Институт механики МГУ title
Найти:
новости   поиск    ссылки    бюллетень НИО    бюллетень администрации
новости
Новости
Семинары

структура
Руководство
Научные лаборатории
Ученый совет
Совет молодых ученых
Профком
Совет ветеранов
О нас

поиск
Найти:
Расширенный поиск
Архив новостей

календарь
11–13 октября 2017
Конкурс молодых ученых

регистрация
Вход в систему
Архив

Итоги 2016 года

Наука

Научная работа велась в рамках 12 приоритетных научных направлений фундаментальных исследований.

Исследования осуществлялись за счет госбюджетного финансирования (18 тем), а также за счет грантов РФФИ (56), грантов РНФ (3), грантов Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ (1) и научных исследований молодых российских ученых — докторов (1) и кандидатов наук (3), а также стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам (1). Получено 2 патента на изобретения.

Наиболее значимые научные результаты

Создание ветроустановки на основе шарнирного механизма

С использованием математического моделирования в лаборатории навигации и управления НИИ механики МГУ создан лабораторный макет ветроустановки нового типа на базе четырехзвенного шарнирного механизма.

Преимущества ветроустановки:

  • низкая стартовая скорость ветра (от 3 м/c);
  • высокая выходная мощность по сравнению с турбинами типа ротор Савониуса;
  • радикальное снижение гироскопических нагрузок на механизм за счет нулевого среднего кинетического момента системы (два кривошипа вращаются в противоположных направлениях) по сравнению с распространенными ветротурбинами (пропеллерными, роторами Дарье, роторами Савониуса).

Макет протестирован в аэродинамической трубе НИИ механики МГУ. Для демонстрации эффективности работы ветроустановки к кривошипу механизма присоединен насос, обеспечивающий работу фонтана за счет энергии, вырабатываемой ветроустановкой. Этот лабораторный макет был представлен молодежной командой НИИ механики МГУ на Международном конкурсе проектов в области экологически чистых технологий TECO Greentech 2016 (Тайвань) и получил золотую медаль этого конкурса в соревновании с проектами ведущих университетов Японии, Китая, Германии, Великобритании, Швеции, Сингапура.

Разработка и параметрический анализ ветроустановки на основе механизма антипараллелограмма

Предложен новый тип конструкции ветроэнергетической установки. Установка представляет собой механизм антипараллелограмма, на шатуне которого закреплена пластина, взаимодействующая с потоком среды. На оси одного из кривошипов закреплен ротор электрогенератора. Построена математическая модель системы. С помощью асимптотического метода Пуанкаре–Понтрягина получены достаточные условия существования и устойчивости периодических режимов. Получена оценка механической мощности установки. Проведены эксперименты с лабораторным макетом установки.

Термогидродинамическое исследование фильтрации бинарной смеси в широком диапазоне давлений и температур

Докторская диссертация вед. н. с. лаборатории общей гидромеханики Андрея Александровича Афанасьева представляет собой значительный вклад в развитие методов математического моделирования в задачах рационального недропользования. Актуальность проведённых исследований связана с тем, что их результаты могут использоваться для надёжного научно-обоснованного прогнозирования и оптимизации показателей эксплуатации недр Земли, в частности при разработке месторождений углеводородов, при производстве возобновляемой геотермальной энергии и при захоронении в недрах Земли отходов промышленных предприятий. В диссертации предложены новые подходы для описания и исследования подобных процессов с взаимосвязанными гидродинамическими и термодинамическими явлениями. В ней успешно применены как аналитические методы в области механики многофазных сред и геофизики, так и многопроцессорные вычислительные технологии, и суперкомпьютерный комплекс МГУ. В рамках работы над диссертацией создан отечественный комплекс программ для ЭВМ, который находит применение в России и за рубежом. Результаты диссертации, опубликованные в высокорейтинговых зарубежных и ведущих отечественных журналах, получили признание и высокую оценку. Материалы диссертации неоднократно докладывались на представительных международных и всероссийских конференциях. Проведенные исследования были отмечены медалью РАН для молодых учёных, стипендиями и премиями МГУ, грантами РФФИ и Совета по грантам Президента РФ и премией МАИК за лучшую публикацию в журналах РАН.

Создание 3D-модели санной трассы в деревне Тебеньковка

Сотрудниками НИИ механики МГУ (зав. лабораторией биомеханики Шахназаров Александр Арамович, вед. программист лаборатории биомеханики Остроумов Александр Владимирович) были проведены расчеты по проектированию геометрии желоба и стартовых эстакад трассы в деревне Тебеньковка Кемеровского района. Результатами работы являются пространственные координаты желоба трассы и эстакад, динамические характеристики движущихся по трассе спортивных снарядов (скорости, перегрузки, время движения) и 3D-модель желоба трассы, выполненная в системе автоматизированного программирования AutoCAD.

Научные результаты по темам НИР

Гидродинамика высокоскоростных и нестационарных процессов

Лаборатория экспериментальной гидродинамики

Предложена технология формирования ламинарных газовых струй. Измерения с помощью термоанемометра и PIV-системы показали существование ламинарного начального участка струи диаметром 120 мм при числах Re ≈ 10 000 на длине более 5 диаметров струи. При этом размер формирующего устройства соизмерим с диаметром струи.

Созданы два стенда для изучения механизма проникания в жидкость плоских и осесимметричных вертикальных свободных турбулентных струй жидкости. Проведена серия экспериментов, установлен механизм возникновения низкочастотных автоколебательных режимов течения, возникающих в жидкости, и найдены зависимости периода автоколебаний от определяющих параметров задачи. Выполнены численные расчеты, подтвердившие обнаруженный эффект.

Получено аналитическое решение плоской задачи о струйном нестационарном истечении идеальной несжимаемой невесомой жидкости через отверстие в стенке при наличии точечного источника переменной интенсивности на плоскости симметрии течения. Для гармонического закона изменения расхода источника найдено распределение давления на твердых стенках, изучена эволюция формы свободных границ струи.

Лаборатория нестационарной гидродинамики

Проведены исследования влияния параметров подводящей воду трубы на кавитационные автоколебания, возникающие в присутствии вентилируемой каверны с отрицательным числом кавитации. Обнаружено сильное влияние акустических характеристик подводящих систем на характер кавитационных автоколебаний. Наблюдения за струйным течением с помощью скоростной видеокамеры показали, что механизм кавитационных автоколебаний в различных частотных режимах в принципе одинаков, отличие заключается в количестве образующихся вдоль длины каверны волн. Самая низкая частотная мода соответствует одноволновому режиму.

В гидроканале НИИ механики МГУ проведены испытания модели судна — катамарана с прямоточным волновым движителем, принцип работы которого связан с превращением потенциальной энергии в кинетическую при опрокидывании волн. Проведены численные и экспериментальные исследования, которые показали, что эффект движения против волн определяется потерей гидростатической составляющей воздействия волны на пластину за счет обрушения волн.

Определены величины определяющих параметров высокоскоростного входа в воду тела вращения с конической головной частью, при которых тело обладает свойством восстановления направления движения после удара о поверхность воды.

В гидроканале НИИ механики МГУ впервые применена динамометрическая тележка для возбуждения уединенных волн, возникающих в результате глиссирования плоской пластинки по поверхности воды конечной глубины. Найдено хорошее согласование экспериментальных и численных результатов и известных аналитических решений в рамках теории мелкой воды. Предложена приближенная формула для сопротивления пластинки.

Впервые проведены экспериментальные исследования движения подводного судна с крыльевыми волновыми движителями. Установлено, что, при погружении на глубину порядка 0,1 от длины судна, скорость движения составляет 75 % от скорости в надводном положении, что превышает оценки линейной теории.

Устойчивость гидродинамических течений и турбулентность

Лаборатория общей аэродинамики

Разработан и реализован алгоритм итерационного отыскания решений полных трехмерных уравнений Навье–Стокса в виде двигающихся вниз по потоку пространственно-локализованных образований и в виде бегущих волн с постоянными параметрами для случаев течений в круглой трубе и в плоском канале. Такие решения по ряду качественных признаков напоминают турбулентные течения вблизи гладкой твердой стенки. Главными механизмами их самоподдержания являются: циклический процесс возникновения продольных полос в распределении продольной компоненты скорости, возбуждение коротковолновых пульсаций в результате неустойчивости полосчатого движения и нелинейный процесс формирования продольных вихрей, вызывающих новые полосы в распределении скорости.

