В рамках празднования 80-летия университета продолжаем публиковать материалы о научных школах ЮУрГУ. Научная школа кафедры вычислительной механики Института естественных и точных наук ЮУрГУ «Математическое моделирование быстропротекающих процессов в многокомпонентных и многофазных средах» появилась в 1990-х.
Ее рождение стало возможным благодаря поддержке академика РАН, Героя Социалистического Труда, специалиста в области атомной науки и техники, исследований физики взрыва и высоких плотностей энергии, одного из создателей ядерных зарядов и ядерных взрывных устройств Бориса Литвинова со стороны Российского федерального ядерного центра Всероссийского научно-исследовательского института технической физики имени академика Е. И. Забабахина (РФЯЦ – ВНИИТФ) и Первого заместителя Генерального конструктора, Героя Социалистического Труда, специалиста в области разработки ракетной техники Владимира Клеймана со стороны Государственного ракетного центра имени академика В. П. Макеева (ГРЦ Макеева). Возглавил школу доктор физико-математических наук, профессор, член Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике Юрий Ковалёв – в то время проректор по научной работе и заведующий кафедрой общей и прикладной физики ЧелГУ.
«Мы объединили усилия и стали работать над задачами, которые были интересны и РФЯЦ – ВНИИТФ, и ГРЦ Макеева: разрабатывать математические модели многокомпонентных многофазных сред для быстропротекающих процессов, – поясняет Юрий Михайлович. – Это актуальное направление, так как в природе нет чистых веществ, везде есть примеси. Нам необходимо было создать такую математическую модель, которая бы учитывала поведение и влияние примесей на характеристики течения при соответствующих высоких давлениях. Это была основная задача, которая оказалась актуальной и для РФЯЦ – ВНИИТФ, и для ГРЦ Макеева».
Под руководством Юрия Ковалёва были решены многие практические задачи, связанные с подводным стартом, изучением конвективных течений в замкнутых объёмах, расчётами тепловлажностных режимов, распространением ударных волн и их взаимодействием с многофазными средами.
В 2009 году, благодаря ректору Южно-Уральского государственного университета Александру Шестакову, научная школа «получила прописку» в ЮУрГУ, где была создана кафедра вычислительной механики во главе с Ю. М. Ковалёвым. На первоначальном этапе она состояла из специалистов других университетов, которые, перейдя работать в ЮУрГУ, продолжили свои исследования в данном направлении совместно со специалистами РФЯЦ – ВНИИТФ и ГРЦ Макеева.
«Изначально в коллективе, работавшем по данной тематике, было шесть человек. Потом стали подрастать молодые кадры. Специалисты из Ядерного центра стали принимать активное участие в подготовке студентов, работая в вузе по совместительству, – вспоминает профессор Ковалёв. – Работал в данном направлении и выдающийся учёный-механик, доктор физико-математических наук, профессор, лауреат государственной премии СССР, заслуженный деятель науки Российской Федерации, член Международной академии информатизации и Петровской академии наук и искусств Валентин Куропатенко, которому в этом году исполнилось бы 90 лет. Он внёс большой вклад в развитие научной школы, активно работал с молодыми сотрудниками. Продолжая читать лекции в ЮУрГУ, выпустил две монографии: «Модели механики сплошных сред» и «Основы численных методов механики сплошной среды» в соавторстве с Еленой Шестаковской».
Под руководством Ю. М. Ковалёва были открыты направление подготовки бакалавриата «Механика и математическое моделирование», магистерская программа «Физическая и химическая механика сплошных сред» по направлению «Прикладные математика и физика», аспирантура по специальности «Математика и механика».
Валентин Куропатенко руководил разработкой численных методов и аналитических решений механики сплошных сред, математических моделей многокомпонентных сред, уравнений состояния различных материалов – сейчас эти исследования продолжает кандидат физико-математических наук, доцент Елена Шестаковская, которая возглавляет кафедру и руководит её научной работой.
