Статья: ТОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ТЕРМОДИФФУЗИИ ДЛЯ МЕДЛЕННЫХ ТЕЧЕНИЙ ТИПА СТОКСА (2024)

Представлено теоретическое и экспериментальное обоснование новой ширографии, по чувствительности и пространственному разрешению на два порядка превосходящей ранее известный вариант, и рассмотрены некоторые ее применения. Кроме того, в ней отсутствуют такие негативные свойства старой ширографии, как малый контраст полос корреляции и их исчезновение при малейшем поступательном перемещении объекта диагностики. Показано, что физической основой метода является новый механо-оптический эффект, благодаря которому сдвиговая интерференция волн реализуется спонтанно, без использования специальной оптики. Приведены формулы, связывающие параметры, характеризующие поступательное перемещение объекта, среднее значение, дисперсию, временную автокорреляционную и спектральную функцию деформаций объекта, с параметрами динамики спеклов в плоскости его изображения. Указанные формулы найдены как для рассеивающей свет поверхности, так и для прозрачного объекта, расположенного вблизи случайно-фазового экрана. Установлено, что если разность оптических путей Δu двух волн равна сумме М независимых величин Δum, то появляется возможность определить вышеуказанные параметры, соответствующие слага-емым Δum, m = 1, 2, … M. Приведены результаты применения теории для изучения следующих явлений: необратимых процессов, вызванных усталостью материалов; внутриклеточных процессов в живых культивированных клетках; турбулентных потоков. Рассмотрены механизмы усталостной деградации ряда материалов, выявленные новым методом. Количественно оценены уменьшение активности клеток при введении в питательный раствор трех токсичных веществ и относительный вклад вихрей с разными временами релаксации в турбулентное течение воздуха.

Робототехнические задачи удаленной манипуляции механическими объектами из космических давно перешли к земным. Например, уже выпускается беспилотный КАМАЗ-6559 (Юпитер 30). Ростсельмаш запускает производство беспилотных комбайнов на базе TORUM 785, на очереди беспилотные надводные и подводные аппараты, не говоря уже о ра-боте в агрессивных средах [1]. Все аппараты такого класса оснащены множеством разнообразных датчиков. Вся их совокупность заменяет живого пилота, у которого есть только один основной тип датчика – зрение – и один вспомогательный – слух (лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать). Их человеку достаточно для решения любых самых сложных про-блем навигации. Очевидно, что и в робототехнике дальнейшее развитие будет тесно связано с 3D-зрением, что естественно перекликается с задачами голографии, особенно с современной цифровой и компьютерной голографией. Анализу одного из путей современного развития цифровой голографии, а именно передаче голографической объемной информации об окружающем пространстве от местоположения искусственного аппарата к оператору, удаленно осуществляющему контроль и функции управления, посвящена настоящая статья.

В статье доказана эффективность обработки трением с перемешиванием околошовной зоны сварного соединения стали 09Г2С твердосплавным инструментом со сферическим наконечником радиусом 10 мм с нормальной силой 3000 Н, частотой вращения 2500 об/мин и подачами 50, 75 и 100 мм/мин. В процессе обработки смешанная структура верхнего бейнита, видманштеттова феррита и зерен феррита изменяется на глобулярную феррито-перлитную структуру при измельчении зерна в зоне перемешивания до 96 %. Продемонстрировано практическое применение обработки трением с перемешиванием инструментом со сферическим наконечником для упрочнения околошовной зоны сварного соединения стали 09Г2С. В результате обработки пределы текучести и прочности повысились на 15,5 и 23,3 % соответственно, относительное удлинение увеличилось на 78,6 %, максимальный зафиксированный средний прирост микротвердости составил 171 %.

