Физика. Астрономия

Материал методического пособия представляет собой часть курса лекций для студентов очной и очно-заочной форм обучения физического факультета. В разделах учебного пособия на основе монографий, учебников, научных статей, различных электронных источников рассматриваются основные современные и перспективные направления функциональной электроники.

В пособии приведены методы описания и некоторые модели детерминированных и случайных электромагнитных полей, а также их пространственные вероятностные характеристики. Рассматриваются различные способы описания распространения электромагнитной волны, прохождения случайной волны через отверстие в экране. Подробно обсуждается теорема Ван–Циттерта–Цернике, а также пространственная когерентность случайных полей.

Цель данного учебно-методического пособия – помочь студентам освоить приёмы обработки результатов измерений в лабораторном практикуме по курсу общей физики. Изложен минимум теоретического материала по методам расчёта погрешностей измерений и представления результатов измерений. Даны примеры расчёта погрешностей при прямых и при косвенных измерениях, рекомендации по построению графиков и округлению результатов измерений. Изложены основы метода наименьших квадратов, позволяющего наиболее эффективно определять параметры функциональных зависимостей по результатам измерений. Приведена таблица коэффициентов Стьюдента, которые необходимы при расчёте случайных погрешностей измерений.

Практикум подготовлен на кафедре общей физики физического факультета Воронежского государственного университета.

Практикум подготовлен на кафедре общей физики физического факультета Воронежского государственного университета.

Отрывы, развивающиеся в пристеночных зонах лопаточных венцов, оказывают значительное влияние на характеристики всех осевых многоступенчатых компрессоров. Они являются источником больших потерь и влияют на возникновение газодинамической неустойчивости и срыва. Был разработан метод профилирования лопаточных венцов, позволивший уменьшить размеры отрывных зон в угловых областях между спинкой лопатки и торцевой стенкой, а также снизить взаимодействие неподвижных и вращающихся лопаточных венцов, что позволило снизить пульсацию давления в проточной части, расширить диапазон устойчивости работы и повысить к.п.д. компрессора. В статье приводятся некоторые результаты испытаний многоступенчатых осевых компрессоров с лопатками малого удлинения S – образной формы.

В статье проводится анализ существующих методов, средств измерений и технических трудностей при достижении максимальных характеристик.

В МГУ им. М.В. Ломоносова прошел третий международный научный симпозиум по проблемам механики деформируемых тел, посвященный памяти Алексея Антоновича Ильюшина. В этом году отмечалось столетие со дня рождения выдающегося ученого, чьи научные интересы были направлены на исследование пластичности: теория пластических течений, теория упругопластических деформаций и теория термомеханических процессов в сплошных средах.

Рассматриваются гамильтоновы системы, являющиеся немалым неавтономным возмущением автономных гамильтоновых систем. Приводятся достаточные условия, при которых изменения первых интегралов невозмущенной системы вдоль решений неавтономной системы конечны. Общие утверждения иллюстрируются примерами.

Приводятся основанные на методах прямой линеаризации нелинейных сил упругости и сопротивления методы расчета нелинейных колебательных систем.

В работе, при некоторых физически допустимых и экспериментально подтверждаемых предположениях, исследованы прочность и усталостная долговечность сварного соединения при следующих вариантах нагружения: внешние нагрузки отсутствуют (действуют только остаточные напряжения); кроме остаточных напряжений действуют статические внешние нагрузки; кроме остаточных напряжений действуют знакопостоянные циклические внешние нагрузки.

Рассмотрены способы описания траектории распространения трещины в дефектных материалах, к которым также можно отнести материалы в стадии предразрушения.

