Большая длительность (до 7-10 лет) и высокие финансовые затраты современных экспериментальных подходов к формированию энергетических и эксплуатационных свойств материалов для изделий ракетно-космической техники стимулируют более активное использование методов физического моделирования и компьютерных технологий их реализации. В сообщении анализируются перспективы и способов применения этих методов для решения задачи формирования механических характеристик указанных высокоэнергетических материалов. В качестве теоретической базы используются принципы механики структурно-неоднородных сред. Формулируется физическая постановка и дается характеристика объекта исследований.

Сообщение является продолжением работы и посвящено проблеме совершенствования технологии формирования механических характеристик высокоэнергетических наполненных полимерных систем (ВНПС) с использованием активно развивающихся методов физического и математического моделирования, позволяющих установить взаимосвязь рецептурного состава и структурных параметров с реализованными эксплуатационными характеристиками.

Свойствами композиций на полимерных матрицах можно управлять различными способами. Одним из наиболее распространенных способов является структурная модификация, когда за счет армирующих включений изменяются различные эффективные характеристики материала, при этом химическая природа матрицы и включений не меняются. Предложен подход к определению управляющих параметров (фазовый состав, свойства фаз, внутренняя геометрия, характер межфазного взаимодействия), придающих материалу заданные эффективные свойства или попадание их в заранее заданные интервалы. В соответствии с этим подходом на основе решения ограниченного числа прямых задач (задач моделирования), в которых определяют эффективные характеристики по значениям управляющих параметров, в пространстве состояний строят соответствующие поверхности отклика электрических, теплофизических и деформационно-прочностных характеристик на значения управляющих параметров. Анализ поверхностей позволяет определить, существует ли решение для выбранного диапазона заданных эффективных характеристик, и при его наличии конкретизировать область значений управляющих параметров. При необходимости обеспечить одновременное получение для материала как эффективных теплофизических, электрических так и деформационно-прочностных характеристик значения управляющих параметров находятся пересечением соответствующих областей. Предлагаемый метод очевидным образом можно распространить на многофазные материалы.

Рассматривается базовый этап процесса имплантации в виде протягивания одномерного протезирующего (фиксирующего, диагностирующего) элемента через отверстие в биоткани. Разработанная механико-математическая модель описывает взаимодействие данного имплантата с биотканями в условиях сцепления и проскальзывания контактирующих поверхностей. Получены расчетные зависимости для удлинения имплантата и максимального значения интенсивности тензора напряжений в прилегающих объемах материала, позволяющие получить теоретическую оценку фрикционно-механических характеристик одномерных имплантатов и определить их травмирующее воздействие.

Представлены результаты комплексного исследования микроструктуры и механических свойств поверхностных слоев титана в различных структурных состояниях (субмикрокристаллическое, микрокристаллическое и крупнозернистое), модифицированного в условиях имплантации ионами алюминия. Повышение физико-механических свойств титановых материалов основано на формировании модифицированного поверхностного слоя, состоящего из реструктурированной исходной мишени и формируемого твердого раствора. Уменьшение размера зерна исходного материала приводит к внедрению компонентов на большие глубины вследствие диффузии, что, в свою очередь, оказывает положительное влияние на свойства имплантированных материалов.

В работе численно анализируются деформационные процессы на мезоуровне в трехмерных поликристаллах в условиях растяжения. Трехмерные модели поликристаллических структур сгенерированы методом пошагового заполнения. Упругопластический отклик зерен описывается с учетом соотношения Холла–Петча, деформационного упрочнения и упругой анизотропии на мезоуровне. Методом численного эксперимента исследованы процессы зарождения и развития пластических сдвигов на поверхности и в объеме поликристаллических образцов. Анализируется роль свободной поверхности и межзеренных границ в развитии деформационных процессов на мезоуровне. Ключевые слова: численное моделирование, поликристаллическая структура, трехмерная модель, пластическая деформация.

