Первое информационное сообщение

Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук объявляет о проведении с 16 по 18 ноября 2020 года Школы молодых ученых «Мониторинг природных и техногенных систем», которая организуется при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках выполнения проекта № 19-77-30008.

Тематика Школы включает лекции ведущих российских и зарубежных специалистов. Во втором информационном сообщении до 10 октября 2020 года будет представлен список лекторов и тематика лекций.

Мы надеемся, что Школа пройдет в очном формате. Если ситуация с Covid-19 не позволит, то она пройдет в комбинированном формате с использованием телеконференционных технологий.

Заявка на участие

Регистрация участников осуществляется в режиме on-line до 10 ноября 2020 г.
Организационный взнос для участников не предусмотрен.

Место проведения

Трансляция заседаний Школы доступна по ссылкам:

При очном участии:

Школа проводится в г. Перми на базе ПФИЦ УрО РАН по адресу: ул. Академика Королева, д. 3 с проживанием в гостиницах города, сведения о которых можно найти по электронному адресу http://hotel.perm.ru/. Онлайн-карта города доступна на сайте http://perm.2gis.ru/

Информация о дистанционном участии будет выслана зарегистрированным участникам позднее.

Важные даты:

10 октября 2020 г. – второе информационное сообщение со списком лекторов и тематикой лекций

10 ноября 2020 г. – третье информационное сообщение, содержащее программу работы Школы

до 10 ноября 2020 г. – регистрация участников Школы

Контакты:

ПФИЦ УрО РАН
Ул. Академика Королева, д. 1
Ответственный секретарь
Юрлова Наталия Алексеевна
Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
тел. +7 (342) 237 83 20

Материалы для скачивания:

Первое информационное сообщение

Второе информационное сообщение

Программа конференции


Оперативную информацию о Школе можно найти на сайте: https://www.icmm.ru/nauka/konferentsii

Проект РФФИ 19-41 590004. Руководитель Васильев А. Ю.

На первом этапе экспериментально исследована структура и динамика крупномасштабной циркуляции в турбулентной конвекции Рэлея-Бенара для жидкостей с умеренными и высокими числами Прандтля.  Экспериментальная установка представляет собой кубическую полость со стороной L=250 мм (см. рис.1). В качестве рабочих жидкостей выступала дистиллированная вода, 25 % водный раствор пропиленгликоля и чистый пропиленгликоль. Эксперименты проводились при средних температурах жидкости 50 и 25 oС (для воды) и 20 oС (для 25 % водного раствора пропиленгликоля и чистого пропиленгликоля), что соответствует средним числам Прандтля Pr=3.5, Pr=6.1 и Pr=64. Разложение двумерных полей скорости на фурье-моды показало, что при изменении числа Прандтля от 3.5 до 24 в течении доминирует одна крупномасштабная мода (см. рис. 1). При дальнейшем росте числа Прандтля структура течения существенно меняется и энергия распределяется между несколькими основными фурье-модами. Происходит также существенное изменение временной динамики доминирующей моды.

rffi 19 41 590004 img1 1

Рис.1 Экспериментальная установка в разрезе: 1 – медный теплообменник, 2 – плексигласовые боковые стенки толщиной d=25 мм, 3 – теплоизолятор. Нормированная энергия фурье-мод: (а) – Pr=6.1, Ra=2.0·109, (б) - Pr=24, Ra=1.3·109, (в) - Pr=64, Ra=1.3·109

Большое внимание было уделено численному моделированию конвективной турбулентности с неоднородным нагревом при умеренных и высоких числах Рэлея (10^7<ra<2x10^9). Неоднородный нагрев создавался только на нижней границе кубической полости при помощи смешанных граничных условий (см. рис.2). На границе были выделены «проводящие» области, которые поддерживались при постоянной температуре, а оставшаяся часть границы считалась теплоизолированной, т.е. тепловой проток равен нулю. В расчетах рассматривались три конфигурации распределения нагреваемых областей: (I) - локализованный нагрев; (II) - девять нагревателей одинакового размера, равноудаленные друг от друга; (III) – комбинация из нагреваемых областей трех размеров с неоднородным распределением по пространству.

Обнаружено, что при Ra=10^7 эффективность переноса тепла сильно зависит от распределения нагреваемых областей на нижней границе. Максимальные отличия в числе Нуссельта достигают 20%. В более развитом режиме (Ra=1.1x10^9) отличия не превышают 5%, поскольку турбулентность эффективнее перемешивает среду. При неоднородном нагреве показатель степени в зависимости числа Нуссельта от числа Рэлея может принимать два значения: beta~2/7 для конфигураций (I) и (II); beta~1/3 для конфигурации (III) (см. рис.3).

rffi 19 41 590004 img1 2

Рис.2 Схема вычислительной области. Варианты распределения нагреваемых областей. Черным цветом отмечены нагреваемые области.

rffi 19 41 590004 img1 3

Рис.3 Зависимость числа Нуссельта от числа Релея в двойных логарифмических координатах, где индексами обозначено: 1 – локализованный нагрев, 9 – девять нагревательных областей, F – комбинация из нагреваемых областей трех размеров. Штриховые линии показывают степенные законы Nu~Raβ.

Кроме того, исследовано влияние многомасштабного рельефа поверхности теплообменника на процессы переноса тепла в замкнутой полости. Задача решалась в сопряженной постановке. Нижний теплообменник представлял собой медную плиту толщиной 10 мм, на поверхности которой имеются выступающие прямоугольные элементы. Комбинация из элементов трех разных размеров в поперечном сечении формирует фрактальную топологию поверхности теплообменника. На рис.4 показаны распределения температуры в медном массиве и зависимости числа Нуссельта от числа Релея для двух высот рельефа.

rffi 19 41 590004 img1 4

Рис.4 Левая панель – распределение температуры на поверхности теплообменника. Правая панель – зависимость числа Нуссельта от числа Релея в двойных логарифмических координатах: ● – h/L=0.1, ■ - h/L=0.05. Штриховые линии показывают степенные законы Nu~Raβ.