Работа посвящена моделированию взаимодействия литосферных структур, контактирующих вдоль прямолинейных разломов. Масштабное техногенное воздействие на литocферную oбoлочку, в том числе связанное с отбором углеводородов, нередко усугубляет сейсмическую активность. Проявления индуцированной сейсмичности стимулируют интерес к изучению напряженно-деформированного состояния литосферных структур. В масштабе строения Земли литосферные плиты можно рассматривать в качестве покрытий относительно малой толщины, что приводит к исследованию задач о взаимодействии блочных структур как разделенных контактирующих деформируемых пластин, расположенных на упругом основании. Рассматриваются задача об установившихся колебаниях составного покрытия, а также задача статического взаимодействия двух пластин на упругом слое под действием поверхностной нагрузки, заданной в ограниченной области. Составляющие покрытия представляют собой полуплоскости, граничащие вдоль прямой, с усредненными по толщине параметрами. Координатная плоскость связана со срединной поверхностью покрытия. Контакт между покрытием и подложкой считается идеальным. С учетом гипотезы прямых нормалей в области стыковки пластин задаются 4 граничных условия. Для построения решения использованы метод собственных функций и метод факторизации. Получаемые в ходе решения функциональные уравнения решаются с помощью метода Винера  Хопфа. Приведены примеры расчета амплитуд перемещений поверхности пластин для установившихся колебаний при различных условиях в зоне их контакта. В случае, если геофизическую среду можно смоделировать описанной структурой, результаты работы модели позволят диагностировать наличие и тип разлома, основываясь на данных обработки сигнала виброисточника.

Проведено компьютерное моделирование электростатического спектрографа, предложенного автором ранее, в режимах с вынесенным за пределы поля источником заряженных частиц. При линейном возрастании потенциала на дискретном электроде диапазон одновременно регистрируемых энергий Emax/Emin= 50. При этом разрешение по энергии лежит в пределах 0,2—0,6 %.

Рассмотрено деформирование физически нелинейного трехслойного стержня с жестким заполнителем в температурном поле. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета стержня приняты гипотезы ломаной нормали. Получена система уравнений равновесия и ее общее аналитическое решение в перемещениях. Проведен численный анализ решения.

В рамках энергетически согласованного направления в теории оболочек рассматривается уточненная по отношению к классическим теориям типа Кирхгофа – Лява и Тимошенко – Рейсcнера теория расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) цилиндрических оболочек. Приведены двумерные уравнения и соответствующие краевые условия задачи, полученные на основании трехмерных уравнений теории упругости, принципа возможных перемещений и разложения искомых перемещений в полиномиальные ряды по нормальной координате. Для практических расчетов применяются полиномы достаточно низкой степени, позволяющие учесть поперечные деформации растяжения и сдвига, а также самоуравновешенные краевые напряженные состояния. При решении двумерных уравнений используется операционный метод. Исследуется влияние краевых условий и толщины цилиндрической оболочки на величины компонентов НДС в зонах искажения напряженного состояния. Дано сравнение с результатами расчета по классической и итерационной теориям оболочек.

Исследованы симметричные поперечные свободные колебания упругой трехслойной круговой пластины в нейтронном потоке. Пластина связана с безынерционным винклеровым основанием. Для внешних слоев принимаются гипотезы Кирхгофа, в легком заполнителе деформированная нормаль прямолинейна и несжимаема по толщине. Получены аналитические решения, проведен их численный анализ.

In hydraulic control components (directional control valves, servo valves, LS regulators, etc.) there is a problem of determining of flow rate through the radial clearances of different lengths overlap between the control piston and body of component. As lengths of overlap are relatively small, it is necessary to analyze the development of a full profile of fluid velocity through radial clearance (in sleep mode servo valve has length of overlap equal zero; directional control valves, depending on the diameter, have lengths of overlaps of 0.6 to 0.8 mm; while in work of the load sensing (LS) regulator, piston is continuously located in areas of small opening, zero overlap and small length of overlap). Common values of radial clearance is approximate in the range from 1 ȝm (minimum values for servo valves) to 50 ?m (maximum value for axial piston pumps). In this paper is analyzed development of full-length profile of velocity inside radial clearance (i.e. development of boundary layer) and derived an expression for the flow rate through the so-called long radial clearances, taking into account the influence the changes of thermodynamic state of hydraulic oil on the value of viscosity. Under the long radial clearances implies such clearances where they can be ignored the impact of the development of full-length profile of velocity on flow rate through clearance and change of thermodynamic state of the oil considered isothermal.

В формировании всякой научной школы, объединяющей ученых для решения актуальных задач, велика роль регулярных семинаров. Все это касается известной научной школы по механике деформируемого твердого тела члена-корреспондента РАН Э.И. Григолюка.