Установлен определяющий физический механизм нелинейного формирования продольных вихрей под действием коротковолновых пульсаций. Вытянутые в пространстве вихри образуются за счет продольной конвекции коротковолновой завихренности и растяжения коротковолновых вихрей пульсациями продольной скорости.

Показано, что при анализе устойчивости полосчатого движения следует учитывать поперечное движение, соответствующее продольным вихрям, несмотря на незначительность амплитуды такого движения. Именно вклад продольных вихрей обеспечивает нужную согласованность фаз в возбуждающихся в результате неустойчивости коротковолновых пульсациях для нелинейной поддержки продольных вихрей, а следовательно, и полосчатых структур.

Лаборатория экспериментальной гидродинамики

Численно исследованы течения вязкой несжимаемой жидкости в сферическом слое, вызванные вращательными колебаниями его внутренней границы с двумя частотами относительно состояния покоя. Установлено, что увеличение амплитуды колебаний границы на большей из частот может приводить к существенному усилению низкочастотной моды в течении вблизи внешней границы и изменению направления распространения волн.

Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями

Лаборатория общей гидромеханики

Модернизирована система водоохлаждаемых реостатов, обеспечивающая плавное регулирование величины балластного сопротивления разрядных цепей. Это позволило расширить области существования стабильных разрядов. Исследована устойчивость протяженного (до 150 мм) дугового разряда в аксиальном магнитном поле и выявлены режимы возникновения винтовой неустойчивости с ростом величины внешнего магнитного поля и разрядного промежутка.

Лаборатория физико-химической гидродинамики

Проведен анализ применяемых в современной электрогидродинамике слабопроводящих сред эффективных математических моделей, степень сложности которых определяется учитываемыми механизмами электризации среды. Описано и проанализировано несколько различных механизмов электризации. Показано, что один из механизмов, связанный с непосредственным воздействием поля на объемную скорость ионизации, может быть применен для разработки зондового метода диагностики электронного возбуждения молекул высокотемпературной газовой смеси атмосферного давления (типа продуктов горения углеводородов).

Исследован механизм образования объемного электрического заряда в жидких средах при их течении в каналах микро- и наноразмеров, используемых в различного рода устройствах в биотехнологии, фармацевтике и диагностической медицине. Наличие объемного заряда позволяет с помощью приложенного продольного электрического поля управлять движением таких сред в тонких каналах. В частности, без больших трудностей реализуется возможность перемещения жидкости из одного микрообъема в другой, перемешивания двух разных жидкостей в микроразмерном канале и т. п. Использование перепада давления для этих целей практически неосуществимо.

Выведены в изотермическом приближении динамические условия на границе раздела фаз в жидкостях, учитывающие зависимость поверхностной энергии от потока массы через межфазную границу. Определен критерий устойчивости дозвуковых фронтов фазовых переходов с плоскими волнами относительно малых возмущений. Вычислена зависимость поверхностного натяжения от потока массы для известного точного решения задачи о структуре изотермического фазового перехода в рамках обобщенной модели Ван-дер-Ваальса.

Исследована задача о вычислении эффективной вязкости для слабоконцентированной суспензии сферических частиц из жесткого ферромагнетика в сильном переменном магнитном поле. Показано, что возможны два вида временного усреднения: усреднение тензора касательных напряжений среды и поля или усреднение вязкой диссипации. В первом случае рост величины магнитного поля уменьшает эффективную вязкость суспензии, во втором — увеличивает.

Экспериментально и теоретически исследована деформация тонкого цилиндрического тела из намагничивающегося эластомера на силиконовой основе в магнитном поле электромагнитной катушки. Предложена методика измерения коэффициентов упругости намагничивающегося эластомера в модели Муни–Ривлина. Показано, что при некоторых значениях тока в катушке существует бистабильность равновесных форм исследуемого тела. Рассмотрена деформация тонкого цилиндрического и сферического тел соответственно в неоднородном и однородном магнитных полях. Показана возможность существования более чем одной равновесной формы тела в приложенном магнитном поле. Получено хорошее совпадение теоретических расчетов и экспериментов.

Рассмотрена задача о сферическом маятнике внутри сферического объема магнитной жидкости при наличии однородного магнитного поля. Постановка задачи обусловлена изучением биологических тактильных волосков — датчиков млекопитающих. Тонкие длинные волоски растут из специальных фолликул с капсулой, окруженной кровью, и используются млекопитающими для тактильного исследования окрестностей. Предложена модельная схема поддержки вязкоупругих волосков внутри фолликул как сферического объема, заполненного магнитной жидкостью. Волосок моделируется жестким стержнем со сферическим телом на конце, погруженным внутрь феррожидкости. Показано, что динамическое поведение маятника может управляться посредством приложенного магнитного поля.

Аналитически и численно исследовано движение магнитной жидкости под полимерной пленкой между соосными цилиндрами в магнитном поле линейного проводника с током. Вычислены различные объемы и формы магнитной жидкости при фиксированных высоте закрепления полимерной пленки, толщине зазора между соосными цилиндрами и токе в проводнике. Изучена возможность образования и разрушения магнитожидкостной перемычки между цилиндрами с помощью изменения магнитного поля. Полученные результаты следует учитывать при конструировании различных устройств с управляемыми объемами магнитной жидкости.

Теоретически и экспериментально исследуются левитация и движение твердого магнита в тонком слое магнитной жидкости на твердой немагнитной горизонтальной подложке. В малом объеме магнитной жидкости магнит может левитировать на некоторой высоте от подложки и находиться в состоянии равновесия. Форма магнитной жидкости вокруг магнита и высота левитации магнита исследованы теоретически и экспериментально для различных объемов магнитной жидкости. Построена зависимость высоты левитации магнита от объема магнитной жидкости. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов. В случае, когда магнитная жидкость, в которую помещается магнит, имеет в начальный момент несимметричную форму, возникает горизонтальная сила, под действием которой магнит движется вдоль подложки. Экспериментально исследовано движение магнита по тонкой узкой полосе магнитной жидкости.

Исследована проблема распространения слабых разрывов и слабых ударных волн в газах и плазме, создающихся, например, движением поршня и распространяющихся по произвольному известному фону. Учитывается наличие противодавления, гравитационного, электрического и магнитного полей, а также эффектов теории относительности. Развит метод изучения пространственной задачи о слабом разрыве решений лагранжевых гиперболических уравнений в рядах по характеристической переменной, который сводится к последовательному решению серии обыкновенных линейных дифференциальных уравнений первого порядка в квадратурах. Линеаризация уравнений около решения со слабым разрывом позволяет решать задачу о распространении слабой ударной волны.

В случае одномерных движений исследованы вопросы опрокидывания слабого разрыва при ускоренном движении поршня, а также затухания ударной волны при его торможении на произвольном фоне. Решены задачи с убывающим и периодическим фоном. Этот комплекс задач актуален для процессов, происходящих в атмосферах планет и звезд, в частности Солнца, где наблюдаются выбросы частиц плазмы со скоростью, достигающей 0,8 скорости света. Все это относится и к проблеме устойчивости атмосферы Земли при ее нагревании или ионизации, что опасно различными экологическими последствиями.

Исследовано влияние однородного продольного магнитного поля на неустойчивость Кельвина – Гельмгольца при относительном движении двух горизонтальных слоев феррожидкостей, имеющих любые физически реализуемые законы намагничивания. Магнитные свойства феррожидкостей различны. Выведено условие устойчивости течения с заданной величиной разрыва поля скоростей на поверхности раздела для феррожидкостей с любыми физически реализуемыми законами намагничивания. Аналитически получено уравнение кривой нейтральной устойчивости в плоскости параметров: напряженность приложенного магнитного поля – разрыв поля скоростей. Эта кривая разделяет первый квадрант плоскости указанных параметров на области устойчивости и неустойчивости течения.