Сборник научных трудов содержит статьи, посвященные современным проблемам химии полимеров, созданию новых полимерных материалов со специальными свойствами, новым направлениям переработки пластмасс. Публикуемые материалы представлены на международную научную конференцию "Пластмассы со специальными свойствам", посвященную 90-летию доктора химических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР Анатолия Федоровича Николаева. Материалы сборника будут интересны научным работникам и аспирантам, проводящим исследования в области радикальной и ионной полимеризации и сополимеризации, модификации полимеров, изучающим кинетику полимеризационных процессов, создающим полимеры со специальными свойствами, занимающимся переработкой полимерных материалов. Сборник может быть использован в учебном процессе в высших учебных заведениях как дополнительное пособие при изучении специальных дисциплин, предусмотренных программой подготовки специалистов по полимерным специальностям, в частности, по специальности 24.05.01 "Химическая технология высокомолекулярных соединений". Он будет полезен также при изучении дисциплин "Химия и физика полимеров", "Высокомолекулярные соединения", "Технология пластмасс", "Пластмассы со специальными свойствами" и др., при подготовке бакалавров и магистров по направлениям 240100 "Химическая технология" и 010100 "Химия", при написании студентами выпускных квалификационных работ.

Сформулирована и исследована математическая модель роста покрытия при магнетронном напылении. В оценке средних механических напряжений учитывается вклад как термической, так и диффузионно-химической природы. Показано. что кинетика реакции на поверхности играет не меньшую роль в эволюции напряжений, чем соотношение механических свойств растущего покрытия и подложки.

Рассмотрены основные особенности эффекта дальнодействия в металлах и сплавах при ионной имплантации. В качестве иллюстративного материала приведены результаты электронно-микроскопического исследования дислокационных структур, формирующихся в меди при высокодозовой ионной имплантации. Величина эффекта дальнодействия определяется микроструктурой исходного состояния мишени и структурно-фазовым состоянием, формирующимся в легируемом поверхностном слое. Предложена математическая модель формирования дефектной структуры в подслое, находящемся непосредственно под легируемым поверхностным слоем облучаемой мишени. Результаты проведенных на основе предлагаемой модели вычислений соответствуют экспериментальным данным.

В работе проведено теоретическое исследование влияния содержания и характера распределения частиц включений-агломератов мягкой фазы в основе керамического композитного образца на его прочностные и деформационные характеристики. Для этого с использованием метода подвижных клеточных автоматов моделировалось одноосное сжатие двумерных образцов композитного материала с равным соотношением сторон. Установлено, что прочностные и деформационные свойства генерируемых композитов нелинейно уменьшаются с ростом объемного содержания включений. Показано, что средний размер включений-агломератов при сохранении объемной доли частиц мягкой фазы оказывает слабое влияние на прочностные и деформационные свойства моделируемых образцов. Полученные результаты теоретического исследования могут быть полезными при разработке новых керамических материалов, например композитных керамик, сохраняющих постоянство размера при температурных изменениях.

Выполнено сравнительное исследование структуры, механических и акустических свойств сплава ПТ-3В в крупнокристаллическом и ультрамелкозернистом состояниях. Установлено, что формирование ультрамелкозернистого состояния приводит к повышению механических свойств сплава при комнатной температуре и увеличению ресурса работы ультразвуковых волноводов из этого сплава при многоцикловой нагрузке в условиях повышенной плотности мощности ультразвуковой системы. При этом разрушение волноводов из ультрамелкозернистого сплава происходит при подводимой мощности ультразвука в 1.5 - 2 раза выше, чем из крупнозернистого материала.

Способы управления деформационно-прочностными характеристиками полимерных композитных материалов на основе рецептурных методов известны давно и широко применяются. В работе обсуждается новое направление формирования таких характеристик с помощью внесения в полимерную матрицу серии микродефектов ("мезодефектов"), позволяющих заменить всплески напряжений вокруг жестких включений, являющихся концентраторами, совокупностью осциллирующих с относительно небольшой амплитудой напряжений, что в итоге значительно улучшает деформационные характеристики композиции.

