Развит подход физической мезомеханики к описанию трибоконтакта как многоуровневой иерархически организованной системы. В основе фрагментации и изнашивания поверхностных слоев материалов в парах трения лежит нескомпенсированность поворотных мод в иерархической системе "пластически деформируемый поворотный слой - аккомодационный переходный слой пластических сдвигов - поворотов - упруго нагруженная подложка". Экспериментальное структурно-трибологическое исследование эволюции трибоконтакта в аустенитной стали 20Х18Н10Т и дискретно-континуальное компьютерное моделирование показали хорошее согласие с развиваемой концепцией физической мезомеханики.

Исследованы температурно-скоростные зависимости сопротивления деформации и закономерности зернограничного скольжения при активном растяжении поликристаллов свинца и ряда сплавов на его основе. Определены энергии активации процессов пластической деформации и зернограничного скольжения. Исследованы структурные механизмы зернограничного скольжения в широком интервале температур. Делается заключение, что в основе самосогласования зернограничного скольжения и внутризеренного пластического течения лежат поворотные моды деформации. При этом зернограничное скольжение является первичным. Проведен теоретический анализ поворотных мод деформации, сопровождающих зернограничное скольжение. Показано, что зависимость деформирующего напряжения от величины зерна поликристалла не может быть описана одним универсальным уравнением Холла-Петча.

Сформулированы основные положения физической мезомеханики материалов - нового научного направления, позволяющие связать физику пластичности (микроуровень), механику деформируемого твердого тела (макроуровень) и физическое материаловедение. Пластическая деформация и последующее разрушение нагружаемого твердого тела развиваются как последовательная эволюция потери сдвиговой устойчивости на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях. Закономерности деформации на различных масштабных уровнях масштабно инвариантны. Для изучения механизмов деформации на мезоуровне впервые применены методы технического зрения. Показано, что в деформируемом материале в месте приложения внешней нагрузки всегда возникает базовый концентратор напряжений, который играет принципиальную роль в развитии деформации на мезомасштабном уровне. Основными носителями пластического течения на мезоуровне являются объемные элементы разных размеров, их движение происходит по схеме «сдвиг + поворот». В структурно-неоднородной среде на внутренних границах раздела возникают мезоконцентраторы напряжений, которые формируют диссипативные мезосубструктуры и обусловливают фрагментацию материала на мезоуровне. Проведены электронно-микроскопические исследования основных типов субструктур мезоуровня для высокопрочных материалов. Из экспериментальных данных следует, что на границах субструктур формируются высокоэнергетические структурно-неравновесные состояния с кривизной кристаллической решетки до 1 град/мкм и высокой плотностью дисклинаций. Обнаружено новое структурное состояние - субструктура с континуальной плотностью дисклинаций - с кривизной кристаллической решетки до 40 град/мкм. Обсуждаются методологические аспекты построения единой теории деформируемого твердого тела, и предложен теоретический подход, который позволяет моделировать процессы деформации и разрушения материалов со сложной внутренней структурой на разных масштабных уровнях с использованием методов континуальной механики. Этот подход позволяет записать определяющие уравнения для описания пластических деформаций на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях с учетом вклада накопленных деформаций на нижних уровнях в деформацию верхних уровней. Результаты теоретических расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Дан обзор исследований, выполненных за последние 15 лет на стыке физики и механики деформируемого твердого тела на основе новых представлений о пластической деформации и разрушении как эволюции потери сдвиговой устойчивости нагруженного материала на различных масштабных уровнях. Эти исследования привели к созданию нового научного направления — физической мезомеханики материалов, которая рассматривает деформируемое твердое тело как многоуровневую самоорганизующуюся систему. Развитие механизмов и стадийности пластической деформации на различных масштабных уровнях подчиняется принципу масштабной инвариантности. Это качественно изменяет методы описания процессов пластической деформации и разрушения твердых тел. Указаны области исследований, которые являются в настоящее время наиболее актуальными в физической мезомеханике материалов и должны определить основные направления работ в науке о прочности твердых тел в ближайшие десятилетия.