539.3 Математическое моделирование термических напряжений в твердом теле с внутренней трещиной
Валишин А. А. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Карташов Э. М. (МИРЭА — Российский технологический университет/Московский технологический университет)
doi: 10.18698/2309-3684-2018-3-321
Цель работы – оценить влияние инерционных эффектов и их отклонение от аналогичных квазистатических результатов. Исследована роль инерционных эффектов в проблеме теплового удара на примере массивного тела с внутренней сферообразной трещиной. Изучается термическая реакция упругого пространства с внутренней сферообразной трещиной, поверхность которой, первоначально свободная от напряжений и находящаяся при температуре T0, мгновенно нагревается до температуры TC > T0 и далее поддерживается при этой температуре. Термонапряженное состояние возникает при различных режимах теплового воздействия, создающих тепловой удар. Наиболее распространены на практике три случая: температурный нагрев, тепловой нагрев и нагрев средой. Получено обобщенное уравнение динамической термоупругости для всех трех случаев в прямоугольных и криволинейных координатах. Рассмотрена термическая реакция массивного твердого тела с внутренней сферооборазной трещиной. Получено точное аналитическое решение задачи. Ранее, в работах одного из авторов, было получено решение динамической задачи в виде громоздких функциональных конструкций, что значительно усложняло их практическое использование. В настоящей работе предложено решение задачи в новых классах функций, что делает решение более удобным для численных экспериментов. Предложено обобщённое дифференциальное соотношение для динамической термоупругости, имеющее обширное поле практических приложений при изучении термической реакции на тепловой удар твердых тел различной формы. Показано, что составляющая радиального напряжения, представляет собой сферическую упругую волну, распространяющуюся от поверхности полости внутрь материала. Выполнены численные расчеты динамических эффектов и показано, что квазистатическая трактовка временных проблем в теории теплового удара не позволяет учесть основные закономерности скоротечной термоупругости и учётом инерционных эффектов.
Валишин А.А., Карташов Э.М. Математическое моделирование термических напряжений в твердом теле с внутренней трещиной. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 3, с. 3–21.
519.6 Сравнение модифицированного метода Ψ-преобразования и канонического метода роя частиц
Бушуев А. Ю. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Маремшаова А. А. (МГТУ им.Н.Э.Баумана)
doi: 10.18698/2309-3684-2018-3-2237
При решении многих прикладных задач возникает проблема отыскания глобального экстремума. Особую актуальность представляют методы оптимизации, позволяющие эффективно решать задачи, когда целевая функция зависит от сложной математической модели, требующей для своего решения больших вычислительных ресурсов. В данной работе проведено сравнение метода Ψ-преобразования и канонического метода роя частиц. Выявлены недостатки некоторых известных алгоритмов метода Ψ-преобразования и предложена модификация, основанная на замене случайного закона с равномерным распределением для генерации статистических реализаций на второй и последующих итерациях стандартного алгоритма нормальным законом распределения с параметрами, определяемыми по результатам предыдущей итерации. На основе обширного вычислительного эксперимента показано преимущество модифицированного алгоритма метода Ψ-преобразования по сравнению с каноническим алгоритмом метода роя частиц.
Бушуев А.Ю., Маремшаова А.А. Сравнение модифицированного метода Ψ-преобразования и канонического метода роя частиц. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 3, с. 22–37.
519.6 Моделирование квазистатической надежности конструкции технической системы
Дубровин В. М. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Семёнов К. С. (МГТУ им.Н.Э.Баумана/РКК «Энергия»)
doi: 10.18698/2309-3684-2018-3-3848
Рассматривается техническая система, содержащая несколько конструктивных элементов, работающих под действием комплекса внешних нагрузок. Для такой системы предложен метод расчёта надёжности по критерию наступления одного или нескольких предельных состояний конструкции элементов.
Дубровин В.М., Семёнов К.С. Моделирование квазистатической надежности конструкции технической системы. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 3, с. 38–48.