Рассмотрено деформирование упругопластического трехслойного стержня при циклическом нагружении. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета стержня приняты гипотезы ломаной нормали. Предложена методика решения соответствующих краевых задач. Проведен численный анализ решений.

Рассмотрены некоторые проблемы проектирования осевых и центробежных компрессоров при использовании заданного распределения аэродинамической нагрузки вдоль линии тока. Выполнены расчеты параметров идеальной несжимаемой жидкости в межлопаточных каналах при наличии на выходном срезе решетки стационарной точки. Форма профиля осевого компрессора определяется методом итерации с учетом наличия на его поверхности пограничного слоя. Испытания плоских решеток показали, что на концевые потери оказывает большое влияние распределение нагрузки на средней линии тока. Использование таких профилей позволяет снизить взаимодействие неподвижных и вращающихся венцов многоступенчатого осевого компрессора, расширить диапазон его устойчивой работы, повысить к.п.д. и уменьшить динамические нагрузки на лопатки. Детальный анализ результатов испытаний центробежных компрессоров показал, что на их к.п.д. влияет распределение нагрузок вдоль линии тока. Предложен метод проектирования лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата, основанный на выборе «рационального» распределения нагрузок. Рассмотрены некоторые результаты испытаний прямых решеток и ступеней компрессоров.

В связи с 75-летием создания Института машиноведения им. А.А.Благонравова РАН изложены основные этапы истории его развития и фундаментальные научные результаты, полученные его учеными и специалистами. Отмечается, что машиноведение как научная дисциплина, занимающаяся разработкой теории машин и их комплексными исследованиями, было положено в основу решения АН СССР о создании Института машиноведения в 1938 году в составе Отделения технических наук АН СССР. В задачи деятельности ИМАШ входило решение основных проблем, обеспечивающих научное понимание базовых вопросов машиноведения, его модернизации и создания новых конструкций машин и механизмов.

Фермионная Т-дуальность является симметрией теории струн и N = 2 d = 10 супергравитации. Мы рассматриваем результат последовательного применения фермионной Т-дуальности вдоль одного и того же направления в суперпространстве и показываем, что преобразование является инволюцией 4 либо 8 порядка, в отличие от бозонной Т-дуальности, являющейся инволюцией 2 порядка. Также рассмотрен простейший вариант перемешивания бозонных и фермионных Т-дуальностей. Результаты статьи имеют приложение к генерированию новых суперсимметричных решений в супергравитации и теории струн.

Аксионная электродинамика возникла как расширение классической теории Фарадея-Максвелла и призвана учесть взаимодействие фотонов с псевдоскалярным полем, переносчики которого (гипотетические массивные Голдстоуновские псевдобозоны, именуемые аксионами) составляют (согласно современным теоретическим оценкам) значительную долю массовой плотности космической темной материи. В окружении реликтовых аксионов, формирующих темную материю, отклик электромагнитного поля в Земной атмосфере приобретает новые удивительные свойства, одним из которых является аномальное усиление сигналов, индуцированных периодическим гравитационным излучением от так называемых гравитационноволновых маяков - релятивистских компактных двойных систем. Цель данной заметки - обратить внимание читателей на публикуемые в данном номере журнала результаты многолетних измерений вариаций электрического и магнитного полей в приземном слое, выполненных группой исследователей Владимирского университета. На мой взгляд представленные моими коллегами результаты могли бы служить подтверждением гипотезы о том, что среди внешних источников исследуемых инфра-низкочастотных вариаций электрического и магнитного полей имеются удаленные источники гравитационно-волновой природы. Расчеты и оценки, приводимые ниже, могли бы служить объяснением высокой чувствительности Земной аксионноактивной электродинамической системы к периодическим воздействиям гравитационно-волнового типа.

Показана несостоятельность появившегося в литературе утверждения, что Ньютоном была допущена логическая ошибка при доказательстве того, что под действием центральной силы, обратно пропорциональной квадрату расстояния, тела движутся по орбитам, совпадающим с одним из конических сечений. Эта история может служить еще одним подтверждением высочайшего качества перевода Ньютоновских "Начал" на русский язык, выполненного академиком А.Н. Крыловым.

