Руководитель лаборатории: д.ф.-м.н., профессор Хабиров Салават Валеевич

Труды Хабирова С.В.

Основные направления исследований

• Симметрийный анализ дифференциальных уравнений механики.
• Нахождение точных решений и их классификация на основе групповых свойств.
• Описание пространственных движений по точным решениям и выявление особенностей.
• Приближенные решения краевых задач.

Основные достижения

• Классификация интегрируемых по Дарбу нелинейных гиперболических уравнений (А. В. Жибер).
• Классификация дифференциальных подстановок и их продолжений для эволюционных уравнений (С. В. Хабиров).
• Симметрийный анализ инвариантных подмоделей газовой динамики (С. В. Хабиров).
• Метод классификации дифференциально инвариантных подмоделей (С. В. Хабиров).
• Асимптотика схождения детонационной волны по теплопроводному газу (С. В. Хабиров).
• Симметрийный анализ термовязкой жидкости (С. В. Хабиров).

Задачи в настоящее время

• Интерпретация симметрийных решений уравнений газовой динамики и термовязкой жидкости.
• Симметрийный анализ уравнений многофазной фильтрации.
• Анализ на относительную устойчивость точных решений уравнений гидродинамики.
• Классификация дифференциально инвариантных подмоделей механики сплошной среды.

Основные публикации

1. Хабиров С. В. К анализу инвариантных подмоделей ранга три уравнений газовой динамики. // Доклады РАН. Т. 341, № 6. 1995. С. 764-766.
2. Хабиров С. В. Продолжение дифференциальных подстановок. // Известия РАН. Серия математическая. Т. 58, № 2. 1994. С. 206-217.
3. Хабиров С. В. Аналитические методы в газовой динамике. Уфа: Гилем, 2003. 192 с.
4. Хабиров С. В. Классификация дифференциально инвариантных подмоделей. // Сиб. мат. журнал. Т. 45, № 3. 2004. С. 682-701
5. Хабиров С. В. Задача Гурса о непрерывном сопряжении радиальных прямолинейных движений газа // Матем. заметки. Т. 79, вып. 4. 2006. С. 601–606.
6. Хабиров С. В. Автомодельное схождение ударной волны по теплопроводному газу // Прикладная математика и механика. Т. 73, вып. 5. 2009. С. 731–740.
7. Чиркунов Ю.А., Хабиров С. В.  Элементы симметрийного анализа дифференциальных уравнений механики сплошной среды монография. Изд-во НГТУ, Новосибирск, 2012 , 659 с.
8. Хабиров С. В. Иерархия подмоделей дифференциальных уравнений // Сиб. матем. журн. Т. 54, вып. 6. 2013. С. 1396–1406.
9. Хабиров С. В. Плоские изотермические движения идеального газа без расширений // Прикладная математика и механика. Т. 78, вып. 3. 2014. С. 411–424.  
10. Хабиров С. В. Оптимальные системы суммы двух идеалов, допускаемых уравнениями гидродинамического типа // Уфимск. матем. журн. Т. 6, вып. 2. 2014. С. 99–103.
11. Мукминов Т. Ф., Хабиров С. В. Граф вложенных подалгебр 11-мерной алгебры симметрий сплошной среды // Сиб. электрон. матем. изв. Т. 16. 2019. С. 121–143. DOI: https://doi.org/10.33048/semi.2019.16.006
12. S.V. Khabirov, S.S. Khabirov. Self-similar Elastic Condition of Filtration Through the Moving Boundary // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2019. V. 40, No. 11. Pp. 1950–1958. DOI: https://doi.org/10.1134/S1995080219110167
13. Сираева Д.Т. Оптимальная система неподобных подалгебр суммы двух идеалов // Уфимский математический журнал. Т. 6, № 1. 2014. С. 94-107.
14. Никонорова Р.Ф. [Шаяхметова Р.Ф.] Вихревой разлет одноатомного газа вдоль плоских кривых // Прикладная механика и техническая физика. Т. 59, №2. 2018. С. 63-73. DOI: https://doi.org/10.15372/PMTF20180207
15. Юлмухаметова Ю.В. Решение уравнений идеального газа, описывающих галилеевы инвариантные движения с винтовыми линиями уровня, с коллапсом на геликоиде // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. Т. 23, вып. 4. 2019. С. 797–808. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1703

Гранты

1. РФФИ №14-01-97027_р_поволжье_а
2. РФФИ №18-29-10071_мк

Научные контакты

1. Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, д.ф.-м.н., профессор А.В. Боровских
2. ФГБУН Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, д.ф.-м.н., профессор А.П. Чупахин
3. ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет»
4. ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет», д.ф.-м.н., профессор В.Е. Федоров.