.

Этап №1 Обновление научно-исследовательской инфраструктуры ЦКП

Соглашение от 01.11.2019 № 075-15-2019-1655 

Номер гос. регистрации АААА-А19-119121390036-8

Уникальный идентификатор проекта RFMEFI62119X0031

Приоритетное направление: Информационно-телекоммуникационные системы (ИТ)

Период выполнения: 01 ноября 2019 г. – 31 декабря 2019 г.

Получатель субсидии: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН)

  1. Цель проекта

Реализация проекта направлена на развитие научно-исследовательской инфраструктуры центра коллективного пользования (ЦКП) «Исследования материалов и вещества»  ПФИЦ УрО РАН для обеспечения поддержки реализации приоритетов научно-технологического развития, в том числе в кооперации с ведущими мировыми научными центрами, расширение перечня и комплексности оказываемых услуг, а также круга пользователей для обеспечения максимальной загрузки оборудования ЦКП и обеспечения эффективного участия в реализации стратегии научно-технологического развития Российской Федерации.

  1. Основные результаты проекта

В рамках первого этапа выполнения работы по гранту ФЦП была организована закупка дорогостоящего импортного оборудования, позволяющего существенно расширить функциональные возможности ЦКП «Исследования материалов и веществ» ПФИЦ УрО РАН. Средства субсидии в полном объеме были потрачены за закупку оборудования, что позволило приобрести уникальные приборы, аналогов которых нет не только в Пермском крае, но и в Уральском регионе. Приобретенное оборудование позволяет проводить комплексные исследования механических свойств природных и конструкционных структурно-неоднородных материалов, развивать научные основы применения современных оптико-волоконных технологий для мониторинга нагруженных элементов конструкций, проводить комплексные структурные, химические и физические исследования новых материалов, химических соединений и биологических структур.

В 2019 году было приобретено следующее оборудование:

  1. Установка срезная ГТ 1.2.12 (Россия).
  2. Установка объемного сжатия для испытания скальных грунтов АСИС (Россия).
  3. Комплекс оборудования для физико-химического, термомеханического анализа полимерных композиционных материалов METTLER TOLEDO (Швейцация) в составе: дифференциального сканирующего калориметра DSC, прибора для термогравиметрического анализа и дифференциальной калориметрии TGA/DSC, прибора термомеханического и дифференциального термического анализа TMA/SDTA, прибора для динамического механического анализа DMA/SDTA.
  4. Рентгеновский дифрактометр PANalytical Aeris Research (PANalytical, Великобритания).
  5. Газовый хроматограф с масс-селективным детектором 7890В Agilent (США).
  6. Оптический рефлектометр обратного рассеяния OBR4600 LUNA (США).
  7. Инвертированный флуоресцентный лабораторный микроскоп Olympus CKX53 (Япония).

В интересах сторонних заказчиков были проведены научные исследования по комплексным темам «Исследование минералого-петрографического состава и физико- механических свойств пород и руд, вскрытых при разведке и отработке Верхнекамского и других месторождений солей для прогнозирования их свойств и обеспечения безопасности подземной разработки» и «Разработка методов испытаний линий волоконно-оптических датчиков с нанесенными решетками Брэгга в составе образцов из полимерных композиционных материалов», разработаны проекты методик испытаний линий волоконно-оптических датчиков с нанесёнными решётками Брэгга в составе образцов из полимерных композиционных материалов, разработан проект методики температурной компенсации при проведении испытаний волоконно-оптических линий с ВБР-датчиками в составе образцов из ПКМ, разработан проект методики верификации результатов испытаний волоконно-оптических линий с ВБР-датчиками в составе образцов из ПКМ.

За отчетный период ЦКП «Исследования материалов и вещества» ПФИЦ УрО РАН увеличена доля внешних заказов услуг и работ по сравнению с 2018 годом более чем на 20% (см. отчеты ЦКП «Исследования материалов и вещества» ПФИЦ УрО РАН за 2018 г. (№ 606812) и за 2019 г. (№ 692546)). В 2019 году количество внешних организаций-пользователей научным оборудованием составило 30 единиц против 16 в 2018 г. Загрузка оборудования ЦКП в 2019 г. в интересах третьих лиц составила 73.96%.

Школа молодых ученых «Мониторинг природных и техногенных систем» 25-27 ноября 2019 г. Пермь

 

Важно: Опубликована Программа работы Школы 

 

Второе информационное сообщение

Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук объявляет о проведении с 25 по 27 ноября 2019 года Школы молодых ученых «Мониторинг природных и техногенных систем», которая организуется при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках выполнения проекта № 19-77-30008.
Программа Школы, включающая лекции ведущих российских и зарубежных специалистов, размещена на сайте https://www.icmm.ru/nauka/konferentsii и в приложении к данному сообщению. Программа может быть дополнена.

Программа Школы молодых ученых включена в план Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике, Технического комитета 17 (Неразрушающая оценка) Европейского общества структурной целостности (ESIS), Российского комитета ESIS и соответствует тематике Пермского научно-образовательного центра мирового уровня «Рациональное недропользование»

Заявка на участие
Регистрация участников обязательна, осуществляется в режиме on-line на сайте до 10 ноября 2019 г.
Организационный взнос для участников не предусмотрен.

Место проведения
Школа проводится в г. Перми на базе ПФИЦ УрО РАН по адресу: ул. Академика Королева, д. 3 с проживанием в гостиницах города, сведения о которых можно найти по электронному адресу http://hotel.perm.ru/. Онлайн-карта города доступна на сайте http://perm.2gis.ru/

Важные даты:
10 октября 2019 г. – третье информационное сообщение, содержащее программу работы Школы;
до 10 ноября 2019 г. – регистрация участников Школы.

