Техника - молодёжи 1988-01, страница 15

мом. (Кстати, в этом суровом крае всерьез готовят широкое внедрение гелиоотопительных систем!)

Семидесятиградусный суточный перепад температуры. Элементарное соображение подсказывает, что тут нужны словно бы две совершенно разные стены: одна — защищать от дневного тепла, другая — от ночной стужи. Вот с такого простого наития и начинал свои экспериментальные работы Анатолий Тихонович Тимошенко. Первые же стенные панели, составленные из 2—3 слоев, дали заметный эффект защищали они от тепла и холода намного лучше однородных. И было это, как вспоминает Тимошенко, необычайно радостно и совершенно... непонятно!

Откуда эффект? Стали копаться в теории и поняли: она основана на допущениях, пригодных для анализа только стационарных тепловых потоков. А здесь громадный температурный перепад! Своего рода тепловая волна с суточным периодом и весьма внушительной амплитудой.

Представить процесс не как стационарный, а как волновой — в этом и была ключевая идея. Раз волна, раз проходит она сквозь разные слои, значит, возможны всякие эффекты отражения, преломления, поглощения. Но самое главное заключалось в другом. Когда записали уравнение колебательного процесса, из него с железной необходимостью вытекало: теплоизоляционные свойства зависят теперь не только от теплопроводности материала, но и от теплоемкости. Материалов, у которых оба эти показателя были бы на достаточно высоком уровне, нет. В одном лице, как говорится, оба противоречивых показателя несоединимы. Зато ничто не мешает оформить их союз в виде соседствующих слоев, имеющих каждый свои собственные достоинства и вместе работающих, образно говоря, в одной упряжке.

Точное теоретическое обоснование, кстати, с математической строгостью вскрыло рациональный смысл в случае с перевернутой стеной. Оказалось, что теплоустойчивость — свойство материала сохранять тепло внутри помещения при переменных внешних температурах — зависит и от порядка расположения слоев. Более того, для стенок с любой задуманной толщиной всегда существует такой порядок расположения слоев, при котором теплоустойчивость максимальна.

«Всегда существует» — это, конечно, здорово. А можно ли желан-

К ВЫСОТАМ НАУЧНО-Т

ный максимум вычислять? Тут на помощь экспериментатору А. Т. Тимошенко пришел недавний выпускник мехмата Днепропетровского университета Михаил Каниболот-ский. Задача была решена со всей математической строгостью и даже с изяществом, что можно оценить по геометрической интерпретации результатов, приведенной на рисунке. Теперь, задавшись требуемой величиной теплоустойчивости и размерами панели, по соответствующим алгоритмам легко подобрать толщину и материал прослоек, их число, порядок: скажем, здесь столько-то керамзитового гравия, такой-то толщины деревянный брус, пенопласт, рубероид...

Эксперименты и испытания слоистых стен вполне подтверждают теорию и расчет. Дело за их широким внедрением в строительную практику, и не только в Якутии, ведь колебания температуры — явление повсеместное. Кстати, интересная деталь. В Якутии до сих пор трудно применять деревянные конструкции, хотя мы все прекрасно знаем, что дерево замечательно хранит тепло и что леса в этом краю вроде бы вдосталь. Но вот незадача — мелка якутская сосна. А строительные нормы требуют: брус должен быть сечением 22x18 см. Создание слоистых конструкций снимает эту преграду перед широким и исключительно выгодным использованием местного леса.

Наверное, даже если бы вся практическая ценность работы с многослойными конструкциями ограничилась рамками строительства, смело можно было сказать: сделано большое и важное дело. Но ведь в сугубо прикладные исследования, как мы помним, вмешалась математика. А она решает задачу сразу про все на свете слои и волны. Давайте начнем их перечислять — световые, тепловые, акустические, звуковые... Надо их ослабить, отфильтровать — пожалуйста, вычисляйте оптимальную многослойную конструкцию соответствующего фильтра, поглотителя, пользуясь «строительными» алгоритмами.

Только не подумайте, что и этим все исчерпано. Кандидат технических наук, заведующий лабораторией оптимизации неоднородных конструкций М. Каниболотский заверил: «На очереди — решения задач программированного увеличения прочности различных изделий, создание композитных материалов с особыми свойствами».

КНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

Знакомство с одной из многообещающих разработок отдела физики и механики полимеров началось с сюрприза.

— Вот наш саморегулируемый нагреватель для сварочного аппарата,— объявляет Николай Коваленко, протягивая бледно-желтое пластмассовое кольцо.

А дело было так. Николаю поручили механические испытания перспективных для северной техники фторопластов.

— Занятие это, прямо скажу, не самое интересное,— вспоминает Коваленко.— Давим на прессе и разрываем столбики из пластмассы. Записываем параметры разрушения. Сотни, тысячи однообразных опытов. В общем, рутина. Мне всегда такая работа в тягость. Наверное, из-за лени. Попробовал было автоматизировать эксперимент, чтобы в ходе его заниматься чем-то более полезным. Не вышло. Тут не обойтись без соответствующего оборудования, компьютера... Тогда решил хотя бы сам эксперимент сделать щадящим для довольно-таки дорогой пластмассы. Наладил элементарный неразрушающий контроль. Заставляю образец вибрировать, по его резонансной частоте пересчитываю механические характеристики, например модуль упругости. Метод старый^ как мир: когда покупали горшки на ярмарках, слушали их «на звон».

Геометрическая интерпретация оптимальной конструкции. Накосим на график значение теплопроводности и теплоемкости всех известных материалов. Потом соединяем крайние точки, чтобы получился выпуклый многоугольник. Так вот, строго математически показано, что оптимальная многослойная конструкция может состоять только из материалов, соответствующих вершинам многоугольника. Остальные из рассмотрение можно заранее исключить.

13