№ 1 (2023)

METHODS FOR REDUCING NOTCH SENSITIVITY OF HYBRID PSEUDO-DUCTILE POLYMER COMPOSITES WITH FABRIC REINFORCEMENT: EXPERIMENTAL STUDY
Leshkov E.V., Olivenko N.A., Kudryavtsev O.A., Sapozhnikov S.B.

Аннотация

Composite materials reinforced with synthetic fibres have been used in aviation and space technology for more than half a century. Fibre-reinforced composites with high specific strength and corrosion resistance are an attractive alternative to traditional structural materials, including steels, aluminium and titanium alloys. At the same time, composites based on carbon and glass fibres are inherently brittle structural materials with high strength sensitivity to stress concentrations due to the design features of the structures or defects that occur in operation. One way to solve this problem is hybridisation which makes it possible to increase the nonlinearity of the composite stress-strain diagram and reduce sensitivity to notches. Hybrid composites combine several types of reinforcing filler with different fracture strains and exhibit a pronounced pseudo-ductile plateau in tension. Such material behaviour ensures the redistribution of stresses near the concentrator and potentially reduce notch sensitivity. When designing hybrids, it is necessary to take into account the influence of different factors including the ratio between the components and their lay-up, using various technological methods, and the specific strength of the finished material. This paper presents the results of an experimental study on the strength of hybrid composites based on glass and carbon fabrics in the open hole tests. It was found that hybrids with an extended hardening area after the pseudo-yield plateau are were more notch sensitive. A low elongation component layers rotation on angles up to 10°, as well as the use of thin polymer veils, also reduce the sensitivity of the composite strength to the presence of the defects.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):5-11
views
МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПЛАСТИНЫ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ ТРЕЩИНОЙ
Астапов Н.С., Кургузов В.Д.

Аннотация

Прочность квадратной пластины с центральной трещиной при нормальном отрыве ис- следована в рамках подхода Нейбера – Новожилова с помощью модифицированной мо- дели Леонова – Панасюка – Дагдейла, использующей дополнительный параметр – попе- речник зоны пластичности (ширину зоны предразрушения). В качестве модели деформи- руемого твердого тела выбрана модель идеального упругопластического материала, имеющего предельное относительное удлинение. К такому классу материалов относятся, например, низколегированные стали, применяемые в конструкциях, работающих при тем- пературах ниже порога хладноломкости. При наличии сингулярной особенности в поле напряжений в окрестности вершины трещины предлагается использовать двухпараметри- ческий дискретно интегральный критерий прочности. Деформационный критерий разруше- ния формулируется в вершине реальной трещины, а силовой критерий для нормальных напряжений с учетом осреднения формулируется в вершине модельной трещины. Длины реальной и модельной трещин отличаются на длину зоны предразрушения. Подробно проанализированы определяющие уравнения аналитической модели в зависимости от характерного линейного размера структуры материала. Получены простые, пригодные для поверочных расчетов формулы для критической разрушающей нагрузки и длины зоны предразрушения. Выполнено численное моделирование распространения зон пластично- сти в квадратных пластинах при квазистатическом нагружении. В численной модели ис- пользована текущая лагранжева формулировка уравнений механики деформируемого твердого тела, наиболее предпочтительная для моделирования деформирования тел из упругопластического материала при больших деформациях. Методом конечных элементов получена пластическая зона в окрестности вершины трещины. Проведено сравнение ре- зультатов аналитического и численного прогнозирования разрушения пластины при пло- ской деформации. Показано, что результаты численных экспериментов хорошо согласуют- ся с результатами расчетов по аналитической модели разрушения материалов со структу- рой при нормальном отрыве. Построены диаграммы квазихрупкого и квазивязкого разрушения структурированной пластины.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):12-25
views
ПРОГРАММИРУЕМОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕТАМАТЕРИАЛА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЯЧЕЕК
Ахметшин Л.Р., Смолин И.Ю.