Контакты:
ПФИЦ УрО РАН
ул. Академика Королева, д. 1
Ответственный секретарь
Юрлова Наталия Алексеевна
Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
тел. +7 (342) 237 83 20

 


Анонсы лекций
  Школы молодых ученых «Мониторинг природных и техногенных систем» 25-27 ноября 2019 г. Пермь

shkuratnik vlШкуратник Владимир Лазаревич

д.т.н., профессор. Один из ведущих специалистов в области горной геофизики и геоконтроля. Заслуженный деятель науки РФ, Почётный работник высшего профессионального образования РФ, Почётный строитель РФ, Лауреат Премии им. акад. Н.В. Мельникова РАН за работы по теории и методологии геоинформационного обеспечения комплексного освоения недр, а также Премии им. акад. А.А. Скочинского за разработку методов прогноза опасных динамических явлений в массиве горных пород. Член правления и председатель секции «Геоакустика» Российского акустического общества.

Эффекты памяти в горных породах и их использование для решения задач геоконтроля
«Память», как фундаментальное свойство горных пород и эффекты «памяти», как проявления этого свойства. Разновидности, особенности, физические механизмы и условия формирования и проявления эффектов «памяти» различной физической природы в горных породах. Акустико-эмиссионный эффект памяти (АЭЭП) и история его изучения. Особенности формирования и проявления АЭЭП в условиях сложного напряжённого состояния. Помеховые факторы, влияющие на формирование и проявления АЭЭП. Характеристика основных направлений практического использования эффектов памяти. Методические вопросы использования АЭЭП для оценки напряжённо-деформированного состояния горных пород в массиве и прогноза их нарушенности. О возможной взаимосвязи эффектов памяти горных пород и прогнозных признаков опасных динамических явлений в массиве. Основные направления дальнейшего развития методов геоконтроля на основе эффектов «памяти» горных пород.

 

 

 trampus peterProfessor Trampus Peter

Рresident of the Hungarian Association for Non-Destructive Testing (MAROVISZ), and professor emeritus of the University of Dunaujvaros Hungary

Contribution of Non-Destructive Evaluation to asset management
In recent decades, enormous efforts focus on increasing the performance of engineering structures and components. Assets of high value and of high risk such as power and process plants, offshore platforms, bridges are ageing but there is a significant need for their further use. Materials ageing leads to gradual reduction of the safety margins of these structures and components. At the same time the general understanding on safety has been changing. Risk being acceptable by the society is decreasing, and this forces governments to render the safety regulations progressively more serious. Non-Destructive Evaluation (NDE) delivers an essential input to structural integrity analysis and thus it plays an important role in assessing safety of structures and components.

In the first part of the presentation the major trends characterizing the changes, i.e. the challenges will be shown. Among others development in structural integrity analysis, fracture mechanics, also the appearance of life management as an independent discipline as well as consideration of risk in a broader sense will be discussed. After that those elements of the technical development will be presented, which respond to the challenges triggered by the changes. Almost all of these can be connected to the development of information technology and micro- and nanoelectronics, and contribute to the improvement in flaw detection, characterization and sizing. Among solutions however there are some whose goal is the reduction in cost and/or examination time.

Special attention will be paid to the digitalization and its impact on NDE. In this context specialization of procedures, real-time quality control, on-line in-service inspection, NDE modelling and simulation, 3D visualization, big data management, proactive management of materials degradation, structural health monitoring will be presented. The presentation will also deal with the NDE in light of the Industry 4.0.

Examples will be selected from literature and from own research.

 

lacidogna giuseppeProfessor Lacidogna Giuseppe

Confirmed Associate Professor DISEG Department of Structural, Geotechnical and Building Engineering Polytechnic University of Turin, Italy. Effective member of the College of Architecture, Effective member of the College of Engineering for the Environment and the Territory

Damage Monitoring in Civil and Monumental Masonry Buildings: An Acoustic Emission Analysis Approach
Historical masonry buildings often show diffused crack patterns due to different causes in relation to original function, construction technique and loading history. Non-destructive testing methods, and especially the Acoustic Emission (AE) technique, applied as in situ monitoring systems allow reliable evaluation of the state of conservation of these structures and its evolution in time. In this contribution different case studies are presented to show the AE technique capability on the assessment of damage evolution in ancient brick and stone artworks. All the analyzed structures belong to different historical periods of architecture, and represent remarkable sites of the Italian Architectural Heritage.

 

 

 

vavilov vpВавилов Владимир Платонович

д.т.н., профессор, заведующий лабораторией Института неразрушающего контроля Национального исследовательского Томского политехнического университета, член-корреспондент Международной инженерной академии инфракрасной термографии (1996г.). Владимир Платонович лауреат премии правительства России в области науки и техники 2004 года, он также является представителем стран СНГ в Европейской рабочей группе по инфракрасной термографии ЕВРОТЕРМ, вице-президентом Российского общества неразрушающего контроля и технической диагностики, членом Международной академии неразрушающего контроля. Награжден медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени за заслуги в развитии науки, образования, подготовке квалифицированных специалистов и многолетнюю плодотворную работу, медалью Общества космонавтики СССР им. С.П. Королева

