Дан краткий обзор основных идей и выводов нелинейной динамики, на основе которых анализируются возможности «иерархического моделирования». Центральные проблемы при выполнении такого моделирования видятся: 1) в нахождении путей и методов анализа общих свойств решений соответствующих нелинейных динамических уравнений механики сплошных сред в контексте основополагающих идей синергетики; 2) в установлении «генетического кода» организации пространственно-временных иерархий, рождающихся в нагружаемых материалах и средах. Утверждается, что нелинейные уравнения механики сплошных сред с релаксационными определяющими уравнениями (т.е. эволюционными уравнениями) для описания скоростей пластической деформации, накопления повреждений и разрушения, с положительными и отрицательными обратными связями между параметрами являются самодостаточными для выполнения иерархического моделирования. В общем случае это нелинейные уравнения смешанного типа, которые содержат как гиперболические, так и параболические решения. Их потенциальные возможности описывать эволюцию нагружаемых прочных сред по сценарию синергетики колоссальны и практически не изучены.

Предложена математическая модель для описания процессов в электролитической ванне при нанесении кальций-фосфатных покрытий микродуговым методом. Учитываются диффузия в жидкой и твердых (взвешенных частицах и титановом образце, на который наносится покрытие) фазах; основные химические превращения в частицах и в жидком растворе. Разработан алгоритм численного решения задачи, учитывающий различие характерных масштабов в различных фазах. Представлены отдельные расчеты, иллюстрирующие возможности модели.

Исследованы морфология, фазовый состав и параметры кристаллической структуры порошков твердого раствора на основе циркония с разным количеством стабилизирующей добавки MgO, полученных плазмохимическим синтезом.

Изучена зависимость твердости (HV) от приложенной нагрузки. Установлено, что для материалов, способных испытывать фазовые превращения, твердость возрастает при увеличении нагрузки, что обусловлено фазовым переходом, протекающим в материале.

Анализируются сходства и отличия процедур оптимального проектирования систем и процедур, предлагаемых для компьютерного конструирования материалов. Обсуждается проблема формулировки требований к деформационно-прочностным характеристикам конкретных материалов. Показано, что решение задач конструирования материалов в общем случае является неединственным, что, в свою очередь, удобно с точки зрения практической реализуемости. Приведены примеры конструирования полимерной дисперсно-наполненной композиции с двумя заданными макрохарактеристиками.????.

В работе проведено численное исследование деформации и разрушения мезообъема композиционного материала Al + Al2O3 при растяжении и сжатии. Иерархическое моделирование подразумевает введение различных моделей для описания механического поведения пластичной матрицы и хрупких керамических включений: упруго-пластическая формулировка с учетом деформационного упрочнения и модель растрескивания, использующая критерий разрушения типа Хубера, соответственно. Критерий учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний: растяжение и сжатие. Показано, что комплексное механическое поведение мезообъема композита как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице и растрескивания включений. Применительно к структурно-неоднородной среде предложенный критерий наибольшей интенсивности касательных напряжений позволяет правильно описать направление распространения трещин при отрыве для разных способов нагружения (растяжение, сжатие).??.

Предложена математическая модель электронно-лучевой закалки углеродистых сталей при облучении в пучке релятивистских электронов с учетом изменения условий кристаллизации в результате попадания в расплав инертных частиц. Модель основана на аналогии с теорией двухфазной зоны. Задача решается численно.

В монографии последовательно рассмотрены вопросы моделирования фазовых превращений в конденсированных средах с особенностями в наномасштабе. Используется обобщенная модель Изинга, а также некоторые другие модели, в том числе электронные. Монография предназначена для широкого круга специалистов: научных сотрудников, преподавателей, аспирантов, магистров, студентов, интересующихся вопросами моделирования конденсированных сред. Книгу можно использовать также для организации самостоятельной работы студентов и аспирантов по специальностям, на которых изучается математическое и компьютерное моделирование.

Изучено влияние механической обработки в мельнице на морфологию частиц и свойства ультрадисперсного порошка ZrO2 + MgO (3 мас.%), структуру, и свойства получаемой из него керамики. Показано, что низкоэнергетическая механическая обработка тонкодисперсного порошка позволяет существенно сократить в нем долю агрегатов, что в свою очередь приводит к уменьшению размеров зерна в получаемой керамике, увеличению ее плотности и прочности.

