На основании модели молекулярного кристалла с потенциалом межчастичного взаимодействия Леннарда-Джонса исследована динамика одно- и двухмерных решеток. Компьютерные эксперименты подобраны таким образом, чтобы по возможности подробно проследить появление новых эффектов, связанных с увеличением размерности системы. Установлено, что главным фактором быстрого достижения теплового равновесия при распаде синусоидальной волны является наличие жестких границ, нарушающих плоскую симметрию задачи.

Рассмотрено описание разрушения квазихрупких твердых тел с позиций термодинамики. Из наиболее общих термодинамических представлений получен "принцип" минимизации свободной энергии. Учет высоких (вплоть до третьих) степеней в разложении свободной энергии относительно параметров механического поля и средней энергии микротрещин позволил записать уравнение состояния для твердых тел с микротрещинами, найти равновесные и неравновесные значения их средней энергии. С позиций развиваемого формализма объяснены причина высокой устойчивости горных выработок на небольших глубинах и механизм потери их устойчивости на больших глубинах. Из факта наличия качественно различного поведения материала на больших глубинах установлена дополнительная оценочная связь между параметрами теории.

Методами молекулярной динамики исследованы трансформации идеальной структуры двумерного нанокристаллита при различных константах связи и скоростях деформирования. Установлена общая тенденция зависимости размеров областей от указанных величин. Найдены параметры, при которых преобразование структуры кристаллита протекает по сценарию фазового перехода с образованием движущейся границы между фазами. При циклическом нагружении для тех же параметров наблюдалось формирование ротационной моды. Пластическое деформирование протекает по механизму, труднореализуемому в массивных бездефектных кристаллах.

Анализируются физические аспекты известных, в том числе предложенных авторами, моделей зональных разрушений горных пород, возникающих вокруг подготовительных выработок на больших глубинах.

Методом рентгеновского дифрактометрического анализа, оптической микроскопии и измерений микротвердости исследованы процессы формирования ультрамелкодисперсной структуры в меди, полученной новым методом интенсивной пластической деформации - равноканальным кручением под давлением. Показано, что процесс структурообразования при деформации развивается не линейно, а в несколько этапов. Установлено, что на каждом этапе деформации формируется структура, в общем случае представляющая собой суперпозицию микрокристаллических зерен и нанообластей. Нанообласти анизотропны и имеют размеры 80 - 200 нм. Компьютерным экспериментом оценена степень устойчивости формирующихся структур после возникновения в ней ротационной моды при деформации.

На основании оригинальной модификации метода частиц исследована проблема возбуждения упругих волн источниками ударного типа. Показана решающая роль в формировании волн нужного частотного диапазона наличия ослабленных связей между соударяющимся телом и средой. Объяснена природа возникновения многофазных осциллирующих сигналов за счет резонанса колебательной системы, образованной свободной поверхностью и границами ослабленного контакта или зонами пониженных скоростей внутри среды. Указана возможность формирования ложных спектральных максимумов за счет интерференционного наложения прямого и отраженного сигналов, которые могут приводить к ошибкам при картировании методами спектральной сейсморазведки границ ослабления. Полученные результаты можно применить для обоснования практических методов сейсмического прогноза, таких как локация и спектральные методы сейсморазведки.

Проведено исследование структурно-кинетических изменений в волокнистых наноматериалах, полученных в процессе пластической деформации. Экспериментально установлено, что в условиях действия сдвиговых напряжений в гомогенных нановолокнистых материалах одновременно протекают два конкурирующих процесса: фрагментация и динамическая рекристаллизация. Исследована термическая стабильность сформированной нановолокнистой структуры меди. Экспериментально и теоретически показано, что при повышении температуры в условиях действия предельных напряжений происходит смена механизма пластической деформации - переход от хрупкого к вязкому разрушению. Обнаружен температурный эффект повышенной пластичности гомогенных нановолокнистых материалов. Показано, что повышенная пластичность может быть обусловлена проскальзыванием между границами нанонитей и окружающей их материнской оболочкой.

Предложена термодинамическая модель интенсивного воздействия на вещество. Модель базируется на термодинамическом тождестве, которое следует из первого закона термодинамики и закона преобразования энергии по различным каналам диссипации. Для стационарного состояния построена замкнутая система термодинамических потенциалов, между которыми выполняются те же соотношения, что и для равновесных состояний в классической термодинамике. Объяснены причины уменьшения внутренней энергии в процессе энергетической "накачки" материала.

Проведено теоретическое и экспериментальное изучение особенностей процесса деформации в условиях интенсивной комбинированной деформации кручением и растяжением при постоянной нагрузке. С помощью методов молекулярной динамики показано, что при проведении кручения и растяжения переход от упругой к неупругой стадии деформирования происходит на более раннем временном этапе и при меньших деформациях. Аналогичный результат получен в реальном эксперименте при кручении и растяжении медной проволоки. Показано, что использование кручения облегчает процесс пластического течения при действии растягивающих напряжений.

Предложен вариант метода частиц для численного анализа связанных задач геомеханики и шахтной сейсморазведки. Метод позволяет перенести многие аналогии динамики кристаллической решетки на макроскопические системы произвольного масштаба. Возможности метода проиллюстрированы несколькими примерами из области сейсморазведки.

Стаціонарне зміщення за статичною температурою дозволило об'єднати термодинамічні потенціали пов'язаних між собою перетворенням Лежандра в єдину систему потенціалів, подібних до класичних виразів рівноважної термодинаміки, що дозволило розглядати стаціонарний стан як різновидність рівноважних станів. Система дозволяє з єдиних позицій описати процеси формування стаціонарної (граничної) структури зерен металів у процесі обробки їх за допомогою методів інтенсивної пластичної деформації.