Инфракрасная термография: базовые принципы, аппаратура и применения
Разработка физических принципов визуализации тепловых (температурных) полей в диапазоне оптического излучения с длинами волн 3-14 мкм явилась логическим следствием освоения человечеством широкого диапазона электромагнитного излучения, начиная с жесткого рентгена и заканчивая радиоволнами. Факт существования инфракрасного (ИК), или теплового, излучения был известен давно, однако практический прогресс в этой области связан с технологиями производства ИК детекторов. В течение нескольких десятилетий тепловидение было основано на применении одиночных ИК приемников и систем двухкоординатного сканирования. Последние три десятилетия прогресс в этой области обусловлен появлением и резким расширением номенклатуры матричных ИК детекторов, на базе которых созданы разнообразные модели так называемых FPA (Focal Plane Array) тепловизоров. Обобщающие технические характеристики лучших современных тепловизоров следующие: температурная чувствительность до 10 мК, количество чувствительных элементов в матрице более 1 миллиона (более 5 миллионов пикселей в термограмме с использованием специальных приемов), частота записи термограмм до 1 кГц (в режиме «окна» до нескольких десятков килогерц). Возрастающая востребованность таких приборов связана с тем фактом, что любой вид технической, а по некоторым предположениям, и ментальной, деятельности связан с процессами производства, передачи, трансформации и потребления энергии в различных формах. Эти процессы сопровождаются необратимыми потерями энергии, зачастую, тепловой, что позволяет отслеживать и оценивать вышеупомянутые процессы путем анализа тепловых полей.

В настоящей лекции описаны физические принципы тепловидения, современные тепловизоры, начиная от миниатюрных модулей и заканчивая системами элитного уровня для научных исследований, а также проиллюстрированы основные области применения ИК термографии:

  • военные и антитеррористические применения, в особенности, системы ночного видения;
  • энергетика;
  • строительство;
  • нефтехимия;
  • неразрушающий контроль, прежде всего, в авиакосмической технике;
  • научные исследования.

Кратко рассмотрена схема ИК термографирования с акцентом на методические погрешности измерений, наличие которых снижает метрологические показатели тепловизионного метода.

Определенное внимание уделено процедурам обработки длинных последовательностей ИК термограмм, что позволяет отслеживать динамику температурных полей и анализировать соответствующие физические феномены в области температурных амплитуд и времени (фаз).


maslennikov vvМасленников Валерий Владимирович

Доктор геолого-минералогических наук, профессор, член-корреспондент РАН, Заведующий лабораторией минералогии рудогенеза Института минералогии ФНЦ минералогии и геоэкологии УрО РАН, специалист в области металлогении, литологии, минералогии, геохимии и палеоэкологии колчеданных месторождений. Награжден Премией Правительства Российской Федерации в области науки и техники (в составе группы)— за создание научных основ развития рудной минерально-сырьевой базы Урала, лауреат международной награды Б. Скиннера общества Экономической геологии (SEG).

Высокотехнологичные и токсичные элементы как показатели рисков отработки древних и современных колчеданных месторождений
К настоящему времени отработана примерно половина известных золото-медно-цинковых и полиметаллических месторождений колчеданного семейства. В рифтовых системах и островодужных морях современных океанов такая отработка только начинается. На этом этапе важно провести прогнозирование экономических и экологических рисков отработки и переботки руд новых и имеющихся колчеданных месторождений. Современные колчеданоносные рудообразующие системы сопровождаются уникальными пригидротермальными оазисами жизни, представленными в основном эндемичными (единственными в своем роде) организмами. Огромная биопродуктивность сопровождает одни рудообразующие гидротермальные источники, хаотическое распределение пригидротермальной биоты или полное бесплодие наблюдается на других. Аналогичная картина установлена и для древних колчеданных месторождениях. Важно было понять причины различий в бипродуктивности различных рудно-формационных типов колчеданных месторождений. Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией установлены существенные различия в составе сульфидов биопродуктивных и бесплодных колчеданных месторождений. Показано, что первые, ассоциирующие с обильными базальтами или серпентинитами (восточно-тихоокеанский, атлантический, кипрский и уралский типы), обогащены Fe, Co, Se и Sn, сульфиды вторых, где среди рудовмещающих пород доминируют кислые вулканиты (западно-тихоокеанский, куроко, баймакский, алтайский и иберийский типы), содержат аномальные количества Tl, Pb, As, Sb, Cd, Ag, Au, Bi, Hg. Очевидно, в условиях гидротермальных выбросов и подводного выветривания сульфидных построек второго типа в окружающую среду поступают токсичные элементы, препятствующие развитию гидротермальных оазисов. Более того, при отработке таких современных колчеданных месторождений добывающими компаниями (например, Наутилус) планируется выброс «безрудных» дисульфидов железа обратно в море. Именно дисульфиды железа и, главным образом, их неустойчивые в морской воде колломорфные рановидности, являются носителями большинства токсичных элементов. Несомненно, окисление сульфидных “хвостов” приведет к техногенным экологическим катастрофам в океанах и морях (например, в море Бисмарка) с уничтожением не только хаотически распределенной пригидротермальной биоты, но и фоновых сообществ организмов, включая тех, которые потребляются человечеством. Аналогичны, но, очевидно, менее ощутимы риски отработки таких колчеданных месторождений на континентах. С другой стороны высокотоксичные колчеданные месторождения являются в большей степени поставщиками многих высокотехнологичных химических элементов. Горно-добывающим компаниям необходимо соблюсти баланс между экономической выгодой и экологическими рисками отработки различных типов колчеданных месторождений. В этом смысле необходим постоянный мониторинг вовлечения новых колчеданных месторождений в процессы отработки и переработки руд.

 

epshtein saЭпштейн Светлана Абрамовна

д.т.н., профессор кафедры физики Научно-исследовательского технологического института МИСИС, зав. научно-учебной испытательной лабораторией «Физико-химии углей». Ее работа сконцентрирована на изучение вещественного состава, физических, физико-химических и механических свойств углей.