Сотрудники

• д.ф.-м.н., профессор Хабиров Салават Валеевич, главный научный сотрудник
• к.ф.-м.н., доц. Михайленко Константин Иванович, старший научный сотрудник
• к.ф.-м.н. Юлмухаметова Юлия Валерьевна, научный сотрудник
• к.ф.-м.н. Никонорова Рената Фуатовна, научный сотрудник

Научные сотрудники, работавшие в лаборатории

• Жибер Анатолий Васильевич – д.ф.-м.н., профессор (с 1993 г. по 2001 г.)
• Мигранов Наиль Галимханович – д.ф.-м.н., профессор (с 1993 г. по 1994 г., 2018 г.)
• Мустаев Алмаз Флюрович – к.ф.-м.н. (с 1995 г. по 2001 г.)
• Абдарахманова Римма Петровна – к.ф.-м.н. (с 1995 г. по 1999 г.)
• Гарифуллин Артур Рафаилевич – к.ф.-м.н. (с 2006 г. по 2012 г.)
• Мукминов Тимур Флюрович – магистрант (2019-2020 гг.)
• Сираева Дилара Тахировна – к.ф.-м.н. (2018-2023 гг.)

Руководитель лаборатории д.ф.-м.н. Урманчеев С. Ф.

Направления исследований

Кумуляция энергии в пузырьках при кавитации углеводородосодержащих жидкостей.

(Руководитель: академик РАН Нигматулин Р. И.)

Проект Министерства атомной энергии РФ «Резонансное сверхсжатие пузырьковых кластеров», договор № 6.25.19.19.99.806 от 29.11.1999 (2000–2003) Основные результаты:

• на примере бензола и ацетона разработана методика построения уравнений состояний водородосодержащих веществ, позволяющая учитывать их свойства в широком диапазоне параметров, в том числе в области газа и жидкости и в области критической точки;
• построенные уравнения состояния бензола и ацетона удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными по изотермической и ударной сжимаемости;
• разработана математическая модель для описания распространения волн в пузырьковой жидкости с учетом сжимаемости несущей фазы и сильных осцилляций пузырьков;
• численно решена задача о растяжении–сжатии одиночного парового пузырька в дейтерированном ацетоне под действием синусоидальной волны давления с амплитудой 15 атм и частотой 19.3 кГц;
• показано, что динамика пузырька на медленной стадии определяется процессами тепло- и массопереноса в паре и жидкости;
• на стадии быстрого сжатия внутри пузырька образуется ударная волна, фокусировка которой в его центре приводит к экстремальному росту плотности, давления и температуры, достаточных для производства ядерных реакций;
• размер области, в которой наблюдается нейтронное излучение, составляет порядка 100 нм с максимальной эмиссией в районе 3 нм;
• среднее число нейтронов за коллапс одиночного пузырька оценивается как 0.03, что в пересчете на кластер дает порядка 105 нейтронов в секунду;
• численно исследована динамика осциллирующих в кластере паровых пузырьков с учетом эволюции волн давления в зависимости от числа пузырьков в кластере;
• установлено, что при распространении волны давления в пузырьковой жидкости возможно ее усиление в несколько раз, что дает дополнительный импульс при сжатии пузырьков.

Программа фундаментальных исследований Президиума РАН «Гидродинамика и интенсивные физико-химические превращения при сверхсжатии парогазовых пузырьков», гос. контракт № 62/3 (№ 10002-251/П-18/068-093/200503-163) от 05.05.2003 г. (2003–2007). Основные результаты:

• на основе разработанной методики построено уравнение состояния дейтерированного тетрадекана, предназначенное для описания поведения вещества в широком диапазоне изменения параметров, в том числе в области разряжения, критической области, а также при больших сжатиях, сопровождающихся диссоциацией и ионизацией газа;
• разработана математическая модель радиальных колебаний сферического парового пузырька в кластере, предполагающая однородность параметров в паре и несжимаемость жидкости, а также гипотезу об однородности давления внутри пузырькового кластера;
• сравнение результатов расчетов по данной модели с расчетами по более сложной модели показали ее приемлемость для моделирования динамики микропузырьков на относительно медленной стадии движения;
• численное моделирование схлопывания одиночного парового пузырька в D-ацетоне в квазипериодическом режиме колебаний показало увеличение нейтронной эмиссии более, чем на порядок, по сравнению с режимом однократного растяжения–сжатия пузырька;
• сравнительные расчеты коллапса паровых пузырьков в кластере позволяют говорить об усилении схлопывания микропузырьков, которое происходит в режиме квазипериодических колебаний, и выражается в увеличении числа испускаемых нейтронов на 1-2 порядка по сравнению с первым циклом осцилляций.