Методом позитронной аннигиляционной спектроскопии было исследовано поведение дефектов в процессе облучения в реальной структуре железоникелевых сплавов, которые являются модельными для аустенитных нержавеющих сталей, используемых в ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Рассмотрены вопросы эффективности поглощения точечных дефектов (междоузельных атомов и вакансий) дислокациями (дислокационный байес), как главной причины возникновения вакансионного пересыщения в сталях, путем закрепления дислокаций надразмерными примесями или выделениями вторых фаз. Такие исследования актуальны в связи с проблемой ограничения широты использования сталей аустенитного класса в конструкционных материалах ядерных реакторов из-за склонности сталей к вакансионному распуханию, обусловленному вакансионным пересыщением. В результате работы было показано, что в холоднодеформированном сплаве Fe–Ni во время облучения происходит накопление вакансий несмотря на высокую плотность дислокаций, что обусловлено дис-локационным байесом. В холоднодеформированном стареющем сплаве Fe–Ni–Ti накопление дефектов во время облучения снижено по сравнению с холоднодеформированным сплавом Fe–Ni. Дислокации, закрепленные преципитатами Ni3Ti, обладают меньшей эффективностью поглощения междоузельных атомов по сравнению со свободными дислокациями в сплаве Fe–Ni. Благодаря этому снижается байес дислокаций и усиливается взаимная рекомбинация точечных дефектов. Полученные в работе данные могут быть использованы при прогнозировании радиационной повреждаемости аустенитных нержавеющих сталей и сплавов, а также при разработке методов улучшения их радиационной стойкости.

Улучшение усталостных и прочностных характеристик конструкционных материалов включает в себя различные методы обработки поверхности. Одним из широко используемых подходов является лазерное ударное упрочнение (ЛУУ), обычно применяемое для обработки поверхностей металлических деталей и конструкций. В данном исследовании рассматривается возможность применения метода ЛУУ к неметаллическим композитным материалам, изготовленным с помощью моделирования методом наплавленного осаждения. В ходе исследования изучаются физические механизмы и фундаментальные принципы ЛУУ, а также его влияние на микроструктуру и механические свойства композитных изделий. Структура композитных образцов до и после ЛУУ была проанализирована с помощью рентгеновской компьютерной микротомографии. Были проведены испытания на растяжение образцов, об-работанных лазерным ударом, и сравнение различных защитных покрытий: алюминиевой фольги, ПВХ-ленты и золотого покрытия. Результаты показали, что механические свойства образцов после ЛУУ независимо от исследованных материалов защитного покрытия незначительно отличались друг от друга и от необработанных образцов.

В настоящей работе рассматриваются микроструктура и механические свойства композитных материалов, полученных по технологиям вакуумной инфузии и прямого прессования препрега, для заданной геометрии образца с добавлением слоев вулканизированного ре-зинового полотна. Композиты, полученные методом прямого прессования, имеют в 2 раза больший модуль упругости при изгибе и в 1,8 раза большую прочность, чем образцы, полученные с помощью вакуумной инфузии. Установлено, что использование резиновых слоев позволяет управлять механическими свойствами композита – значительно снижать модуль упругости при незначительном снижении прочностных показателей. Для композитов, полученных по технологии вакуумной инфузии, удалось снизить модуль в 5,5 раз, а для образцов, полученных методом прямого прессования, – в 4 раза. При использовании обеих технологий предел прочности был снижен в 2 раза.

В работе установлена аналитическая связь между макроскопическими электродинамическими характеристиками и оптическими константами изотропной конденсированной среды. В работе используется язык гиперкомплексной алгебры. Полученное решение обобщается на анизотропный случай.