Аннотация

Работа посвящена численному анализу одноосного нагружения образца из механиче- ского метаматериала. Структура механического метаматериала построена из кольца и четырех связок, составляющих тетрахиральную структуру. Особенность подобной структу- ры заключена в скручивании образца под силовой нагрузкой. Рассмотрены два метода соединения ячеек в метаматериале: «присоединение» и «внахлест». Метод соединения ячеек «присоединение» увеличивает толщину некоторых элементов внутренней структуры образца, что позволяет рассматривать это как топологический дефект метаматериала. Соединение методом «внахлест» позволяет экономить базовый материал, из которого построена тетрахиральная структура. Различия в структуре при построении трехмерного образца приводят к существенному изменению его характеристик. Численное решение задачи осуществляется в трехмерной постановке с использованием метода конечных элементов. Определяющее соотношение, описывающее поведение модели, соответствует закону Гука. Численное моделирование одноосного нагружения образцов позволило полу- чить результаты их механического отклика и проанализировать эффективные свойства метаматериалов. Топологический дефект в виде утолщения элементов внутренней струк- туры приводит к различию линейных размеров образцов. Увеличенная толщина в местах соединения элементарных ячеек также привела к уменьшению эффективной плотности образца из метаматериала. Этот же образец продемонстрировал тройное увеличение значения модуля упругости. Большая способность к сопротивлению деформированию привела к уменьшению эффекта скручивания по сравнению с образцом, ячейки которого соединялись методом «внахлест». Полученные результаты позволят программировать механическое поведение и свойства образцов из метаматериала.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):26-32
views
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЧНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ РЯДА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ И НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, СОЗДАННЫХ ПРОВОЛОЧНО-ДУГОВОЙ НАПЛАВКОЙ, В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ СКОРОСТЕЙ ДЕФОРМАЦИЙ
Баяндин Ю.В., Дудин Д.С., Ильиных А.В., Пермяков Г.Л., Чудинов В.В., Келлер И.Э., Трушников Д.Н.

Аннотация

Для выбора рациональных параметров процесса гибридного аддитивного производства конструкций из конструкционных металлических сплавов и нержавеющих сталей определялись механические характеристики, способные служить показателями качества материала. Использованы самые прогрессивные технологии адди- тивного производства проволочно-дуговой наплавкой (плазменной, плазменно-дуговой с плавящимся электро- дом, в том числе с холодным переносом металла) с послойной проковкой пневматическим ударным инструмен- том и последующей термообработкой. Исследованы алюминиево-магниевый сплав АМг5, титановый сплав ВТ6, аустенитные нержавеющие стали 12Х18Н10Т и AISI 308LSi. Из созданных аддитивным производством заготовок вырезаны образцы – лопатки для стандартных испытаний на статическое одноосное растяжение и цилиндры для высокоскоростных испытаний на сжатие методом Кольского на разрезном стержне Гопкинсона. По зарегистрированным и обработанным кривым «напряжение – деформация» для всех материалов определя- лись стандартные характеристики прочности и пластичности и закон деформационного и скоростного упрочне- ния Джонсона – Кука. Для корректной оценки механических свойств аддитивно произведенных материалов указанные испытания также проводились для каждого из них в виде отожженного проката. Установлено, что для сравнения эффективности различных технологических параметров аддитивного производства целесообразно использовать статический предел прочности и равномерное удлинение до разрыва, имеющие наименьший статистический разброс. Также была найдена приемлемой аппроксимация законом Джонсона – Кука деформа- ционных кривых каждого из исследуемых материалов по осредненным данным, включающим различные техно- логические режимы. Определенные механические характеристики представляются необходимыми для поиска эффективных режимов гибридного аддитивного производства и численного расчета различных упругопласти- ческих задач в динамической постановке для исследованных материалов для конструкторских и технологиче- ских нужд.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):33-45
views
ЗАДАЧИ О ДЕЙСТВИИ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕЙ НАГРУЗКИ НА ГРАНИЦЕ УПРУГОЙ ИЗОТРОПНОЙ ПОЛОСЫ ПРИ НАЛИЧИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
Калинина Т.И., Наседкин А.В.

