Отделы

Отдел механики деформируемого твердого тела

  1. Заведующий отделом: Герасимов Александр Владимирович
  2. Телефон: (3822) 529-569
ОБ ОТДЕЛЕ

Научная школа по динамическим задачам механики твердых деформируемых тел с высоким научным потенциалом, уникальной материальной базой для проведения экспериментов, добрыми традициями и благоприятным микроклиматом, характерным для Томского университета, создавалась долгими десятилетиями. Достаточно вспомнить годы Великой Отечественной войны и послевоенное время, когда на специальном (ныне физико-техническом) факульте­те и в спецотделе СФТИ, куда вошел коллектив Института математики и механики под руководством чл.-корр. ААН СССР М.С. Горохова, группа сотрудников (П.А. Петров, П.С. Соломин, Т.М. Платова и др.) выполняла программу исследований поведения материалов при высокоскоростной деформации. Новые броневые высокопрочные стали испытывались в лабораторных условиях на бронестойкость, исследовался широкий спектр физико-механических характеристик металлов, выпускаемых Новокузнецким металлургическим комбинатом и заводами Урала для оборонной промышленности.

 Опыт объединения усилий научных потенциалов разных лабораторий и кафедр ТГУ возродился в шестидесятых годах, когда в только что открытом НИИ ПММ нужно было решить по заданию оборонных министерств сложнейшую фундаментальную проблему: исследование свойств твердых тел в широком диапазоне скоростей ударного взаимодействия, включая космические. Для решения этой проблемы М.С. Гороховым при активной поддержке директора НИИ ПММ А.Д. Колмакова был создан научный коллектив из сотрудников НИИ ПММ (П.А. Петров, Г.М. Буланцев, В.В. Бельский), физико-технического факультета (Т.М. Платова, аспиранты И.Е. Хорев, Л.Г. Ульян-ченко), механико-математического факультета (В.А. Гриднева) и физического факультета (В.А. Жданов, В.Ф. Конусов). Высокий научный потенциал, «стыковка» различных подходов, отличное финансирование и возможность приобретения уникальной аппаратуры, наличие мощных экспериментальных мастерских и вычислительного центра – все это способствовало успешному решению важнейших научных и прикладных задач.

В течение долгих лет в НИИ ПММ был накоплен большой опыт исследования динамики высокоскоростного удара и сопутствующих ему физических явлений. Институт располагает уникальной экспериментальной базой, оснащенной средствами высокоскоростного метания, открытыми и вакуумными баллистическими трассами, современной регистрационно-измерительной оснасткой, компьютерным комплексом автоматизированной обработки данных эксперимента. На основе построенных физических и математических моделей сред созданы пакеты компьютерных программ, позволяющие рассчитывать напряженно-деформированные состояния и разрушение твердых тел в условиях высокоскоростного удара и взрыва в двумерной и трехмерной постановках. 

Основное ядро отдела успешно трудится как по традиционному направлению исследований отдела, так и по смежным перспективным направлениям механики деформируемого твердого тела. Ведущие специалисты коллектива имеют большой опыт в построении физико-математических моделей механики деформируемого твердого тела, в разработке численных методов решения широкого спектра прикладных задач, а также в проведении экспериментальных исследований поведения перспективных материалов при термомеханических нагружениях, включая соударение до 8 км/с.


В последние годы усилия коллектива были сосредоточены на решении таких сложных задач как создание адекватной математической модели поведения взаимодействующих тел при сверхвысоких скоростях удара с учетом сопутствующих физических явлений, как разрушение, плавление и испарение, разработка физико-математической модели, учитывающей вероятностный характер фрагментации твердых тел при ударном взаимодействии, численное исследование процессов взрывного разрушения ледового слоя и горных пород, повышение эффективности экранной защиты космических объектов в зависимости от скорости ударного взаимодействия, моделирование метеоритного удара по поверхности Земли и имитация уничтожения опасного космического объекта, поиск закономерностей поведения сред сложной структуры в условиях удара необходимых для получения требуемых физико-механических характеристик новых конструкционных материалов, создание модели термомеханического воздействия на слоистые оболочечные конструкции, получение обобщенных критериальных зависимостей деформирования и разрушения элементов авиа- и ракетно-космической техники при высокоскоростном ударе в диапазоне скоростей 2…8 км/с, получение экспериментальных закономерностей деформирования и разрушения композитных, керамических, металлокерамических, слоистых, металлокомпозитных, стеклопластиковых и природных (лед, песок, горные породы) материалов в условиях высокоскоростного ударного нагружения, проведение экспериментально-теоретического исследования ползучести синтетических шнуров и экспериментально-теоретическое моделирования механических свойств сетеполотен для спутников связи.

