Численное моделирование физико-механических процессов взаимодействия защитных композитных преград и многофакторных внешних воздействий

• Автор: Земсков, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Введение
Глава 1. Общая методика осреднения уравнений электромагнитоупругости
1) Осреднение уравнений вязкоупругости (в декартовых координатах)
2) Осреднение уравнений электродинамики (в декартовых координатах)
3) Пьезоэлектрики
Глава 2. Механические волны в слоистых средах
1) Модель ппоскослоистого вязкоупругого защитного экрана
Механические волны в неограниченных средах
Прохождение механической волны через толстый вязкоупругий слой
2) Модель криволинейного защитного экрана выполненного из упругого композитного материала
Глава 3. Моделирование экранов для защиты от волновых и импульсных электромагнитных воздействий
1) Прохождение электромагнитных волн через неоднородный непроводящий спой
2) Модель цилиндрического защитного экрана
3) Модель сферического защитного экрана
4) Плоские экраны
Среды с быстро изменяющимися свойствами (линейный вариант)
Среды, с медленно изменяющимися свойствами
Среды, с медленно изменяющимися свойствами
Среды, с быстро изменяющимися свойствами (нелинейный вариант)
Глава 4. Приложение метода малого параметра к моделированию экранов для защиты от жестких излучений
1) Модели плоско - слоистых экранов для защиты от медленных нейтронов
2) Общая задача распространения медленных нейтронов в одномерно
стратифицированных средах
3) Распространение медленных нейтронов в трехмерно стратифицированных средах.

4) Модель переноса нейтронов в ядерномреакторе и прохождение у- квантов через
композитный материал
Выводы по работе
Литература

Введение
В связи с бурным развитием науки и техники, созданием современных систем и излучений человек все больше и больше подвергается вредным механическим воздействиям (шумы, вибрация и т. п.) и электромагнитным излучениям (низкочастотные и высокочастотные радиоволны, радиоактивное излучение и т. п.). В зависимости от характера воздействия на объект, электромагнитные излучения могут быть ионизирующими и неионизирующими. К ионизирующим излучениям относится рентгеновское излучение, которое широко используется в медицине, к неионизирующим - электромагнитное поле сверхнизкой и низкой частоты. Ионизирующее излучение, воздействуя на объект, в частности на клетки человека, вызывает их повреждение за счет образования ионов. Электромагнитные излучения низкой частоты не обладают способностью вызвать ионизацию, а, соответственно, мутацию. Их действие на живую клетку не в полной мере изучено, однако известно, что они за относительно короткий срок воздействия (10-15 лет) не приводят к возникновению злокачественных опухолей. Существует огромное количество исследований электромагнитного поля низкой частоты, одни из которых доказывают, что этот вид излучения вреден для здоровья, а другие - наоборот, но все сходятся на мнении, что рекомендуется уменьшить или свести к минимуму встречу с этим излучением.
В последние годы развитие наукоемких производственных технологий предопределило разработку значительного количества уникальных по своим физико - механических характеристикам конструкционных материалов, в частности синерго - композиционных материалов, позволяющих создавать эффективные средства защиты от перечисленных многофакторных внешних воздействий. Это специальные структурно - неоднородные слоистые преграды, защитные экраны, другие конструкции и изделия специального назначения.
В этой связи чрезвычайно актуальной представляется разработка методов и средств математического моделирования, расчета и создания структурно -
неоднородных сред и материалов с наперед заданными физико -механическими свойствами, исследование моделей синергетически - активных вязкоупругих сред с различными характеристиками и зависимостями как линейными, так и нелинейными в уравнениях состояния среды. Для исследования процессов прохождения и отражения электромагнитных волн через вязкоупругие структурно - неоднородные слоистые материалы рассматриваются тензорные уравнения электромагнитного поля. Решение уравнений Максвелла строятся с помощью асимптотического метода осреднения, в котором вводится малый параметр е, зависящий от неоднородности материала. Наличие большого числа слоев в материале делает малоэффективным построение решения с помощью разностных методов применяемых к исходным уравнениям. В связи с этим в работе используется модифицированный метод осреднения с элементами операторного исчисления. Получающиеся асимптотические разложения существенно проще исходных уравнений. Кроме того, число членов асимптотического ряда необходимых для получения требуемой точности отражения процессов поведения материала, во внешнем поле регулируется наличием соответствующих степеней малого параметра.
Так как композиты - это неоднородные материалы, их характеристики существенно зависят от пространственных координат. С точки зрения построения математической модели термоэлектромагнитомеханических процессов в этих материалах это означает, что коэффициенты в уравнениях, описывающих вышеназванные модели, будут переменными. Здесь возможно несколько случаев.
Первый случай - свойства среды изменяются относительно слабо. Для приближенных решений подобных уравнений могут быть успешно использованы метод возмущения и метод осреднения [16, 24, 25, 74, 87].
Если свойства материалов изменяются существенно на конечном протяжении, то соответствующие уравнения могут быть проинтегрированы численно [13, 15, 45, 46, 104].
рис. 2.2 Зависимость 1т(къ{в,со,А,а,0)о,о%{в)) от А при фиксированных в,со,а,р

Параметры упругой среды: коэффициенты Ламе Л.0=3*Ю //0=5*Ю6;
плотность р0 =1
Параметры вязкой среды [54]:
1 -й слой - а, = 0.25 ,Д = 0.0005 2-й слой - а2 = 0.075 , Д = 0.0
Характеристики падающей волны: угол падения в = , частота со =