Проблемы контроля качества и безопасности углей и отходов их добычи и переработки
Технологическая и энергетическая ценность углей определяется комплексом показателей, контроль которых осуществляется на этапах геологической разведки месторождений, добычи угля, его сортировки, обогащения, хранения и т.п. вплоть до конечной переработки (коксование, сжигание, брикетирование и т.д.). Немаловажным в настоящее время является, наряду с технологической и энергетической ценностью углей, контроль содержания в них макро- и микроэлементов, способных концентрироваться в отходах или выделяться в окружающую среду в количествах, превышающих установленные нормативы. В докладе будут продемонстрированы основные методы и средства контроля показателей качества и безопасности углей и отходов их добычи и переработки; представлен зарубежный опыт оценки потенциально опасных элементов в углях и отходах; приведены примеры оценки отходов добычи и переработки углей в части выявления их влияния на окружающую среду при разных технологиях утилизации. Кратко будут рассмотрены методические и нормативные документы, регламентирующие контроль качества и безопасности углей и отходов их добычи и переработки.

 

 

 

polyanskii vaПолянский Владимир Анатольевич

д.т.н., с 2019г. ВРИО директора Института проблем машиноведения РАН, с 2012г. директор НОЦ при СПб ГПУ, профессор кафедры системы и технологии управления СПб ГПУ.

Водородный мониторинг конструкционных материалов при их производстве и эксплуатации
Водород является самым опасным компонентом металлов и сплавов. Это обусловлено тем, что его соединения есть везде, а уровень предельно допустимых концентраций водорода (ПДК) в металлах составляет 0,0001%.

Такие ПДК лежат за пределами обнаружения для большинства современных аналитических методов определения состава веществ. Поэтому, очень часто хрупкость, растрескивание, разрушение поверхности, отслоение покрытий и другие индуцированные водородом виды разрушения рассматриваются как чисто механическое разрушение под нагрузкой.

Вместе с тем, устранение водорода или блокирование его внутренней диффузии приносит более быстрый и дешевый результат, чем введение дополнительных запасов по прочности или использование новых методов расчета на прочность.

Методам водородной диагностики металлов уже более ста лет, она началась с измерений концентрации водорода в стальных отливках, но влияние водорода на свойства материалов постоянно усиливается. За 20 век ПДК уменьшились примерно в 100 раз. Это ставит все время новые задачи перед производителями диагностического оборудования, перед теми, кто разрабатывает методы водородной диагностики и перед инженерами, которые должны на каждом витке технологий разрабатывать новые методы удаления водорода и расчета его влияния на механические свойства материалов.

В лекции дается обзор современных проблем, связанных с влиянием водорода на механические свойства материалов и методов их решения.

 

korotkii aiКороткий Александр Илларионович

д.ф.м.н., профессор, зав. Отделом прикладных задач Института математики и механики УрО РАН. Ученик академика Ю. С. Осипова. Области научных интересов – качественная теория дифференциальных уравнений с частными производными, управление системами с распределенными параметрами в условиях неопределенности или конфликта, конечномерная аппроксимация задач оптимального управления, исследование корректности задач управления, прямые и обратные задачи управляемых систем с распределенными параметрами, исследование моделей вязкой жидкости, прямые и обратные задачи динамики вязкой жидкости.

Математическое моделирование в науках о Земле
Математическое моделирование является одним из основных инструментов научного познания во многих науках, в том числе, в науках о Земле. Основная идея, которая лежит в основе математического моделирования в этой области, состоит в рассмотрении объекта исследований, как объекта сплошной среды (вязкой жидкости). Эта гипотеза позволяет привлекать для исследования задач математические модели и методы механики сплошной среды. Содержательные постановки задач приводят к соответствующим начально-краевым задачам для дифференциальных уравнений, которые могут представлять интерес не только для специалистов соответствующего профиля, но также и для математиков-теоретиков, вычислителей, специалистов по интерпретации и визуализации результатов вычислений.

Сформулируем несколько актуальных задач и соответствующих результатов, полученных по обсуждаемой тематике.

– Моделирование ряда прямых и обратных задач динамики высоковязкой жидкости с приложениями в геодинамике. Моделирование тепловой конвекции в земных недрах (эволюция мантийных плюмов, погружение литосферных плит в земной коре и мантии). Моделирование образования осадочных бассейнов и их эволюция. Моделирование соляной тектоники и эволюции соляных диапиров.

– Моделирование течений вулканической лавы с брекчиями (частичками корки) и без них. Получены различные формы течений и пространственного распределения брекчий в зависимости от условий на поверхности рельефа, препятствий на пути течения лавы, сценариев падения брекчий и их размеров. Разработаны методы и алгоритмы решения обратных задач по определению характеристик потока лавы во всей модельной области по измерениям температуры и теплового потока на дневной (наблюдаемой) поверхности.

 

makarov avМакаров Алексей Викторович

д.т.н., заведующий Отделом материаловедения Института физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН. Область научных интересов – изучение структурных механизмов повышения износостойкости и упрочнения металлических сплавов за счет создания метастабильных и нанокристаллических состояний, разработка на этой основе эффективных способов термических, деформационных и комбинированных обработок, применение неразрушающих электромагнитных методов для аттестации износостойких и высокопрочных структур, для контроля износостойкости и механических свойств сталей и сплавов.

Современные лазерные, деформационные и комбинированные способы модифицирования поверхности металлических сплавов
Рассмотрено использование лазерного излучения в современных технологиях обработки поверхности металлических изделий (закалка, легирование, наплавка) и аддитивных технологиях получения изделий и покрытий. Предложен новый подход к получению теплостойких и износостойких хромоникелевых покрытий комбинированной лазерно-термической обработкой, включающей лазерную наплавку и высокотемпературный отжиг, формирующий в покрытии высокопрочный каркас из крупных карбидов и боридов. Представлены современные способы поверхностного деформационного наноструктурирования металлических сплавов. Особое внимание уделено применению наноструктурирующей фрикционной обработки скользящими инденторами для упрочнения, повышения теплостойкости и трибологических свойств сталей различных классов и лазерных наплавок. Предложен новый способ ультразвуковой ударно-фрикционной обработки. Рассмотрено формирование сжимающих напряжений в поверхностном слое перлитной стали при фрикционной обработке и ее влияние на стойкость поверхности в условиях циклического контактного нагружения. Показан высокий потенциал промышленного использования наноструктурирующей фрикционной обработки в современном машиностроительном производстве. Предложены комбинированные наноструктурирующие обработки (фрикционная обработка + отжиг) сталей с мартенситными и аустенитными структурами. Показана возможность за счет проведения предварительной наноструктурирующей фрикционной обработки активизировать насыщение аустенитной Cr-Ni стали азотом и углеродом при последующих низкотемпературных (при 350-400 °С) плазменных обработках. Продемонстрированы преимущества применения электромагнитного вихретокового метода для неразрушающего контроля поверхностно модифицированных металлических сплавов и покрытий.