Аннотация

Рассматриваются симметричная и антисимметричная плоские задачи о действии ос- циллирующей нагрузки на границе упругой изотропной нанотонкой полосы. Наноразмер- ность полосы учитывается введением поверхностных напряжений по теории Гуртина – Мурдоха. Согласно данной теории, принимается, что на торцах полосы помимо внешних нагрузок действуют также поверхностные напряжения, которые описываются «поверхно- стным» законом Гука. В такой модели интегральные свойства упругого материала полосы с наноразмерной толщиной становятся отличными от свойств материала тела обычной размерности, что характерно для задач наномеханики. Для решения поставленных задач использовалась стандартная техника, включающая применение принципа предельного поглощения, преобразования Фурье по бесконечно протяженной координате и теории вычетов для нахождения обратного преобразования Фурье. Показано, как можно получить решения в виде рядов по собственным волнам, в которых волновые числа определяются как корни соответствующих дисперсионных урав- нений. Для конкретного примера были изучены дисперсионные соотношения и построены графики первых дисперсионных кривых. Проанализировано поведение частот запирания, изменение волновых чисел и зон существования обратных волн при различных нанораз- мерных толщинах полосы. Результаты проведенного анализа показали, что для ультра- тонкой полосы поверхностные эффекты оказывают существенное влияние на дисперсион- ные соотношения, причем тенденции изменения дисперсионных кривых могут существен- но отличаться для различных мод и толщинах полосы.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):46-55
views
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПРИМЕРЕ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
Тиратурян А.Н., Ляпин А.А., Углова Е.В.

Аннотация

Рассматривается актуальная проблема совершенствования метода неразрушающего контроля состояния нежестких дорожных одежд. В дополнение к разработанному ранее подходу к определению механических параметров материалов конструктивных слоев нежестких дорожных одежд на основе решения обратной коэффициентной задачи о восстановлении эксплуатационных модулей упругости, обеспечивающих заданные поля смещений, был разработан подход, позволяющий определять пара- метры рассеяния энергии в структуре многослойной дорожной одежды на основе корректировки дина- мических петель гистерезиса, регистрируемых в полевых условиях и рассчитываемых с использовани- ем математической модели динамического НДС. Приведены результаты численного моделирования динамических петель гистерезиса для двух различных вариантов многослойных конструкций. Показаны возможности корректировки формы петель гистерезиса и их площади путем варьирования тангенсов углов потерь энергии в слоях многослойной среды и модуля упругости однородного полупространства. Комплексная корректировка значений модулей упругости конструктивных слоев дорожных одежд и расчетных петель динамического гистерезиса позволила полностью учесть процессы затухания энергии на удалении от точки приложения нагрузки. В ходе корректировки было установлено, что значения модулей упругости слоев дорожной одежды и тангенсов углов потерь в них оказывают комплексное влияние на площади динамических петель гистерезиса и характера затухания энергии на удалении от точки приложения нагрузки. При этом в наибольшей степени на площадь динамических петель гистере- зиса влияние оказывает модуль упругости подстилающего полупространства, не ограниченного по толщине (что привело к увеличению модуля упругости подстилающего полупространства со 120 и 150 МПа для вариантов дорожной конструкции с укрепленным и неукрепленным основанием до 170 и 160 МПа соответственно), а уменьшение рассеиваемой энергии на удалении от точки приложения нагрузки связано, в первую очередь, с тангенсом угла потерь энергии в полупространстве. Полученные значения тангенсов углов потерь, очевидно, связаны с закономерностями рассеяния энергии на границах контак- тирующих слоев дорожной одежды, а также учитывают все возможные аномалии и расслоения в рас- считываемых конструкциях В рамках данной статьи впервые получены расчетные петли гистерезиса на поверхности дорожной одежды, рассчитана энергия деформирования, исходя из их площадей, и дока- зана возможность их сопоставления с зарегистрированными экспериментально.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):56-65
views
ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОЕ КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ КОНВЕРСИИ СВЯЗУЮЩЕГО КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
Кондюрин А.В., Пестренин В.М., Пестренина И.В., Ландик Л.В.

