Расчётные и экспериментальные исследования динамических воздействий на искусственные и естественные ледяные образования

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-21-00384

НазваниеРасчётные и экспериментальные исследования динамических воздействий на искусственные и естественные ледяные образования

Руководитель Епифанов Виктор Павлович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук , г Москва

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-218 - Математическое моделирование физических явлений

Ключевые слова математическое моделирование, численные методы, нагружение льда

Код ГРНТИ27.41.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках настоящего проекта будут проведены расчётные и экспериментальные исследования медленного удара жёсткого шара по ледяной пластине и вызванных этим ударом поверхностных и пространственных изменений структуры льда. Основное внимание будет уделено формированию вторичной структуры и текстуры льда, включая зависимости упругих свойств от координат, влиянию термического эффекта на его реологию (упругая, упругопластическая, вязкоупругопластическая), а также выявлению особых точек на деформационной кривой, связанных с формированием трещин. Для построения высокоточного численного решения задачи будет использован сеточно-характеристический метод и различные математические модели вязкости и пластичности. Переход от статического к квазидинамическому сжатию льда будет исследован с помощью физических методов (акустического, микроскопического и акустико-механического). Зависимость предельных напряжений от скорости деформации и соответствующие изменения структуры и текстуры образцов льда будут получены с учётом бокового стеснения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Член-корреспондент РАН И. Б. Петров,*, Е. К. Гусева,**, В. И. Голубев,***, В. П. Епифанов**** ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИИ ЛЬДА НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕДЛЕННОГО УДАРА Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, том 514 (год публикации - 2024)

2. Епифанов В.П., Гусева Е.К., Шигаев Н.О. PHYSICAL AND NUMERICAL MODELING OF NONELASTIC DEFORMATIONS DURING AN IMPACT OF SPHERICAL INDENTER ON ICE DISC Springer (год публикации - 2024)

3. В.И. Голубев, В.П. Епифанов, Е.К. Гусева, И.Б. Петров, В. Халид ЧИСЛЕННЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИИ ЛЬДА ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ П 546 Полярная механика Нижний Новгород. 2023. НГТУ им. Р.Е. Алексеева, УДК 629+624+517+519.6+551 ББК 22,16+22,25+26,22+38+39 П 546 Полярная механика: сб. докл. VI Всерос. научно-практич. конференции с международн участием; Нижний Новгород, 2023. 175 с. (год публикации - 2023)
10.46960/polmech_2023_41

4. ЕПИФАНОВ В.П., ЛЫЧЁВ С.А. ПЕРИОДИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ В ЛЕДЯНЫХ ПОЛЯХ Политех-Пресс, XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике: сборник тезисов докладов т. 3, Санкт-Петербург. с. 870-872. (год публикации - 2023)
10.18720/SPBPU/2/id23-629

5. Гусева Е.К., Голубев В.И., Епифанов В.П., Петров И.Б. Application of elastoplastic model to the simulation of the low-speed impact on an ice plate (год публикации - 2024)

6. Гусева Е.К., Голубев В.И., Епифанов В.П., Петров И.Б. Application of elastoplastic model to the simulation of the low-speed impact on an ice plate Communications in Computer and Information Science (год публикации - 2024)

7. Гусева Е. К., Голубев В. И., Епифанов В. П., Петров И. Б. Составная упругопластическая модель с гидростатическим ядром и трещинообразованием для локализации нелинейных деформаций во льду при медленном ударе СИБИРСКИЙ ЖУРНАЛ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ, Т. 28 (год публикации - 2025)

8. Шигаев Н.О., Беклемышева К.А. Numerical Modeling of Water Ice Impact Destruction Balandin, D., Barkalov, K., Meyerov, I. (eds) Mathematical Modeling and Supercomputer Technologies. MMST 2023. Communications in Computer and Information Science. , V. 1914. Springer, Cham, 2024. DOI 10.1007/978-3-031-52470-7_20 (год публикации - 2024)
10.1007/978-3-031-52470-7_20

9. Гусева Е. К., Голубев В. И., Епифанов В. П., Петров И. Б. Составная упругопластическая модель льда с разрушением для расчета процесса низкоскоростного ударного воздействия Марчуковские научные чтения 2024 : Тезисы Междунар. конф., 7–11 октября 2024 г. / Ин-т вычислит. математики и матем. геофизики СО РАН, С. 78 (год публикации - 2024)

10. Guseva E.K., Golubev V.I., Epifanov V.P., Petrov I.B. Elastoplastic ice model with the dynamic destruction for the simulation of nonlinear processes during the low-speed impact Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics (год публикации - 2025)

11. Гусева Е. К., Голубев В. И., Епифанов В. П., Петров И. Б. Изучение реологических моделей льда на основе численного моделирования низкоскоростного удара шаровым индентором Прикладная механика и техническая физика, Т. 65, № 6 (год публикации - 2024)
10.15372/PMTF202315382