 

lyubimova tpЛюбимова Татьяна Петровна

Д.ф.м.н., профессор, зав. лабораторией Вычислительной гидродинамики Института механики сплошных сред УрО РАН филиала Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН. Заслуженный деятель науки Российской Федерации. Член Рабочей группы Европейского космического агентства по диффузии в неметаллических смесях, в которую входят входят учёные Бельгии, Франции, Германии, Испании, России, Японии и Канады. Группа занимается реализацией проекта «DCMIX», в рамках которого осуществляются подготовка и проведение экспериментов на Международной космической станции по измерению коэффициентов диффузии и термодиффузии в трехкомпонентных смесях

Моделирование природных объектов
Лекция посвящена математическому моделированию гидродинамических режимов природных объектов. Обсуждаются методы и результаты моделирования процессов разбавления и переноса загрязняющих примесей в крупных водных объектах, гидродинамических процессов, происходящих при слиянии рек, процессов вымывания поллютантов из загрязненных водных объектов при прохождении паводков.

В настоящее время одним из наиболее распространенных подходов к утилизации избыточных рассолов калийной промышленности является их отведение в поверхностные водные объекты с целью обеспечения снижения содержания в них загрязняющих веществ до приемлемого уровня вследствие процессов разбавления. Большинство действующих методов разбавления основаны на оценке рассмотрении рассолов как сред с нейтральной плавучестью. Однако, поведение высокоминерализованных рассолов, характеризующихся повышенной плотностью, кардинально от отличается от поведения сред с нейтральной плавучестью, поэтому традиционные методы расчета процессов разбавления оказываются некорректными. В докладе обсуждается принципиально новый подход к описанию рассматриваемых процессов, основанный на построении гидродинамических моделей в полной трехмерной постановке в негидростатическом приближении.

Наблюдения показывают, что в некоторых случаях при слиянии рек имеет место очень интенсивное смешивание вод, а в других случаях воды сливающихся рек сохраняют свои свойства на протяжении десятков километров от места слияния. Математическое моделирование слияния рек с близкими свойствами вод в рамках полного трехмерного подхода в негидростатическом приближении показало, что причиной ослабления поперечного смешения может быть формирование вторичных вихрей в поперечном сечении. Трехмерное численное моделирование для случая сливающихся рек с сильно различающимися свойствами, находящимися в зоне подпора, показало формирование значительной вертикальной неоднородности плотности и крупномасштабного вихря солености и возникающей вследствие этого устойчивой слоистой структуры. Эти результаты имеют принципиальное значение для обеспечения устойчивого питьевого водоснабжения г. Перми, поскольку основной питьевой водозабор г. Перми расположен непосредственно ниже места слияния рек Чусовая и Сылва, характеризующихся значительно различающимися гидрохимическими характеристиками.

В настоящее время все более актуальным становится анализ возможных последствий от прохождения экстремально высоких паводков. Математическое моделирование с использованием принципиально нового, комбинированного подхода, сочетающего модели в одно- двух- и полном трехмерном негидростатическом приближении, показало, что расположенные в зоне затопления водных объектов пруды-отстойники, шламохранилища и загрязненные озера, совершенно безопасные при малых и средних расходах, при их попадании в зону затопления могут стать источником интенсивного загрязнения, существенно лимитирующим режим водопользования.

 

belyaev akБеляев Александр Константинович

Д.ф.м.н., профессор, Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург. Член Международного союза по теоретической и прикладной механике (IUTAM), член совета Европейского сообщества механиков (EUROMECH), иностранный член Австрийской Академии наук, почетный доктор Университета Иоганна Кеплера, г. Линц, Австрия

Динамика и устойчивость конструкций в высокочастотной области
Тема доклада инспирирована тем, что методы традиционной теории колебаний конструкций не могут быть автоматически распространены на сколь угодно высокие частоты. Проводится критический анализ с целью создания адекватных подходов к проблеме динамического состояния конструкций. Предлагается подход, содержащий высокочастотную предельную модель динамики деформируемого твердого тела и низкочастотную модель термодинамики. Для феноменологического описания динамики применимы как методы механики сплошной среды, так и термодинамики. Более того, одновременный учет механических и термодинамических свойств объектов является непременным условием адекватного моделирования.

Предлагаются два подхода. В рамках первого подхода из граничной задачи механики сплошной среды получена граничная задача высокочастотной динамики. Показано, что существует критическая частота, величина которой определяется плотностью спектра собственных частот и конструкционным демпфированием. На частотах выше критической конструкция проявляет свойства механической системы со сплошным спектром собственных частот. Дано сравнение свойств высоко- и низкочастотной вибрации и указаны три основные причины уменьшения амплитуды распространяющейся высокочастотной вибрации в конструкциях: резонансное взаимодействие элементов, дисперсионное рассеяние и нелинейное внутреннее трение. Гибридные методы позволяют комбинировать аналитические и численные методы динамики сплошных сред для описания локальной вибрации в подструктурах с методами высокочастотной динамики. На примере показано, как комбинировать метод конечных элементов для описания низкочастотной вибрации и предлагаемый метод для высокочастотной части спектра.