Программа фундаментальных исследований ОЭММПУ РАН «Динамика и акустика неоднородных жидкостей, газожидкостных систем и суспензий» (2003-2007) Основные результаты:

• создана методика построения широкодиапазонных уравнений состояния, в том числе для высокомолекулярных органических соединений, учитывающих поведение вещества в критической области, а также при высоких значениях плотности и давления;
• разработана математическая модель для описания распространения волн в пузырьковой жидкости с учетом сжимаемости несущей фазы и сильных осцилляций пузырьков;
• показано, что динамика пузырька при медленном расширении–сжатии определяется процессами тепло- и массопереноса на границе пар–жидкость;
• на стадии быстрого сжатия внутри пузырька образуется ударная волна, которая при схождении к его центру вызывает экстремальный рост всех параметров газа, достаточных для производства ядерных реакций с образованием быстрых нейтронов в окрестности центра пузырька диаметром порядка 100 нм;
• с помощью серийных численных расчетов установлена чувствительность решения задачи, в первую очередь число испускаемых нейтронов, к изменению внешних параметров: температуры рабочей жидкости, характеру акустического воздействия, изменению фазы нуклеации, учету коагуляции пузырьков; установлено, что кинетика диссоциации и ионизации влияет на структуру ударных волн, сходящихся к центру пузырька и вызывающих необходимый для производства ядерных реакций рост температуры и плотности вещества;
• показано, что при распространении акустической волны в пузырьковом кластере происходит многократное ее усиление, которое приводит к более сильному сжатию микропузырьков и, как следствие, к увеличению нейтронной эмиссии.

Грант РФФИ № 02-01-97912 «Численное моделирование динамики одиночного пузырька и пузырькового кластера в сферически-симметричном акустическом поле» (2002-2004) Основные результаты:

• показано, что для достижения в пузырьках достаточных для производства реакций термоядерного синтеза необходимо выполнение следующих условий: большие растягивающие и сжимающие амплитуды внешнего давления (более 15 атм), что ограничивает класс рассматриваемых жидкостей; высокая скорость испарения и конденсации, которая препятствует быстрому росту давления пара и тем самым увеличивает длительность коллапса; необходимо формирование ударной волны в паре, поскольку равномерный адиабатический нагрев не приводит к возникновению сверхвысоких температур; область, в которой осуществляются термоядерные реакции, находится в центре пузырька и имеет диаметр менее 50 нм, эффективная температура составляет порядка 100 млн градусов, плотность сжатого вещества 100 г/см3, нейтроны образуются в течение десятых долей пикосекунд;
• составлена программа и проведены расчеты по динамике пузырькового кластера, образованного паровыми пузырьками из микропузырьков в стадии разрежения давления;
• показано, что волновые свойства среды играют определяющую роль, а именно, рост центральных пузырьков тормозится вследствие уменьшения давления в смеси на стадии расширения пузырьков;
• схлопывание пузырьков начинается с периферии и направлено к центру, при этом волна давления, исходящая от схлопывающихся пузырьков, многократно усиливается при схождении к центру и может составлять сотни бар;
• получено, что существует диапазон начальных объемных содержаний пузырьков, наиболее благоприятный с точки зрения достижения максимальных давлений в центре пузырьков;
• на основе дискретной модели показано, что в зависимости от амплитуды давления стриммеры могут соединяться в один большой кластер в пучности или в несколько меньших по размеру подвижных кластеров на некотором расстоянии от пучности.

Грант РФФИ № 05-01-00045 «Влияние внешнего воздействия и физико-химических свойств жидкостей на динамику кавитационного пузырька и пузырькового кластера» (2005-2007) Основные результаты:

• разработано широкодиапазонное уравнение состояния воды и пара в аналитической форме;
• предложен метод, позволяющий по экспериментальным данным для зависимостей от удельного объема и температуры теплоемкости и изохорического коэффициента температурного повышения давления рассчитать коэффициент Грюнайзена и внутреннюю тепловую энергию;
• численно изучено движение одиночного парового пузырька в воде с учетом трансляционного перемещения с постоянной и переменной скоростью в режиме однопузырьковой сонолюминесценции;
• установлено, что влияние поступательного движения пузырька на динамику изменения его радиуса ощутимо только при относительно малых амплитуде и частоте акустического поля, а также для небольших размеров пузырька;
• численно исследованы радиальные колебания парового пузырька в дейтерированном ацетоне в сильном акустическом поле с учетом трансляционного движения;
• показано, что при наличии поступательного движения пузырька он движется по направлению от пучности акустической волны, причем в течение одного–двух десятков акустических периодов происходит качественный рост радиуса и резко уменьшаются значения максимальной температуры при схлопывании;
• полученные результаты позволяют объяснить эффект позиционной неустойчивости пузырькового кластера, который наблюдается в опытах по «пузырьковому термояду»;
• численно решена задача установления акустических колебаний в цилиндрическом сосуде с жидким ацетоном под действием источника в виде узкого кольца.

Гидродинамика дисперсных и термовязких сред с физико-химическими превращениями.

(Руководитель: д.ф.-м.н. Урманчеев С. Ф.)