Неминимальная теория поля призвана расширить идею геометризации моделей взаимодействия различных физических систем с полем тяготения за счјт введения новых перекрестных связей, в которых ключевую роль играет кривизна пространства-времени. В настоящее время данная наука рассматривается только как формальное объединение моделей неминимального взаимодействия скалярного, псевдоскалярного, векторного, электромагнитного и калибровочного полей с гравитационным полем, однако, на повестке дня уже стоит задача формирования фундаментальных принципов неминимальной теории поля как отдельной науки. В данной работе на примере теории калибровочных взаимодействий обсуждаются некоторые общие аспекты построения неминимальной теории поля и приводятся примеры, иллюстрирующие принципиально новые результаты, полученные авторами в рамках неминимальной модели Эйнштейна-Янга-Миллса.

Построена космологическая модель на основе точного решения уравнений Эйнштейна для идеальной жидкости с неоднородным давлением и решения де Ситтера. Модель построена с помощью сшивки метрики де Ситтера и решения уравнений Эйнштейна для идеальной жидкости с неоднородным давлением по гиперповерхности постоянного времени решения идеальной жидкости. Для сшивки метрик применялись условия сшивки Лихнеровича-Дармуа.

Модифицированная ньютоновская динамика (MOND) призвана описать кривые вращения галактик и ряд других астрофизических явлений без привлечения гипотезы "темной материи", которая испытывает на сегодняшний день серьезные трудности. Будучи весьма простой и содержательной по своим следствиям, она оставляет ряд вопросов относительно того, какая физика лежит в ее основе. В частности, остается пока неясной природа "фундаментального ускорения" и его связь с постоянной Хаббла. В данной работе после краткого обзора двух вариантов MOND предлагается третий путь обоснования отклонений от ньютоновской теории, основанный на изменении классических пространственно-временных представлений на больших расстояниях. В рамках предложенного подхода рассмотрен эффект отклонения лучей света массивным телом.

Рассмотрено влияние нейтронного потока на напряженно-деформированное состояние упругого трехслойного стержня с жестким заполнителем. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета стержня приняты гипотезы ломаной нормали. Граничные условия – консольная заделка левого торца. Приведены уравнения равновесия стержня в перемещениях. Решение краевой задачи радиационной упругости получено в случае нейтронного потока постоянной интенсивности. Проведен численный анализ решений. Построены графики перемещений, деформаций и напряжений при различных уровнях интенсивности нейтронного потока.

Рассматривается однородное упругое изотропное пространство со сферической полостью, на которое действуют нестационарные осесимметричные объемные силы. На границе полости возмущения отсутствуют. Для решения используются разложения в ряды по полиномам Лежандра и их производным, а также преобразование Лапласа по времени. Решение представлено в интегральном виде с ядрами в виде функций Грина. Определена структура этих ядер и найдены их оригиналы. Приведены примеры расчетов.

Рассмотрены основы профилирования проточной части пространственных решёток центробежных по коэффициентам аэродинамических нагрузок, являющихся граничными условиями обратной задачи. Гидродинамически целесообразное с точки зрения КПД распределение нагрузок определено из эксперимента.

Исследовано термонапряженное состояние полой сферы с переменным коэффициентом теплопроводности. Приведены аналитические зависимости для распределения температуры и соответствующих термонапряжений. Показана принципиальная возможность управления уровнем и характером распределения температурных напряжений путем использования материала с неоднородным коэффициентом теплопроводности. Результаты математического моделирования представляют интерес для обоснования прочностной надежности изделий с неоднородной структурой материала.

Рассмотрены колебания упругой кольцевой трехслойной пластины под действием локальных внезапно приложенных и импульсных моментов. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета приняты гипотезы ломаной нормали. Заполнитель – легкий. Получены аналитические решения задачи и проведен их численный анализ.

Информационное сообщение о Международной научной конференции «Колебания и волны в механических системах», прошедшей в Москве в ноябре 2012 года.

Скважинные электрические центробежные насосы (ЭЦН) по своей конструкции являются многосекционными и многоступенчатыми машинами, что влечет за собой их существенную вибрационную активность. Уровень вибраций насосов представляет собой один из основных факторов, определяющих их надежность и ресурс. Основным видом колебаний в системе являются вынужденные колебания под воздействием сил от неуравновешенности рабочих колес. В данной работе предложена методика снижения уровня вибрации ЭЦН от неуравновешенных вращающихся деталей насоса, базирующаяся на принципе определения последовательности расположения рабочих колес на оси вала, возможно более близкой к оптимальной с точки зрения динамики конструкции.

