On the wave dynamics in damaged shells interacting with the volume of the cavitating liquid


Cite item

Full Text

Abstract

We study the details of shock front propagation in the system of deformable medium (shells) with damages and two-phase liquid with gas or steam bubbles. We develop the models for the nonlinear processes of media interacting taking into account the phase transformations in liquid and the damaging kinetics of deformable medium. The destruction of deformable medium is considered as the evolution of microdamages or spherical pores, taking as the gas bubbles similarly with the cavitating liquid. The aggregation of the bubbles at the viscoplastic flow cases the macrofracture forming. We formulate the nonlinear boundary value problem of the multiphase medium dynamics, that includes the equations of the phase interaction and phase transformations. The solution of the problem is based on the decomposition method (an expansion in the processes), finite difference method and finite element method. The results presented are of interest for the practical applications.

About the authors

Vladimir A Petushkov

A. A. Blagonravov Mechanical Engineering Institute RAS

Email: pva_imash@bk.ru
(Dr. Phys. & Math. Sci.; pvaimash@bk.ru), Professor, Lab. of Mathematics Modeling 4, M. Khariton'evskii per., Moscow, 101990, Russian Federation

References

  1. Raabe D. Computational materials science: the simulation of materials, microstructures and properties. Weinheim, New York, etc.: Wiley-VCH, 1998, xxii+379 pp. doi: 10.1002/ 3527601945.
  2. Hammitt F. G. Cavitation and multiphase flow phenomena. New York: McGraw-Hill, 1980. 423 pp.
  3. Bubble Dynamics and Shock Waves / Shock Wave Science and Technology Reference Library. vol. 8 / ed. Can. F. Delale. Berlin, Heidelberg: Springer, 2013, 392 pp. doi: 10.1007/ 978-3-642-34297-4.
  4. Кедринский В. К., Вшивков В. А., Дудникова Г. И., Шокин Ю. И. Усиление ударных волн при столкновении и фокусировке в пузырьковых средах // Докл. РАН, 1998. Т. 361, № 1. С. 41-44.
  5. Layes G., Jourdan G., Houas L. Experimental investigation of the shock wave interaction with a spherical gas inhomogeneity // Phys. Fluids, 2005. vol. 17, no. 2, 028103. doi: 10. 1063/1.1847111.
  6. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. Т. 1 (464 c.); 2 (360 c.). М.: Наука, 1987.
  7. Stavart H. B., Wendroff B. Two-phase flow: Models and methods // J. Comput. Physics, 1984. vol. 56, no. 3. pp. 363-409. doi: 10.1016/0021-9991(84)90103-7.
  8. Петушков В. А. Численные исследования нелинейных волновых процессов в жидкости и деформируемом теле при высокоскоростном ударном взаимодействии // ПМТФ, 1991. № 2. С. 134-143.
  9. Петушков B. А. Межфазовые взаимодействия в парожидкостной среде в переходных режимах течения // Изв. РАН. МЖГ, 2005. № 3. С. 88-102.
  10. Petushkov V. A. Numerical simulation of high-velocity dynamics of the nonlinear deformation and failure of damaged medium // Mathematical Models and Computer Simulations, 2010. vol. 2, no. 1. pp. 76-89. doi: 10.1134/s2070048210010084.
  11. Петушков В. А., Мельситов А. Н. Взаимодействие деформируемых сред с двухфазной газожидкостной средой при высокоскоростном ударном нагружении // Матем. моделирование, 1998. Т. 10, № 11. С. 3-18.
  12. Петушков В. А., Мельситов А. Н. Об импульсной динамике повреждаемых оболочек, взаимодействующих с двухфазной жидкостью // ПМТФ, 2006. Т. 47, № 1. С. 139-152.
  13. G. I. Marchuk Splitting and alternating direction methods / Handbook of Numerical Analysis. vol. 1; eds. Ph. G. Ciarlet, J. L. Lions. Amsterdam: North Holland, 1990. pp. 197-462. doi: 10.1016/s1570-8659(05)80035-3.
  14. Галиев Ш. У., Бабич Ю. Н., Жураховский С. В. и др. Численное моделирование волновых процессов в ограниченных средах. Киев: Наукова думка, 1989. 200 с.
  15. Lauterborn W., Kurz T., Mettin R., Ohl C. D. Experimental and theoretical bubble dynamics / Advances in Chemical Physics. vol. 110; eds. I. Prigogine, Stuart A. Rice. New York: John Wiley and Sons, Inc., 1999. pp. 295-380. doi: 10.1002/9780470141694.ch5.
  16. Jayaprakash A., Singh S., Chahine G. Experimental and Numerical Investigation of Single Bubble Dynamics in a Two-Phase Bubbly Medium // J. Fluids Eng., 2011. vol. 133, no. 13, 121305. 9 pp. doi: 10.1115/1.4005424.
  17. Raju R., Singh S., Hsiao C.-T., Chahine G. Study of strong pressure wave propagation in a two-phase bubbly mixture // J. Fluids Eng., 2011. vol. 133, no. 12, 121302. 12 pp. doi: 10. 1115/1.4005263.
  18. Florschuetz L. W., Chao B. T. On the mechanics of vapor bubble collapse // J. Heat Transfer, 1965. vol. 87, no. 2. pp. 209-220. doi: 10.1115/1.3689075.
  19. Ishii M. Wave phenomena and two-phase flow instabilities / Handbook of Multiphase Systems; ed. G. Hetsroni; Chapter 2. Washington: Hemisphere, 1982. pp. 95-136.
  20. Петушков В. А., Надарейшвили А. И. Нелинейные процессы деформирования и разрушения объемных тел при соударении // Матем. моделирование, 2004. Т. 16, № 11. С. 33-46.
  21. Петушков В. А. Вязкопластическое течение и локализация деформаций в повреждаемой среде при ударных воздействиях // Журн. СФУ. Сер. Матем. и физ., 2009. Т. 2, № 3. С. 336-351.
  22. Ривкин С. Л., Александров А. А., Кременевская Е. А. Термодинамические производные для воды и водяного пара. М.: Энергия, 1977. 235 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2016 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).