Исследована неустойчивость Кельвина–Гельмгольца в случае феррожидкостей, при намагничивании подчиняющихся модифицированному закону Ланжевена. Показано, что магнитные и гравитационные силы (без учета капиллярных сил) способны создать режим устойчивого течения с разрывом поля скоростей. В отсутствие магнитного поля такой случай принципиально невозможен (как и в гидродинамике обычных жидкостей).

Для определения устойчивости установившегося электровращения сферической капли вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости в постоянном электрическом поле проведено аналитическое исследование нестационарного вращения в следующих условиях. Сферическая капля вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости взвешена в другой, несмешивающейся с ней, вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости. Учитывалось влияние поверхностных электротоков на границе раздела жидкостей. Отношение вязкости окружающей жидкости к вязкости капли считалось малым и использовалось при решении как малый параметр. Изучено нестационарное изменение формы капли. Выведены соотношения для электрического потенциала, скорости и давления в виде рядов с зависящими от времени векторными и тензорными коэффициентами.

Полученные результаты позволили провести исследование устойчивости найденных ранее стационарных решений. Установлено, что в определенных условиях, кроме известного стационарного решения без электровращения, существует множество стационарных решений с электровращением, определенных с точностью до направления вектора угловой скорости вращения, перпендикулярного вектору напряженности приложенного поля. При этом если выполняются условия существования решений с электровращением, то такие решения являются устойчивыми, а решение без электровращения – неустойчивым. Если же условия существования решений с электровращением не выполняются, то решение без электровращения является устойчивым.

Движение сплошных сред с физико-химическими превращениями

Лаборатория физико-химической газодинамики

Для сверхзвуковых режимов работы индукционного плазмотрона ВГУ-4 (ИПМех РАН) проведено численное моделирование течений плазмы азота в разрядном канале плазмотрона и обтекания цилиндрической модели с плоским торцом. Сравнение экспериментальных и расчетных данных по давлениям и тепловым потокам к охлаждаемым поверхностям металлов в точке торможения показало их хорошее согласие.

Лаборатория кинетических процессов в газах

В экспериментах на ударных трубах получены экспериментальные данные об абсолютных интенсивностях излучения воздуха, СО2 и смесей СО2+N2 за фронтом ударных волн при скоростях, близких к первой космической (8-9 км/с).

На примере атома аргона разработана численная кинетическая модель излучения атомов в условиях плазмы за фронтом сильных ударных волн.

Рассчитаны конфигурация осесимметричного канала и параметры набегающего потока, обеспечивающие стабильное детонационное горение водородовоздушной смеси в условиях атмосферы на высотах до 30 км.

Методом прямого численного моделирования получены данные о константах скорости реакций Зельдовича в воздухе и о времени колебательной релаксации при высоких температурах в столкновениях O2+O и N2+N.

Лаборатория газодинамики взрыва и реагирующих систем

С учетом современной детальной кинетики горения выполнено численное моделирование детонации в стехиометрической водородно-воздушной смеси, поступающей со сверхзвуковой скоростью в плоский симметричный канал с пережатием; для обеспечения корректного разрешения многофронтовой структуры детонационной волны расчеты проводились на подробной сетке на суперкомпьютере «Ломоносов»; для различных чисел Маха определена форма канала, обеспечивающая стабилизацию детонационной волны и эффективное извлечение тяги.

С использованием оригинального комплекса программ на суперкомпьютере «Ломоносов» выполнено численное моделирование трехмерной детонации в проточных камерах сгорания сложной конструкции со спиралевидными внутренними элементами; определены критические условия самопроизвольного инициирования детонации в сверхзвуковом потоке стехиометрической пропановоздушной смеси в канале с изгибом.

Проведено экспериментальное и численное исследование течения продуктов сгорания ацетилено-воздушных смесей в полусферической камере с кольцевым соплом для импульсной аэродинамической установки НИИ механики МГУ; установлена возможность развития автоколебательных пульсирующих режимов; выполнен спектральный анализ, определены зависимости частоты и амплитуды пульсаций от условий на входе и выходе из устройства и его геометрии.

Газовая динамика и теплообмен

Лаборатория экспериментальной гидродинамики и лаборатория гиперзвуковой аэродинамики

Экспериментально и численно показано, что переход к турбулентности в диффузорах с углами раскрытия, не вызывающими отрыва потока, сопровождается ростом энергии турбулентности и напряжений Рейнольдса по сравнению со значениями, характерными для течения в трубе. При этом основные характеристики теплообмена — число Нуссельта и коэффициент аналогии Рейнольдса — оказываются значительно выше, чем в трубе постоянного сечения при тех же числах Рейнольдса.

Лаборатория аэромеханики и волновой динамики

Получены новые экспериментальные данные о сверхзвуковом обтекании кольцевых каверн на цилиндроконических телах при различных условиях формирования потока на входе в каверну. Турбулизация пограничного слоя перед каверной приводит к сокращению области гистерезиса. С увеличением числа Маха протяженность области гистерезиса увеличивается, при этом верхняя граница этой области остается практически неизменной. Для каверн относительно большой протяженности при увеличении угла атаки наблюдается парадоксальное превышение давления на подветренной стороне нижнего по потоку уступа каверны по сравнению с давлением на наветренной стороне этого же уступа. Результаты имеют фундаментальное значение, а также важны для приложений при проектировании элементов летательных аппаратов.

Выявлены и классифицированы механизмы переключения метастабильных режимов при дозвуковом турбулентном обтекании сферической лунки на плоской стенке и изучен перенос инерционной дисперсной фазы из лунки во внешний поток. Отличия в структуре течения внутри лунки при различных режимах приводят к различным типам траекторий инерционных частиц. Наиболее эффективным для выноса из лунки частиц дисперсной фазы является несимметричный режим обтекания лунки. В прикладном плане результат важен при проектировании устройств с луночным покрытием, для которых оседание дисперсной фазы является нежелательным, например, запыление устройств охлаждения элементов микроэлектроники.

Развиты уточненные методы идентификации процессов тепловлагопереноса в пористых средах (в том числе в строительных материалах). Разработана математическая модель изменения теплопроводности с течением времени полимерных теплоизоляционных материалов за счет замещения газа, закачиваемого в поры материала при производстве. Получены формулы для определения установившейся теплопроводности при длительной эксплуатации микропористых материалов.

С помощью оригинального авторского программного обеспечения для бессеточного моделирования движения тел в вязкой жидкости решен цикл задач вычислительной гидродинамики, имеющих экспериментальные аналоги. В задаче о поступательно движущемся с постоянной скоростью цилиндре в условиях отсутствия ограничений на размеры расчетной области, детально воспроизведено явление самопроизвольной перестройки первичной дорожки Кармана, что позволило выявить механизм самоподдержания зоны перестройки. В задаче о переходных процессах при отклонении интерцептора на крыловом профиле, воспроизведен эффект кратковременного положительного заброса подъемной силы и пикирующего момента, а также дано его объяснение. Изучено возбуждение колебаний первоначально покоящегося физического маятника под действием вихревых возмущений в жидкости от другого маятника, совершающего затухающие свободные колебания при начальном отклонении от положения равновесия в поле сил тяжести. Рассчитаны режимы нелинейных автоколебаний в ветроэнергетическом устройстве волнового типа.

Лаборатория аэромеханики и волновой динамики и лаборатория общей аэродинамики

Изучены особенности распределения ветрового давления в окрестности острых кромок ограждающих конструкций макетов зданий. Экспериментально выявлены новые эмпирические зависимости, характеризующие эффекты воздействия воздушных потоков на проницаемый экран, моделирующий облицовку навесных фасадных систем (НФС) и на формирование внутренних распределений давления. Разработана математическая модель расчета внутреннего воздушного баланса в подоблицовочном пространстве НФС, учитывающая обнаруженные экспериментально новые закономерности ветровых воздействий на проницаемые ограждающие конструкции. Выданы рекомендации по проектированию НФС заинтересованным прикладным организациям.

