Pmech:Основные результаты
Программа фундаментальных исследований президиума РАН по механике
Главная страница > Результаты > ОсновныеОсновные результаты по итогам 2012 г.
Введение
Данные материалы представлены для включения в отчетный доклад по важнейшим достижениям по программам Президиума РАН в 2012 г., направляемый Президенту и Правительству Российской Федерации, а также для публикации на сайте РАН.
В ходе выполнения программы было получено много выдающихся результатов, и перед руководством программы стояла очень сложная задача выбора (количество результатов для представления строго ограничено). Поэтому в этом году было решено руководствоваться следующими критериями отбора.
- Возможность создания новых технологий и близость технической реализации.
- Результаты, подчеркивающие междисциплинарный характер программы.
- Приоритет в большей степени отдавался группам, чьи результаты не подавались в предыдущие годы (см. отчетные материалы).
Более подробный список важнейших результатов, полученных в ходе выполнения программы, представлен в избранных результатах.
Список результатов
Разработана математическая теория, позволяющая эффективно исследовать напряженно-деформированное состояние трехмерных блочных структур на различных масштабных уровнях: наноразмерных структур, произвольной формы фундаментных плит строительных конструкций, литосферных плит (Бабешко В.А., НИЦ КубГУ, Краснодар). Расщепление системы уравнений, описывающих подобные системы, позволило доступным для практических приложений методом исследовать граничные задачи и, в частности, выдвинуть теорию существования медленных сейсмических волн, объясняющих «дальнодействие» сейсмической напряженности в Земле (Рис.1). С применением этих результатов развивается теория локализации природных процессов в окрестностях неоднородностей, в том числе в механике деформируемого тела, связанная с проявлением «природных вирусов».
С использованием оригинальной экспериментальной установки доказана возможность управления размером синтезируемых наноалмазов и алмазоподобных частиц при гидродинамической кавитации посредством молекулярной структуры углеродсодержащей жидкости (Галимов Э.М., ГЕОХИ РАН, Москва). Как показали проведенные эксперименты, при вариации молекулярной структуры развиваемый метод позволяет получать наноалмазы различных размеров и с различными типами кристаллической решетки. В частности, с использованием толуола получены частицы наноалмаза размером 2-5 нм, что на порядок меньше размеров наночастиц, синтезируемых при кавитации в бензоле (20-30 нм). Представлены новые данные, свидетельствующие о том, что при кавитационном синтезе совместно с алмазной фазой возникает редкая ГЦК-форма углерода.
Разработана уникальная методика, позволяющая на основе анализа структуры изображения определить распределение перемещений на шероховатой поверхности трехмерного тела (спекл-интерферометрическая дилатометрия) (Гольдштейн Р.В., ИПМех РАН, Москва). Создана лабораторная установка (Рис.3), позволяющая одновременно анализировать изображение лицевой, обратной, и боковых сторон исследуемого тела, проведены измерения коэффициента температурного расширения модельного образца, получен патент на изобретение. В сравнении с существующими методами, обеспечивающими дилатометрические измерения одновременно не более чем в двух точках поверхности объекта, предложенная разработка обеспечивает получение существенно большего объёма дилатометрической информации при сохранении достаточного уровня точности измерений.
Для целей автоматизации медицинской диагностики разработан экспериментально-расчетный метод определения механических характеристик биологических тканей (Горячева И.Г., ИПМех РАН, Институт механики МГУ, Москва). Метод основан на индентировании в мягкую биологическую ткань головки механорецептора, представляющей собой полую прозрачную силиконовую полусферу. Измерение зависимости площади контакта от нормальной контактной нагрузки в процессе нагружения и моделирование контактного взаимодействия с использованием метода конечных элементов позволяют с высокой степенью надежности получить упругие характеристики исследуемой биологической ткани. Метод успешно использован для определения модуля Юнга ряда биологических образцов, моделирующих здоровые ткани и ткани с патологиями различного рода (свежая свиная печень, вареная печень, печень с подповерхностным включением).
Разработана теория, позволяющая корректно описать контролируемый разогрев и движение ферромагнитных частиц в вязкоупругой среде, с приложением к медицинской гипертермии и нанохирургии для лечения новообразований (Матвеенко В.П., ИМСС УрО РАН, Пермь). Поскольку резистентность злокачественных клеток к нагреву ниже, чем у здоровых, магнитоиндукционная гипертермия частиц, впрыснутых в живую ткань и вовлеченных внешним полем в интенсивное движение, позволяет избирательно уничтожать именно «плохие» клетки. Кроме того, приведение в движение ферромагнитных частиц используется для прямого разрушения внутриклеточных структур (магнитная нанохирургия), таким образом, «вредные» клетки удается уничтожать практически без нагревания.
Создан реактор с вольфрамовой спиралью, позволяющий синтезировать алмазоподобные и алмазные пленки из смеси водорода (99%) с метаном (1%) при температуре спирали 21000С и температуре подложки 8000С (Ребров А.К., ИТ им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск). Данные измерений свидетельствуют о получении лонсдейлита (гексагональный алмаз), что сделано впервые в мире при низком давлении в лабораторных условиях. До настоящего времени данный минерал находили только в метеоритных кратерах или получали в виде композита алмаз–лонсдейлит при сверхвысоких давлениях (2-15 ГПа). В данных же экспериментах при низком давлении (20 мм рт.ст.) могут быть получены тетрагональные структуры (алмаз) или пучки призм гексагонального сечения (лонсдейлит) длиной порядка 1 мкм с характерным размером поперечного сечения 50 – 100 нм (Рис.5).