В настоящей работе рассмотрен многолетний опыт эксплуатации и проблематика работы системы интеллектуального деформационного мониторинга для стальных конструкций покрытия двух блокированных зданий спортивного комплекса с бассейнами. Стальные конструкции ферменного покрытия объекта в процессе возведения и эксплуатации находились под влиянием различных неблагоприятных факторов, которые создали историю формирования сложного деформационного состояния объекта. Организованная в 2012 г. и запущенная в работу несколько позже система интеллектуального деформационного мониторинга вкупе с методами математического моделирования позволила на протяжении многих лет осуществлять контроль деформационного состояния сложного объекта. Однако долгосрочные измерения контрольных параметров сооружения посредством различных датчиков сопряжены с рядом известных проблем. Одна из них – это деградация чувствительных измеритель-ных элементов, в частности тензодатчиков деформации. В работе предложен разработанный сотрудниками ИМСС УрО РАН и опробованный на натурном объекте метод, позволивший выявить и дифференцировать деградирующие измерительные элементы системы мониторинга без нарушения ее работы.

Методом остаточного электросопротивления исследовано радиационно-стимулированное расслоение в облученных 5 МэВ электронами сплавах Fe–34,7ат.%Ni с разными типами стоков для точечных дефектов в виде дислокаций и деформационных вакансионных кластеров. Установлено, что при облучении при температуре около 300 К образуются вакансионные кластеры. Диссоциация этих кластеров при изохронных отжигах в районе 350–550 К приводит к появлению сво-бодно мигрирующих вакансий и радиационно-ускоренным процессам упорядочения в сплавах Fe–Ni. При этом наблюдается две подстадии диссоциации вакансионных кластеров с энергиями диссоциации 1,2 и 1,5 эВ. При температурах около 800 К происходит гомогенизация твердого раствора. Показано, что эффективность дислокационных стоков больше чем эффективность деформационных вакансионных кластеров.

В настоящей работе рассмотрен механизм передачи деформаций от подрабатываемого грунтового массива, вызванных влиянием добычи полезных ископаемых, на конструктивные элементы армокаменных сооружений – кирпичных зданий. Рассматриваются различные мо-дели поведения кирпичной стены и грунтового основания, а также варианты их контактного взаимодействия. Определены предельные деформации грунта для заданных характеристик в моделях. Показано, что уровень деформаций и их рост в несущих элементах армокаменных сооружений существенным образом определяется выбором варианта взаимодействия конструктивных элементов в системе с грунтовым основанием. На основе рассмотренных моделей построены зависимости осредненной деформации в кирпичной стене перевязанного сечения для разных марок прочности от деформации грунтового основания.

Первопринципным методом изучена энергетика бейновского и орторомбического путей структурно-фазовых превращений при одноосной деформации переходного металла (ванадия). Уточнен орторомбический путь превращения с учетом его симметрии. В результате расчета фононного спектра в зависимости от деформации найдены наиболее мягкие ветви фононного спектра для бейновского пути, ответственные за потерю устойчивости структуры. Выявлен характер потери устойчивости, а также оценена величина деформации, при которой теряется устойчивость как при растяжении, так и при сжатии. Отмечены наиболее вероятные механизмы, определяющие устойчивость структуры и теоретическую прочность переходного металла V. Результаты могут относиться к ситуациям в эксперименте, когда деформируются малые, свободные от дефектов области, например, в наноструктурированных материа-лах при модифицировании поверхностных слоев пластическим деформированием, при нано-индентировании, при сверхвысокой пластичности сплавов на основе V.

Существует потребность применения в неразрушающем вихретоковом контроле микросхемных преобразователей Холла вместо индукционных катушек, традиционно используемых для преобразования параметров переменного магнитного поля в электрический сигнал. Преимуществом микросхемных сенсоров, наряду с технологичностью и дешевизной, являет-ся малая зависимость их эффективности от частоты воспринимаемого переменного поля (особенно в области малых частот). При малых рабочих частотах напряжение сигнала, наво-димое в приемных катушках вихретокового дефектоскопа, становится сравнимым с собственными шумами его приемного тракта, и для уверенного выделения этого сигнала приходится увеличивать число витков приемной катушки, что далеко не всегда приемлемо по причине жестких требований к ее габаритам. Такое преимущество преобразователей (сенсоров) Холла открывает перспективы существенного расширения области применения неразрушающего вихретокового контроля. Препятствием к этому могли бы явиться сравнительно большие собственные шумы таких сенсоров, наблюдаемые на нулевых рабочих частотах и составляющие несколько (а порой и десятки) микротесла (в единицах магнитной индукции).

