Спиральная симметрия - интегральный фактор реализации эффекта сферодинамики

УДК 534.16

Спиральная симметрия – интегральный фактор реализации эффекта сферодинамики

Spiral symmetry is an integral factor in the spherodynamics effect realization

Введение

Эффект сферодинамики (далее – эффект) состоит в том, что при циклическом воздействии силового импульса от инструмента (пуансона) на заготовку, размещённую на опоре (сферодина), свободно установленной на платформе (выталкивателе), сферодин, спонтанно (без внешнего воздействия), переходит в состояние бесприводного источника реактивных пульсаций, временно нарушает своё первоначальное гравитационное взаимодействие с выталкивателем, т.е. левитирует и определённое время самостоятельно обрабатывает заготовку [1].

Эффект открыт при решении проблемы сферодвижной обкатки заготовок [2], заключающейся в повторяющемся нарушении сплошности (растрескивании) материалов:

• заготовки со стороны пуансона, вследствие возникновения разновысотной «волнистости» материала на входе в очаг деформации, что обусловило возникновение в нём асимметрии деформации и аномальных растягивающих напряжений;
• выталкивателя со стороны заготовки, вследствие проникновения асимметрии деформации очага пуансона и последующем формировании асимметрии упрочнения материала заготовки в зоне её контакта с выталкивателем.

Проведённые лабораторные испытания установили, что основной причиной нарушения сплошности материалов заготовки и выталкивателя явилось неравномерное поступление материала заготовки в очаг деформации пуансона из-за неконтролируемого упрочнения материала заготовки по ходу процесса, обуславливающее изменение соотношения упругих и пластических свойств материала полуфабриката в очаге деформации.

В результате наблюдалось изменение геометрии очага деформации (его симметрии) в виде нарушения сплошности зон контакта пуансона и заготовки, что повлекло к формированию критических растягивающих напряжений в локальных зонах заготовки и выталкивателе.

В результате проведённого комплекса теоретических исследований по установлению методов оптимизации соотношения полей напряжений и деформаций в материалах заготовки и её опоры при локальных способах деформирования [3] выбраны два пути решения рассматриваемой проблемы:

• выполнение криволинейной рабочей поверхности пуансона;
• выполнение составной опоры (выталкивателя) с профилированной (криволинейной) поверхностью верхней его части со стороны заготовки.

Ключевым моментом реализации намеченных путей решения проблемы стал выбор единой геометрии криволинейности рабочей поверхности пуансона и верхней части выталкивателя (сферодина) в форме логарифмической спирали Бернулли с шагом роста, находящемся в пределах диапазона изменения высотной степени деформации материала заготовки в условиях реализации эффекта Баушингера [4] («Запоминание материалом истории его нагружения»). Вначале эту спираль обозначили, как спираль Баушингера, а позднее назвали сфероспиралью. 

Добавление сферодвижной системе пластического деформирования конструктивного признака в виде сфероспирали явилось стратегическим прорывом в развитии такого фундаментального направления физики твёрдого деформируемого тела, как «внесение и развитие возмущения в материальной среде», поскольку это обусловило формирование в системе принципиально нового комплекса физических свойств, обеспечивающих возникновение и реализацию феномена левитирования сферодина.

Сфероспираль обладает особыми свойствами, которые складываются из уникальных свойств логарифмических спиралей и геометрических признаков реализации эффекта Баушингера и заключаются в следующем:

• основным свойством логарифмической спирали (ЛС) является самоподобие этой спирали, когда изменение масштаба спирали даёт такой же результат, что и вращение спирали как целого, т.е. получаем ту же спираль, но в другом масштабе;
• из этого свойства ЛС следует, что спираль пересекает полярные радиусы всех своих точек под одним и тем же углом, что в условиях сфероспирали обеспечивает равномерное поступление материала заготовки в очаги деформации со стороны пуансона и сферодина;
• самоподобие ЛС определило такое уникальное свойство сфероспирали, как «цепляемость» – взаимный реверсивный переход спиралеобразных возмущений с различными шагами роста при их взаимодействии в материальной среде;
• возмущение с геометрией ЛС, внесённое в одну среду, формирует два реактивных спиралеобразных возмущения внутри и вне ЛС, выходящих за пределы первоначальной среды и развивающихся в соседних средах – т.н. «проникаемость» ЛС;
• возмущение с геометрией ЛС, обладает низким энергетическим барьером начала взаимодействия с окружающей средой, что позволяет возмущению аккумулировать («наматывать») энергию, рассеянную в среде от предыдущих возмущений – т.н. «наматывание» ЛС;
• внесение в среду возмущения с геометрией ЛС и шагом роста в геометрическом диапазоне реализации эффекта Баушингера для данной среды обеспечивает регламентированное «запоминание» (геометрическое) истории внесения возмущения и энергетическое взаимодействие с ним последующих возмущений с геометрией ЛС – т.н. «энергообмен» ЛС;
• возмущение с геометрией ЛС обладает свойством «самоускорения» при распространении в среде, что является геометрической основой вихревого движения материи и в т.ч. в состоянии её детерминированного хаоса [5] – т.н. «самоускорение» ЛС;
• вносимые пуансоном и сферодином в материал заготовки возмущение с геометрией сфероспирали в виде спиральных «шнуров» соответственно определяют геометрию распространения внутреннего времени в деформируемом материале, а потому встреча «шнуров» внутреннего времени создаёт коллапс взаимодействия, который формирует новый сферодинамический пространственно-временной континуум, следствием которого является левитирование сферодина.