Лаборатория гиперзвуковой аэродинамики

С использованием специально разработанных кодов второго порядка аппроксимации проведено численное исследование структуры обтекания V-образных крыльев с углом раскрытия, большим π, на режимах с присоединенными к передним кромкам ударными волнами, либо с центрированной волной разрежения на одной из них, в широком диапазоне изменения геометрических параметров, числа Маха, углов атаки и скольжения. Обнаружено широкое разнообразие ранее в литературе не описанных схем течения в ударном слое, обусловленное наличием точки излома поперечного контура крыла. К ним, в частности, следует отнести: срыв потока с наветренной консоли и наличие вихря на режимах обтекания со скольжением и с дозвуковым течением на сфере в окрестности центральной хорды крыла; при увеличении угла скольжения существование транс- и сверхзвукового течения по обводу вихря и в возвратном потоке около стенки подветренной консоли с образованием ударных волн.

Продолжены исследования возможности управления донным давлением за счет создания новых нетрадиционных конструктивных схем для реализации тепломассоподвода в донную область тел вращения. С этой целью разработана и изготовлена модель донного теплового генератора (ДТГ с отделяющимся дном). Проведены тестовые стендовые испытания при числе Маха М1 = 3 ДТГ, в донной части которого размещены образцы оксидно-металлического порошкового композита на основе окиси ниобия. Показано, что при горении композита в донной области образуется пылевая плазма, заполняющая все донное пространство, выходя из области, ограниченной линиями стекания. Установлено, что при вдуве пылевой плазмы в донную область и наличии отделяющегося дна (плоская металлическая пластина) наблюдается увеличение донного давления в 4,1 раза по сравнению со статическим давлением, т. е. реализуется донная тяга.

Получены численные и экспериментальные данные по зависимостям для коэффициентов восстановления, трения и теплообмена (чисел Нуссельта и Стантона) в пограничном слое в широком диапазоне изменения исследуемых параметров (вдув, отсос, ускорение (торможение) потока, использование различных типов лунок и ребер в канале, теплоносителей с малыми и большими числами Прандтля и т. д.). Результаты численного и физического эксперимента показали, что применение лунок и оребрение поверхности теплообмена, использование вдува газа наряду с заменой газового теплоносителя на смеси с низким значением числа Прандтля позволяют повысить коэффициент аналогии Рейнольдса в пользу теплообмена и тем самым увеличить эффективность теплообмена.

Лаборатория газодинамики взрыва и реагирующих систем

Проведено численное моделирование столкновения движущихся со сверхзвуковой скоростью тел с газовыми пузырями пониженной и повышенной плотности при различных числах Маха; обнаружен эффект внезапного скачкообразного увеличения давления и плотности в критической точке тела; установлено, что эффект объясняется воздействием тонких кумулятивных струй, формирующихся при фокусировке поперечных ударных волн на оси симметрии в результате перестройки течения при взаимодействии головной ударной волны с газовым пузырем.

Проведена модернизация экспериментальной установки «Ударная труба Квадрат» с заменой основного рабочего элемента ударной трубы — импульсного высокоскоростного пневматического клапана — на новый, который обеспечивает большие интенсивности и меньшее время формирования падающей ударной волны; выполнены эксперименты по бифуркации отраженной ударной волны при взаимодействии с осесимметричным пограничным слоем на тонкой игле, установленной на сфере.

Механика природных процессов

Лаборатория общей гидромеханики

Построена модель роста кристалла оливина из многокомпонентного магматического расплава с учетом кинетики кристаллизации и межкомпонентной диффузии. Показано, что учет зависимости коэффициента распределения фосфора в системе оливин-расплав от состава расплава позволяет объяснить экспериментальные данные по обогащению кристалла фосфором.

Решена двумерная задача о нагнетании сверхкритического углекислого газа в водонасыщенный геологический пласт. В приближении изотермической несмешивающейся фильтрации воды и углекислого газа исследована гидродинамическая устойчивость переднего фронта вытеснения при различных пластовых давлениях и температурах. Ограничены области параметров, соответствующих неустойчивому фронту.

Лаборатория физико-химической газодинамики

В задаче входа в атмосферу метеороида получены выражения для коэффициента теплопередачи, даны оценки областей определяющего влияния конвективных и радиационных потоков в континуальном режиме, получено приближенное аналитическое решение для уноса массы крупного метеороида.

Подробно рассмотрено энерговыделение на заключительной стадии полета метеороида с концевой вспышкой в атмосфере Земли. Показано, что разрушение такого метеороида приводит к образованию его горячего следа, представляющего собой высокотемпературный газ, нагретый за счет потери кинетической энергии образовавшихся осколков. Рассчитана средняя температура в этом следе. В расчетах распределение осколков метеороида по массе было выбрано в соответствии с предложенной моделью двустадийного дробления.

Лаборатория механики многофазных сред

В рамках трехмерной кинетико-МГД модели гелиосферного ударного слоя проведено численное параметрическое моделирование процесса дрейфового ускорения захваченных протонов на гелиосферной ударной волне с учетом анизотропии функции распределения захваченных протонов по скоростям, а также вариаций направления гелиосферного магнитного поля.

Биомеханика

Лаборатория общей гидромеханики

Математическая модель оболочки глаза обобщена с учетом неоднородности толщины и упругих свойств роговицы, изучено влияние неоднородности на результаты обработки тонометрии.

Изучено влияния прочности межклеточных контактов на активную деформацию эмбриональных эпителиев; учет этого эффекта позволил построить полную теорию активной реакции таких тканей на механическое растяжение.

Лаборатория биомеханики

Показано, что препарат Монфрам®, ингибитор гликопротеина IIB-IIIA, замедляет раннюю стадию агрегации красных кровяных телец, эритроцитов в образцах крови здоровых добровольцев, а у пациентов с системной красной волчанкой он к тому же ослабляет механическую прочность парных эритроцитарных агрегатов.

Разработаны количественная математическая модель молекулярных механических процессов, лежащих в основе активации и расслабления мышц, и метод мониторинга движения регуляторных белков с помощью рентгеновской дифракции. Показано хорошее соответствие между результатами расчетов и экспериментальными данными (в соавторстве с сотрудниками Института иммунологии и физиологии УрО РАН, Технологического университета Сингапура и Европейского синхротронного источника рентгеновского излучения, Гренобль, Франция).

Лаборатория ползучести и длительной прочности

В результате серии проведенных экспериментов определена форма носовой перегородки после хирургического лечения ряда заболеваний, обеспечивающая ее максимальную жесткость в зависимости от ее остаточной формы.

Механика материалов и конструкций

Лаборатория ползучести и длительной прочности

Для описания эффекта самосмазывания построена модель образования защитной поверхностной пленки при фрикционном взаимодействии сплавов.

Проведено моделирование сжатия упругого слоя между штампами с регулярным рельефом для различных упругих моделей материала. Проведен анализ различий в характере напряженно-деформированных состояний и различий в характере зависимости максимальных контактных давлений от внедрения для этих материалов.

Проведен анализ длительной прочности металлов при нестационарном сложном напряженном состоянии; показано, что моделирование известных результатов с помощью кинетической теории приводит к хорошему соответствию экспериментальных и теоретических значений времен до разрушения.

Определена программа нагружения цилиндра в условиях ползучести, реализующая осаживание при заданных условиях с минимально возможным уровнем внешней сжимающей силы.

Решена задача о длительном разрушении прямоугольной пластины при изгибе в условиях нестационарного плоского напряженного состояния с учетом влияния агрессивной среды.

Проведено экспериментальное исследование локализации деформаций ползучести в растягиваемых образцах круговой и прямоугольной форм поперечного сечения; получено, что шейка в таких образцах появляется задолго до времени разрыва образцов.

Показано, что использование нелинейного соотношения теории вязкоупругости и метода температурно-временной аналогии позволяет представить экспериментальные данные, полученные при различных условиях, в виде единой кривой.

Проведены механические испытания зернистых полимерных композитов в условиях плоского напряженного состояния. Показано, что предельные характеристики материалов существенно зависят от скорости деформирования. Предложено обобщение классического критерия прочности, заключающееся в учете скорости деформации при растяжении.