Второй подход сводится к выводу термодинамической модели, допускающий как дискретную, так и континуальную постановки. В рамках дискретного описания указано на прямую аналогию распространения тепла и высокочастотной вибрации. Обобщение дискретной схемы на континуальные системы позволяется получить граничную задачу вибропроводности. Будут приведены примеры решения задачи вибропроводности.

 

shelemba isШелемба Иван Сергеевич

Первый заместитель Генерального директора -Главный конструктор ООО «Инверсия-Сенсор». ООО "Инверсия-Сенсор" является одним из лидеров отрасли волоконно-оптических систем мониторинга в России.

Волоконно-оптические датчики и системы мониторинга
В лекции приводятся базовые физические принципы работы волоконно-оптических датчиков и систем мониторинга на их основе. Описывается история развития датчиков в РФ и мире. Рассматривается применение систем в различных отраслях промышленности, а также перспективы разработки новых типов датчиков и их применений.

 

 

 

Проект РФФИ № 18-31-00339 мол_а, рук. Мамыкин А.Д., исп. Лосев Г.Л.

На первом этапе проекта была проведена серия краткосрочных экспериментов длительностью от 1 до 10 часов. На втором этапе была проведена дополнительная модернизация установки, направленная на улучшение равномерности и стационарности граничных условий и проведена серия долговременных замеров длительностью от 1 до 7 дней. Число Релея варьировалось в диапазоне (5 – 25) * 10^6, а средняя температура в экспериментальной ячейке от 125 до 160 °С. Для восстановления картины течения применялись кросскорреляционный и спектральный виды анализа, а также вейвлет-преобразования. По полученным эволюциям температуры на установленных в конвективной ячейке 28 термопарах были обнаружены (впервые для жидких металлов) слошинг крупномасштабной циркуляции (КМЦ) – плоскопараллельное периодическое смещение плоскости КМЦ от оси цилиндра и торсионные колебания. Было показано, что период колебаний слошинга согласуется с периодом обращения КМЦ и зависит от числа Релея.

Долговременные замеры позволили обнаружить блуждание плоскости основной моды КМЦ с помощью разработанного алгоритма фильтрации экспериментальных данных. Процесс блуждания имеет непериодический характер и заключается в нерегулярных поворотах КМЦ как целого преимущественно на углы порядка 40 – 50° на временных масштабах от единиц до десятков минут, и, редко, на углы порядка 90° и даже на 180° на больших временных масштабах. Такие редкие события удалось зафиксировать на вейвлет-диаграммах в виде всплесков спектральной плотности энергии.
Результаты экспериментальных исследований были использованы для верификации численного счёта (LES-подход), а также прямого численного моделирования.

  • A.D. Mamykin, I. V. Kolesnichenko, A. M. Pavlinov and R. I. Khalilov Large scale circulation in turbulent Rayleigh-Benard convection of liquid sodium in cylindrical cell // Journal of Physics: Conf. Series. 2018. Vol. 1128. Pp. 012019. doi :10.1088/1742-6596/1128/1/012019
  • Мамыкин А. Д., Лосев Г. Л., Мандрыкин С. Д. Анализ мод крупномасштабной циркуляции жидкого натрия в эксперименте по турбулентной конвекции Релея-Бенара // Вестник Пермского университета. Физика. (статья принята в печать)

rffi 18 31 00339 мол а img2 1

Экспериментальная установка: проведённая на втором этапе модификация

На втором этапе была произведена дополнительная модернизация экспериментальной установки, цель которой состояла в улучшении стационарности и равномерности граничных условий.

rffi 18 31 00339 мол а img2 2  В первую очередь были установлены патронные нагреватели внутрь холодного теплообменника. В ходе длительных экспериментов были выявлены колебания средней температуры ХТО обусловленные разной уличной температурой в течение дня (охлаждение радиатора холодного теплообменника осуществляется продувом уличного воздуха). Установка дополнительных патронных нагревателей непосредственно внутрь объема с натрием и управление их нагревом устройством «Термодат 12к5» с ПИД регулированием позволили обеспечить стационарные граничные условия на границе конвективная ячейка – ХТО в течение долговременных замеров длительностью в несколько дней. 
 rffi 18 31 00339 мол а img2 3  Далее было принято решение заменить медные перегородки толщиной 1 мм разделяющие объемы конвективной ячейки и теплообменников на перегородки из нержавеющей стали толщиной 0.5 мм. Несмотря на то что теплопроводность меди (401 Вт/м·К) во много раз больше теплопроводности стали (16 Вт/м·К), тепловой контакт меди и натрия в эксперименте оказывается хуже из-за образования оксидной пленки на поверхности меди, а так же плохой смачиваемости меди натрием. Как было показано в ходе дополнительных экспериментов, при должной обработке и очистке поверхности нержавеющей стали можно обеспечить хороший электрический, а, следовательно, и тепловой контакт с жидким натрием. Новые пластины были тщательно отшлифованы до состояния «зеркала» (финишная шлифовальная бумага P1500) и залужены оловом.

Эксперимент, визуализация слошинга

rffi 18 31 00339 мол а img2 4

Пространственно временная карта температуры в трёх сечениях цилиндра.
Время осреднения – 1 секунда. Ra = 1.96·107
Позиции локальных максимумов и минимумов меняются периодически со временем с периодом около 0.1 Гц во всех сечениях согласованно. Это является доказательством наличия у КМЦ моды слошинга, когда её плоскость отклоняется периодически от центральной оси цилиндра.