Научный и практический интерес вызывает решение так называемой обратной задачи компьютерного конструирования материалов - определение внутреннего строения или структуры материала, для которого удовлетворяются некоторые заранее сформулированные требования к эффективным характеристикам. Количество управляющих параметров при этом обычно может быть довольно большим. Например, для дисперсно наполненной полимерной композиции такими параметрами являются объемное или массовое соотношение компонент, внутренняя геометрия материала, определяющая взаимное расположение, размеры и форму фаз, свойства межфазных слоев и т. д. Требования на макроуровне могут формулироваться не для одной их характеристик материала, а сразу для нескольких. так, для материалов конструкционного назначения наиболее важной из деформационно-прочностных характеристик обычно является модуль упругости. На практике часто необходимо обеспечить получение еще нескольких характеристик материала. Для полимерных композиций такими могут быть, например, предельная деформация разрушения при одноосном растяжении, предел текучести и т. д.

Исследованы свойства керамики, полученной из смесей с различным соотношением крупно- и нанокристаллических порошков оксида алюминия. Показано, что увеличение содержания плазмохимического порошка приводит к активации диффузионных процессов в процессе спекания и росту плотности образцов, особенно при низких плотностях прессовок и при высоких температурах спекания. Установлена линейная зависимость пористости от усадки для исследуемой керамики.

Приведены результаты исследований поведения при высокотемпературной деформации крупнозернистой керамики ZrO2-Y2O3-Al2O3, полученной спеканием в вакууме и мелкозернистой того же состава, но полученной спеканием на воздухе. Показано, что спеченные в вакууме крупнозернистые материалы имеют высокую стойкость к высокотемпературной ползучести.

Монография посвящена разработке физических основ технологии получения новых стеклокристаллических материалов (оптических, конструкционных, теплоизоляционных) с определенными свойствами на основе использования фазового перехода "аморфное состояние - кристаллическое" нового продукта пеносиликата, который получен благодаря созданию системы комплексного использования техногенного и нерудного сырья. Впервые разработаны условия формирования и разделения металлической и силикатной фаз расплава техногенного и нерудного сырья (ТНС); условия вспенивания и аморфизации силикатной фазы расплава с получением нового рентгено-аморфного продукта - пеносиликата. Исследованы структурные особенности, свойства, физико-механических, теплофизические характеристики и перспективы использования пеносиликата. Впервые предложен универсальный комплекс безотходной переработки ТНС, интегрирующийся в существующие технологические схемы отходообразующих производств (теплоэнергетики, металлургии, добычи и переработки горнорудного сырья). Особое внимание уделено использованию самораспространяющейся кристаллизации (СК) пеносиликата для получения стеклокристаллических материалов со специфическими свойствами: оптическими, термическими, деформационными, физико-механическими и заданной кристаллографической структурой. Разработан механизм и способы получения новых материалов: огнеупорной конструкционной и теплоизоляционной керамики и пенокерамики, в том числе на основе воластонита, оптически и ИК-прозрачных ситаллов, керамики и пенокерамики, а также переработки техногенного сырья.

В книге излагается общий подход к описанию распространения плазмы электрического пробоя газов на всех его стадиях, основанный на аналогии с процессами распространения фронтов горения и детонации. Дан анализ экспериментальных и теоретических исследований электрического пробоя, предложены физико-математические модели и исследованы основные механизмы пробоя. Для научных работников в области физики электрического разряда, электрофизики и техники высоких напряжений, аспирантов и студентов старших курсов. Ключевые слова: электрический пробой газа, электронная лавина, стример, лидер, обратный разряд, импульсная дуга, лавинно-стримерный переход, стримерно-лидерный переход, волна ионизации, детонация, дефлаграция.

Построена функция распределения для газа в 2D-нанопоре, что позволило рассчитать такие термодинамические характеристики, как давление и теплоемкость. Рассмотрена зависимость давления и теплоемкости от наименьшего размера нанопоры, из которой следует наличие специфических фазовых переходов в газе в определенном интервале температур. Фазовые переходы связаны с тем, что эффекты размерного квантования приводят к появлению «эффективного» взаимодействия (притяжения) между молекулами газа.