Лаборатория прочности и ползучести при высоких температурах

Разработаны инженерные методики расчета неоднородных стержней и пластинок, в том числе из композиционных материалов. Основой для создания таких методик послужили интегральные формулы, по которым решение уравнений с переменными коэффициентами представляется через решение таких же уравнений, но только с постоянными коэффициентами. Создана оригинальная методика вычисления эффективных характеристик композитов с неупругими компонентами. Рассмотрены некоторые задачи электроупругости композитов, у которых часть компонентов обладает пьезоэлектрическими свойствами. Дана постановка задачи о динамической устойчивости прямолинейного неоднородного стержня с переменным поперечным сечением. Получены приближенные аналитические формулы для расчета собственных частот продольных колебаний неоднородных стержней с переменным поперечным сечением. Рассмотрено явление концентрации напряжений в слоистой среде с эллиптическим отверстием.

Разработана методика получения реакционно-связанных материалов на основе высокотемпературной фазы Ca2,5Na(PO4)2, а также апатитовых и брушитовых цементов на ее основе, а также изучены механические характеристики полученных материалов. Показано, что в случае реакционно-связанного материала прочность при сжатии оказалась несколько ниже ожидаемой за счет растрескивания материала в процессе протекания реакции из-за значительного объемного эффекта. Прочность апатитового цемента соответствует реакционно-связанному материалу с аналогичной плотностью, а также обладает идентичной морфологией. Изучена кинетика набора прочности брушитового цемента при его твердении на воздухе, а также дано объяснение его достаточно высокой прочности с точки зрения микроструктурных особенностей.

Разработана методика получения композиционных материалов, включающих в состав фосфаты кальция и биорезорбируемые полимеры, такие как поликапролактон и полилактид. При этом установлено, что увеличение доли неорганической компоненты приводит к увеличению жесткости и падению прочности материала. Разработана методика покрытия поверхности полимеров и композитов на их основе слоем гидроксиапатита с целью увеличения их гидрофильности, причем данный процесс наиболее эффективно протекает в 5-кратном растворе SBF. Также разработана методика гидрофизизации полимерных материалов посредством обработки в плазме. Наилучший эффект наблюдается в случае 5 минут обработки, так как далее наблюдается деструкция полимера с образованием гидрофобных мономеров.

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

Проведены исследования влияния на механические свойства твердых сплавов различных энергетических воздействий, применяемых для повышения износоустойчивости режущего и ударного инструмента. В частности, изучено влияние термообработки в диапазоне температур 100-250 °С, аэротермоакустической обработки и воздействие потоков электронов энергией 1 МэВ. Механические свойства определялись в опытах на трехточечный изгиб. Проведено более 500 испытаний и обнаружен аномальный эффект резкого уменьшения механических свойств твердого сплава ВК6в после термообработки при 150 °С.

Лаборатория упругости и пластичности

На основе экспериментальных данных для нескольких материалов сформулирована гипотеза скалярной вязкости, согласно которой векторные свойства связи напряжений с деформациями имеют существенно меньшую скоростную чувствительность по сравнению со скалярными свойствами.

Для линейного интегрального определяющего соотношения вязкоупругости с произвольными функциями релаксации и ползучести разработана теория эксперимента по построению функции релаксации из опытов, в которых выход на режим постоянной деформации происходит не мгновенно (получены точные универсальные двусторонние оценки для функции релаксации через экспериментальные кривые релаксации, полезные для идентификации функции релаксации).

Сформулирован и опробован вариант определяющих соотношений с внутренней переменной, отвечающей за эволюцию микроструктуры материала. В численных экспериментах показана его применимость к описанию технологических процессов горячей обработки металлов давлением.

В теории упругости неоднородных тел исследованы различные виды неоднородностей и получены аналитические выражения для моделирования изменения механических характеристик, непрерывно зависящих от координат; даны аналитические решение некоторых плоских задач.

В поляризационно-оптическом методе исследования напряжений введено предположение о возможности установления связи между порядками полос изохром и параметрами потенциала парного взаимодействия, используемого для описания поведения заряженных частиц.

Продолжены экспериментальные исследования механических свойств морского льда (в рамках договора о сотрудничестве НИИ механики МГУ с университетским центром на Свальбарде (UNIS, Норвегия). Проведены исследования прочности на растяжение образцов различной формы из морского льда в районе о. Шпицберген.

Установлены фактические меры напряжений и деформаций, используемые в пакете ANSYS для решения упругопластических задач при конечных деформациях. Получено численное решение задачи о конечных деформациях упругопластической трубы под действием внешнего и внутреннего давления, исследована роль упругой сжимаемости материала.

На основе вариационно-асиптотической процедуры развит подход к построению осредненных моделей статического и динамического изгиба упругих пластин из слоистых композитов. Построенная динамическая модель позволяет описать классические формы колебаний и первые три высокочастотные моды. Получены аналитические выражения для вычисления констант осредненных моделей.

Лаборатория динамических испытаний

Проведено аналитическое исследование двумерных нестационарных связанных задач электромагнитоупругости. В том числе, найдены объемные функции влияния для упругого пространства со сферической полостью. Доказаны теоремы о структуре этих функций. Методом малого параметра построено решение соответствующей связанной задачи. Показано, что в рассмотренных примерах достаточно учитывать три-четыре члена рядов.

Получены численно-аналитические решения нестационарных задач для цилиндрической и сферической оболочек с упругим заполнителем. Построены соответствующие поверхностные функции Грина, которые используются при решении нестационарных контактных задач с подвижными границами. Получено аналитическое решение нестационарной задачи для упругой полуплоскости с подвижной точкой смены граничных условий. Исследованы особенности компонентов напряженно-деформированного состояния в окрестностях особых точек на границе.

В рамках линейных моделей решены одномерные и многомерные нестационарные задачи упругой диффузии и термоупругой диффузии в декартовой системе координат для слоя и полупространства (двумерная задача упругой диффузии для однокомпонентного изотропного слоя и пространства, двумерная задача упругой диффузии для однокомпонентного ортотропного слоя и пространства, одномерная задача термоупругости с учетом диффузии для слоя и полупространства). Для задач упругой диффузии с произвольными граничными условиями разработан метод, основанный на построении соотношений между правыми частями граничных условий различных типов. Он протестирован на двумерных задачах.

Предложен метод исследования задач о переходных волновых процессах в линейно-вязкоупругих телах, физико-механические параметры материала которых являются непрерывными функциями пространственных координат. Он апробирован на тестовых задачах для кусочно-однородных вязкоупругих цилиндров с помощью альтернативных численно-аналитических решений. Решены одномерные задачи о распространении нестационарных волн для вязкоупругого полупространства и вязкоупругого слоя. Апробирован метод решения многомерных задач о распространении волн в вязкоупругих телах произвольной геометрии, основанный на использовании свертки решения задачи для упругого тела с задачей для вязкоупругого полупространства.

Выполнено исследование взаимодействия волн с преградами в виде однослойных и трехслойных пластин в грунте. В качестве модели грунта используется однородная упругая изотропная среда. Для задания набегающей волны рассматривались плоская и цилиндрическая одномерные волны растяжения-сжатия. Получены зависимости виброускорения от частоты при различных типах набегающих волн.

Лаборатория упругости и пластичности

Разработана экспериментально-вычислительная методика идентификации параметров определяющих соотношений и критериев разрушения конструкционных сплавов в условиях высокоскоростного деформирования и повышенных температур с учетом неоднородности температурного и напряженно-деформированного состояний в испытуемом образце на основе метода Кольского с использованием разрезного стержня Гопкинсона.

Разработана экспериментально-вычислительная методика определения параметров трения в задаче о пробивании многослойной тканой преграды. Проведены эксперименты по определению статического и динамического коэффициента межволоконного трения для арамидной ткани полотняного плетения.

Механика многокомпонентных и многофазных сплошных сред

Лаборатория экспериментальной гидродинамики

Найдены аналитические решения одномерных (с плоскими и цилиндрическими волнами) задач о закачке суспензии в пористый пласт при учете отставания взвешенных частиц от несущей жидкости в случае большого изменения пористости. Отмечена принципиальная возможность фильтрационных моделей, в которых частицы в среднем опережают несущую жидкость. Решены задачи о стационарном течении несжимаемой жидкости во вращающемся недеформируемом высокопористом теле с учетом сил инерции. Рассмотрены случаи законов фильтрации Бринкмана и Форхгеймера с учетом анизотропии пористой среды.