Рассмотрено решение методом последовательных приближений задачи о наклонной трещине в разносопротивляющем дилатирующем материале.

Найдено точное решение задачи о больших деформациях кручения и растяжения-сжатия сплошного кругового цилиндра с прямолинейной винтовой дислокацией. Материал цилиндра изотропный и несжимаемый. Исследованы нелинейные эффекты, обусловленные наличием дислокации. Обнаружено влияние дислокации на сопротивление стержня растяжению или сжатию, а также на устойчивость при растяжении и кручении. Исследовано влияние дислокации на величину и знак эффекта Пойнтинга при кручении. Основные результаты сформулированы в виде, допускающем экспериментальную проверку.

Изучены колебания упругой балки с зоной деструкции, моделируемой включением эллипсоидальной формы с измененными физическими характеристиками. Исследовано влияние параметров включения на резонансные частоты, построена формула для поправок. Решена обратная задача о поэтапном определении геометрических и физических параметров включения по значениям резонансных частот.

Изучены задачи о движении с постоянной скоростью осциллирующего источника в электроупругих средах для антиплоской и плоской задач. Для выделения единственного решения используется принцип предельного поглощения. С использованием техники преобразования Фурье получены фундаментальные решения в интегральных формах, пригодных для различных режимов движения, выделены квазистатические и динамические составляющие решений. Построены асимптотики дальних полей, проведен кинематический и энергетический анализ решений.

Рассмотрена задача о потере устойчивости равномерно сжатой двухслойной круглой пластинки из неогуковского материала. Нижний слой подвергнут предварительной однородной деформации и скреплен с верхним слоем по плоскости контакта. Устойчивость составной пластинки при равномерном боковом сжатии изучается на основе нелинейной трехмерной теории упругости. Составлены трехмерные дифференциальные линеаризованные уравнения равновесия для каждого слоя. Методом разделения переменных построены решения этих уравнений. Проведен анализ зависимости критического усилия от начальной деформации и жесткости предварительно напряженного слоя.

Исследована трехмерная контактная задача с неизвестной областью контакта для неоднородного упругого полупространства, когда модуль сдвига постоянный, а коэффициент Пуассона зависит от глубины. Дополнительная нормальная сила приложена вне области контакта. При помощи интегрального преобразования Фурье задача сведена к двумерному интегральному уравнению первого рода. Затем для решения использован метод Галанова нелинейных граничных интегральных уравнений типа Гаммерштейна, позволяющий одновременно определить область контакта и давления в этой области. Сделаны расчеты контактного давления и вдавливающей силы для пирамидального штампа при тригонометрических законах изменения коэффициента Пуассона.

Исследована возможность применения метода квазилинеаризации при решении обратных коэффициентных задач теории упругости на модельном примере идентификации неоднородных свойств упругого изотропного слоя (в классе квадратичных функций) по данным акустического зондирования. Проведен анализ численных результатов для различных законов изменения восстанавливаемой функции. Определены наиболее эффективные для процедуры идентификации значения частотного параметра.

Рассмотрена нелинейная задача о моделировании поврежденного трубопровода под действием внутреннего давления. При помощи метода конечных элементов построены поля смещений, пластических деформаций и напряжений в среде. Расчет проведен с использованием модели пластичности для материала трубопровода. Проанализирован уровень напряжений в различных областях конструкции. В качестве материала использован наиболее распространенный сплав, применяемый при создании нефтяных трубопроводов. Изучено влияние геометрии дефекта на напряженно-деформированное состояние структуры. Получены результаты, позволяющие сократить расходы на создание тестовых образцов.

На основе численных расчетов при разных значениях радиусов и свойствах материалов изучено сопряжение форм профилей контактирующих цилиндров в плоской постановке c привлечением точного решения Мусхелишвили и формул, полученных T.T. Loo и N.Y. Troy. Выполнен анализ влияния кривизны на напряженно-деформированное состояние в зоне контакта цилиндров. Проведено сопоставление и показана разница между решениями Герца и T.T. Loo, N.Y. Troy.