Аннотация

В задачах технологической механики: изготовления конструкций из композитов, упа- ковки и развертывания изделий из препрега космического назначения и других – возникает необходимость вычисления текущих механических свойств композитного материала с не полностью отвержденным связующим. Такие свойства определяются, прежде всего, со- стоянием связующего, которое описывается кинетическим уравнением конверсии. Пара- метры кинетического уравнения зависят от многих факторов: температуры, диффузии, наличия каталитической системы, модификаторов, реагентов, образования сопутствующих продуктов кинетических реакций, испарения реагентов, воздействия на прохождение реак- ции радиационного излучения и др. Достоверный учет влияния каждого фактора в кинети- ческом уравнении оказывается практически невозможным. Поэтому большинство авторов используют феноменологическое уравнение конверсии, опирающееся на эксперименталь- ные данные, поскольку эти данные отражают все особенности кинетического процесса. В работе рассматривается уравнение конверсии первого порядка, учитывающее авто- ускорение и автозамедление. Параметры уравнения определяются на основании изотер- мических экспериментальных данных по следующей методике. Уравнение для скорости конверсии интегрируется, интеграл используется для построения системы уравнений, со- держащих экспериментальные данные и искомые параметры аппроксимации, которые определяются стандартными математическими методами. Зависимость параметров кине- тического уравнения от температуры также строится путем аппроксимации. Приводятся примеры построения уравнений конверсии для двухкомпонентной мо- дельной композиции и промышленной многокомпонентной композиции Барнес. Показано, что параметры кинетического уравнения в обоих случаях существенно зависят от темпе- ратуры. Приведены примеры использования полученного кинетического уравнения для вы- числения степени отверждения образцов при заданном температурном нагружении.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):66-74
views
О РЕКОНСТРУКЦИИ ПОЛЕЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОЛОМ ЦИЛИНДРЕ
Недин Р.Д., Юров В.О.

Аннотация

Настоящая работа посвящена развитию теоретических основ неразрушающего акустического метода идентификации неоднородных полей предварительных напряжений (ПН) в полом цилиндре в зависимости от способа зондирующего нагружения. Рассмотрена линеаризованная модель уста- новившихся колебаний упругого тела при наличии неоднородного поля ПН произвольной структуры в стандартной и слабой постановках. На основе этой модели сформулирована задача для консоль- но-защемленного предварительно напряженного полого цилиндра, совершающего установившиеся осесимметричные колебания под воздействием зондирующего нагружения трех видов. Представ- лена соответствующая слабая формулировка задачи в цилиндрической системе координат, при которой учитываются шесть независимых компонент тензора ПН. При этом рассмотрен случай образования полей ПН посредством приложения некоторой предварительной внешней статической нагрузки. При наличии и отсутствии ПН различных типов проанализированы амплитудно-частотные зависимости, найдены резонансные и собственные частоты в широком частотном диапазоне. Чис- ленные расчеты проведены с помощью МКЭ на неравномерной сетке со сгущением в окрестности точек границы, где меняется тип граничных условий. На основе численного решения вспомогатель- ного набора прямых задач построены поля ПН семи типов, различающиеся видами начального нагружения, наиболее часто встречающиеся на практике. С целью оценки возможности осуществ- ления процедуры реконструкции ПН для каждого из рассмотренных типов выполнен анализ чувст- вительности, который показал, что для некоторых видов ПН существуют способы зондирующего нагружения и частоты колебаний, при которых наличие ПН практически не проявляется. Проведен- ный анализ чувствительности позволил реализовать оптимальный способ зондирующего нагруже- ния при решении новой обратной коэффициентной задачи о восстановлении произвольных неод- нородных полей ПН в рассмотренном конечном полом цилиндре на основе дополнительной ин- формации об измеренном поле перемещений. Предложена процедура реконструкции ПН, основанная на использовании слабой постановки исходной задачи и сводящая обратную задачу к нахождению набора параметров начального напряженного состояния путем исследования плохо обусловленной алгебраической системы с помощью метода регуляризации А.Н. Тихонова. Пред- ставлены и проанализированы результаты вычислительных экспериментов по реконструкции шес- ти компонент тензора ПН, предложены рекомендации по выбору оптимальных режимов акустиче- ского зондирования.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):75-89
views
МЕТОД СПЕКТРАЛЬНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЖЕСТКОСТИ В ЗАДАЧАХ ФЛАТТЕРА СОСТАВНЫХ ПЛАСТИН
Папков С.О., Папкова Ю.И., Пасечник В.А.