Рассмотрены экспериментальные и теоретические основы учета кривизны в многоуровневом подходе к компьютерному моделированию поведения границ раздела как самостоятельных планарных подсистем в нагруженном поликристалле. На базе гибридного дискретно-континуального метода возбудимых клеточных автоматов, использующего синергетические принципы дискретных переключений и законы механики сплошных сред, проведены комплексные исследования динамики потоков вещества и энергии вдоль межзеренных границ. Показано, что эти потоки имеют ротационно-волновую природу и зависят от условия нагружения межзеренной границы.

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 описан комплекс алгоритмических и аппаратурно-программных средств математического моделирования различных физических процессов и природных явлений. Особое внимание уделено задачам физики низко- и высокотемпературной плазмы, нанотехнологий (включая нанофотонику и наноматериалы) и биоинформатики. Отражены основные этапы процесса моделирования, включая разработку математических моделей и последовательных и параллельных методов, проверку их адекватности и реализацию на распределенных вычислительных системах. Монография рассчитана на специалистов в области математического моделирования, параллельных вычислительных технологий, распределенных вычислительных и GRID систем, а также параллельного программирования.

Исследованы микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев ферритно-мартенситной 12%-й хромистой стали ЭК-181, формирующиеся при различных сочетаниях ультразвуковой и термической обработок. Показано, что нанокристаллическая структура alfa-фазы, по границам зерен которой выделяются частицы карбидов ванадия, образуется только в случае ультразвуковой обработки, выполняемой между закалкой и старением. Промежуточная ультразвуковая обработка обусловливает максимальное увеличение предела текучести исследуемых образцов при одноосном растяжении. Установлена корреляция между микроструктурой, механическими характеристиками и типом излома. Ключевые слова: микроструктура, фазовый состав, наноструктурирование поверхностных слоев, механические свойства, фрактография излома.

Исследовано влияние температуры старения на микроструктуру и механические свойства ферритно-мартенситной стали ЭК-181, подвергнутой закалке и последующей ультразвуковой обработке. Показано, что после высокотемпературного старения при 720С в поверхностных слоях стали образуется нанокристаллическая структура а-фазы с карбидами ванадия по границам зерен.

Исследована возможность получения термически стабильных наноструктурных поверхностных слоев в стали ЭК-181 (16Х12В2ФТаР) за счет ультразвуковой обработки и ионно-плазменного азотирования. Показано, что сочетание ультразвуковой обработки и азотирования не позволяет создать нанокристаллическую структуру а-фазы в поверхностных слоях стали ЭК-181. Изменение механических характеристик определяется составом и объемной долей нитридных фаз.

The paper is a theoretical study into the influence of the content and distribution of soft-phase inclusion agglomerates in the matrix of a ceramic composite specimen on its strength and deformation properties. The movable cellular automata method was used to simulate uniaxial compression of two-dimensional composite material specimens with an aspect ratio of 1:1. It is found that the strength and deformation properties of the generated composites decrease nonlinearly with the growing volume fraction of inclusions. The average size of inclusion agglomerates at the same volume fraction of the soft-phase particles slightly affects the strength and deformation properties of the simulated specimens. The obtained theoretical results can be used to develop new ceramic materials, such as composite ceramics with dimensions preserved at varying temperature.

Plastic flow localization in commercially pure titanium (VT1-0 according to the Russian classification) with the surface modified by low-energy high current electron beams has been numerically studied. The structure and mechanical properties of the modified surface layer and titanium substrate correspond to the experimentally observed ones and are taken into account explicitly as initial data of a dynamic boundary value problem. The tension of titanium structures with a modified surface layer is simulated by the finite difference method in a plane strain formulation. The dependence of the plastic strain localization parameters on the mechanical properties of structural elements in the titanium substrate has been determined.Численно исследованы процессы локализации пластического течения в технически чистом титане ВТ1-0, поверхностно модифицированном низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками. Структура и механические свойства модифицированного поверхностного слоя и титановой подложки соответствуют экспериментально наблюдаемым и учитываются в расчетах явно в качестве начальных данных краевой динамической задачи. Растяжение структур титана с модифицированным поверхностным слоем моделируется методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Установлена зависимость характеристик локализации пластической деформации от механических свойств элементов структуры титановой подложки.