• Программа фундаментальных исследований ОЭММПУ РАН ОЕ№14 Динамика и акустика неоднородных жидкостей, газожидкостных систем и суспензий;
• РФФИ №04-01-9751 Теоретические основы волновых технологий определения коллекторских характеристик пластов;
• Государственная научно-техническая программа Критические технологии Республики Башкортостан: физико-математические принципы и технические решения, КОНТРАКТ №13/4-ФМ Математическое моделирование движения многофазной жидкости в системе трещина-пласт;
• КОНТРАКТ ООО РН-УфаНИПИнефть №Д.06.63.06/301С Особенности развития трещин ГРП в условиях широкомасштабного применения гидроразрыва как технологии разработки низкопроницаемых коллекторов

Международные и российские контакты

• Профессор Ричарл Лэхи (Richard T. Lahey Jr.), Департамент механики, аэрокосмонавтики и атомной энергии, Ренсселаирский политехнический институт, Трой, штат Нью-Йорк, США (Department of Mechanical, Aerospace and Nuclear Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York, USA)
• Профессор Руси Талейархан (Rusi P. Taleyarkhan), Школа атомной энергии, Университет Пурдью, Вест Лафайет, штат Индиана, США (School of Nuclear Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA)
• Профессор Искандер Ахатов (Iskander Sh. Akhatov), Департамент инженерной и прикладной механики, Университет Северной Дакоты, Долв Холл, Фарго, штат Северная Дакота, США (Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics, North Dakota State University, Dolve Hall, Fargo, North Dakota, USA)
• Третий физический институт Гёттингенского университета, Германия: проф. Вернер Лаутерборн; проф. Ульрих Парлиц, доктор Роберт Меттин;

Сотрудники лаборатории

Академик РАН Нигматулин Роберт Искандерович, главный научный сотрудник, руководитель направления;

Болотнова Раиса Хакимовна, главный научный сотрудник, д. ф.-м. н., с.н.с.; 

Галимзянов Марат Назипович, старший научный сотрудник, к. ф.-м. н., доцент; 

Насибуллаева Эльвира Шамилевна, старший научный сотрудник, к. ф.-м. н., доцент; 

Агишева Ульяна Олеговна, старший научный сотрудник, к. ф.-м. н.; 

Коробчинская Валерия Александровна, научный сотрудник, к. ф.-м. н.; 

Низамова Аделина Димовна, старший научный сотрудник, к. ф.-м. н.;

Гайнуллина Элина Фанилевна,  научный сотрудник, к.ф.-м.н.;

Мамаева Зилия Заитовна, ио младшего научного сотрудника, к.ф.-м. н.;

Мухутдинова Айгуль Айратовна, младший научный сотрудник

Каримова Гульназ Римовна, инженер – исследователь

Бадретдинова Рузиля Рустамовна, инженер – исследователь

Файзуллина Эльнара Айдаровна, инженер – исследователь

Юсупова Рушана Усмановна, инженер – исследователь

Насырова Дина Ахметовна, ио инженера – исследователя

Руководитель лаборатории: член-корреспондент РАН Ильгамов Марат Аксанович Лабораторию механики твердого тела института механики Уфимского научного центра Российской академии наук возглавляет член-корреспондент Российской академии наук, академик Академии наук Республики Башкортостан Ильгамов Марат Аксанович. Лаборатория занимается исследованием механизма возбуждения гидроупругих колебаний трубопровода, распространения волн в трубопроводе, динамического взаимодействия упругих конструкций с рабочими телами (газом и жидкостью), расчетами напряженно-деформированного состояния силовых элементов энергоустановок, численными методами решения осесимметричных и плоских задач динамического взаимодействия упругих и пластических тел со средой.

Направления исследований

• Нелинейная динамика трубопроводов: режимы возбуждения периодических и стохастических колебаний.
• Динамика и статика трубопроводов при различных краевых условиях, распределении масс и действующих силах; модели и решения упругопластического поведения металлических материалов.

Гранты и контракты лаборатории

1. Тема 13/7-ФМ, 157–06/1,2: «Приложение качественной и спектральной теории дифференциальных операторов к задачам механики и математической физики (3.2.3.1)» (ГНТП академии наук Республики Башкортостан №3 «Критические технологии Республики Башкортостан: физико-математические принципы и технические решения» за 2005 г.) (рук. Ахтямов А. М.).
2. Выполняется проект «Диагностика и математическое моделирование динамической прочности ответственных элементов и узлов аппаратов и сооружений» в соответствии государственным контрактом №13/22-ФМ. 2006 г.
3. Прочность нефте-газопроводов при колебаниях и динамическом действии сил. 2006 г.
4. Грант РФФИ № 14-01-00740-а «Взаимодействие упругой и гидродинамической неустойчивостей». 2014-2016 г. Руководитель Ильгамов М. А.
5. Грант РФФИ № 14-01-97013-р_поволжье_а «Динамические модели стержней, балок, валов с локальными повреждениями: прямые и обратные задачи». 2014-2016 г. Руководитель Ильгамов М. А.
6. Грант РФФИ № 16-31-00077 мол_а «Граничные обратные задачи теории колебаний распределенных механических систем». 2016-2017 г. Руководитель Утяшев И. М.

Международные и российские научные контакты

• Ведутся работы совместно с Институтом механики и машиностроения КНЦ РАН по проекту «Диагностика и математическое моделирование динамической прочности ответственных элементов и узлов аппаратов и сооружений» в соответствии государственным контрактом №13/22-ФМ.
• Ведутся работы по спектральным задачам совместно с Московским государственным университетом им. М. В. Ломоносова.
• Ведутся исследования по использованию алгебраических методов в теории обратных задач совместно с кафедрой математики и статистики Бар-Иланского университета Израиля.