Аннотация

В настоящее время метод спектральной динамической жесткости активно развивается как альтернатива методу конечных элементов для исследования задач колебания и устой- чивости составных конструкций из балок, стержней, пластин и оболочек. Данный подход, основанный на точных решениях разрешающих дифференциальных уравнений, позволяет более эффективно исследовать задачу в среднем и высоком диапазоне частот, дает ана- литические выражения для собственных форм колебаний. Предлагается использовать преимущества данного метода для исследования проблемы динамической устойчивости и флаттера ортотропной составной пластины в сверхзвуковом потоке газа. Используя при- ближение поршневой теории, решение краевой задачи ищется согласно методу Галеркина по базису из собственных форм составной пластины в вакууме, которые, в свою очередь, строятся на основе метода спектральной динамической жесткости. Следуя данному под- ходу, краевая задача сводится к однородной бесконечной системе линейных алгебраиче- ских уравнений, коэффициенты которой зависят от физико-механических и геометрических параметров. Частотный параметр задачи входит в систему линейно, что при редукции бесконечной системы позволяет свести ее исследование к проблеме определения собст- венных чисел и векторов. Численно исследована сходимость метода Галеркина в зависи- мости от количества базисных функций. Показано, что удержание в расчетах первых 16 собственных форм в качестве базисных функций оказывается достаточным для обеспече- ния сходимости метода. Приведены примеры численной реализации, на основе получен- ного решения проводились исследования зависимости критической скорости потери ус- тойчивости от свойств материала составной пластины и ее геометрии.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):75-89
views
ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ И ЭФФЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ И СТАТИСТИЧЕСКИ ОДНОРОДНО АРМИРОВАННЫХ ВОЛОКОННЫХ КОМПОЗИТОВ
Пестренин В.М., Пестренина И.В., Ландик Л.В., Фагалов А.Р., Пелевин А.Г.