Лаборатория механики многофазных сред

Для решения задач о течении вязкой жидкости в окрестности периодической текстуры на супергидрофобной поверхности разработан комплекс программ на ЭВМ, основанный на методе граничных интегральных уравнений для уравнений Стокса. Для ряда примеров течений, вызванных заданным сдвигом скорости вдали от стенки, численно получены зависимости осредненной скорости скольжения от параметров текстуры: доли газового участка, формы межфазной границы и смещения межфазной границы внутрь каверны. Показано, что учет кривизны мениска на межфазной границе приводит к заметному снижению осредненной скорости скольжения по сравнению с идеализированными расчетными схемами с плоской межфазной границей. Смещение точек закрепления мениска со стенками внутрь микрокаверны также приводит к снижению осредненной скорости скольжения. Разработанный метод вычисления осредненной скорости скольжения может быть использован для оптимизации текстуры промышленных супергидрофобных поверхностей.

Теоретически исследована дисперсия броуновских частиц в течении вязкой жидкости в канале с супергидрофобными стенками, на которых имеются скрещенные полосчатые текстуры, не совпадающие с направлением течения. Развита рациональная асимптотическая теория, не содержащая эмпирических констант и описывающая динамический и тепловой турбулентный пограничный слой на пластине при нулевом градиенте давления.

Получил дальнейшее развитие бессеточный метод для расчета нестационарных вихревых газодисперсных потоков, объединяющий метод вязких вихревых доменов для уравнений Навье-Стокса и полный лагранжев подход для дисперсной фазы применительно к исследованию импульсных двухфазных струй.

Проведено параметрическое численное исследование задачи о теплообмене между двухфазным сверхзвуковым пограничным слоем и однофазным дозвуковым пограничным слоем, разделенным тонкой теплопроводной либо теплоизолированной пластиной.

Лаборатория газодинамики взрыва и реагирующих систем

Выполнено численное моделирование взаимодействия ударной волны с цилиндрическим облаком кварцевой пыли небольшой концентрации в рамках модели равновесной пылегазовой смеси; исследовано преломление падающей волны, а также эффекты формирования и фокусировки поперечных ударных волн; обнаружены два качественно различных режима фокусировки, реализующиеся при различных значениях концентрации пыли; определена зависимость положения точки фокусировки и относительной интенсивности фокусировки волн от объемной концентрации пыли.

Динамика управляемых комплексных мехатронных систем

Лаборатория экспериментальной гидродинамики

В задаче о влиянии пограничного слоя на панельный флаттер, проведено численное исследование поведения возмущений произвольных длин волн. Результаты показывают, что влияние пограничного слоя с обобщенной точкой перегиба может быть существенно дестабилизирующим. С другой стороны, для обобщенно-выпуклых пограничных слоев достаточно большой толщины пластина полностью стабилизируется, в отличие от результата, полученного ранее в длинноволновом приближении.

Экспериментально изучена устойчивость тонкостенных упругих трубок, содержащих текущую жидкость, при ламинарном и турбулентном режиме течения. Показано, что режим течения слабо влияет на границу устойчивости, однако режимы автоколебаний после потери устойчивости существенно различны.

Лаборатория навигации и управления

Исследована динамика спуска тяжелого оперенного тела. Показано, что кроме режима авторотации, отвечающему семейству тривиальных решений, на котором происходит вертикальный спуск тела, существует два типа притягивающих нетривиальных установившихся режима (винтового типа). Проанализировано влияние параметров системы на характер спуска, как в «малом», так и в «большом». Для оперенного тела с вязким наполнителем, имеющего неподвижную точку и помещенного в поток среды, рассмотрены два типа лопастей с небольшим аэродинамическим качеством. Численно исследованы области устойчивости стационарного движения для некоторых диапазонов значений установочного угла лопастей и коэффициента внутреннего трения.

Проведено численное моделирование поведения твердого тела на горизонтальной плоскости с сухим трением. Предполагается, что плоскость совершает гармонические колебания в горизонтальном направлении. Для описания соударения тела с опорной плоскостью используется гипотеза Рауса. Удар предполагается абсолютно неупругим. Численное исследование динамики тела выполнено при различных значениях амплитуды и частоты колебаний опорной плоскости и при разных параметрах модели.

Предложен новый тип конструкции ветроэнергетической установки. Установка представляет собой механизм антипараллелограмма, на шатуне которого закреплена пластина, взаимодействующая с потоком среды. На оси одного из кривошипов закреплен ротор электрогенератора. Построена математическая модель системы. С помощью асимптотического метода Пуанкаре-Понтрягина получены достаточные условия существования и устойчивости периодических режимов, оценена механическая мощность на этих режимах. Проведены эксперименты с лабораторным макетом установки.

Построена нелинейная математическая модель плоскопараллельного воздействия среды на твердое тело, имеющее переднюю часть своей внешней поверхности в виде кругового конуса. Проводится многопараметрический анализ динамических уравнений движения. Получено новое семейство фазовых портретов на фазовом цилиндре квазискоростей. Данное семейство состоит из бесчисленного множества топологически неэквивалентных фазовых портретов. Получены достаточные условия устойчивости важного режима движения — прямолинейного поступательного торможения, а также условия наличия в системе автоколебательных режимов.

Рассмотрена механическая система, состоящая из диска, катящегося по горизонтальной плоскости без проскальзывания, и ротора — динамически симметричного твердого тела, вращающегося вокруг оси, проходящей через центр диска перпендикулярно плоскости диска. Показано, что уравнения движения допускают образующие многообразие частные решения, при которых позиционные координаты и циклические квазискорости остаются постоянными. Указанные решения определяют стационарные движения системы. Условия устойчивости этих движений получены путем построения функции Ляпунова, как линейной комбинация интегралов, имеющихся в системе. Получены необходимые и достаточные условия устойчивости некоторых стационарных движений.

Получены необходимые и достаточные условия устойчивости стационарных движений одной модели космического аппарата, представляющего собой систему соосных тел при наличии малой асимметрии, связанной со смещением осей динамической симметрии тел относительно оси вращения. Поставлена задача об управлении ориентацией спутников при помощи моментов сил взаимодействия с магнитным полем Земли. Уравнения управляемого движения в этой задаче относятся к ранее введенному классу приводимых нестационарных систем, что позволяет получать аналитические результаты. Выделенный ранее новый класс линейных нестационарных приводимых систем, распространен на гамильтоновы механические системы.

Лаборатория навигации и управления и лаборатория общей аэродинамики

Создан лабораторный макет ветроустановки нового типа, конструкция которой основана на использовании четырехзвенного шарнирного механизма. Макет протестирован в аэродинамической трубе НИИ механики МГУ. Для демонстрации эффективности работы ветроустановки к кривошипу механизма присоединен насос, обеспечивающий работу фонтана за счет энергии, вырабатываемой ветроустановкой. Этот лабораторный макет был представлен молодежной командой НИИ механики МГУ на Международном конкурсе проектов в области экологически чистых технологий TECO Greentech 2016 (Тайвань) и получил золотую медаль этого конкурса.

Лаборатория навигации и управления и лаборатория нестационарной гидродинамики

Построена методика оценки поперечного ударного импульса при высокоскоростном входе тела с конусной головкой в воду. Методика сочетает эксперимент и основные соотношения классической теории удара. На оси тела определена точка, в которой должен находиться центр масс тела, чтобы его угловая скорость при входе в воду не изменялась.

Лаборатория общей механики

Построены новые законы управления некоторыми мехатронными системами, в том числе так называемым роботом-шаром.

Разработана новая конструкция пассивного экзоскелетона.

На основе теории баллистических движений построены оценки затрат энергии при переноске грузов человеком самостоятельно, а также человеком, облаченным в пассивный экзоскелетон. Показано, что при использовании экзоскелетона человек затрачивает меньше энергии при переноске груза, нежели без его использования.