Первое издание справочника по нанотехнологиям. выпущенное крупнейшим немецким издательством "Шпрингер" в 2004 году, заявило о себе как об основном источнике информации в области научных знаний о нанотехнологиях. Справочник объединяет сведения по технология, механике. материаловедению и надежности. Второе издание увеличилось с 6 до 8 частей, с 38 до 58 глав. Первая часть - введение в наноструктуры и технологии изготовления микро- и наноструктур. включая используемые при этом методы и материалы. Вторая часть справочника посвящена МЭМС/НЭМС и БиоМЭМС/БиоНЭМС приборам. Различные типы сканирующей зондовой микроскопии рассмотрены в третьей части. Четвертая часть посвящена обору нанотрибологии и наномеханики. Обзор смазок на пленках молекулярной толщины представлен в пятой части справочника. Шестая часть знакомит читателя с некоторыми применениями нанотехнологий в промышленном масштабе. седьмая сфокусирована на надежности микроприборов. И, наконец, последняя посвящена технологической конвергенции, которую несут с собой нанотехнологии, в ней также рассмотрены социальные, этические и политические последствия нанотехнолоий. Предметный указатель приведен в конце третьего тома. Книга подготовлена опытным редактором и написана командой из 150 известных международных экспертов. Она адресована инженерам-механикам и инженерам-электрикам. специалистам по материаловедению, медикам и химикам, которые работают в области нано-, или в областях, так или иначе связанных с этой новой важнейшей технологией.

Данное издание содержит незаурядное толкование статистических концепций в том объеме, в каком они влияют на теоретическую физику и формируют основу современной термодинамики. Обширный набор представленных тем позволяет составить лекции по самым разным вопросам: от термодинамики и случайных матриц до термодинамических функций Грина и критических экспонент, от распространения звука в твердых телах и жидкостях до природы квазичастиц в квантовых жидкостях и переходных матрицах. Будучи пронизанной духом, далеким от менторского, а по стилю приближаясь скорее к дружеской беседе. нежели к учебному курсу, эта книга являет собой отличный инструмент, позволяющий разжечь интерес у студентов и молодых исследователей к этой области науки.

Книга профессора Кембриджского университета Роберта У. Кана (1924-2007) "Становление материаловедения" рассказывает о возникновении физического материаловедения, главным образом в США и странах Европы, о его формировании и развитии, о методах и основных исследовательских направлениях. Книга написана увлекательным языком, содержит биографии ряда исследователей и сведения об обстоятельствах появления ряда замечательных научных достижений и открытий. Для студентов, аспирантов и преподавателей, специализирующихся в области физики твердого тела, химии твердого тела, физического материаловедения, нанотехнологий и смежных дисциплин.

Можно ли создать формализованный аппарат термодинамики, в том числе и для самоорганизующихся систем, как раздала теоретической физики, соответствующий сегодняшнему пониманию протекающих неравновесных и нелинейных процессов в открытых системах с хаотической динамикой? В монографии излагаются проблемы математического и численного моделирования нелинейных процессов в открытых физико-химических локально-неравновесных системах с фазовыми переходами и самоорганизацией, которые ранее методами классической термодинамики не могли быть решены. Эти задачи на основе принципа локального неравновесия позволяют на феноменологическом уровне в рамках хаотической динамики описать возникновение и эволюцию гомо- и гетерофазных флуктуаций, ответственных за возникновение новых структур. Учитываются трудно формализуемые потери энергии, последействие и релаксация, которые приводят к бифуркационным явлениям, забыванию начальных условий и, как следствие, - необратимости. эффективность разработанного термодинамического подхода проверена на задачах в системах с процессами переноса энергии, массы, импульса и заряда при наличии источников и стоков, межфазного слоя с испарением и конденсацией, химическими реакциями и некоторых задачах нерегулярной динамики, включающих самоорганизацию, в биофизике и медицине. Книга может быть полезна как специалистам в области термодинамики сплошных сред, гидродинамики, синергетики, так и студенческой аудитории, в частности магистрам, специализирующимся в области термодинамик и реальных процессов.