«Наше взаимодействие с РФЯЦ – ВНИИТФ в последние годы только развивается. В рамках договора о сотрудничестве мы занимаемся совместной научно-исследовательской работой, ведём подготовку специалистов для РФЯЦ – ВНИИТФ, – говорит Елена Сергеевна. – Сотрудники Ядерного центра принимают в этом активное участие».
.png)
Под руководством Евгения Смирнова и Инги Макеевой студенты реализуют научные проекты.
«Программа совместной подготовки, которая включает выполнение научно-исследовательской работы на базе РФЯЦ – ВНИИТФ, позволяет, в первую очередь, «перекинуть мостик» от теоретических знаний, которые студенты получают на лекциях и семинарских занятиях, к практической работе, которая ждёт их после окончания университета, в частности, в РФЯЦ – ВНИИТФ, – рассказывает Инга Равильевна. – Кроме того, от студентов требуется использовать на практике весь объём полученных ими знаний как в части механики сплошной среды, так и численных методов».
Принимая участие в такой комплексной программе, будущие специалисты получают представление о командной работе, что является необходимым навыком для производства.
В этом году кафедра стала участником новой программы практической подготовки магистров «Новый Снежинск», в рамках которой студенты получат еще больше знаний и практических навыков от специалистов РФЯЦ – ВНИИТФ. Заинтересованность предприятия в выпускниках велика и проявляется также в том, что стремление ребят связать свое будущее с РФЯЦ – ВНИИТФ поддержано именными стипендиями.
В последние годы основное научное направление школы связано с разработкой уравнений состояния энергетических и конструкционных материалов и разработкой методик построения уравнений состояния новых материалов на основе различных экспериментальных данных.
«Создание новых перспективных материалов неизбежно связано с диагностикой их поведения в экстремальных состояниях, – объясняет Елена Шестаковская. – Быстропротекающие гидродинамические и физико-химические процессы в сплошных средах характерны для широкого класса задач физики взрыва и физики экстремальных состояний вещества, в частности таких, как взаимодействие интенсивных электромагнитных полей с веществом, высокоскоростное соударение твердых тел, воздействие продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ на материалы. Математическое моделирование поведения материалов под действием динамических нагрузок можно проводить с помощью собственных программных комплексов или коммерческих пакетов прикладных программ, однако для замыкания системы уравнений, выражающей законы сохранения массы, импульса и энергии, необходимо знать уравнение состояния исследуемого материала. Оно является характеристикой вещества, определяющей взаимосвязь термодинамических параметров состояния, в котором это вещество может находиться под действием различных внешних условий. Важно, чтобы уравнение состояния было определено во всём диапазоне параметров, которые могут реализоваться в моделируемом процессе. Очевидно, что разработка уравнений состояния – задача сложная и актуальная».
.png)
Аспиранты и молодые ученые кафедры имеют возможность перенимать опыт и получать знания у ведущих учёных-механиков: область научных интересов Юрия Ковалёва – математическое моделирование многокомпонентных многофазных сред, построение уравнений состояния энергетических материалов для математического моделирования распространения ударных и детонационных волн, возникающих в результате горения и взрыва; доктор физико-математических наук, профессор Александр Яловец разрабатывает математические модели многокомпонентных многофазных сред для описания быстропротекающих процессов в энергетических и композиционных материалах, а также численные методы для решения задач аэрогидроупругости и взаимодействия излучения с веществом; кандидат физико-математических наук, доцент Наталия Клиначева занимается разработкой математических моделей для изучения процессов, связанных с взаимодействием ударных волн с тепловыми и механическими неоднородностями, а также математическим моделированием распространения ударных и детонационных волн, возникающих в результате горения и взрыва.
Работа научной школы поддержана многочисленными договорами на выполнение научно-исследовательских работ и грантами.
Фундаментальные научные исследования поддержаны Российским научным фондом (РНФ) в рамках нацпроекта "Наука и университеты".