Рассмотрена задача о равновесии нелинейно-упругого цилиндра с внутренними напряжениями, источником которых служит изолированный дефект – клиновая дисклинация или винтовая дислокация – на оси цилиндра. С использованием полуобратного метода нелинейной теории упругости проанализировано напряженно-деформированное состояние цилиндра для двух моделей материалов – полулинейного и Блейтца и Ко общего вида. В рамках теории эффектов второго порядка получены аналитические выражения для коэффициента изменения длины цилиндра в зависимости от материальных параметров моделей материалов и характеристик дефектов. Проведено их сравнение с результатами численного решения нелинейных краевых задач.

Исследовано аналитическое решение осесимметричной задачи о деформации изотропного полупространства при упругом закреплении границы вне области приложения нормальной нагрузки. Получено интегральное уравнение Фредгольма второго рода для определения входящей в решение неизвестной функции, характеризующей плотность нагрузки в круговой области. Предложен алгоритм расчета нормального напряжения на границе. Изучены закономерности распределения напряжения на упруго закрепленной части границы в случае, когда в круговой области приложена нагрузка постоянной интенсивности.

Рассмотрены прямая и обратная краевые задачи о колебаниях пьезокерамического стержня при неоднородной продольной поляризации, которая моделируется зависимостью пьезомодуля от продольной координаты. Торцы стержня свободны от напряжений и электродированы; к электродам подведена осциллирующая с фиксированной частотой разность потенциалов, вызывающая колебания стержня. На основе краевой задачи для дифференциального оператора с переменными коэффициентами сформулировано операторное уравнение Фредгольма второго рода в прямой задаче, которое решается численно на основе метода коллокаций. Получены представления амплитудно-частотных характеристик относительного смещения торцов и функции тока. Обратная задача о реконструкции функции, характеризующей степень неоднородности поляризации, рассмотрена в двух постановках. В первой задано поле смещений внутри стержня. Для ее решения достаточно исследовать квадратичную функцию, коэффициенты которой находятся численным дифференцированием заданного поля. Во второй решение обратной задачи ищется по дополнительной информации об амплитудно-частотной функции тока. При решении нелинейной обратной задачи использован метод построения итерационного процесса, основанный на процедуре линеаризации. Сформулировано операторное уравнение Фредгольма первого рода для каждого шага итерационного процесса. При численном решении использован метод регуляризации А.Н. Тихонова. Представлены результаты вычислительных экспериментов для различных типов неоднородностей.

Проведен анализ колебаний балки под действием поперечной движущейся нагрузки в докритическом режиме скоростей (скорость волн в балке меньше, чем скорость волн сдвига в слое). Определяются критические скорости нагрузок. Исследуется равномерное движение гармонически изменяющейся и постоянной поперечной нагрузки вдоль балки на упругом слое. Показано, что резонанс происходит, если скорость нагрузки равна групповой скорости волн в балке. Необходимым условием возникновения резонанса является возможность распространения волн в балке.

Выполнено исследование влияния кривизны упругого кругового цилиндра на напряжения в сечении и на поверхности при его сжатии контактными силами. Численные результаты показывают характер разницы напряженного состояния в полупространстве и в цилиндре при одинаковых распределениях контактных давлений. Проведенный сравнительный анализ напряженного состояния в упругих телах при наличии их кривизны и при ее отсутствии позволяет сделать обоснованные прогнозы о влиянии кривизны на напряженно-деформированное состояние в ограниченных телах. Результаты данной работы полезны для более достоверной оценки роли кривизны, в том числе при разработке инженерных конструкций и механизмов, имеющих области контакта.

Исследована трехмерная контактная задача о действии клиновидного в плане штампа на трансверсально-изотропное полупространство, когда плоскости изотропии перпендикулярны границе полупространства. Упругая жесткость границы существенно зависит от выбранного направления на ней. В связи с этим рассмотрены два случая расположения клиновидной области контакта: она может быть вытянута вдоль первой или второй оси декартовой системы координат на границе тела. Для решения контактной задачи применяется интегральное преобразование Меллина и метод Галеркина, предложенный ранее для изотропного случая. Основное внимание уделяется выделению особенности контактного давления в угловой точке области контакта.