Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Том 522, № 1 (2025)
ФИЗИКА
Разработка принципа действительного состояния физической системы
Аннотация
На примере формулировок задач линейных теорий упругости, жидкости и теплопроводности сформулирован энергетический принцип действительного состояния физической системы с распределенными параметрами. Показано, что при соответствующем выборе переменных состояния системы все рассмотренные задачи математической физики сводятся к одной универсальной формулировке. Такое описание системы позволяет не только оценить качество приближенных решений, но и судить о совершенстве используемой математической модели.
3–9
Вырождение нелинейности для пространственно-аналитических пространственно-периодических решений уравнений гидродинамического типа
Аннотация
Рассмотрены соленоидальные пространственно-периодические пространственно-аналитические решения уравнений гидродинамики. Элементарная оценка показывает, что, из-за особой структуры нелинейных слагаемых в уравнениях магнитогидродинамики, эффективно в уравнениях для так называемых модифицированных решений отсутствует половина пространственного градиента. Это новый механизм вырождения нелинейности. Представлена итеративная процедура, удлиняющая оценку гарантированного времени пространственной аналитичности гидродинамических решений. Каждая итерация состоит из двух этапов. На этапе 1 энстрофия модифицированных решений и оценка снизу радиуса аналитичности решения уравнения Навье–Стокса одновременно увеличиваются (последняя прямо пропорциональна времени от начала этого этапа). На этапе 2 энстрофия и оценка одновременно уменьшаются. Данная процедура непосредственно обобщается на систему уравнений магнитной гидродинамики.
10–15
Об ударно-волновом полиморфном переходе в непористом веществе
Аннотация
Представлена термодинамическая модель, позволяющая хорошо описать состояние вещества после ударно-волнового полиморфного превращения мартенситного типа. На основе обработки известных экспериментальных данных для значительного числа веществ получены важные уточнения классической концепции двухволнового полиморфизма. Показано, что на фазовой (p–V)-плоскости точки итогового состояния вещества после фазового перехода и состояния на фронте головной ударной волны при заданной ее скорости всегда лежат на одной и той же прямой Рэлея. Также показано, что удельный объем вещества после фазового перехода равен его значению, задаваемому упругой составляющей уравнения состояния новой фазы при давлении и соответствующему точке пересечения линии Рэлея и адиабаты Гюгонио для головной ударной волны.
16–22
Стабильность, электронные и магнитные свойства Дираковского полуметалла Cd₃As₂, легированного марганцем и хромом
Аннотация
Легирование дираковских полуметаллов магнитными атомами обещает создание новых топологических материалов с нарушенной симметрией по отношению к обращению времени. Согласно теоретическим моделям, в них должны наблюдаться необычные транспортные свойства: отрицательное магнитосопротивление, π-эффект Ааронова–Бома, квантовый эффект Холла и др. Однако реальные сплавы являются сложными объектами, во многом отличными от модельных представлений. В настоящей работе на основе первопринципных расчетов анализируются стабильность и свойства двух сплавов замещения на основе дираковских полуметаллов Cd3As2: (Cd1–xMnx)3As2 и (Cd1–xCrx)3As2. Основное различие между этими топологическими сплавами обусловлено типом легирования: изовалентным в случае Mn и неизовалентным – в случае Cr. Расчеты показывают, что валентность легирующих атомов непосредственно определяет положение уровня Ферми и характер спинового упорядочения в сплаве, а также сохранение конуса Дирака в электронном спектре. Найденные особенности носят закономерный характер и слабо зависят от деталей пространственного расположения магнитных атомов в сплавах.
23–34
Уравнения состояния углепластика, эпоксидной смолы, углерода и принцип аддитивности при высоких давлениях
Аннотация
Разработаны уравнения состояния эпоксидной смолы, углепластика и углерода при высоких давлениях мегабарного диапазона. Рассмотрен принцип аддитивности расчета смесевой ударной адиабаты углепластика по ударным адиабатам эпоксидной смолы и фазы высокого давления углерода. Сделан вывод о применимости принципа аддитивности для расчета ударных адиабат полимерных композиционных материалов во всем изученном диапазоне давлений.
35–38
МЕХАНИКА
Виртуальные гравитационные маневры в баллистическом проектировании межпланетных перелетов
Аннотация
Продолжение в обратном времени решения задачи межпланетного перелета космического аппарата от точки низкой орбиты около планеты отправления порождает траекторию, структурно совпадающую с траекторией виртуального космического аппарата, выполняющего гравитационный маневр около этой планеты. Построенный на ее основе пучок виртуальных пролетных гипербол порождает (после их протяжки до своих перицентров) траектории, незначительно отличающиеся от проектной отлетной орбиты космического аппарата. Тем самым поиск траектории межпланетного перелета может быть отделен от необходимости учета краевых условий старта с промежуточной низкой орбиты вокруг планеты отправления и сведен к моделированию пучка предстартовых виртуальных гравитационных маневров. Предстартовая орбита уточняется затем по результатам поиска траектории межпланетного перелета. Представлена структурно единообразная схема баллистического проектирования траекторий полета космического аппарата с применением многократных гравитационных маневров с учетом эфемерид.
