Аннотация результатов, полученных в 2023 году
(1). Разработана методика ударного контактного взаимодействия свободно падающего сферического индентора с ледяным диском, свободно опёртом на массивную плиту, отличающаяся тем, что непосредственно в процессе прямого удара регистрируют с достаточной частотой дискретизации мгновенное ускорение индентора и точек поверхности ледяного образца (включая сигналы акустической эмиссии в диапазоне до 20000 Гц), по результатам измерений которых определяют мгновенные осевые силы, напряжения, перемещение индентора, а также волновые колебания, которые возникают при ударе, с целью дальнейшего исследования динамических процессов во льду в миллисекундном временном интервале и их влияния на процесс упруго-пластического удара. (2). Получены обобщённые зависимости напряжений от приведённой мгновенной скорости в виде полукубической параболы, мгновенной осевой силы от времени, мгновенной силы от осадки (смещения полюса шара) и другие деформационные зависимости при пластическом ударе шарового индентора по ледяному диску, свободно опёртому на массивную деформируемую плиту. (3). Изготовлены объёмные образцы льда со структурой милонита, аналогичной структуре льда в промежуточном слое, и определены его реологические, прочностные и акустические характеристики на различных стадиях формирования. Физическое моделирование процесса формирования промежуточного слоя (воздействие периодических колебаний при сдвиге в условиях гидростатического сжатия) реализовано в сопле Лаваля. Показано, что свойства льда в промежуточном слое существенно отличаются от первоначальных свойств льда, причём изменяется также геометрия слоя и, соответственно, влияние на процесс удара. Из этого следует, что лабильность реологических и геометрических характеристик промежуточного слоя будет отражена в последующих исследованиях. (4). С учётом формирования в процессе удара промежуточного слоя и лабильности его геометрических и реологических свойств, предложены для минимизации расхождения расчётных результатов с экспериментальными следующие методические изменения. Во-первых, экспериментально определять индивидуальные упругие и реологические характеристики льда исходной структуры для каждого исследуемого образца (они остаются постоянными в процессе удара для упруго деформированной части ледяного диска). Во-вторых, параметры льда в промежуточном слое (пластическая и упруго-пластическая зона) задавать переменными в соответствии с экспериментально определёнными для каждой стадии пластических деформаций значениями. Соответственно, на основе импульсно-фазового метода и стандартных методов измерения плотности льда определяются индивидуальные параметры льда для упругой области деформирования. Мгновенные значения параметров в промежуточном слое находятся из экспериментальных зависимостей, например, полученных в сопле Лаваля. Применение индивидуальных, а не табличных значений льда повысит достоверность сопоставления расчётных результатов с экспериментальными. (5). Применены наконечники сложной формы, в виде обоюдоострого ножа и его разновидностей. Разработанное измерительное устройство использовано для исследований двойной периодичности прочностных характеристик моделированных ледяных полей (доклад Епифанова В.П. на XIII съезде по теоретической и прикладной механике. Санкт-Петербург, 2023 г.). (6). За отчётный период сеточно-характеристическим методом была решена задача численного моделирования низкоскоростного удара шаровым индентором по ледяному диску. Использовался ряд классических моделей: модель упругопластичности с критериями текучести фон Мизеса и Мизеса-Шлейхера, модель вязкоупругости Максвелла и упруговязкопластичности Кукуджанова. Были также разработаны модели упругости с полусферическим упругопластическим включением постоянного и переменного радиусов, а также идеализированная модель вдавливания с тремя зонами: гидростатическое ядро, упругопластическая и упругая области. На волновых картинах и в напряжениях Мизеса был получен ряд наблюдаемых в экспериментах эффектов. Сходные с наблюдаемыми на экспериментальных кривых осцилляции в графиках вертикальной проекции тензора напряжений от времени требуют дальнейшего исследования. (7). Предложен метод оценки влияния параметров моделей на результаты и сравнения численных результатов с экспериментальными на основе мгновенной скорости и координаты шара. Для анализа разработаны критерии отбора параметров, построены графики их зависимостей от параметров. С помощью выделенных аппроксимирующих кривых данных зависимостей были вычислены прогнозы параметров моделей, восстанавливающие результаты близко к экспериментальным. (8). Модернизирован исследовательский программный комплекс путём внедрения в него выбранных за отчётный период моделей. Использование расщепления по физическим процессам и по пространственным направлениям позволяет решать упругие, упруго-пластические и вязкоупругие задачи. Активное использование параллельных вычислительных алгоритмов в рамках технологий OpenMP и MPI позволило решать полноразмерные деформационные задачи.