Аннотация

В механике деформируемого твердого тела различают понятия, связанные с точками континуума (перемещения, относительные удлинения, сдвиги) и множеством точек континуума – элементарным объемом (масса, энергия, напряжения). В механике композитных материалов роль такого объема вы- полняет представительный объем (representative volume element – RVE). Это понятие впервые введено R. Hill (1963). Современными авторами используется формулировка W.J. Drugan, J.R. Willis (1996). В работе на основе анализа понятия RVE формулируются его сущностные признаки: RVE – минимально возможный образец для численных испытаний по определению эффективных материальных параметров композита; при любом нагружении RVE его макроскопическое напряженно-деформированное состояние однородно. Раскрывается его значение для механики композитных материалов: существование RVE для композита является критерием для применения теории эффективного модуля к анализу его напряженно- деформированного состояния; дегомогенизация напряженного состояния композитного материала в точке – решение задачи микромеханики о напряженно деформированном состоянии RVE; характерный размер RVE ограничивает размер сетки дискретизации при численном исследовании. Предлагается итерационный алгоритм построения представительного объема композита перио- дической структуры и его эффективных материальных термоупругих характеристик. Показывается, что геометрической формой такой композиции является прямоугольный параллелепипед. Алгоритм по- строения RVE для периодических композиций распространяется на статистически однородно армиро- ванные непрерывными волокнами композиты. Рассмотрен способ моделирования таких материалов регулярной структурой. Показано, что в этом случае в сечении, перпендикулярном волокнам, центры волокон должны располагаться в вершинах правильных треугольников. Приводятся примеры построения RVE и термоупругих материальных характеристик конкретных композиций. Результаты вычислений сравниваются с данными, полученными на сертифицированных программных продуктах.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):103-110
views
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ В КЛИНЕ С ПОКРЫТИЕМ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ УЛЬТРАЗВУКОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И СВЕРТОЧНЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
Соловьев А.Н., Соболь Б.В., Васильев П.В., Сеничев А.В., Новикова А.И.

Аннотация

Рассматривается идентификация трещиноподобного дефекта в клине, усиленного покрыти- ем на основе ультразвукового неразрушающего контроля. Авторы предлагают подход идентифи- кации дефекта с последующим определением его геометрических параметров. Подход основан на теневом методе ультразвукового неразрушающего контроля в сочетании с технологиями глубокого машинного обучения. Инспектируется клиновидная область на наличие внутреннего дефекта. На одной грани клина расположен источник ультразвуковых колебаний, на противопо- ложной грани – приемник. Проходя через покрытие и тело клина, часть сигнала отражается от неоднородностей и дефектов, которые могут присутствовать в нем. Сигнал, достигший противо- положной грани клина, считывается приемником. Полученные данные обрабатываются нейросе- тевой моделью, которая прогнозирует наличие или отсутствие внутреннего дефекта, и в случае его наличия определяет геометрические параметры, такие как размер и положение. Построена конечно-элементная модель распространения ультразвуковой волны внутри клина. Применяются специальные демпфирующие слои, благодаря которым существенно сни- жается влияние паразитных отражений сигнала и его дальнейшее распространение в тело кли- на. На основе построенной модели реализован теневой метод ультразвукового сканирования. Данный метод предполагает, что на одной стороне клина устанавливаются возбуждающие сиг- нал устройства, а на противоположной стороне – принимающие. С помощью системы распреде- ленных вычислений проведен ряд численных экспериментов для различных комбинаций геомет- рических параметров клина и дефекта. На основе полученных данных построена и обучена ней- росетевая модель, способная идентифицировать дефект и определять его характеристики. На вход модели поступают спектрограммы считанного сигнала, а на выходе получаются значения, характеризующие дефект.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):111-124
views
ОСАЖДЕНИЕ ФУЛЛЕРИТОВ C60 НА ПОДЛОЖКУ ТВЕРДОГО ТЕЛА С ОБРАЗОВАНИЕМ ПЛЕНКИ
Суворов C.В., Вахрушев А.В.