Излагается современная теория вязкопластических течений, сформировавшаяся в течение ХХ в. в самостоятельный раздел гидромеханики и механики деформируемого твердого тела. Наряду с классическими постановками начально-красных задач и точными стационарными решениями подробно рассмотрены новые направления в исследовании вязкопластических течений. Эти новые направления - нестационарные и переходные режимы, динамический хаос, гидродинамическая устойчивость, перемешивание - быстро развиваются благодаря прогрессу в компьютерном моделировании. Для специалистов по механике сплошной среды, научных сотрудников, аспирантов, студентов, изучающих гидромеханику и механику деформируемого твердого тела.

В монографии разработаны и представлены: физическая модель распространяющегося в объеме г.ц.к. кристалла единичного кристаллографического скольжения, методика моделирования на ЭВМ расширения связанной с этим скольжением замкнутой дислокации, алгоритмы и программы, позволяющие методами имитационного компьютерного моделирования воспроизводить, исследовать и описывать элементарное скольжение как единый целостный процесс. В формулировке дислокационной микромеханики это соответствует моделированию действия дислокационного источника и процесса двухмерного расширения замкнутой планарной дислокационной петли, образующей фронт элементарного скольжения. Книга будет полезна специалистам, ведущим исследования в области физики прочности и пластичности с использованием методов математического моделирования, а также студентам и аспирантам соответствующих специальностей. Отдельные ее разделы могут быть использованы в курсе "Компьютерное моделирование в физике".

В предлагаемой читателю книге известных авторов: профессора Карал К. Коча (США), доктора физико-математических наук Ильи Овидько (Россия), профессора Судипты Сила (СШЩА) и профессора Стэна Вепрека (ФРГ) на теоретическом и прикладном уровнях излагаются фундаментальные основы нанотехнологических процессов и структурных состояний объемных наноматериалов, нанокомпозитов и покрытий. В книге рассматриваются области применения массивных наноматериалов в несущих конструкциях, анализируется стабильность нанокристаллических микроструктур и описываются методы, используемые для изучения их строения. Исследованы закономерности и особенности изменения механических и функциональных свойств наноматериалов и возможных областях применения. Представляются теоретические модели структур нанокристаллических материалов и обсуждаются механизмы их поведения при различных видах нагружения. Книга, содержащая новейшие сведения о свойствах наноматериалов, проблемах и х освоения и перспективах решения, несомненно, полезна студентам, аспирантам, ученым и инженерам, занимающихся разработкой и использованием наноматериалов в различных областях техники.

В монографии изложен новый подход к повышению эффективности и оптимизации производства товарных бензинов с использованием компьютерных интеллектуальных систем, основанных на физико-химических, технологических закономерностях этих процессов и фактических данных по эксплуатации действующих промышленных установок. Посредством физико-химического анализа и компьютерного моделирования кинетики процесса с учетом экспериментальных данных с различных НПЗ показано решение проблем тестирования катализаторов с учетом состава сырья и технологических особенностей производства, определения оптимального уровня кислотной и металлической активности Pt-контакта, стабилизации технологических режимов и прогнозирования срока регенерации катализатора. Предложена модель процесса компаундирования товарных бензинов на основе расчета интенсивности межмолекулярных взаимодействий компонентов смеси и установлена эффективность совместной оптимизации технологической и производственной стадий НПЗ. В заключение приведено описание "Тренинг-системы" по аварийным и эксплуатационным ситуациям на НПЗ. Книга предназначена для инженерно-технического персонала нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, а также в качестве учебного пособия для студентов химико-технологических специальностей вузов.

В статье рассматривается применение темогеля ГАЛКА при пароциклических обработках (ПЦО) нефтедобывающих скважин. Представлен анализ эффективности ПЦО в зависимости от начальной обводненности продукции скважины. Приведены результаты применения темогеля ГАЛКА при ПЦО скважин пермо-карбоновой залежи высоковязкой нефти Усинского месторождения, республика Коми. На основе анализа промысловых данных сделаны выводы об оптимальном количестве термогеля и схеме его применения. Приведено описание компьютерной программы для расчета необходимого количества термогеля ГАЛКА.