В предлагаемом сообщении излагаются результаты измерения шумовых характеристик перспективных микросхемных холловских сенсоров магнитного поля марки 1SA-1M, производимых фирмой Sentron. Установлено, что собственные шумы обследованных сенсоров на частотах от 20 Гц до 10 кГц в десятки раз меньше наблюдаемых на нулевой частоте. Их размах не превышает десятых долей микротесла (в единицах индукции измеряемого пе-ременного магнитного поля), что открывает возможности для применения указанных сенсоров в вихретоковых дефектоскопах с малыми (десятки герц) рабочими частотами вместо индукционных катушек. Результатом может явиться расширение области применения неразрушающего вихретокового контроля. Полученные сведения могут быть полезны и при разработке средств измерения переменных магнитных полей безотносительно к вихретоковой дефектоскопии.

Настоящая работа посвящена исследованию влияния напряженно-деформированного состояния горячекатаного прутка из титанового сплава Ti–39Nb–7Zr на микроструктуру и свойства при ротационной ковке. Ротационная ковка рассматривается как перспективный метод интенсивной пластической деформации, обеспечивающий формирование ультрамелкозернистой структуры, равномерное распределение пластической деформации и улучшение свойств сплава.

Для определения напряженно-деформированного состояния разработана конечно-элементная модель, а именно: произведено полное воссоздание геометрии заготовки, определение материалов и их свойств, генерация сетки конечных элементов, настройка решателя модели и назначение граничных условий и нагрузок. Моделирование проводилось с использованием метода конечных элементов, что позволило учесть сложные трехмерные траектории движения инструментов и распределение деформаций в процессе РК. Механические свойства материала были определены экспериментально и использованы для построения модели упрочнения. При моделировании учитывалось поведение материала при нагреве перед деформацией на температуру 450 °C.

Результаты моделирования показали, что максимальные напряжения в прутке после ротационной ковки достигают 955 МПа в зоне контакта с инструментом. Анализ поперечно-го сечения образца выявил концентрические зоны с равномерным распределением напряже-ний и остаточные продольные сжимающие напряжения 0yy = 200 МПа. Продольное распре-деление напряжений демонстрирует высокие напряжения в зоне контакта ковочного инструмента и градиент напряжений от зоны контакта к периферии образца.

Исследование микроструктуры сплава после ротационной ковки показало наличие значительных пластических деформаций и высокую плотность дислокаций в поверхностной зоне. Микротвердость материала увеличилась до 350 HV в поверхностной зоне, по сравне-нию с 250 HV в центральной части образца. Ротационная ковка приводит к формированию текстуры и анизотропии механических свойств, что подтверждается измерениями модуля упругости, который варьируется от 70 до 90 ГПа по сечению прутка.

Цель работы заключалась в разработке многокомпонентной динамической 3D-модели для моделирования процессов ротационной ковки прутка из титанового сплава Ti–39Nb–7Zr с использованием программного пакета Ansys Mechanical. В качестве материала исследования использовался горячекатаный в β-области пруток из биосовместимого сплава Ti–39Nb–7Zr, произведенный на ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».

В работе на примере малопластичного материала (сплав АК12) проведен анализ напряженно-деформированного состояния кольцевых образцов методами корреляции циф-ровых изображений и конечно-элементного моделирования при наиболее распространенных типах испытаний: на диаметральное сжатие и на растяжение на полукруглых опорах. Расчет-но-экспериментальным путем показано, что, независимо от типа испытания и стадии дефор-мирования, для различных типов и конфигураций испытаний в качестве предельного состоя-ния можно принять достижение критической локальной деформации, которая для рассмот-ренного материала составляет 4,0‒4,2 %. Проведено сравнение и анализ результатов, полу-ченных при различных типах испытаний, с точки зрения критериев остаточной диаметраль-ной деформации.