Сотрудники лаборатории

к.ф.-м.н. Хакимов Аким Гайфуллинович, старший научный сотрудник

к.ф.-м.н. Шакирьянов Марат Масгутьянович, старший научный сотрудник

к.ф.-м.н. Утяшев Ильнур Мирзович, старший научный сотрудник

к.ф.-м.н. Аитбаева Айгуль Азаматовна, научный сотрудник

Юлмухаметов Артур Ахмарович, младший научный сотрудник

Давлетбаева Зайнаб Нурмиевна, инженер 1 категории

д.т.н. Зарипов Раиль Муталлапович, ведущий научный сотрудник

д.ф.-м.н., проф. Сабитов Камиль Басирович, главный научный сотрудник

Руководитель лаборатории: Даринцев Олег Владимирович

Направления исследований

• Исследование и разработка технических виртуальных систем и систем расширенной реальности.
• Проектирование оптимальных, адаптивных и интеллектуальных систем управления динамическими объектами.
• Проектирование и разработка специфичных манипуляционных систем.
• Проектирование микроробототехнических систем.
• Методики синтеза синхронизируемых информационных систем. Использование ПЛИС.

Группа по роботототехнике и микромеханике

В рамках лаборатории организована группа для работ в области микросистемной техники и микромеханики, сотрудниками которой ведутся исследования в области моделирования виртуальных сред, микроробототехники, разработки конструкций элементов микросистемной техники и МЭМС (микроэлектромеханических систем), использования наноструктурных материалов в МЭМС.

Сотрудниками группы (Даринцев О. В., Мигранов А. Б.) опубликовано более 80 статей, получено более 25 патентов в области робототехники, микросистемной техники и МЭМС. Результаты исследований неоднократно обсуждались и получили положительную оценку на международных (программа по перспективной робототехнике IARP, конференции «Искусственный интеллект», CSIT, IARP и др.) и всероссийских («Мобильные роботы», «Мехатроника, автоматизация, управление», «Вычислительная механика и современные прикладные программные системы», МКПУ и др.) научно-технических конференциях.

Программный комплекс полунатурного моделирования микроробототехники

Прикладное программное обеспечение (ППО) построено на основе алгоритмов реализации виртуальных моделей микросистем и предназначено для исследования алгоритмов планирования, управления микроробототехническими комплексами, оценки конструкций микросборочных устройств и адекватности их моделей.

Динамические библиотеки на базе API-интерфей­сов расширяют возможности использования системы до комплекса виртуального моделирования компьютерных прототипов микросистем.
ППО было использовано для разработки и виртуального моделирования различных типов микросборочных устройств.

Проводились инженерные исследования новых типов конструкций микроробототехники, моделировались комплексные процессы и задачи, включающие имитационную проверку работоспособности и эффективности алгоритмов планирования и управления микросборочными устройствами и комплексами в целом.
Предлагаются принципиально новые возможности проектирования и исследования для своевременного устранения “узких” мест в разрабатываемых решениях, оценки эффективности оборудования, внедрения решений по упреждающему технологическому управлению, планированию, контролю и т.д.

Интервью в… и о лаборатории

• Роботы уфимских ученых работают в виртуальной реальности // Публикация в общественной электронной газете Республики Башкортостан

• Городской телеканал UTV, Реальная наука. Выпуск №1. Роботы в нашей жизни.

Программы

• Программа фундаментальных исследований № П-31 Президиума РАН,«Фундаментальные основы технологий двойного назначения в интересах национальной безопасности. Фундаментальные исследования процессов горения и взрыва. Актуальные проблемы робототехники» 2016-2017 гг.
• Программа фундаментальных исследований № I.40П Президиума РАН,«Актуальные проблемы робототехники» 2015 гг.
• Программа №1 фундаментальных исследований ОЭММиПУ РАН, «Научные основы робототехники и мехатроники», 2012-2014 гг.
• Программа №15 фундаментальных исследований ОЭММиПУ РАН, «Управление движением, теория сложных информационно-управляющих систем», 2009-2011 гг.
• Программа №15 фундаментальных исследований ОЭММиПУ РАН, «Проблемы анализа и синтеза интегрированных систем управления для сложных объектов, функционирующих в условиях неопределенностей», 2007-2008 гг.
• Программа №16 фундаментальных исследований ОЭММиПУ РАН, Сложные технические системы и информационно-управляющие комплексы, 2004-2006 гг.