В настоящее время в мире активно проводятся исследования электронной и атомной структур новых форм углерода, таких как фуллерены, нанотрубы, углеродные торы и их производные - эндо- и экзоэдральные комплексы с металлами, гелием, водородом и пр. Большую роль в этих исследованиях играют теоретические методы квантовой химии и молекулярной динамики, которые позволяют не только интерпретировать результаты различных спектроскопических экспериментов, но и описывать и предсказывать с высокой точностью структуру и свойства новых материалов на основе углерода. В мультимедийном издании книги, выпущенной на компакт-дисках, описаны не только результаты квантово-химических и молекулярно-динамических исследований, но и непосредственно включены десятки молекулярно-динамических фильмов, иллюстрирующих поведение исследуемых объектов и сотни углеродных молекулярных структур, что позволяет наглядно и удобно представить результаты квантово-химического и молекулярно-динамического моделирования. Читатель сам может сделать интересующие его расчеты, которые по каким-либо причинам отсутствуют в книге. Книга предназначена для чтения в сопровождении работы известной и распространенной квантово-химической программы HyperChem, демонстрационную версию которой можно легко найти на сайте корпорации Hypercube.

Исследованиями установлено, что отжиг плазмохимического порошка ZrO2, стабилизированного 3 мол. % V2O3 при температуре 1200С в течение 1 ч., приводит к повышению его насыпной плотности, уменьшению удельной поверхности и в результате повышению механических свойств спеченного материала.

Проведено рентгенографическое исследование поверхности трансформационно-упрочненной керамики Y-TZP после трения без смазочного материала по стали в широком диапазоне скоростей (0,2-11,1 м/с). Выявлены основные тенденции изменения отношения интенсивностей I(002)/ I(200) линий тетрагональной фазы ZrO2 в зависимости от скорости скольжения и от размера зерна керамики. Обсуждены механизмы, ответственные за переориентацию решетки при разных скоростях скольжения.

Гормоны стресса (кортизол, адреналин, норадреналин) могут неспицифичесик связываться с мембранами эритроцитов, вызывая в них структурно-фазовые переходы. В механизме связывания принимают участие водородные связи, гидрофобные и электростатические взаимодействия. Активные группы гормонов (метиламин, имино-, амино-, кето- и гиксогруппы) одновременно взаимодействуют с СО- и NH-группами как белков, так и фосфолипидов. Данные процессы лежат в основе структурно-фазовых переходов в мембране при взаимодействии ее с гормонами стресса. Это приводит к образованию в мембране сложных белок-липидных доменов, в которых происходит возрастание структурного порядка. В то же время диполи воды из доменов вытесняются в смежные области и способствуют разрыхлению мембраны. При этом микровязкость мембран существенно возрастает как в области белок-липидных, так и в области липид-липидных взаимодействий. Возрастание вязкости мембран эритроцитов затрудняет их продвижение по мелким капиллярам и при превышении определенного критического значения способствует развитию тканевой гипоксии. Мезомеханика структурно-фазовых переходов и процессов разрушения во внешних полях биологических мембран и наноструктурных твердых тел качественно одинакова.

Изложены физико-технические основы и современное состояние технологии процесса борирования и изучения пластичности борированных слоев. особое внимание уделено методам воздействия на структуру слоя, морфологию выделяющихся фаз, характер и распределение формирующихся в приповерхностной зоне соединений. Приведены различные классификации процессов борирования, рассмотрены двух- и многокомпонентных диаграммы состояния сплавов, процессы массопереноса в насыщающих средах в режиме самоорганизации. Даны рекомендации по расширению промышленного применения борирования для повышения долговечности деталей и инструментов. Большая часть изложенных в книге результатов получена авторами и публикуется впервые. для научных и инженерно-технических работников разаличных отраслей промышленности. студентов и аспирантов, изучающих проблемы химико-термической обработки металлов и сплавов.