  • A.D. Mamykin, I. V. Kolesnichenko, A. M. Pavlinov and R. I. Khalilov Large scale circulation in turbulent Rayleigh-Benard convection of liquid sodium in cylindrical cell // Journal of Physics: Conf. Series. 2018. Vol. 1128. Pp. 012019. 2019

 

Эксперимент, скорость КМЦ

rffi 18 31 00339 мол а img2 5

Термопары также использовались для измерения средней аксиальной компоненты скорости КМЦ в области между соседними термопарами. Эта скорость оценивается по положению максимума функции кросскорреляции, рассчитанной для каждой пары сигналов от соседних датчиков (маленькие графики на рис. слева). Дополнительные пики слева и справа от основного соответствуют колебаниям слошинга с периодом около 10 секунд. Чтобы охарактеризовать среднюю интенсивность КМЦ, вычислялась средняя скорость Ucc, усредненная по абсолютным значениям скоростей, измеренных в восьми тройках термопар A1-A3-A5, B1-B2-B3, C1-C2-C3, D1-D2-D3, E1-E3-E5, F1-F2-F3, G1-G2-G3 и H1-H2-H3.

На основном графике слева показан профиль относительной температуры в среднем сечении цилиндра.

 rffi 18 31 00339 мол а img2 6 Другими источниками информации для определения характерного времени осцилляции основной моды КМЦ (или другой моды, например, слошинга) является спектры мощности пульсаций температуры. В спектрах температурных сигналов со всех термопар внутри цилиндра наблюдаются выраженные пики. На рис. слева показаны спектры температурных колебаний термопары А3 для различных чисел Релея. Основные пики соответствуют частоте колебаний fp КМЦ, fp = U / X (U – усредненная по времени скорость движения потока, X - характерный размер).

 Эксперимент, характеристики КМЦ

rffi 18 31 00339 мол а img2 7 rffi 18 31 00339 мол а img2 8 rffi 18 31 00339 мол а img2 9
 

Частота ωp = 2πfp, нормированная на χ / D2, показана на рисунке сверху в зависимости от числа Рэлея. Линейная аппроксимация дает (ωp D2) / χ ~ Ra0.43 ± 0.01. Этот результат близок к зависимости (ωp D2) / χ = 0.47 Ra0.424, полученной Cioni et al. для ртути [*].

 Число Рейнольдса может быть рассчитано двумя способами: через функции кросскорреляции Recc = Ucc D / ν и через спектры Ref = X D fp / ν. Полагая сначала X = 4D, получим Ref = 4 D2 fp / ν. На рисунке сверху показана зависимость Ref и Recc от числа Грассгофа Gr = Ra / Pr. Зависимости имеют близкий наклон, но сдвинуты относительно друг друга.  Полагая теперь Ref = Recc, получим значение X. На рисунке сверху показана зависимость величины X / π D от числа Грассгофа.

Положение плоскости крупномасштабной циркуляции

rffi 18 31 00339 мол а img2 10

Вейвлет анализ мод крупномасштабной циркуляции

rffi 18 31 00339 мол а img2 11

Характерные частоты 0.082 Гц и 0.19 Гц.

Блуждание крупномасштабной циркуляции

rffi 18 31 00339 мол а img2 12

Эволюция КМЦ имеет сложную временную структуру: она как целое поворачивается вокруг главной оси цилиндра на различные углы. При этом данный процесс нельзя назвать прецессией из-за того, что, он носит непериодический характер. В зарубежной литературе такое поведение КМЦ называется «блужданием». Для изучения блуждания крупномасштабной циркуляции был разработан алгоритм обработки данных, позволяющий исключить из рассмотрения высокие моды и наблюдать только за основной.

Вейвлет анализ блуждания крупномасштабной циркуляции

rffi 18 31 00339 мол а img2 13  Для частотного анализа долговременных блужданий основной моды КМЦ был применён вейвлет анализ. Как и прежде, в качестве анализирующего вейвлета был выбран вейвлет Морле. Во всех рассмотренных режимах выраженных долгоживущих частот не наблюдается, что ещё раз свидетельствует о непериодическом характере колебаний плоскости основной моды КМЦ. Пики на вейвлет диаграммах позволяют локализовать во времени повороты КМЦ на большие углы (≥ 80°). Помимо сильно выраженных пиков на вейвлет диаграммах также присутствуют области повышенной спектральной плотности энергии свидетельствующие о наличии короткоживущих квазипериодических процессов (с плавающей частотой). С осторожностью можно назвать такие процессы прецессией плоскости основной моды КМЦ. Можно также отметить, что с ростом числа Релея спектральная энергия падает. 

Основные результаты

  • Обнаружены (впервые для жидких металлов) слошинг крупномасштабной циркуляции (КМЦ) – плоскопараллельное периодическое смещение плоскости КМЦ от оси цилиндра и торсионные колебания. Было показано, что период колебаний слошинга согласуется с периодом обращения КМЦ и зависит от числа Релея.
  • Долговременные замеры позволили обнаружить блуждание плоскости основной моды КМЦ с помощью разработанного алгоритма фильтрации экспериментальных данных. Процесс блуждания имеет непериодический характер и заключается в нерегулярных поворотах КМЦ как целого преимущественно на углы порядка 40 – 50° на временных масштабах от единиц до десятков минут, и, редко, на углы порядка 90° и даже на 180° на больших временных масштабах. Такие редкие события удалось зафиксировать на вейвлет-диаграммах в виде всплесков спектральной плотности энергии.
  • Разработаны методы анализа поведения мод крупномасштабной циркуляции (КМЦ).
  • Проведён сравнительный анализ эффективности различных методов определения плоскости КМЦ по параметрам точности и затрат машинного времени.
  • Найдены характерные частоты торсионной и слошинговой мод колебаний КМЦ.
  • Результаты экспериментальных исследований были использованы для верификации численного счёта (LES-подход), а также прямого численного моделирования.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-31-00339.
Ресурсозатратные расчеты выполнены на суперкомпьютере "Тритон" (ИМСС УрО РАН, г. Пермь).

Подкатегории

Здесь планируется размещать Веб-версии сборников статей