Гранты РФФИ

• 16-29-04165 офи_м Развитие теоретического базиса, синтез и отладка аппаратно-программного распределенного комплекса для универсальных мобильных робототехнических платформ коллективного использования, рук. Даринцев О.В., 2016-2018 гг.
• 15-08-02938 а Моделирование и исследование кинематических особенностей манипуляторов, построенных на базе звеньев с управляемым изгибом, рук. Даринцев О.В., 2015-2017 гг.
• 14-01-97019 р_поволжье_а Моделирование динамических процессов в элементах топливной автоматики, функционирующих при экстремальных условиях эксплуатации, рук. Насибуллаева Э.Ш., **** 14-08-97027 р_поволжье_а Методики коррекции динамических параметров моделей силовой установки по результатам анализа динамических процессов топливной автоматики, рук. Денисова Е.В., 2014-2016 гг.
• 12-01-97009-р_поволжье_а Моделирование течений многофазной и анизотропной жидкостей с подвижными границами с учетом температурного поля, рук. Насибуллаев И.Ш., 2012-2013 гг.
• 11-08-97016-р_поволжье_а Исследование и синтез интеллектуальных систем управления микрозахватными устройствами с учетом специфики материалов и сред, рук. Даринцев О.В., 2011-2013 гг.
• 11-07-08042-з Участие в Международной научно-технической конференции «Искусственный интеллект. Интеллектуальные системы. ИИ-2011» ( 2 устных доклада, секция 6), рук. Даринцев О.В., 2011 г.
• 11-01-97007-р_поволжье_а Моделирование динамических процессов взаимодействия колебательной механической системы с кавитирующей жидкостью, рук. Насибуллаева Э.Ш., **** 11-08-00823-а Создание теоретических основ проектирования элементов топливной автоматики для экстремальных условий эксплуатации беспилотных летательных аппаратов, рук. Насибуллаева Э.Ш., 2011-2013 гг.
• 10-08-00567-а Синтез интеллектуальной системы управления гибким многозвенным манипулятором, рук. Даринцев О.В., 2010-2012 гг.
• 08-08-97021-р_поволжье_а Разработка перспективных устройств микромеханики и микроэлектромеханических систем (МЭМС) с использованием наноструктурных металлических материалов, рук. Даринцев О.В., **** 08-08-97039-р_поволжье_а Синтез адаптивных многосвязных систем автоматического управления сложными техническими объектами, рук. Мунасыпов Р.А., 2008-2010 гг.
• 08-08-12058-офи Моделирование рабочего процесса, проектирование и изготовление элементов топливной автоматики из наноструктурного алюминия, рук. Денисова Е.В., 2008-2009 гг.
• 08-01-97024-р_поволжье_а Влияние кавитации на функционирование элементов гидроавтоматики, рук. Насибуллаева Э.Ш., 08-08-00774-а Исследование и проектирование интегрированных иерархических систем управления сложными техническими объектами, рук. Мунасыпов Р.А. (УГАТУ), 2008-2010 гг.
• 06-08-00635-а Разработка перспективных устройств микромеханики и микроэлектромеханических систем (МЭМС) с использованием наноструктурных металлических материалов, рук. Даринцев О.В., 2006-2007 гг.
• 05-01-97906-р_агидель_а Развитие частотных методов в исследовании и проектировании многосвязных систем автоматического управления сложными динамическими объектами, рук. Ильясов Б.Г., **** 05-08-18045-а Разработка методов и алгоритмов отказоустойчивого управления сложными техническими объектами на основе нейронных сетей (на примере газотурбинных двигателей), рук. Васильев В.И. (УГАТУ), **** 05-08-18098-а Анализ и синтез интеллектуальных систем управления газотурбинными двигателями летательных аппаратов, рук. Мунасыпов Р.А. (УГАТУ), 2005-2007 гг.
• 02-01-97916-р2002агидель_а Математические модели нелинейных многосвязных систем управления, рук. Ильясов Б.Г., 2002-2004 гг.

Сотрудники лаборатории

к.т.н. Мигранов Айрат Барисович, старший научный сотрудник
к.ф.-м.н. Насибуллаев Ильдар Шамилевич, старший научный сотрудник
Богданов Динар Рафаэльевич, научный сотрудник
Круглов Никита Олегович, инженер-исследователь

Руководитель: Ахметов Альфир Тимирзянович

Направления исследований

Гидродинамика дисперсных сред в капиллярных структурах

В лаборатории проводятся экспериментальные исследования течения дисперсных систем (прямые и обратные эмульсии, суспензии, газовые эмульсии, биологические дисперсии), нефтей, полимерных растворов, газожидкостных смесей в различных типах капиллярных структур (плоский капиллярный канал (ячейка Хили-Шоу) с поступательным и радиально-расширяющимся течениями, цилиндрический капилляр с осесимметричным течением и сложная капиллярная структура, отображающая срез реального нефтяного керна, в котором присутствует сложный спектр течений). Пористая структура, отображающая срез реального керна, изготовлялась путем избирательного химического травления в приповерхностном слое плоского оптического стекла, используемого в интерферометрии. Для изготовления системы каналов на поверхность стекла наносится фоторезист, который засвечивается ультрафиолетом через фотошаблон. Фотошаблон представляет собой контрастное изображение аншлифа нефтеносной породы. Засвеченные участки фоторезиста растворяются и далее плавиковой кислотой вытравливаются каналы в стекле. Этот фотолитографический метод обычно используется при изготовлении микросхем, физические модели, полученные таким образом, в мировой практике принято называть микромоделями. Наша модель отличается от общепринятых своей разборностью, которая достигнута за счет высокого качества плоскостности поверхности пластин, сажаемых на оптический контакт. Рабочий участок в микромодели так же, как и в ячейке Хили-Шоу, составляет площадку размером 4х2 см, а глубина каналов 15 мкм. Верхняя пластина такая же, как и в ячейке Хили-Шоу.

