Предложена микромеханическая модель, описывающая формирование и эволюцию деформационного рельефа на поверхности поликристаллических материалов. Для учета деформационных процессов на микро- и мезоуровнях трехмерная поликристаллическая структура моделируется в явном виде с учетом кристаллографической ориентации зерен. Определяющие соотношения для описания отклика зерен построены на основе физической теории пластичности кристаллов, учитывающей анизотропию упругопластических свойств, обусловленную особенностями кристаллического строения. С использованием предложенной микромеханической модели численно исследованы процессы эволюции деформационного рельефа в микрообьемах поликристаллического алюминия и титана в условиях одноосного растяжения. Показано, что в обоих случаях можно выделить два характерных масштаба рельефных образований. На микроуровне нормальные смещения относительно свободной поверхности обусловлены появлением дислокационных ступенек в зернах, выходящих на поверхность, и относительным смещением соседних зерен друг относительно друга. Более развитый микрорельеф наблюдается в титане, что обусловлено высоким уровнем упругопластической анизотропии, характерной для ГПУ-кристаллов. Рельефные образования на мезоуровне представляют собой складки и кластерообразные структуры, в формирование которых вовлекаются целые группы зерен. Для количественной оценки рельефных образований использован безразмерный параметр — интенсивность деформационного рельефа, отражающий степень отклонения формы поверхности от плоскости. Получена экспоненциальная зависимость интенсивности деформационного рельефа от степени деформации.

В монографии развивается системный подход к описанию деформируемого твердого тела как многоуровневой иерархически организованной системы. Приводится экспериментальное и теоретическое обоснование принципиально важного положения, что поверхностные слои и внутренние границы раздела в деформируемом твердом теле являются самостоятельными подсистемами. Они оказывают существенное влияние на самосогласованное развитие пластического течения и разрушение твердого тела на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях. Развиты новые подходы к моделированию процессов пластической деформации в поверхностных слоях и на интерфейсах в полях внешних воздействий методами молекулярной динамики, подвижных клеточных автоматов, механики структурно-неоднородных тел. Обнаружены и изучены нелинейные волновые процессы локализованного пластического течения на мезоуровне в поверхностных слоях, тонких пленках и интерфейсах. Разработаны новые методы упрочнения материалов путем наноструктурирования их поверхностных слоев, нанесения наноструктурных покрытий, формирования на внутренних границах раздела субмикрокристаллической структуры. Книга предназначена для специалистов в области механики и физики пластичности и прочности твердых тел, физического и прикладного материаловедения.

В работе проведено моделирование в трехмерной постановке поведения структурно-неоднородных материалов поликристаллического и композиционного типов в условиях квазистатического растяжения. Для введения в расчеты структуры мезоскопического масштаба (зерна, включения) применена процедура генерации структур поликристаллического и композиционного типов, сходных с экспериментальными по количественным и качественным характеристикам. На основе концепций физической мезомеханики проведен анализ напряженно-деформированного состояния в объеме и на поверхности исследуемых материалов. Исследовано напряженно-деформированное состояние в различных сечениях мезообъемов и эволюция пластической деформации на начальных стадиях пластического течения. На основе результатов моделирования сделаны выводы относительно особенностей пластической деформации в трехмерных структурах на мезо- и макроуровнях. На примере композиционной структуры исследован вопрос о степени соответствия двумерных и трехмерных моделей на мезоуровне в случае явного учета мезоструктуры. Для этого проведен сравнительный анализ трехмерных и двумерных расчетов в постановке плоской деформации и плоского напряженного состояния.