Иванов В. А. (Политехнический институт СФУ), Еркаев Н. В. (ИВМ СО РАН)
doi: 10.18698/2309-3684-2018-3-4966
Рассмотрена модель нормальных колебаний ролика, движущегося вдоль поверхности с постоянной скоростью при наличии жидкого слоя смазки. Распределение давления вдоль смазочного слоя получено в результате интегрирования уравнения Рейнольдса с учетом как тангенциальной, так и нормальной скорости ролика относительно опорной поверхности. Определен коэффициент демпфирования смазочного слоя, являющийся коэффициентом пропорциональности между усилением несущей способности и величиной нормальной скорости. После перехода к безразмерным переменным задача сводится к решению обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка с малым параметром при старшей производной. Построено аналитическое решение данного уравнения методом асимптотического разложения по сингулярному малому параметру. Решение содержит как регулярные члены разложения по степеням малого параметра, так и погранслойные функции, быстро затухающие с течением времени. Характерное время затухания этих функций пропорционально малому параметру. На основе полученного решения, рассмотрен переходный процесс к стационарному решению при резком увеличении внешней нагрузки. Характерной особенностью данного процесса является резкое увеличение пика давления сразу после скачка нагрузки, который затем плавно релаксирует к новому стационарному значению, соответствующему возросшему значению нагрузки.
Иванов В.А., Еркаев Н.В. Аналитическая модель колебаний ролика, движущегося вдоль твердой поверхности в режиме гидродинамической. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 3, с. 49–66.
Ерошин В. А. (МГУ им. М.В. Ломоносова), Плюснин А. В. (МГТУ им.Н.Э.Баумана)
doi: 10.18698/2309-3684-2018-3-6794
Задача о продольных и поперечных колебаниях упругого цилиндра, порожденных высокоскоростным ударом переднего торца о воду, рассмотрена с позиций идентификации гидродинамических сил по данным измерений оптическими методами параметров движения противоположного торца. Постановки прямой и обратной задач выведены исходя из одномерных теорий Сен-Венана и Тимошенко, что обеспечивает гиперболичность определяющих уравнений. Результаты расчетов прямой задачи конечно-разностным методом сопоставлены с располагаемыми экспериментальными зависимостями и демонстрируют довольно точное качественное совпадение.
Ерошин В.А., Плюснин А.В. Математические методы идентификации гидродинамических нагрузок при ударе о воду, основанные на одномерных теориях распространения упругих волн в стержнях. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 3, с. 67–94.
517:519.6 Расчет напряженно-деформированного состояния свободных тел методом конечных элементов
Темис Ю. М. (Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова), Азметов Х. Х. (МГТУ им.Н.Э.Баумана/ФГУП «Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова»)
doi: 10.18698/2309-3684-2018-3-95113
Предложен способ расчета напряженно-деформированного состояния свободных тел методом конечных элементов. Приведена реализация предложенного алгоритма в двумерной постановке с примерами расчета.
Темис Ю.М., Азметов Х.Х. Расчет напряженно-деформированного состояния свободных тел методом конечных элементов. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 3, с. 95–113.
Димитриенко Ю. И. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Губарева Е. А. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Пичугина А. Е. (МГТУ им.Н.Э.Баумана)
doi: 10.18698/2309-3684-2018-3-114132
Разработанная авторами ранее общая асимптотическая теория тонких многослойных оболочек применяется для случая цилиндрических оболочек. Представлены соотношения в явной аналитической форме для всех шести компонент тензора напряжений в тонкой многослойной упругой цилиндрической оболочке, в виде зависимости от деформаций, искривлений срединной поверхности оболочки, а также их производных по продольным координатам. Полученные формулы позволяют рассчитывать все распределения компонент тензора напряжений по толщине в цилиндрической оболочке после того, как найдено решения двумерной задачи теории оболочек типа Кирхгофа-Лява. Приведен пример расчета напряжений в цилиндрической композитной оболочке при осесимметричном изгибе давлением. Для вычисления напряжений по этим формулам требуется лишь дифференцирование перемещений – прогиба и двух перемещений срединной поверхности оболочки, для которых получено аналитическое решение.
Димитриенко Ю.И., Губарева Е.А., Пичугина А.Е. Моделирование напряжений в тонких композитных цилиндрических оболочках на основе асимптотической теории. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 3, с. 114–132.