Аннотация

Использование фуллеритов С60 для создания пленок на поверхности подложки твер- дого тела может применяться не только для создания покрытий, но и для модификации поверхностного слоя подложки, что с практической точки зрения может быть востребовано в таких отраслях экономики, как машино- и приборостроение. Для анализа процесса формирования фуллеритовых пленок на поверхности подложки проведен компьютерный эксперимент, но моделировалось поведение не одиночного фул- лерита или фуллерена, как это было реализовано в предыдущих работах авторов, а зна- чительного числа фуллеритов C60, депонируемых в область моделирования за определен- ный интервал времени и образующих «поток». Подложкой твердого тела являлся кристалл железа Fe(100). Температура подложки в рамках исследования поддерживалась постоян- ной при следующих значениях – 300 K, 700 K, 1150 K. Начальные параметры каждого от- дельного фуллерита определялись стохастическим образом в заданных пределах. Про- граммным комплексом, использовавшимся для проведения описанного компьютерного эксперимента, являлся LAMMPS. Взаимодействие атомов системы между собой, в про- цессе моделирования, определялось многочастичным потенциалом (MEAM – модифици- рованный метод погруженного атома). Главным результатом проведенного компьютерного эксперимента является то, что удалось смоделировать осаждение фуллеритов C60 с формированием пленки на подложке твердого тела. Были выявлены основные закономерности взаимодействия фуллерита в целом и фуллеренов, его образующих, как с подложкой, так и с другими фуллеритами, образующими пленку. А анализ изменения температуры и потенциальной энергии систе- мы, как в процессе осаждения фуллеритов, так и после его окончания, позволяет говорить об устойчивости полученной системы фуллериты – подложка.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):125-133
views
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕНТИЛЯТОРА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ РАЗРУШЕНИЯ ЛЬДА НА ВРАЩАЮЩИХСЯ РАБОЧИХ ЛОПАТКАХ
Калюлин С.Л., Саженков Н.А., Модорский В.Я., Владимиров Н.В.

Аннотация

Проведен анализ современных экспериментальных и расчётных исследований по актуальной проблеме асимметричного разрушения льда на поверхностях рабочих лопаток вентиляторных ступеней газотурбинных двигателей. Разработана принципиальная схема экспериментальной установки, которая состоит из следующих основных элементов: аэродинамическая труба, холодильная камера, модельный вентилятор, электродвигатель, высокоскоростная видеокамера. Экспериментальная установка позволяет проводить лабораторные исследования процессов образования и разрушения льда. Проведено расчётное обоснование выбора параметров экспериментальной установки для исследования процессов обледенения лопаток вращающегося вентилятора газотурбинного двигателя. По результатам трехмерных газодинамических и прочностных расчётов определены конструктивный облик и основные геометрические параметры проточного тракта и модельного вентилятора. Представлены зависимости степени повышения давления Pk и потребляемой мощности модельного вентилятора Wпотр от величины массового расхода воздуха Gвозд для различного количества рабочих лопаток. Произведен выбор материалов ступицы диска и лопаток модельного вентилятора, удовлетворяющих условиям статической и динамической прочности, которые испытывают растягивающие и изгибные нагрузки при высоких скоростях вращения до 12 000 об/мин, проведена оценка допустимых коэффициентов запаса, получены напорные характеристики.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):134-141
views
ИНДИКАТОРЫ ПРИМЕНИМОСТИ НЕЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ ВЯЗКОУПРУГОПЛАСТИЧНОСТИ ТИПА МАКСВЕЛЛА СО СТЕПЕННЫМИ МАТЕРИАЛЬНЫМИ ФУНКЦИЯМИ И МЕТОДИКИ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Хохлов А.В.