12. Гусева Е. К., Голубев В. И., Епифанов В. П., Петров И. Б. Elastoplastic model with destruction for simulation of low-speed impact on an ice plate Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах : Сборник материалов 9-ой Международной научной конференции - школа молодых ученых, 18–20 октября 2023 года, 2023., P. 32-35 (год публикации - 2023)

13. Гусева Е. К., Голубев В. И., Епифанов В. П., Петров И. Б. Comparison of different models for simulation of ice destroyed zones during the low-speed impact Balandin, D., Barkalov, K., Meyerov, I. (eds) Mathematical Modeling and Supercomputer Technologies. MMST 2024. Communications in Computer and Information Science (год публикации - 2025)

14. Халид В., Голубев В.И., Гусева Е.К. Numerical Investigation of the Steel Ball-Ice Plate Low-Speed Collision РАДИОЭЛЕКТРОНИКА. НАНОСИСТЕМЫ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, V. 16(2). P. 291-296e. (год публикации - 2024)
10.17725/j.rensit.2024.16.291

15. Гусева Е. К., Голубев В. И., Епифанов В. П., Петров И. Б. Упругопластическая модель льда с динамическим разрушением для описания тонкой структуры льда Материалы докладов Всероссийской конференции «Математическое моделирование в механике», посвящённой 50-летию ИВМ СО РАН. – Красноярск : ИВМ СО РАН, 2024. , С. 51-54 (год публикации - 2024)

16. Гусева Е. К., Епифанов В. П., Шигаев Н. О. Физическое и численное моделирование неупругих деформаций при ударе по ледяному диску сферическим индентором Процессы в геосредах, № 1(39). С. 2345-2350. (год публикации - 2024)

17. Епифанов В. П., Гусева Е. К. Вынужденные колебания ледяных дисков при ударе Многофазные системы, Т. 18, № 3. С. 111-112. (год публикации - 2023)
10.21662/mfs2023.3.023

18. Гусева Е. К., Епифанов В. П. Локализация нелинейных процессов во льду при медленном ударе: составная упругопластическая модель Физическое и математическое моделирование геосредах: Десятая международная научная молодых ученых; 23-25 октября 2024 г., Москва: Материалы конференции. – М.: ИПМех РАН, 2024 , С. 80-82 (год публикации - 2024)

19. Гусева Е. К., Епифанов В. П. Упругопластическая модель для описания процесса разрушения льда при низкоскоростном неупругом ударе Процессы в геосредах (год публикации - 2025)

20. Гусева Е. К., Епифанов В. П., Голубев В. И. Численное моделирование разрушения льда в процессе низкоскоростного удара шаровым индентором Материалы 66-й Всероссийской научной конференции МФТИ: Прикладная математика и информатика., С. 94-96 (год публикации - 2024)

21. Епифанов В.П., Гусева Е.К. Волновой метаморфизм пресноводного льда, происходящий при медленном ударе Волны и вихри в сложных средах: 15-ая международная конференция – школа молодых ученых; 19 – 22 ноября 2024 г., Москва: Сборник материалов школы., с. 88-91 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Исследована эволюция структуры льда и влияние вторичной структуры на его реологические и прочностные свойства. Вторичная структура и текстура льда создаются под действием нелинейных волн, которые формируются в результате взаимодействия «ослабленной ударной волны» и когерентных волн. При этом изменяется частота, форма и амплитуда этих волн. Особенностью когерентного излучения является его частотный спектр, допускающий возможность резонансного разрушения кристаллов льда. Результат воздействия нелинейных волн на структуру льда и его реологические характеристики проявляется в формировании вторичной периодичности (пространственная когерентность), например, в виде спиральных трещин и геликоидальной струи льда. 2. Установлена количественная корреляция акустических характеристик с эффективным размером деформационных дефектов. Исследована кинетика их накопления. Для этого в практически непрерывном спектре сигналов акустической эмиссии в диапазоне от 5 Гц до 25 кГц выделены максимумы, которые соответствуют подвижным элементам структуры льда По экспериментально измеренным резонансным частотам и известной жёсткости связей рассчитан эффективный размер источника излучения. С помощью скоростной съёмки регистрировали процесс трещинообразования. 3. Выполнены серийные расчёты неупругого прямого удара с использованием усовершенствованных моделей с включениями, геометрия и реологические характеристики которых изменяются в процессе удара, с учётом трещинообразования. Оценено влияние параметров моделей на результаты, выполнено сравнение с экспериментом. Проведён анализ рассчитанных волновых картин и полей напряжений. 4. Подтверждена волновая природа деформирования и разрушения льда при неупругом ударе. Воспроизведены экспериментально наблюдаемые текстурные изменения льда, включая образование конических, медианных и откольных трещин. Впервые применительно ко льду показано взаимодействие ударной и когерентных волн, их влияние на реологические свойства льда за счёт формирования нелинейных волн.

Публикации