| |
на некоторых поветях. На поверхности разрыва с двух её сторон параметры среды
должны быть связаны определенными условиями (см. Контактная поверхность,
Разрывы гидродинамические, Тангенциальные разрывы). Эти условия, как и краевые
условия, также получаются на основе использования законов сохранения массы,
импульса, энергии и — в соответствующих случаях — законов электродинамики,
физической химии и т. д.
Первые математические модели М. с. с. возникли ещё в XVIII в. Это — модель
идеальной жидкости в гидродинамике и модель идеально упругого тела в механике
твёрдых деформируемых тел. Позднее, в начале XIX в., в гидродинамике появилась
модель несжимаемой вязкой жидкости — ньютоновская жидкость (см. Ньютона теория
обтекания). Методы решения задач механики с использованием этих классических
моделей М. с. с. достигли высокой степени совершенства и позволяют получать
значительные результаты при изучении явлений природы и в технических
приложениях. Так, теория упругости (механика идеально упругого тела) является и
сейчас основой расчёта многих машин и сооружений. Механика идеальной и
ньютоновской жидкостей служит основой многих расчётных методов в проблемах
аэродинамики к авиастроения, судостроения, гидроэнергетики и др.
Однако поведение многих материалов в реальных условиях не описывается
закономерностями, лежащими в основе классических моделей М. с. с. (см.,
например, статью Реального газа эффекты). В связи с этим классические модели
механики идеальной и ньютоновской жидкостей потребовали развития на случаи,
когда существенными являются сжимаемость среды, явления теплопроводности и
диффузии, выделение теплоты вследствие химических реакций, перенос излучения
и др. (см., например, Кинетика физико-химическая, Переноса явления), что
привело к появлению новых моделей. Развитие этих моделей механики идеальной и
вязкой жидкости стимулировалось задачами авиационной, ракетной и космической
техники, энергетики, химической технологии, двигателестроения, лазерной техники
и др. и привело к выделению самостоятельных областей механики жидкости и газа,
таких, как газовая динамика, теория тепломассообмена в движущихся средах,
теория горения газов, радиационная газодинамика и др.
Проблемы астрофизики, термоядерного синтеза, создания магнитогидродинамических
генераторов, технологических процессов с использованием жидких металлов и
другое стимулировали развитие моделей механики жидкости и газа, учитывающих
электромагнитные и гравитационные взаимодействия среды и поля, и привели к
обособлению таких областей механики жидкости и газа, как теория
низкотемпературной и высокотемпературной плазмы, магнитогидродинамика,
электрогидродинамика (см., например, Электромагнитные явления), механика
магнитных жидкостей и др. В механике деформируемого твёрдого тела разработаны и
широко используются модели пластического тела, учитывающие возникновение
остаточных (не исчезающих после снятия нагрузки) деформаций в теле,
подверженном достаточно большим нагрузкам, и модели, учитывающие ползучесть тел,
то есть нарастание деформаций со временем при неизменных внешних нагрузках.
Продолжающееся развитие этих моделей вызывается потребностями машиностроения (в
том числе авиастроения) и строительства в связи с увеличением напряжённости
конструкций и, следовательно, ростом требовании к их прочности как при обычных,
так и при повышенных температурах (см. Тепловая прочность). Так возникли
области механики твёрдого деформируемого тела: теория пластичности, теория
ползучести, теория вязкоупругости и вязкопластичности, теория деформирования
композиционных материалов и др. Одна из серьёзных проблем механики твёрдого
деформируемого тела — создание моделей СС и схем явлений, позволяющих
предсказывать разрушение конструкций. Эта задача всё ещё не имеет
удовлетворительного решения. На пути её разрешения развиваются теории хрупкого
разрушения (см. Механика разрушения), усталости, старения материалов и др.
В классических моделях М. с. с., а также и во многих современных моделях
рассматриваются однородные среды. Однако многие среды являются макроскопически
неоднородными (гетерогенными) и в некоторых из них необходимо учитывать
относительное движение элементов среды. В таких случаях в М. с. с. вводятся
модели взаимопроникающих сплошных сред. В этих моделях один и тот же объём
пространства считается заполненным двумя или более СС, каждая из которых имеет
свою плотность и свои значения определяющих параметров. Между заполняющими
пространство средами существуют различные виды взаимодействия — механическое,
тепловое и др. Примерами гетерогенных сред могут служить всевозможные смеси
твёрдых, жидких и газообразных частиц; суспензии твёрдых частиц в жидкостях,
эмульсии, водонасыщенные грунты, смеси порошкообразных материалов различной
структуры (например, Порошковые материалы), композиционные материалы и т. п.
Одна из основных проблем М. с. с. состоит в адекватном приведении механических
задач к задачам математическим. Так как во многих даже относительно простых
случаях математические задачи М. с. с. оказываются неразрешимыми имеющимися
математическими средствами, то к М. с. с. относят и исследования, связанные с
разработкой математических методов решения задач М. с. с. Эти исследования, с
одной стороны, состоят в возможном видоизменении и упрощении самих систем
определяющих уравнений к постановок задач для них, а с другой — в разработке
новых математических методов и алгоритмов решения сформулированных задач.
Задачи М. с. с. во многих случаях связаны с большим объёмом вычислений. Поэтому
в М. с. с. всегда использовались наиболее совершенные вычислительные методы и
вычислительная техника. Наряду с теорией атомных реакторов М. с. с. была первым
крупным пользователем ЭВМ и продолжает оказывать сильное влияние на развитие
современных вычислительных методов и вычислительной техники.
Одним из наиболее эффективных общих методов построения новых моделей СС,
неоднократно использовавшимся и ранее, является вариационный метод. При помощи
|
|