Проведены исследования, направленные на восстановление возможности передвижения на ногах человека, у которого нарушены функции опорно-двигательного аппарата, из-за чего он не может передвигаться самостоятельно. На такого больного, например инвалида-колясочника, можно надеть экзоскелетон, в суставах которого смонтированы электроприводы. Путем решения обратной задачи динамики найдены моменты, которые должны развивать такие приводы для того, чтобы организовать ходьбу больного.

Построена динамическая модель движения в сагиттальной плоскости для экзоскелета нижних конечностей, интегрированного с человеком-оператором, с учетом его опоры на жесткие невесомые костыли. Модель учитывает также динамику электроприводов. В случае одноопорной ходьбы построен аналитический закон управления этим экзоскелетом, обеспечивающий движение тазобедренного и коленного шарниров в соответствии с желаемым режимом. Представлены результаты численного моделирования уравнений движения человека в экзоскелете, исследована точность управления.

Построена математическая модель человека, балансирующего на качелях в виде пресс-папье. Модель представляет собой однозвенный маятник, шарнирно прикрепленный к качелям. Управлением является ограниченный по абсолютной величине момент, приложенный в шарнире — в «голеностопном» суставе. Построен закон управления, при котором область притяжения неустойчивого состояния равновесия маятника (человека) является максимально возможной.

Высокопроизводительные информационно-вычислительные технологии

Лаборатория автоматизации экспериментальных исследований

В рамках исследований и прикладных работ, направленных на развитие ИАС «ИСТИНА», существенно расширены ее функциональные возможности в части автоматизации процессов оценки персональной деятельности профессорско-преподавательского состава, подготовки и проведения на этой основе конкурсных процедур. Эффективность использования этих функций подтверждена на практике в Московском университете.

На основе анализа результатов зарубежных исследователей и опыта разработки ИАС «ИСТИНА» систематизированы основные принципы и требования к развитию и сопровождению информационных систем тематического исследования наукометрических данных для подготовки принятия управленческих решений.

Проведены исследования методов верификации функциональных свойств сложных информационно-аналитических программных систем с использованием предметно-ориентированных языков на основе модели лямба-исчисления с зависимыми типами. Дано промежуточное представление таких языков и доказательно проанализированы правила, обеспечивающие процессы верификации.

Исследованы различные способы хранения информации в виде онтологий, в частности, хранение онтологий непосредственно в базе данных RDF, хранение данных в реляционной базе данных с созданием автоматического отображения между структурами RDF и реляционной базы, а также хранение в реляционной базе данных с заданием вручную отображения между структурами RDF и реляционной базы

Наномеханика

Лаборатория наномеханики

Проведено моделирование свободномолекулярного течения газа в микроканале с рядом осциллирующих перегородок. Получено, что вероятность прохождения через канал тем или иным газом существенно зависит от безразмерного соотношения тепловой скорости молекул, расстояния между перегородками и частоты осцилляций. При этом наблюдается аналогия с эффектом резонанса. Разработан эффективный многомасштабный метод для моделирования течений бинарных газовых смесей при малых числах Маха в современных устройствах, сочетающих макро- и микрокомпоненты. Данный метод объединяет решение уравнения Больцмана в модели МакКормака (McCormack model) для моделирования течений в микроструктурах, и численное решение уравнений газовой динамики в приближении малых чисел Маха для повышения эффективности расчета. Данный метод был применен для моделирования работы прототипа нового газоразделительного устройства для различных бинарных смесей газов. Основным функциональным элементом устройства являются мембраны, в которых за счет малого характерного размера пор под действием противоположно направленных градиентов температуры и давления возникают новые эффекты, приводящие к разделению смеси.

Исследовано влияние примесей меди на скорость зарождения дислокаций в сплавах алюминия с медью. Зависимости скорости гомогенного и гетерогенного зарождения в сплавах алюминия с медью найдены из результатов молекулярно-динамического моделирования и аппроксимированы в аррениусовской форме. Исследован детальный механизм зарождения дислокационной петли в металлах с гранецентрированной кристаллической решеткой. Показано, что образованию петли частичной дислокации предшествует зарождение наноразмерного структурного перехода ГЦК-ГПУ типа, из которого затем формируется дислокационная петля. Показано, что имеется два различных механизма зарождения дислокаций вблизи наноразмерного медного диска в алюминии, зоны Гинье-Престона (ГП). Показано, что эти механизмы реализуются при температурах до 400 К и выше 400 К соответственно и что им отвечает разная активационная энтропия в соответствующих им интервалах температур. Изучены механизмы распространения дислокационной петли в алюминии. Показано, что изначально созданная петля частичной дислокации может либо схлопнуться, либо трансформироваться в полную дислокацию, либо внутри нее образовывается двойник, который заполняет всю ее плоскость. Получены скорости движения краевого и винтового сегмента петли частичной дислокации как функции сдвигового напряжения и температуры. Построена модель релаксации сдвигового напряжения в сплавах алюминия с медью, которая учитывает зарождения и распространение дислокационных петель.

Исследовано взаимодействие диссоциированного воздуха с поверхностью меди, которая для реальных условий экспериментов в плазматроне моделировалась закисью меди Cu2O. Моделирование поверхности кристаллического оксида меди проводилось на основе кластерного подхода. Кластер Cu2O5 использовался для моделирования процессов адсорбции/десорбции атомов кислорода и азота и ударной рекомбинации, а Cu4O8 и Cu5O8 — для процессов миграции адсорбированных атомов кислорода и азота по поверхности. Численное моделирование основных энергетических, структурных и колебательных характеристик элементарных химических реакций проводилось методами квантовой механики. Для расчетов использовался программный пакет GAUSSIAN. Уравнение Шредингера решалось методом теории функционала электронной плотности с гибридным трехпараметрическим обменным функционалом Беке, дополненным электронной корреляцией Ли, Янга и Пара (B3LYP), и использованием валентно-расщепленного базиса Попла 6-31G*. Для атомов и молекул, участвующих в рассматриваемой задаче (O, N, Cu), указанное выше приближение позволяет с хорошей точностью описать исследуемые процессы. В рамках теории переходного состояния Эйринга-Поляни были получены выражения для констант элементарных стадий гетерогенного катализа диссоциированного воздуха на поверхности оксида меди, включающие адсорбцию/десорбцию атомов кислорода и азота, поверхностную диффузию адсорбированных атомов, ударную и ассоциативную рекомбинацию с образованием молекул кислорода, азота и оксида азота.

Учебная работа

Экспериментальная база Института механики традиционно используется для организации студенческих лабораторных практикумов механико-математического факультета МГУ, а также факультета наук о материалах. Для отделения механики механико-математического факультета эти практикумы являются составной частью обязательного учебного плана обучения студентов 3 и 4 курсов. В 2016 г. было задействовано 25 общих и 30 специальных лабораторных практикумов, при проведении которых использовалось уникальное в системе высшей школы экспериментальное оборудование для исследования процессов механики жидкостей и газов, механики твердого деформируемого тела, мехатроники и информатики. Решением вопросов материально-технической и инженерной поддержки этих практикумов постоянно занимались более 40 сотрудников Института. Кроме того, научно-педагогическое сопровождение около трети практикумов также обеспечивалось силами сотрудников Института. Наряду с этим, была продолжена практика зачисления студентов и аспирантов механико-математического факультета в штат научных лабораторий Института, где они непосредственно участвовали в текущих научных исследованиях лабораторий, выполняя одновременно свои курсовые, дипломные и диссертационные работы под руководством ученых НИИ механики. В 2016 г. состоялось более 30 таких зачислений, а всего более 50 студентов и аспирантов механико-математического факультета занимались научными исследованиями под руководством сотрудников Института.

Среди других форм вовлечения молодежи в науку следует отметить регулярное проведение в НИИ механики МГУ студенческих школ и конференций молодых ученых. Так в 2016 г. в НИИ механики МГУ была проведена очередная X Международная летняя научная школа для российских и тайваньских студентов и молодых ученых, поддержанная РФФИ. Состоялась открытая Конференция-конкурс молодых ученых, по ее результатам присуждены 12 годичных стипендий для молодых сотрудников Института, а также подготовлен Сборник трудов молодых ученых. На базе Института проведена подсекция молодежного научно-инновационного конкурса «У.М.Н.И.К». В мемориальном кабинете-музее академика Л. И. Седова были организованы встречи молодых ученых Института с выдающимися российскими учеными. Для учеников СУНЦ МГУ проведены экскурсии на экспериментальные установки Института.