Для удовлетворения растущих потребностей эксплуатирующих организаций в надежной и бесперебойной транспортировке углеводородного сырья все чаще используются композитные трубы из полимерных материалов. Полимерно-армированные трубы, жесткие и гибкие, также используются во многих отраслях промышленности и предназначены для транспортировки подтоварной воды, нефти и газа, поскольку они устойчивы к коррозии и имеют меньший вес по сравнению с трубами из металла. Трубы из полимерных материалов с различными системами армирования обладают механическими свойствами, которые позволяют обеспечить гибкость, прочность, долговечность и экономическую выгоду в эксплуатации по сравнению с трубами из других материалов. В данной статье рассматривается моделирование при помощи лабораторных установок условий разрушения жестких и гибких полимерно-армированных труб при максимальном внутреннем давлении для оценки их работоспособности и прогнозирования ресурса в заданных условиях эксплуатации.

Методом возврата остаточного электросопротивления исследованы миграция радиационных дефектов и их взаимодействие с примесными атомами Si (0,2, 0,5 и 0,75 ат. %) и Au (0,13 ат. %) в облученных электронами сплавах Fe–16Cr в температурном интервале 80–180 К. Легирование сплавов примесями приводит к подавлению возврата остаточного электросопротивления, что указывает на захват мигрирующих дефектов на атомах примесей, который сопровождается уменьшением удельного вклада дефектов в остаточное электросопротивление. Захват мигрирующих дефектов на атомах примесей начинается выше 150 К в Fe–16Cr–0,13Au и Fe–16Cr-0,2Si и выше 130 К в Fe–16Cr–0,75Si. Плавное и монотонное подавление возврата остаточного электросопротивления при достаточно больших концентрациях примесей указывает на подавление коррелированной миграции в Fe–16Cr–0,13Au и Fe–16Cr–0,2Si, а также рекомбинации близких пар в Fe–16Cr–0,5Si и Fe–16Cr–0,75Si. Плавное подавление возврата остаточного электросопротивления и уменьшение удельного вклада дефектов при захвате указывают на ближнюю миграцию вакансий в температурном интервале 130–180 К. Выше 180 К начинается дальняя миграция дефектов.

Стареющие аустенитные стали характеризуются наличием сложной микроструктуры и различных дефектов и преципитатов, в значительной степени определяющих свойства сталей. Формирование и эволюция системы дефектов в этих материалах сопровождаются измене-ниями в спектрах брэгговского и диффузного рассеяния нейтронов, что делает нейтронно-дифракционные методы эффективным средством их изучения. В данной работе мы выполнили анализ результатов наших нейтронографических экспериментов по исследованию изменений кристаллической структуры и системы карбидных преципитатов в марганцевой аустенитной стали 40Х4Г18Ф2, развивающихся при термическом старении материала и облучении его потоками быстрых нейтронов. Выявлены отличия, которые возникают при таких способах воздействия. Результаты анализа хорошо согласуются с электронно-микроскопическими данными, дополняя их в части исследования облученных образцов.

Магнитострикционные металлоорганические композиты – важный класс материалов для различных электротехнических приложений. Сплав Fe–Ga – один из основных материалов, используемых в основе таких композитов. В качестве органической матрицы обычно используется эпоксидная смола. Проблемой таких композитов является крайне низкая температурная стабильность свойств из-за размягчения смолы при повышенных температурах. В данной работе впервые предложено использовать для создания композитов широко рас-пространенное органическое соединение на основе фенолформальдегидной смолы – бакелит. Методом холодного прессования при различном давлении были изготовлены композиты на основе порошка Fe–Ga с добавлением 5 масс. % бакелита. Кроме того, реализовано исследование по влиянию отжига порошка после размола в шаровой мельнице на структуру и свойства композитов. Показано, что композит, изготовленный при тех же параметрах из отожженного порошка, обладает существенно более высокой магнитострикцией.