Решение этих задач продиктовано повышенными требованиями, которые предъявляет к теории практика в связи с появлением новых материалов, технологий, условий функционирования современных конструкций и аппаратов. В результате этих исследований были предложены принципиально новые и плодотворные подходы к решению перечисленных выше задач, разработаны программные комплексы, реализующие новые методы, введены в строй установки и оборудование для получения и регистрации высоких скоростей метания и выполнена их практическая апробация и внедрение.

Интенсивно ведутся работы по проектированию крупногабаритных антенн для перспективных космических аппаратов (С.В. Пономарев, А.П. Жуков, М.С. Бухтяк, Ю.Н. Сидоренко) в сотрудничестве со специализированными организациями. Важные теоретические и практические результаты достигнуты при исследовании поведения материалов и конструкций в условиях ударного и взрывного нагружения (А.В. Герасимов, В.Г. Трушков, В.Ф. Толкачев, В.Н. Барашков, В.П. Глазырин, А.А. Коняев, С.В. Пашков, М.Ю. Орлов, Ю.Н. Орлов).

Усилия и достижения сотрудников сектора динамики деформируемых систем (до 2005 г. – лаборатории 41) сосредоточены на решении задач баллистики и динамики ракет – носителей и космических аппаратов, связанных с учетом подвижности жидкости в их топливных баках и с гидродинамическими проблемами движения ракет, стартующих из-под воды.

В отделе создана уникальная экспериментальная база, оснащенная современной измерительно-регистрирующей аппаратурой и позволяющая устойчиво получать скорости метания до 8 км/с, разработаны надежные методики определения физико-механических характеристик различных материалов. На основе разработанных математических моделей поведения сред со сложной структурой создан комплекс программ для ЭВМ, позволяющий рассчитывать напряженно-деформированное состояние, разрушение и фрагментацию твердых тел при ударе и взрыве в двумерной и трехмерной постановках. 


Главные результаты работы сектора состоят в следующем:

  • Разработка вариационных и вариационно-разностных высокоточных алгоритмов решения линейных и нелинейных задач динамики идеальной жидкости, частично заполняющей баки сложной формы (И.Б. Богоряд, Э.Е. Либин, С.В. Чахлов); для этого создан численно – аналитический метод высокоточного обращения матриц Гильберта (И.А. Дружинин, М.В. Беккер), имеющий фундаментальное значение.
  • Разработка и обоснование новой феноменологической модели движения вязко-капиллярной жидкости в окрестности линии трехфазного контакта. Решение на ее основе комплекса задач расчета диссипативных коэффициентов для баков, в том числе и с радиальными ребрами, а так же в слабых силовых полях (И.Б. Богоряд, Г.З. Дружинина, Н.П. Лаврова, С.А. Сафонов, Г.В. Христенко).
  • Создание комплекса алгоритмов и программ, предназначенных  для расчета гидродинамических коэффициентов и нагрузок при движении ракет на шахтном и подводном участках траектории, включая формирование наддуваемых каверн, а также затопление шахты водой (И.Б. Богоряд, А.В. Буров, Е.Т. Коковин, В.А. Коробицын, Н.П. Лаврова, Э.Е. Либин, Н.М. Симонова).

В настоящее время в этом секторе проводятся исследования по обтеканию радиальных ребер в баках завихренным нестационарным потоком маловязкой жидкости, имеющей свободную поверхность.


Сегодня исследования в области механики деформируемого твердого тела поддержаны 5 грантами РФФИ и программой Минобрнауки России.

Научные исследования отдела по механике деформируемого твердого тела тесно связаны с подготовкой высококвалифицированных специалистов. За последние 10 лет было защищено 3 кандидатские диссертации (С.В. Пашков, М.Ю. Орлов, Ю.Н. Орлов) и 4 докторских (А.В. Герасимов, В.Г. Трушков, В.Н. Барашков, В.Ф. Толкачев). В подготовке молодых специалистов ФТФ и ММФ активное участие принимают сотрудники отдела (И.Б. Богоряд, А.В. Герасимов, В.Ф. Толкачев, А.А. Коняев, С.В. Пономарев, Э.Е. Либин). Старший научный сотрудник С.В. Пашков дважды (2003, 2006 гг.) получал грант Президента РФ для молодых ученых – кандидатов наук и их научных руководителей – докторов наук (рук. А.В. Герасимов), а с.н.с. М.Ю. Орлов в 2008 г. стал лауреатом премии губернатора Томской области в сфере науки, образования и здравоохранения.