Разборная плоская микромодель пористой структуры. а) стеклянная пластина с каналами, б) вторая пластина с входным и выходными отверстиями, в) посадка пластин на оптический контакт, г) модель в сборе виден фронт закачиваемой воды, на границе с воздухом.

В лаборатории изготавливаются каналы переменного сечения и сложные капиллярные структуры, для визуализации гидродинамических эффектов. Обнаружен удивительный эффект динамического запирания, состоящий в том, что течение обратных водоуглеводородных эмульсий и крови (плазмы с эритроцитами), организованное за счет перепада давления в капиллярных структурах со временем останавливается, несмотря на постоянно действующий перепад давления. В качестве объектов исследования выступали обратные высококонцентрированные водоуглеводородные эмульсии как стабилизированные искусственным эмульгатором (стабилизированные), так и без него (нестабилизированные). Размер микрокапель во всех случаях намного меньше размера капиллярных каналов. Реологические характеристики измеряются на ротационном вискозиметре, используя систему конус-пластина. Отличительной особенностью используемой аппаратуры заключаются в возможности визуализации процессов, протекающих при реологических измерениях.

Зависимость касательного напряжения от скорости деформации сдвига (1 – прямой ход, 2 – обратный ход) и визуализация изменения структуры эмульсии в измеряемом объеме между конусом и пластиной. Параметры аппроксимационной зависимости стабилизированная эмульсия (слева): к=0,115, n=1,02 (прямой ход), к=1,53, n=0,668 (обратный ход), нестабилизированная эмульсия: к=2,42, n=0,664 (прямой ход), к=0,45, n=0,83 (обратный ход)). Анализ прямого и обратного хода кривых течения обнаруживает, что приведенные эмульсии противоположны по реологических характеристикам: одна обладает свойством реопектика, другая – тиксотропной среды.

При нагнетании в ячейку Хили-Шоу обоих типов эмульсий со временем по данным весов течение прекращается. Нестабилизированная эмульсия обладает малой динамической стабильностью, в ней во время течения в трещине происходит активная коалесценция микрокапель воды, в результате – выделяется водная фаза. Структура потока со временем преображается, выделившаяся водная фаза принимает нитевидные формы, тем не менее течение замирает. В случае течения стабилизированной эмульсии выделение водной фазы незначительно, структура потока прорисовывается за счёт микроскопического перераспределения несущей фазы можно заметить трубки тока, характеризующие ламинарность течения, после истечения 20 минут начинается хаотизация структуры. Далее формируются эквипотенциальные линии, течение останавливается. Удивительно, что как тиксотропная, так и реопектическая среды проявляют эффект динамического запирания.

	Зависимость объема нестабилизированной эмульсии, протекающей через ячейку Хили-Шоу (размер 4х2 см, зазор 35 мкм) при постоянном перепаде давления ∆P=200 кПа, от времени.
	Зависимость объема стабилизированной эмульсии, протекающей через ячейку Хили-Шоу (размер 4х2 см, зазор 35 мкм) при постоянном перепаде давления ∆P=200 кПа, от времени.

Изучение ячейки Хили-Шоу со стабилизированной эмульсией в состоянии «запирания» под микроскопом обнаружило небольшой микропоток у выходного отверстия (на четыре порядка ниже исходного), чем отчасти обусловлено название «эффект динамического запирания». В случае нестабилизированной эмульсии микропотоки обнаружить не удалось. При радиально расширяющемся течении в трещине, также обнаруживается эффект динамического запирания. Как и в плоском случае происходит переход от образующихся трубок тока к хаотизации течения и образования эквипотенциалей, течение замирает, по данным весов наступает запирание.

Зависимость объема стабилизированной эмульсии, протекающей через радиальную ячейку Хили-Шоу (R=30 мм) при постоянном перепаде давления ∆P=200 кПа, от времени. Для наглядности приведены видеоизображения образующейся структуры в различные моменты времени.