Вышеприведённые свойства сфероспирали придают сферосистеме новый комплекс одновременно существующих функциональных характеристик:

синергетическая система – самоорганизованная система, обладающая возможностью перехода от порядка к хаосу (в т.ч. детеминированному) и обратно, потенциально обладающая всем комплексом вариантов своего развития во времени и пространстве;

стохастическая система – система, характер поведения которой во времени точно предсказать невозможно, а потому она приобретает свойства системы вероятностного поведения, склонной к возникновению в ней детерминированного хаоса;

топологическая система – система, свойства которой неизменны при любых непрерывных преобразованиях, что является следствием постоянного присутствия в сферосистеме и её поведение такого геометрического признака, как сфероспираль;

эргодическая система – система, каждая точка которой в процессе движения системы проходит с определённой правильностью (порядком) вблизи любой другой её точки, что также определено геометрией сфероспирали.

Таким образом, после выявления комплекса свойств сфероспирали и установления функциональных возможностей, которые сфероспираль сообщила сферосистеме, необходимо определить общую картину динамики развития многоуровневой спиральности как фактора проявления фундаментального свойства материального мира – спиральной симметрии с геометрией спиральной фрактальности.

Интегральный спиральный фрактал эффекта сферодинамики как разномасштабное повторение одного и того же геометрического элемента можно представить в виде развития сфероспирали с многоуровневым масштабированием в пространстве сферосистемы по трём средам: «жидкость – твёрдое тело – газ» и образованием фрактального «дерева сферодинамики», являющегося развитием классического фрактального «дерева Пифагора» [6], базирующегося на геометрии логарифмической спирали.

Установленное к настоящему времени фрактальное «дерево сферодинамики» как следствие развития сфероспирали при реализации эффекта в сфероспирали схематично можно представить в следующем виде:

I уровень: пуансон – сферодин – жидкости сферодина и резонатора – постоянные магниты сферодина – выталкиватель;

II уровень: степень деформации за один оборот пуансона – реология деформации со стороны сферодина – активные «шнуры» ротационной пластичности от пуансона – реактивные «шнуры» ротационной пластичности от сферодина – структурное состояние материала заготовки (динамика изменения размера матричного зерна, спиральной текстурой компоненты, винтовых дислокаций);

III уровень:

• спиральные «шнуры» активного внутреннего времени от пуансона;
• спиральные «шнуры» реактивного внутреннего времени от сферодина;
• гамма спиральных случайных полей;
• сферодинамический пространственно-временной континуум;
• левитирование сферодина.

Установление уровней фрактального «дерева сферодинамики» позволило при оценке значимости спиральной симметрии в реализации эффекта сферодинамики перейти к такому фундаментальному понятию физики, как теория групп Галуа [7].

Теория Галуа – это наука о структурах и методах исчисления симметрий как специального вида преобразований, позволяющих определить симметричность геометрической фигуры в виде совокупности всех преобразований пространства. Таким образом, теория Галуа формирует математический язык описания симметрии.

Из этой теории следует, что симметрия является отражением фундаментальной закономерности природы, а потому широкий спектр существования симметрии в окружающем мире обуславливает взаимосвязь физических явлений на различных уровнях материального мира.

Применительно к эффекту сферодинамики теория Галуа чётко определяет правомерность перехода форм спиральной симметрии системы пластического деформирования твёрдого тела к пространственно-временным категориям как следствие единой природы спиральной симметрии материального мира, охватывающей все проявления. 

Выводы

1. Установлена определяющая функциональная роль сфероспирали при реализации эффекта сферодинамики.
2. Выявлена преемственность спиральной симметрии фундаментальному принципу симметрии теории Галуа.

Библиографический список

1. Бещеков В.Г. Сферодинамика т. 1. – М.: Научный мир, 2018. – 499 с.
2. Агеев Н.М. Штамповка обкатывание. – М.: Наука, 1986. – 206 с.
3. Пресняков А.А. Локализация пластической деформации. – М.: Наука, 1979. – 81 с.
4. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. – М.: Наука, 1963. – 112 с.
5. Пригожин И.А. Теория вихрей. – М.: Наука, 1988. – 425 с.
6. Морозов А.Д. Введение в теорию фракталов. – М.: Ижевск, 2002. – 155 с.
7. Курош А.Г. Теория групп. – М.: Наука, 1967. – 22 с.

Бещеков Владимир Глебович – докт. техн. наук, главный научный сотрудник АО «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева». Тел.: 8(495)689-95-10. E-mail: 130-110@tmnpo.ru / Beshchekov Vladimir Glebovich – Doktor Nauk in Engineering, Principal Research Officer of JSC «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev». Tel.: 8(495)689-95-10. E-mail: 130-110@tmnpo.ru

Синякова Татьяна Ивановна – инженер-технолог 1 категории АО «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева». Тел.: 8(495)689-95-10. E-mail: 130-110@tmnpo.ru / Siniakova Tatiana Ivanovna – Category 1 Process Engineer of JSC «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev». Tel.: 8(495)689-95-10. E-mail: 130-110@tmnpo.ru

Бочаров Юрий Андреевич – инженер-технолог 1 категории АО «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева». Тел.: 8(495)689-95-10. E-mail: 130-110@tmnpo.ru / Bocharov Iurii Andreevich – Category 1 Process Engineer of JSC «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev». Tel.: 8(495)689-95-10. E-mail: 130-110@tmnpo.ru