В книге дан краткий обзор работ по исследованию строения твердых аморфных и жидких веществ методами дифракции рентгеновских лучей и электронов. Где было возможно, использованы данные нейтронографии. Приведены результаты фурье-анализа экспериментальной кривой интенсивности по элементам, соединениям и бинарным сплавам. Даны параметры ближнего порядка - межатомные расстояния и координационные числа - и сопоставлены с данными для этих же веществ в кристаллическом состоянии. Указано, что три метода дифракции, взаимно дополняя друг друга, дают также взаимную проверку надежности результатов исследования и возможность использования их для создания и развития теории аморфного и жидкого состояний, для связи структуры вещества с его физическими свойствам, для дальнейшего совершенствования методов исследования аморфного и жидкого состояний.

Проведено моделирование процесса осадкообразования в нефти. Установлено, что образование осадка зависит от количества твердых парафинов, смол и асфальтенов, а так же от структурных особенностей молекул смол и асфальтенов. Наличие длинных боковых цепей снижает способность асфальтенов к самоассоциации. В безасфальтеновых нефтях в отстуствии твердых парафинов количество осадка растет с увеличением концентрации смол,а в высокопарафинистых уменьшается. В нефтях, в которых отсутствуют смолы или они содержатся в очень малых количествах, с увеличением концентрации асфальтенов отстутствии твердых парафинов количество образующегося осадка снижается, а при высокой концентрации парафинов увеличивается.

Приведены экспериментальные данные по определению прочностных характеристик и усталостной долговечности образцов из конструкционной оксидной керамики на основе Zr02. Образцы получены при прессовании в пресс-формах мелкокристаллического порошка системы Zr02-Mg0 с последующим спеканием при температуре 1600 °С и выдержкой 1 ч. Для исследуемых образцов определены значения предела прочности при изгибе 43 МПа и модуля упругости 22 ГПа. Результаты усталостных испытаний исследуемых керамических образцов имеют большой разброс, предел выносливости до 105 циклов определен в диапазоне 33-34 МПа. Для выявления дефектности внутренней структуры композита предложен метод неразрушающего контроля с использованием трехмерной рентгеновской томографии.

Исследованы структура, фазовый состав наносистем на основе диоксида циркония, полученных методом денитрации водных растворов солей в плазме высокочастотного разряда. Изучено изменение морфологии нанокристаллического порошка при механической активации, прессовании, отжиге. Показано, что в процессе мехактивации порошок разделяется на две подсистемы с отличающимися на два порядка средним размером структурных элементов, при это возрастает доля квазиаморфной (рентгеноаморфной) фазы, что позволяет направленно изменять характеристики спеченных материалов.

Проведено исследование процессов формирования твердых растворов семейства BIMEVOX (Me-Fe, Zr) при синтезе через жидкие прекурсоры. Для получения твердых растворов использовали метод гидротермального синтеза, цитратно-нитратный метод и метод пиролиза полимерно-солевых композиций. По результатам рентгенофазового анализа процессы формирования BIMEVOX при синтезе через жидкие прекурсоры в целом аналогичны процессам фазообразования при твердофазном синтезе. Во всех методах в первичном осадке образуется ванадат висмута состава BiVO4. При дальнейшем прокаливании в интервале 500-700С состав реакционной смеси усложняется. В качестве промежуточных продуктов образуются ванадаты висмута, циркония и железа, цирконат и ферриты висмута. Для серии BIFEVOX в интервале концентраций х=0,1-0,4 получена высокотемпературная тетрагональная модификация, для серии BIZRVOX - при малых концентрациях допанта - смесь а-орторомбической и y-тетрагональной модификаций.

В монографии представлены результаты исследований по одному из основных научных направлений "Фундаментальные закономерности, физико-математические и структурные модели синтеза и функциональные свойства нанокристаллических частиц, материалов и покрытий" Научно-образовательного центра Томского госуниверситета "Физика и химия высокоэнергетических систем", организованного по гранту Фонда гражданских исследований и развития (CRDF) российско-американской программы "Фундаментальные исследования и высшее образование" (BRHE). Исследования посвящены проблемам синтеза наночастиц в конденсированных средах, компьютерному моделированию формирования биметаллических нанотрубок и их поведения в условиях внешних воздействий, закономерностей деформации и разрушения наноматериалов при динамическом нагружении, экспериментальным исследованиям механических свойств нанокристаллических металлических и керамических материалов при различных условиях нагружения. Для специалистов в области создания нанотехнологий и наноматериалов конструкционного назначения, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.