В последние годы НИИ механики МГУ является одним из организаторов регулярного Всероссийского распределенного телесеминара по аэромеханике, проходящего в режиме телемоста между ведущими научными центрами из различных городов РФ. В 2016 г. было проведено 38 таких семинаров, в них наряду с опытными специалистами ЦАГИ, ИТПМ СО РАН, СПбПУ, НИИ механики МГУ, ОИВТ РАН и др. принимали участие молодые ученые и студенты из МГУ и ряда других ВУЗов.

Конференции

Организованы и проведены:

  • Научная конференция «Ломоносовские чтения», МГУ имени М.В. Ломоносова, Секция «Механика», 18-22 апреля 2016 г., НИИ механики МГУ.

  • Конференция-конкурс молодых учёных НИИ механики МГУ, 10-12 октября 2016 г., НИИ механики МГУ.

  • XVIII Всероссийская конференция «Современные проблемы аэрогидродинамики», посвященная 60-летию Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике и 125-летию его первого председателя академика АН СССР Н. И. Мусхелишвили, 5-15 сентября 2016 г., г. Сочи, «Буревестник» МГУ.

  • XXII Международная конференция «Нелинейные Задачи Теории Гидродинамической Устойчивости и Турбулентность», 14-21 февраля 2016 г., Московская обл., г. Звенигород, пансионат «Звенигородский» РАН.

  • Всероссийское рабочее совещание Биомеханика-2016, 1-2 февраля 2016 г., НИИ механики МГУ.

  • X Международная молодежная летняя научная школа, посвященная 55-летию полета Ю. А. Гагарина в космос «Компьютерные технологии анализа инженерных проблем механики», 27 июня – 19 июля 2016 г., НИИ механики МГУ.

  • Проводится еженедельный видеосеминар по аэромеханике в режиме телемоста ЦАГИ (г. Жуковский) — ИТПМ СО РАН (Новосибирск) — СпбПУ (Санкт-Петербург) — НИИМ МГУ (Москва).

Институт принимал участие в организации:

  • Научная конференция «Проблемы прочности, динамики, ресурса и оптимизации», посвященная 80-летию со дня рождения В. П. Малкова, 29 ноября – 1 декабря 2016 г., Нижний Новгород.

  • VII Всероссийское совещание-семинар заведующих кафедрами и преподавателей теоретической механики, робототехники, мехатроники вузов России, 26-30 сентября 2016 г., Махачкала, Россия.

Доктора и кандидаты наук 2016 г.

Докторские диссертации защитили:

Кандидатские диссертации защитили:

  • мл. н. с. лаборатории механики многофазных сред Агеев Алексей Игоревич («Термогидродинамическое исследование фильтрации бинарной смеси в широком диапазоне давлений и температур», к. ф.-м. н.);

  • вед. программист лаборатории аэромеханики и волновой динамики Дынников Ярослав Алексеевич («Бессеточная технология численного моделирования взаимодействий вязкой жидкости и систем профилей с кинематическими и упругими связями», к. ф.-м. н.);

  • вед. инженер лаборатории прочности и ползучести при высоких температурах Емельянов Александр Николаевич («Эффективные характеристики в моментной теории упругости», к. ф.-м. н.);

  • н. с. лаборатории гиперзвуковой аэродинамики Попович Сергей Станославович («Влияние ударных волн на эффект безмашинного энергоразделения», к. тех. н.);

  • программист лаборатории автоматизации экспериментальных исследований Хлебородов Денис Сергеевич («Быстрые алгоритмы вычисления преобразований на основе эллиптических кривых»);

  • вед. инженер лаборатории навигации и управления Шалимова Екатерина Сергеевна («Некоторые задачи динамики точки, соприкасающейся с подвижной поверхностью»).

Персоналии

Команда НИИ механики МГУ (сотрудники лаборатории навигации и управления: вед. н. с. М. З. Досаев, ст. н. с. Л. А. Климина, инженер А. П. Голуб, вед. инженер А. А. Мастерова, мл. н. с. Е. С. Шалимова, А. В. Зароднюк) завоевали Золотую медаль Международного конкурса GreenTech 2016 (ТЕСО, Тайвань, Китай).

Коллектив НИИ механики МГУ (зав. лабораторией биомеханики А. А. Шахназаров, вед. программист лаборатории биомеханики А. В Остроумов) награждены дипломом лауреата премии «Золотые сани — 2016» в номинации «За заслуги в области развития санного спорта» (Федерация санного спорта России).

Премия имени академика Л. И. Седова вручена зав. лабораторией общей аэродинамики Н. В. Никитину за выдающиеся достижения в области механики жидкости и газа и общих основ механики сплошной среды (Национальный комитет по теоретической и прикладной механике Российской академии наук).

Памятной медалью «В честь 70-й годовщины Победы в Великой Отечественной войне 1941—1945 гг.» награжден зав. лабораторией динамических испытаний Д. В. Тарлаковский (ЦС «Союз ветеранов ЖДВ РФ»).

Диплом за лучший реализованный проект энергосбережения при строительстве жилья эконом-класса получил н. с. лаборатории аэромеханики и волновой динамики П. П. Пастушков (Градостроительный конкурс Минстроя РФ).

Диплом II степени XIV Всероссийской школы-конференции молодых ученых с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» получил н. с. лаборатории гиперзвуковой аэродинамики С. С. Попович (Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН).

На Конференции-конкурсе молодых учёных НИИ механики МГУ:

  • диплом I степени присужден Л. А. Климиной (ст. н. с. лаборатории навигации и управления);

  • диплом II степени:

    • Я. Ю. Филиппову (н. с. лаборатории прочности и ползучести при высоких температурах);
    • Д. Е. Пивоварову (ст. н. с. лаборатории общей аэродинамики);
    • А. И. Агееву (мл. н. с. лаборатории механики многофазных сред);
  • диплом III степени:

    • В. О. Пиманову (н. с. лаборатории общей аэродинамики);
    • Ф. А. Сёмину (инженеру лаборатории биомеханики);
  • диплом за лучшую экспериментальную работу получили

    • Д. А. Пелевина (ст. н. с. лаборатории физико-химической гидродинамики),
    • Н. А. Киселёв (вед. инженер лаборатории гиперзвуковой аэродинамики);
  • диплом I степени за лучшую работу аспирантов вручен В. О. Пиманову (н. с. лаборатории общей аэродинамики);

  • диплом II степени за лучшую работу аспирантов получил Н. А. Киселёв (вед. инженер лаборатории гиперзвуковой аэродинамики).

Грант Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ получал академик РАН, проф., зав. лабораторией газодинамики взрыва и реагирующих систем В. А. Левин.

Гранты Президента РФ по государственной поддержке научных исследований молодых российских ученых - докторов и кандидатов наук получали зав. лабораторией экспериментальной гидродинамики В. В. Веденеев и н. с. лаборатории гиперзвуковой аэродинамики М. С. Макарова, ст. н. с. лаборатории физико-химической гидродинамики Д. А. Пелевина, ст. н. с. лаборатории аэромеханики и волновой динамики А. С. Шишаева соответственно.

Стипендию Президента РФ молодым ученым и аспирантам получал ст. н. с. лаборатории общей аэродинамики Б. И. Краснопольский.

Публикации

Опубликовано 3 монографии, 4 учебника и учебных пособий, 3 сборника трудов, более 700 статей и тезисов докладов.


наука
Конференции
Семинары
Научные направления
Итоги 2016 года
План на 2016 год
Архив

Журнал «Физико-химическая кинетика в газовой динамике»

экспериментальная база
Аэродинамический комплекс
Гидро- установки и стенды
Ударные трубы и взрывные стенды
Установки цикла МДТТ

учебная работа
Практикумы
Дополнительное образование

Летняя школа

компьютерные технологии в механике
ЦКТМ


© НИИ механики МГУ, 2002–2017.