За допомогою методу молекулярної динаміки проведено числові експерименти щодо довгострокової еволюції різних типів початкових сигналів у нелінійних ланцюжках з реалістичним міжатомним потенціалом Exp-6, а також зі степеневими потенціалами. Знайдено, що в тепловій рівновазі система характеризується кінцевим числом довгоживучих солітоноподібних збурювань, причому між процесами їх росту і розпаду встановлюється динамічна рівновага.

Предложена модель формирования предельной зернистой структуры металлов в процессе обработки их методами интенсивной пластической деформации (ИПД). Равновесный размер зерен определяется из минимума свободной энергии, которая зависит от внешних механических напряжений и температуры. Из модели следует возможность достижения аморфного состояния с помощью ИПД. Модель показывает тенденцию к уменьшению предельного размера нанозерен с понижением температуры. При низких температурах обычными методами гидроэкструзии можно достигнуть такого же размера нанозерен, как и методами ИПД при высоких температурах.

Предложена модель формирования равновесного размера нанозерен при обработке металлов методами интенсивных пластических деформаций (ИПД) с учетом влияния температур. Получены условия формирования предельного размера нанозерен. Из модели следует возможность достижения в процессе обработки аморфного состояния в области либо высоких механических напряжений (высокая скорость деформирования), либо промежуточных напряжений, но с начальным размером нанозерен меньше некоторого критического значения. Приготовление материала с таким размером зерен должно осуществляться методами, отличными от ИПД. Модель показывает, что с понижением температуры предельный размер нанозерен уменьшается. Необходимого размера нанозерен можно добиться как увеличением внешних нагрузок, так и понижением температуры. При низких температурах обычными методами гидроэкструзии можно достигнуть такого же размера нанозерен, как и методами ИПД при высоких температурах.

Запропоновано якісну термодинамічну модель фрагментації матеріалів у процесі обробки їх за допомогою методів ІПД. Модель описує основні режими, які виникають у процесі обробки ІПД: режим формування рівноважної граничної структури зерен і режим аморфізації матеріалу. Показано, що така гранична структура (ГС) не є лише властивістю матеріалу, а й залежить також від характеру обробки. Теоретично обгрунтовано вплив на досягнення більш дрібного зерна зовнішнього тиску (протитиск). Показано, що для досягнення позитивного ефекту зовнішний тиск має бути досить високим. Показано принципову можливість існування багаторівневої ієрархічної системи ГС, а також досягнення за допомогою методів ІПД об'ємних зразків з аморфною структурою.

Врахування зміцнення матеріалу та неоднорідності процесу інтенсивної пластичної деформації (ІПД) дозволило більш наближено до практики описати формування дефектної (зеренної) структури. Показано, що в разі зміцнення матеріалу система еволюціонує, спочатку перетинаючи систему параметризованих кривих внутрішньої чи вільної енергії, а потім "сідає" на одну з них, й далі процес відбувається за класичною схемою фазових переходів. Показано, що матеріали, які менш здатні зміцнюватись, більш важко піддаються фрагментації зеренної структури. Еволюція дефектної структури матеріалу в області лівого максимуму термодинамічного потенціалу протікає зі значно меншою швидкістю, водночас як перехід між лівим і правим максимумом протікає досить швидко. Це виправдовує використання саме терміна "інтенсивні пластичні деформації", а не спрощено - великих деформацій. Врахування кінцевого часу дії деформацій в активній зоні установки ІПД дозволило описати багатоциклічний процес обробки матеріалів. Виникаюча в цьому разі неоднорідність зменшує рівень дефектності, який формується в процесі ІПД, тобто менш сприяє формуванню структури металу з меншим розміром зерна.

Індекс рубрикатора НБУВ: В251.106.5

Рубрики:

Термопружність. Задачі температурні < Вплив зовнішніх факторів на пружні тіла >

Шифр НБУВ: Ж69583/Сер.А Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проведено сравнение кинетических уравнений, полученных в рамках неравновесной эволюционной термодинамики, с кинетическими уравнениями, полученными в рамках ведущих теоретических описаний некоторых авторов (Рыбин, Лихачев и другие) при рассмотрении формирования стационарной зеренной структуры в процессе интенсивной пластической деформации, а также с экспериментальными кинетическими кривыми Рыбина, Фирстова.

Посредством фильтрации общее тепловое движение в задаче о вдавливании индентора в атомарный образец разбито на равновесную и неравновесную подсистемы. Установлено, что последняя состоит из низкочастотных колебательных пакетов и представляет собой акустическую эмиссию, возникающую вследствие динамических явлений в момент генерации дислокаций. Обнаружено, что энергия неравновесной подсистемы пополняется в момент генерации дислокаций и убывает вследствие рассеяния на высокочастотных колебаниях, переходя в равновесную подсистему. Путем осреднения кинетической энергии введен и исследован некоторый аналог температуры отдельно для равновесной и неравновесной подсистем.

Рассмотрены концепция мегапластических деформаций (МПД) металлов и связанные с нею структурные изменения дефектных подсистем. Показано, что существует некоторое критическое значение деформации, начиная с которого изменения в структуре материала при переходе к высокодеформированному состоянию происходят скачкообразно. При сверхбольших деформациях помимо обычного механизма релаксации в форме фрагментации или дробления зерен имеют место и другие ее виды - рекристаллизация за счет упругих напряжений при относительно низких температурах, фазовые переходы, аморфизация. Указанные явления и процессы, протекающие при МПД, адекватно описываются в рамках энергетического подхода.