39–44
Критерий начала ламинарно-турбулентного перехода в сжимаемом пограничном слое
Аннотация
Сформулирован критерий начала ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое сжимаемого газа на основе предположения Липманна, согласно которому критические условия достигаются там, где напряжение Рейнольдса становится равным напряжению вязкого трения невозмущенного течения. Сравнение с известными результатами прямого численного моделирования нестационарных возмущений, развивающихся в безградиентном пограничном слое на пластине и остром конусе под нулевым углом атаки, показало, что критерий хорошо работает в широком диапазоне местных чисел Маха (0 < Me < 7) для различных механизмов нелинейного распада волн неустойчивости.
45–50
Исследование тяги кольцевого сопла в турбулентном режиме истечения
Аннотация
Представлены результаты расчетов и измерений силы тяги в условиях турбулентных режимов истечения высокотемпературных продуктов сгорания из кольцевого сопла. Расчеты выполнены на основе осредненных по Фавру уравнений Навье–Стокса и приближения Буссинеска для описания процессов турбулентного переноса. Проведен анализ влияния формы выхлопного сопла кольцевого соплового устройства с внутренним дефлектором на величину развиваемой тяги. По результатам сравнения расчетных значений силы тяги сопла с соответствующими измеренными величинами выполнена валидация расчетной модели. Установлено, что в полости дефлектора устанавливается “стационарный” турбулентный режим течения с высокими значениями параметров турбулентного переноса.
51–57
Решение задач продольного сдвига физически нелинейных тел с зависящими от вида напряженного состояния свойствами
Аннотация
Деформационные свойства конструкционных материалов, горных пород, композитных материалов и др. зависят от вида внешнего воздействия, и степень такой зависимости определяется структурными особенностями материалов. Для данных материалов характерна связь объемного и сдвигового деформирования. Кривые деформирования обладают нелинейностью даже при малых деформациях. В работе представлены определяющие соотношения, описывающие нелинейное поведение данных материалов в условиях малых деформаций. Показано, что классические гипотезы антиплоского сдвига не могут быть использованы. Численно решается задача антиплоского сдвига длинного призматического тела с квадратным сечением, которое содержит круглое в плоскости сечения сквозное отверстие. Показано, что в условиях сдвиговой нагрузки для тела характерны трехосное напряженное состояние и изменение объема.
58–64
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Детекция фитопатогенов на семенах хлопчатника и их дезинфекция с помощью водных растворов, обработанных низкотемпературной плазмой пьезоэлектрического прямого разряда
Аннотация
Воздействие низкотемпературной плазмы, инициируемой разрядом пьезотрансформатора, на биологические и водосодержащие объекты является перспективным методом дезинфекции посадочного материала и регуляции роста. В статье показано, что плазменно-активированная вода, созданная таким методом, значительно подавляет активность фитопатогенов Xanthomonas citri pv. Malvacearum, Verticillium dahlia и Fusarium oxysporum f.sp. vasinfectum на семенах хлопчатника. Фитопатогены идентифицировались с помощью ПЦР в реальном времени и микроскопии. Для эффективного применения водных растворов, обработанных низкотемпературной плазмой в полевых условиях, разработан флуоресцентный метод детекции данных фитопатогенов.
65–70
Численное моделирование начальной стадии формирования Попигайского кратера
Аннотация
В настоящее время общепринятой является гипотеза об импактном происхождении Попигайского месторождения алмазов. Проведено теоретическое исследование методами газодинамического численного моделирования процессов, соответствующих высокоскоростному удару массивного хондритного астероида с поверхностью Земли в районе бассейна реки Попигай. Моделируется соударение астероида из обыкновенного хондрита со скоростями 20–25 км/с с многослойной преградой, моделирующей структуру земного грунта в рассматриваемой области. В приповерхностной зоне располагается слой природного углерода. Расчеты проведены с помощью параллельной трехмерной реализации метода конечно-размерных частиц в ячейке с использованием широкодиапазонных многофазных моделей уравнения состояния хондрита, кварца и углерода. В работе были получены термодинамические параметры процесса ударного сжатия материалов астероида и грунта, реализующиеся на этапе сжатия и кратерообразования.
71–73
Структура, фазовый состав и свойства аморфных магнитомягких Fe–Co–Si–B–P-лент
Аннотация
Выполнен анализ структурно-фазовых состояний, механических и магнитных свойств аморфных сплавов (FeCo)82B13Si5 и (FeCo)82B12Si4P2, полученных методом спиннингования. Прослежено распределение элементного состава и отмечено расслоение сплава по кремнию и бору. Показано, что определенные экспериментально значения индукции насыщения (1.7–1.8 Тл) и коэрцитивной силы (18–20 А/м) практически не зависят от изменения состава лент в исследованном диапазоне содержания элементов. Значения предела прочности (~162 МПа) и удлинения до разрушения (~0.23%) свидетельствуют о низкой пластичности исследуемых лент. Однако величина модуля упругости имела высокое значение на уровне 81.5 МПа.
74–80