При нагнетании эмульсии в микромодель возникает огромное гидравлическое сопротивление и по мере прохождения ее в капиллярной структуре происходит некоторое расслоение фаз. Часть дисперсионной (несущей) фазы – нефть, обладающая вязкостью существенно меньшей вязкости эмульсий, как бы выдавливается из нее и выходит вперед (рис. 7, слева). В эмульсии, протекающей по каналах капиллярной структуры, происходит коалесценция микрокапель воды, выделяется водная фаза, которая течет по каналам со скоростью существенно превышающей скорость эмульсии, при этом образовавшиеся представительные капли водной фазы продолжают сливаться друг с другом (рис. 7, справа). Аналогичная картина течения наблюдается в отдельном капилляре, но после наступления запирания. Сквозь структуру, образовавшуюся из микрокапель эмульсии у входа в капилляр происходит фильтрация нефтяной фазы. И в тоже время при больших градиентах давления, в результате микродвижений у входа в капилляр происходит коалесценция микрокапель воды. Образовавшаяся из них представительная капля водной фазы, как и в случае капиллярной структуры, движется со скоростью существенно превышающей скорость эмульсии и продавливает ее перед собой в капилляр, где они выстраиваются в виде структуры, приведенной на рис. 7. и движутся все практически с одинаковой скоростью.

	Движение эмульсии в капиллярной структуре микромодели (сверху, движение сверху вниз) и отдельном капилляре (снизу). Цифрами обозначены: 1 – эмульсия, 2 – вода, 3 – нефть.
	Расход крови при течении через 100 микронный капилляр с изменением перепада давления

Эффект «запирания» был обнаружен при различных перепадах давления менее 1 атмосферы. Отличительной особенностью течения крови является то, что стадия «запирания» после достаточно продолжительного времени – десятки минут может самопроизвольно (без изменения перепада давления) смениться стадией течения с постоянным расходом, которая вновь завершается некоторым временным «запиранием». При использовании концентрированной крови стадия запирания становится более четко выраженной, продолжительное запирание наблюдается при меньших давлениях, но в то же время и в данном случае запирание носит временный характер, т.е. течение через некоторое время может самопроизвольно открываться. Обнаруженный эффект «запирания» крови в каналах может найти применение при построении новых моделей возникновения инфаркта и инсульта в кровеносно-сосудистой системе живых организмов. Эффект динамического запирания кроме примеров приведенных выше обнаружен при течении других водоуглеводородных эмульсий (как обратных, так и прямых) и в сложных трехмерных капиллярных структурах (кернах). Различные механические воздействия, действие мощных ультразвуковых полей на «запертую» систему приводят к кратковременному восстановлению течения дисперсий.

Распространения ударных волн в гетерогенных средах

При исследовании ударно-волновых течениях с помощью ударной трубы был обнаружен эффект аномального усиления ударных волн в вязко-упругих и высоковязких средах. Получена интерпретация обнаруженного эффекта, которая основана на экспериментально установленном факте накопления пузырьков газа в верхнем слое флюида в камере низкого давления при многократном волновом нагружении. Обнаружен эффект ускоренного освобождения водных полимерных растворов от свободного газа при ударно-волновой обработке.

Международные и российские научные контакты

• Институт проблем механики РАН (Москва)
• Институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (Москва)
• Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Москва)
• Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва)
• ЗАО «Химеко-ГАНГ» (Москва)
• Санкт-Петербургский государственный университет (Санкт-Петербург)
• Институт проблем машиноведения РАН (Санкт-Петербург)
• Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН (Новосибирск)
• Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН (Новосибирск)
• Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН (Новосибирск)
• Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (Тюмень)
• Институт химии нефти СО РАН (Томск)
• Башкирский Государственный университет (Уфа)
• ООО «Роснефть-УфаНИПИнефть» (Уфа)
• Уфимский государственный нефтяной технический университет (Уфа)
• Институт проблем транспорта энергоресурсов академии наук республики Башкортостан (Уфа)

Сотрудники лаборатории

к.ф.-м.н., Рахимов Артур Ашотович, старший научный сотрудник

Валиев Азат Ахматович, младший научный сотрудник

Гизатуллин Ренат Фаргатович, инженер – исследователь

Состав Ученого Совета:

• Галимзянов Марат Назипович, к.ф.-м.н., доц., ИО директора ИМех УФИЦ РАН – Председатель Совета
• Гайнуллина Элина Фанилевна, к.ф.-м.н., ученый секретарь – Секретарь Совета
• Ахметов Альфир Тимирзянович, к.ф.-м.н., с.н.с., в.н.с. лаб. «Экспериментальная гидродинамика»
• Болотнова Раиса Хакимовна, д.ф.-м.н., с.н.с., г.н.с. лаб. «Механика многофазных систем»
• Даринцев Олег Владимирович, д.т.н., г.н.с. лаб. «Робототехника и управление в технических системах»
• Ильгамов Марат Аксанович, д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН, г.н.с. лаб. «Механика твердого тела», научный руководитель направления
• Нигматулин Роберт Искандерович, д.ф.-м.н., акад. РАН, научный руководитель направления
• Никонорова Рената Фуатовна,к.ф.-м.н., председатель совета молодых ученых
• Урманчеев Саид Федорович, д.ф.-м.н., проф., г.н.с. лаб. «Механика многофазных систем»
• Хабиров Салават Валеевич, д.ф.-м.н., проф., г.н.с. лаб. «Дифференциальные уравнения механики»
• Утяшев Ильнур Мирзович, к.ф.-м.н., с.н.с. лаб. «Механика твердого тела»