного интерфейса. Определено влияние магнитного поля на положение и асимметрию гелиосферной ударной волны в направлениях движения космических аппаратов Вояджер 1 и Вояджер 2.

    (Лаборатория механики многофазных сред)

  12. Проблемы управления движением мобильных роботов и мехатронные системы

    Исследовано пространственное движение на горизонтальной шероховатой плоскости перевернутого маятника, установленного на колесной паре и управляемого двумя независимыми электродвигателями. Найдены стационарные движения системы при постоянных напряжениях, приложенных к двигателям. Предложен алгоритм стабилизации вертикального положения маятника при движении центра колесной пары с постоянной скоростью по окружности.

    Разработана модель и исследовано движение на равномерно вращающемся основании трехстепенного поплавкового гироскопа при контакте поплавка с арретиром.

    Развиты методы управления многозвенными неустойчивыми маятниковыми системами. Построены законы управления, обеспечивающие глобальную стабилизацию двойного перевернутого маятника.

    Разработан прибор тактильной диагностики биологических тканей. Проведены его испытания в клинических условиях, которые показали работоспособность прибора и позволили оценить его разрешающую способность и диапазон прилагаемых сил воздействия на образцы.

    Разработаны программно-аппаратные средства, предназначенные для использования в составе опытного образца комплекса поддержания жизнедеятельности пострадавшего.

    (Лаборатория общей механики)

    Исследована задача о стабилизации верхнего вертикального положения маятника с помощью вибрации точки подвеса. Показано, что учет вязкого трения в подвесе приводит к возрастанию критической частоты.

    (Лаборатория механики природных процессов)

  13. Динамика твердого тела, взаимодействующего со средой

    В задаче о движении в сопротивляющейся среде тела, имеющего форму «общего положения», установлена возможность такого режима торможения, при котором центр масс тела движется по винтовой линии. Оценки радиуса кривизны этой линии могут быть использованы для описания траекторий болидов в верхних слоях атмосферы Земли.

    Получены условия устойчивости и ветвления стационарных движений тела на струне, имеющего полость, целиком заполненную вязкой жидкостью.

    Разработана математическая модель работы малой ветроэлектростанции. С использованием данных экспериментов, проведенных в аэродинамической трубе университета Чин-Юнь (Тайвань), определены параметры модели. Построенная модель позволила описать экспериментально наблюдавшееся явление гистерезиса выходной мощности при увеличении-уменьшении нагрузочного сопротивления.

    (Лаборатория навигации и управления)

  14. Методы качественного анализа, оценивания и управления нелинейными механическими системами

    Разработаны новые методы качественного анализа неконсервативных динамических систем с переменной диссипацией.

    Получены условия существования, устойчивости и ветвления стационарных движений и предельных циклов для трехколесного робота на горизонтальной плоскости.

    Получены необходимые условия устойчивости стационарных движений одноколесного экипажа. Численно показана его конструктивность.

    Предложен новый метод исследования устойчивости линейных нестационарных систем близких к приводимым. Построены области устойчивости в ряде задач, в частности в задаче о динамике космического аппарата, состоящего из двух несимметричных тел, вращающихся вокруг общей оси.

    (Лаборатория навигации и управления)

    Разработан численный метод определения кратных собственных значений в многопараметрических семействах матриц (с жордановой клеткой).

    (Лаборатория механики природных процессов)

  15. Телекоммуникационные и информационно-вычислительные технологии в механике

    Расширен до национального масштаба состав информационно-вычислительного GRID-полигона (за счет подключения комплекса в г. Новосибирске (ИВМ и МГ СО РАН)). Испытания на базе этого полигона ряда образцов новых программных средств и технологий показали его инновационные перспективы и соответствие мировому уровню исследований.

    На представительном макетном полигоне показана эффективность использования современных GRID-подходов при разработке архитектурно-технологических решений, используемых в системах государственного управления с межведомственным информационным взаимодействием.

    Разработаны оригинальные математические модели, адекватно описывающие системы автоматизированного распараллеливания прикладных программ на основе, так называемого T-подхода. Такие модели позволили выявить ряд «неопределенностей» в раннее существующих версиях такой системы и определить перспективы по ее совершенствованию, включая использование в вычислительных GRID-средах.

    Получены новые результаты в области математического обеспечения процессов поиска в коллекциях данных со слабой структурой, а также на разных направлениях математического и программного обеспечения информационной безопасности особо важных объектов.

    Все результаты в области математического и программного обеспечения, полученные за последние три года, документально оформлены в виде исключительных прав на программные средства с целью постановки их на баланс Института как нематериальные активы.

    (Лаборатория автоматизации экспериментальных исследований)