Аннотация

Исследуется физически нелинейное определяющее соотношение (ОС) с двумя материальными функциями для вязкоупругопластичных материалов с целью выявления комплекса моделируемых им реологических эффектов и границ области применимости, сфер влияния материальных функций и ограничений на них, способов идентификации и верификации. Детально изучены свойства кривых на- гружения и кривых нагружения – разгрузки – отдыха, порождаемых ОС со степенными материальными функциями (именно такие функции чаще всего используются в теориях ползучести, вязкопластичности, реологии полимеров, гидродинамике неньютоновских жидкостей и в моделировании сверхпластическо- го течения материалов) в зависимости от длительности и скорости нагружения и разгрузки и показате- лей двух материальных функций, проанализированы их характерные особенности по сравнению с общими свойствами кривых нагружения и нагружения – разгрузки – отдыха, порождаемых ОС с произ- вольными материальными функциями (теоремы 1 и 2). Указаны специфические индикаторы примени- мости (или неприменимости) четырехпараметрической степенной модели, которые необходимо допол- нительно проверять по экспериментальным кривым нагружения и нагружения – разгрузки – отдыха материала помимо общих индикаторов применимости ОС с произвольными материальными функция- ми. Индикаторы (не)применимости – система необходимых признаков применимости ОС (качественных общих свойств порождаемых ОС базовых кривых), которые удобно быстро проверять при анализе данных испытаний конкретных материалов, чтобы судить о (не)применимости выбранного ОС для мо- делирования этих материалов и целесообразности попыток идентификации. Разработаны несколько методик определения степенных материальных функций по минимально- му набору базовых испытаний материала, основанные на анализе свойств кривых нагружения и нагру- жения – разгрузки – отдыха материала, более быстрые и экономные, чем общие методики определения произвольных материальных функций. Показано, что для определения всех четырех параметров двух материальных функций достаточно двух кривых нагружения материала с разными скоростями или двух кривых нагружения – разгрузки – отдыха с разными максимальными напряжениями или даже только одной кривой нагружения – разгрузки – отдыха. В каждом из этих трех случаев выведены явные фор- мулы для четырёх параметров степенных материальных функций через параметры двух или одной программ нагружения и измеряемые характерные деформации, указаны способы уменьшения погреш- ности идентификации за счет использования дополнительных испытаний.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):142-158
views
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ 3D-ПЕЧАТИ КОМПОЗИТНОЙ ОСНАСТКИ И ТРАНСФЕРНОГО ФОРМОВАНИЯ СЕТЧАТЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Шабалин Л.П., Пузырецкий Е.А., Халиулин В.И., Батраков В.В.

Аннотация

Рассматривается методика получения цифрового паспорта материала и разработки цифрового двойника изделия на различных этапах его изготовления. Объектом исследо- вания является коническая сетчатая структура. Предмет исследования – процессы, проис- ходящие в изделии на этапах изготовления. В работе были рассмотрены следующие основные этапы создания сетчатой конструк- ции: 3D-печать заготовки оснастки изделия, выкладка углеродного однонаправленного материала, нагрев и пропитка преформы связующим, полимеризация связующего и ко- робление геометрии изделия. Описан алгоритм определения свойств материалов и их калибровки с использовани- ем современных программно-аппаратных средств и универсальных оснасток. Моделиро- вание процесса 3D-печати оснастки производилось в программном комплексе Ansys. По- этапное технологическое моделирование процесса трансферного формования производи- лось в программном комплексе ESI PAM-COMPOSITE. Результатом моделирования являются технологические параметры изготовления и геометрия формообразующей осна- стки с упреждением на коробление.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):159-172
views
GENERATION OF SAW IN BST FERROELECTRIC FILM UNDER UNIAXIAL STRAIN
Широков В.Б., Тимошенко П.Е., Калинчук В.В.

Аннотация

Электромеханические свойства сегнетоэлектрической пленки титаната бария строн- ция (BST) на подложке кремния зависят от приложенной деформации. Особенно сильная зависимость наблюдается для концентраций, близких к значениям, при которых происхо- дит смена фазовых состояний сегнетоэлектрической пленки. В рамках термодинамической теории фазовых переходов исследована модель монокристаллической пленки BST вблизи такой области под действием одноосной растягивающей нагрузки. Полученные в модели материальные постоянные пленки использованы для численных расчетов возбуждения рэлеевских акустических волн на поверхности гетероструктуры пленка-подложка. Показа- но, что при изменении деформации происходит смещение экстремумов S-параметров, характеризующих эффективность возбуждения поверхностных волн. Приведено измене- ние S-параметров для первых трех резонансов, определяемых геометрией встречно- штыревых электродов. Наибольшее смещение резонансных частот наблюдается для вто- рого резонанса – волны Сезава.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023;(1):173-178
views

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах