В монографии обобщены исследования, выполненные в Институте проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины с момента его основания (1966 г). Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по теориям прочности и пластичности. колебаниям неконсервативных механических систем, прочности при высоких и криогенных температурах, при переменных нагрузках, при ударном и импульсном нагружении, прочности неметаллических материалов, покрытий, по механике разрушения и предельному состоянию конструкций с трещинами. Монография предназначена для специалистов в области прочности материалов и конструкций различных видов техники, механики деформируемого твердого тела, динамики машин, материаловедения, механики жидкости и газа, а также для аспирантов и студентов старших курсов технических университетов, специализирующихся в области машиностроения. Издание посвящается 95-летию со дня рождения известного украинского ученого в области механики и прочности в машиностроении, акад. НАН Украины, основателя Института проблем прочности НАН Украины Георгия Степановича Писаренко (1910-2001).

Предложен новый подход к объяснению автоволновых процессов локализации пластической деформации металлов и сплавов Подход основан на постулате, согласно которому волновому процессу локализованного течения соответствует квазичастица. Определены ее свойства и рассмотрен ряд следствий и количественных оценок, полученных с использованием указанного постулата. Установлены соотношения, непосредственно связывающие процессы, идущие в деформируемой среде на макро- и микроскопическом масштабных уровнях.

Дана современная трактовка физического и технического смысла важнейших механических свойств. Рассмотрены методы проведения механических испытаний. С использованием теории дефектов кристаллической решетки проанализированы процессы деформации и разрушения при различных температурах и условиях приложения нагрузки. Изложены закономерности влияния состава и структуры на механические свойства металлов и сплавов. Для студентов вузов, обучающихся по специальности "Металловедение. оборудование и технология термической обработки металлов". Может быть полезен студентам других металлургических специальностей.

Изложены методы рентгенографического анализа, используемые для исследования твердых сплавов, результаты исследований структурных изменений исходных продуктов, полуфабрикатов и спеченных сплавов на разных стадиях технологического процесса. Систематизированы данные по вопросам влияния на структуру и свойства сплавов технологических факторов: структуры исходных компонентов, температур, восстановления и карбидизации, продолжительности и способа размола и т. д. Приведены конкретные методики рентгенографического анализа. книга предназначена для рабочих и лаборантов, занимающихся технологией изготовления исследованиями твердых сплавов.

Исследована взаимосвязь регистрируемых циклических вольтамперных кривых и свойств оксидно-керамических покрытий, формируемых в процессе микроплазменного оксидирования. Выявлено, что аналитический сигнал активной составляющей тока на вольтамперной кривой является показателем толщины и пористости формируемого покрытия. Показано, что по форме регистрируемых вольтамперных характеристик можно прогнозировать свойства получаемых оксидно-керамических покрытий и управлять процессом микроплазменной обработки.

Рассматриваются простейшие прикладные варианты теории упругопластического деформирования при пропорциональном (простом) и непропорциональном (сложном) нагружениях. Излагаются методы идентификации материальных функций, замыкающих варианты теории. Анализируются результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов сложного нагружения как п плоским, так и по пространственным траекториям деформаций. Для специалистов конструкторских и проектных организаций, научно-исследовательских институтов, а также для аспирантов и студентов, занимающихся расчетами и исследованиями высоконагруженных конструкций современной техники.

Исследован процесс обработки микродуговым оксидированием (МДО) внутренней поверхности деталей из алюминиевых сплавов. Применение внутреннего электрода в МДО-процессе позволяет интенсифицировать процесс формирования покрытия по всей поверхности детали, а также влияет на морфологию и состав покрытия. Сделано предположение, что внутренний электрод может применяться в МДО как поставщик материала для формирования покрытия заданного состава.

На основе молекулярно-динамического моделирования предложен новый подход к послойному нанесению покрытий. В основе подхода лежит взаимодействие нелинейного импульса со свободной поверхностью материала. Показано, что при достаточно большой амплитуде импульса происходит отрыв атомной плоскости со свободной поверхности, которая при налете на мишень образует многослойное покрытие. Комбинируя материалы "источника", можно создавать многослойные покрытия со сложным составом и структурой.

Исследована кинетика зарождения и роста усталостных трещин путем анализа полей смещений в поликристаллических образцах дуралюмина Д16АМ в условиях малоцикловой усталости. Показано, что на мезомасштабном уровне усталостное разрушение имеет многостадийный характер и связано с трансляционно-ротационным движением объемных мезодефектов и фрагментацией материала. Критерии диагностики разрушения определяются параметрами мезоскопических субструктур, формирующихся на поверхности поликристаллов в процессе их циклического нагружения.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование отклика кристаллита меди на атомном уровне при локальном контактном взаимодействии. Результаты расчетов показали, что зарождение и развитие пластической деформации осуществляется по механизму генерации локальных структурных трансформаций, которые, в свою очередь, формируют дефекты более высокого уровня (дислокации, дефекты упаковки, границы раздела и т. д.). В процессе нагружения сформированные дефекты структуры распространяются из зоны контакта в глубь кристаллита и при выходе на свободную поверхность приводят к ее формоизменению.

В рамках метода молекулярной динамики был рассчитан процесс формирования кластерной структуры, границ раздела и поверхностей с различными радиусами кривизны при прохождении нелинейной волны по идеальному нанокристаллу. Показано, что этот процесс является формой самоорганизации наноструктуры при воздействии потока внешней энергии с последующим развитием интенсивного ротационного поля.Molecular dynamics simulation was performed to study the formation of cluster structure, interfaces, and surfaces differing in curvature radius in a perfect nanocrystal when passed through by a nonlinear wave. It is shown that this process is a type of nanostructure self-organization in response to external energy flow with subsequent development of a strong rotational field.??.

Численно моделируется взаимодействие стального цилиндрического ударника с элементом ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ). Материал оболочки РДТТ — ортотропный органопластик, жестко скрепленный с твердым топливом. Исследуется влияние геометрических и кинематических параметров ударника и ориентации упругих и прочностных свойств оболочки на параметры волны сжатия, выходящей на твердое топливо. Рассмотрен диапазон скоростей взаимодействия от 400 до 1000 м/с. Задача решается численно, методом конечных элементов в трехмерной постановке. Поведение материала ударника описывается упругопластической моделью, поведение анизотропного материала оболочки описывается в рамках упругохрупкой модели, топливо моделируется упругой средой.

На примере алюминиевых сплавов рассмотрено применение проекционных методов многомерного анализа данных к обработке измерений, получаемых при многочастотном вихретоковом контроле. Полученные результаты показали, что предложенный подход позволил разделить влияние различных факторов и тем самым обеспечить надежную классификацию материалов по их физико-механическим характеристикам для задач входного контроля.

Приведены результаты теоретического и экспериментального исследования связи локализации пластической деформации твердых тел на различных масштабных уровнях с концентраторами напряжений соответствующих масштабов, которые возникают в поверхностных слоях и на всех внутренних границах раздела. Сделано заключение, что локализованное пластическое течение всех видов может зарождаться и распространяться только в зонах растягивающих нормальных напряжений, где возникают сильно неравновесные состояния. В пространстве междоузлий в условиях избыточного атомного объема появляются виртуальные узлы более высокоэнергетической структуры и происходит локальное структурное превращение путем коллективных атом-вакансионных конфигурационных возбуждений. Описать природу локализации пластического течения можно только на основе представления деформируемого твердого тела как многоуровневой системы.

Проведены механические испытания и исследована структура циркония и алюминия, предварительно деформированных на 450% посредством ковки с переменой оси осаживания (КПО) и равноканального углового прессования (РКУП) соответственно. При растяжении образцов из указанных сильнодеформированных сплавов наблюдалась их повышенная склонность к образованию шейки, однако пластичность материалов в шейке намного превосходила пластичность в шейке исходных крупнозернистых материалов. По результатам экспериментов сделано предположение. что закономерным этапом пластического течения твердых тел при интенсивной пластической деформации (ИПД) является формирование ячеисто-полосовой структуры и локализации деформации в полосах с мелким зерном. Это существенно замедляет процессы дальнейшего деформационного измельчения структуры посредством ИПД, а также является причиной быстрого образования шейки разрушения в материалах с такой структурой.

На основе неравновесной термодинамики развита методология описания деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. Делается заключение о единой природе всех механизмов пластической деформации и разрушения твердых тел как локальных структурных превращений в зонах концентраторов напряжений различного масштаба. Все типы деформационных дефектов зарождаются в локальных зонах гидростатического растяжения около концентраторов напряжений, где необходимо рассматривать локальный неравновесный термодинамический потенциал Гиббса. Показан корпускулярно-волновой дуализм пластического сдвига и рассмотрена его специфика на различных структурно-масштабных уровнях пластической деформации. Проведен термодинамический анализ возникновения субмикро- (нано-) кристаллической структуры в твердых телах в условиях интенсивной пластической деформации. Ключевые слова: деформация, масштабные уровни, термодинамический подход.

Предложено описание многоуровневой дефектной подсистемы в шейке деформируемого твердого тела на основе полевой теории дефектов. Ведущий механизм пластической деформации в шейке связан с самоорганизацией двух макрополос локализованных сдвигов, ориентированных по сопряженным направлениям максимальных касательных напряжений. Их материальные повороты компенсируются на мезомасштабном уровне фрагментацией материала в шейке как аккомодационный механизм кристаллографических поворотов. Дислокационная деформация на микромасштабном уровне описывается калибровочной теорией дефектов. Полевая теория дефектов позволяет описать известные механизмы пластической деформации в шейк на различных масштабных уровнях.

Исследованы картины локализации пластического течения в ГПУ монокристаллах Zn, ориентированных для скольжения по системам {0001} <2110>. Установлены основные пространственно-временные закономерности локализации деформации на всех участках трехстадийной кривой таких кристаллов. Прослежена связь типов картин локализации с закономерностями упрочнения монокристаллов на каждой стадии. Оценена роль сбросообразования в процессе формирования наблюдаемых распределений макродеформации.

Исследована кинетика развития очагов локализованной пластической деформации в поликристаллическом Al. Установлено, что на стадии линейного деформационного упрочения такие очаги синхронно движутся, а на стадии параболического упрочнения неподвижны. Определены количественные характеристики (длина волны, скорость распространения) деформационных волн, возникающих на стадии линейного упрочнения. Найдена связь количественных характеристик процесса локализации деформации с размером зерна. Исследовано перераспределение локальных деформаций при переходе от одной стадии течения к другой. Предложена модель, объясняющая возникновение крупномасштабных структур локализованной пластической деформации.

Изменения внутренней структуры в деформируемой среде описываются дополнительными оп отношению к плотностям дефектов кинетическими переменными - параметрами порядка. связанными с коллективными модами макроскопической пластической деформации. Кинетические уравнения для двух параметров порядка представляют систему нелинейных уравнений реакционно-диффузионного типа. Показано, что неустойчивость однородного решения относительно неоднородных возмущений внутренней структуры возникает в том случае, когда характерные длины изменения параметров порядка существенно различаются.

На основе представлений физической мезомеханики исследовано в контролируемых условиях (высокочистые поликристаллы, одинаковая величина зерна) влияние малорастворимых добавок разного типа на ползучесть свинца и ее отдельные составляющие. Показано, что все использованные добавки понижают скорость ползучести в данных условиях. Влияние легирования поликристалла малорастворимыми добавками на скорость установившейся ползучести осуществляется через зернограничное проскальзывание и формирование приграничных полос локализованной деформации.

Исследована зависимость длины волны локализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения от размера зерна в поликристаллическом алюминии. Определен характер такой зависимости. Изучено влияние размера зерна на характер кривой пластического течения.

В настоящем сборнике освещаются вопросы оценки прочности металлических материалов, машин и сварных конструкций при низких температура. Показано влияние ряда факторов на сопротивляемость материалов хрупкому разрушению. Рассмотрены вопросы термомеханической обработки металлов и вопросы влияния пластических деформаций на склонность металлов и сплавов к хрупкому разрушению. Сборник предназначен для инженерно-технических и научных работников, занимающихся проблемой хрупкого разрушения материалов и конструкций.

Пластическая деформация рассматривается как неравновесное структурное превращение, характеризуемое параметрами порядка. Параметры порядка определяют пластическую часть тензора деформации. Получены нелинейные кинетические уравнения реакционно-диффузионного типа для их определения с коэффициентами, зависящими от температуры и напряжений. Проведен расчет указанных коэффициентов в случае, когда пластическая деформация описывается одним параметром порядка.

Исследована эволюция локальных деформаций при растяжении монокристаллов высокомарганцовистого аустенита с углеродом. Показано, что типы упорядоченных картин локализации находятся в тесной связи со стадиями деформационной кривой. Полученные резулттаты сравниваются с аналогичными данными исследований полей деформации монокристаллов хромо-никелевого аустенита с азотом. Установлена зависимость скорости самосогласованного движения очагов неоднородностей пластической деформации при растяжении монокристаллов Fe от коэффициента деформационного упрочнения и механизма деформации.

Рассмотрены закономерности, определяющие развитие локализованной пластической деформации твёрдых тел. При анализе характеристик локализованного пластического течения металлов, неметаллов и горных пород обнаружена корреляция произведений масштабов и скоростей процессов упругой и пластической деформаций. На этом основании высказана гипотеза о причинной взаимосвязи упругой и пластической составляющих деформации и введён упругопластический инвариант деформации, играющий роль основного уравнения развиваемой автоволновой модели пластичности. Предложены автоволновой и квазичастичный варианты описания явления локализованной пластичности.

В монографии представлены результаты исследований кинетики, основных закономерностей деформирования и разрушения теплостойких сталей при статических, циклических и динамических условиях нагружения. Основное внимание уделено масштабным уровням накопления повреждений, механизмам локализации деформации и их взаимосвязи. Проведен анализ стадийности процессов деформации, протекающих на различных масштабных уровнях. Для описания процессов накопления повреждений под действием температурно-силовых факторов использованы подходов механики разрушения и физической мезомеханики. Показаны общие закономерности и различие носителей деформации на различных масштабных уровнях. Книга предназначена для специалистов в области физической мезомеханики, механики разрушения, технической диагностики, металловедения, исследователей, научных работников и работников заводских лабораторий, а также специалистов занимающихся изучением механических свойств материалов, аспирантов и инженеров, работающих в данном направлении.

В монографии с единых позиций вычислительной технологии последовательно от математических моделей сред, численных методов и решения конкретных практических задач изложены основные аспекты, позволяющие изучать физические процессы, возникающие при высокоскоростном взаимодействии тел. Книга предназначена для специалистов в области механики, вычислительной математики и физики пластичности и прочности материалов.