Гидродинамика и теплообмен при фазовых превращениях в расплавах металлов и средах со сложной реологией, в том числе в термодинамических неравновесных системах (промежуточный, этап1)

В работе рассмотрены процессы кристаллизации и теромкапиллярного течения расплава; процессы, определяющие коррозионную и кавитационную стойкость; процедуры численного моделирования композитных материалов; физико-технические процессы при турбулентном обтекании толстого профиля с одной или несколькими вихревыми ячейками. Целями работы являются: 1) установление основных физических закономерностей, определяющих условия существования и динамики двухфазной твердо-жидкой зоны; 2) исследование взаимосвязи основных физико-химических процессов, определяющих эксплуатационную, коррозионную и кавитационную стойкость поверхностного слоя в зависимости от его состава, структуры материала и режима его нанесения; 3) исследование процедуры моделирования распространения хрупких трещин в композитных материалах численными методами; 4) математическое и физическое моделирование физико-технических процессов при турбулентном обтекании толстого профиля с одной или несколькими вихревыми ячейками для увеличения подъемной силы и повышения аэродинамического качества. Для достижения поставленных целей решаются следующие задачи: • обзор современного состояния научных вопросов; • выявление физических закономерностей между процессами, происходящими в расплаве в интервале температур солидус-ликвидус; • теоретические исследования на основе математического моделирования; • изучение способов повышения стойкости и улучшения эксплуатационных характеристик материалов с учетом их структурных, электрохимических и физико-механических свойств; • исследование способов нанесения защитных покрытий и их влияния на кавитационную и коррозионную стоикость; • сравнительный анализ процедур моделирования распространения хрупких трещин по точности полученных результатов, по их эффективности получения решения и трудоемкости реализации. • математическом и физическом моделировании течения для расчета характеристик в кольцевом зазоре. В ходе работы была предложена методика оценки морфологии фронта кристаллизации. На основе моделей процессов теплопереноса и кристаллизации. Также был представлен метод расчета двумерного поля скоростей в ванне расплава в процессе прямого лазерного выращивания и получена численная оценка скорости течения ванны расплава в зависимости от применяемого материала. В работе рассмотрены примеры кавитационной и коррозионной стойкости различных покрытий в зависимости от состава материала (высокоэнтропийные сплавы, сплавы на основе бронзы, марганцевой латуни и другие). Проведены исследования, направленные на изучение эксплуатационной, коррозионной и кавитационной стойкости различных материалов покрытий. Предложены способы, обеспечивающие повышение стойкости и улучшения эксплуатационных характеристик материалов. Рассмотрены различные способы нанесения этих покрытий и влияние способов нанесения на кавитационную и коррозионную стоикость. В результате представленных исследований была рассморена математическая модель кавитационной стойкости с учетом структурных, электрохимических и физико-механических свойств материалов. В работе рассмотрены современные возможности вычислительных процедур для решения задач строительной механики. Разработаны алгоритмы на основе нейросетевых моделей для редуцирования размерности задач применительно к оценке НДС композитных материалов. С использованием явных схем интегрирования уравнений движения решена задача определения аварийной нагрузки на палубные конструкции при падении вертолета, выполнена оценка допущений инженерных методов по оценки авариной прочности. Применительно к задачам механики разрушения исследованы процедуры моделирования распространения хрупких трещин в рамках численных методов, выполнен сравнительный анализ процедур по точности полученных результатов, по эффективности получения решения и по трудоемкости реализации. В рамках задачи определения ледовой нагрузки представлена математическая модель деформирования и разрушения льда в широком диапазоне внешних воздействий, основанная на методе сглаженных частиц Галёркина и современных подходах механики повреждаемых сред. Построена математическая модель течения для расчета характеристик течения в кольцевом зазоре между двумя коаксиальными неподвижными цилиндрами.