Анализируется математическая модель электронно-лучевой наплавки покрытия, в которой частицы, поступающие в ванну расплава, считаются нерастворимыми. На основе результатов определения полей температуры и доли частиц оцениваются характеристики ванны расплава и зоны термического влияния, а также механические свойства формирующегося покрытия. Показано, что перемешивание частиц в ванне расплава может оказаться существенным для их распределения в покрытии при увеличении мощности источников тепла и массового расхода.

Приведен краткий обзор фундаментальных (общих) свойств эволюции нелинейных динамических систем. Выполнено численное моделирование процесса эволюции напряженно-деформированного состояния в горном массиве с выработками, включая катастрофический этап обрушения кровли. Анализ результатов моделирования катастрофических разрушений элементов горного массива выполнен с позиций теории нелинейных динамических систем. Показано, что решения уравнений механики деформируемого твердого тела демонстрируют все характерные черты и особенности эволюции нелинейных динамических систем, включая состояние динамического хаоса, самоорганизованной критичности, катастрофического сверхбыстрого этапа эволюции напряженно-деформированного состояния на заключительной стадии разрушения. Расчетные сейсмические события отвечают закону Гутенберга-Рихтера. В численных расчетах получен эффект cut-off (загиб графика повторяемости вниз в области сильных крупномасштабных разрушений). Перед катастрофическим разрушением наблюдаются изменение графиков функции плотности вероятности флуктуаций напряжений от среднего тренда, уменьшение наклона графика повторяемости расчетных сейсмических событий, формирование областей сейсмического затишья в центральных областях зависшего пролета кровли и переключение активности деформационного процесса на периферию в области сопряжения выработанного пространства с целиком. Эти признаки свидетельствуют об увеличении вероятности катастрофы, и их можно рассматривать как предвестники катастрофического разрушения.

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.

В монографии изложены универсальные методологические подходы, позволяющие безотносительно к конкретным областям приложений строить адекватные математические модели изучаемых объектов. Представлены методы и примеры построения и анализа математических моделей для различных задач механики, физики, биологии, экономики, социологии на основе использования фундаментальных законов природы, вариационных принципов, иерархических цепочек, метода аналогий. Для специалистов по математическому моделированию, аспирантов, студентов, изучающих методы математического моделирования, вычислительного эксперимента. Первое издание — 1997 г.

В книге с помощью численного эксперимента рассматривается проблема развития турбулентности и конвекции. На основе полученных результатов предлагается физическая модель развития турбулентности. Обсуждаются численные алгоритмы и разностные схемы, позволяющие проводить численный эксперимент в гидродинамике. Приводятся оригинальные алгоритмы, наиболее подходящие для расчетов развития процессов турбулентности и конвекции в различных условиях, даже на астрофизических объектах. Приведены результаты численного моделирования некоторых важных явлений, имеющих как фундаментальное, так и прикладное значение. Для специалистов соответствующих областей науки и техники, преподавателей, студентов.

Рассмотрены способы создания и эксплуатационные характеристики композиционных материалов на основе полимерных матриц. Сравниваются характеристики волокнистых и дисперсно-наполненных композитов. В рамках различных теоретических моделей изложены методы расчета механических свойств композитов. рассматриваются теплофизические свойства, поверхностные явления, горючесть, механизмы увеличения ударной прочности и эластичности наполненных материалов. Описаны технологические процессы получения дисперсно-наполненных композитов и армированных материалов. Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся разработкой и применением полимерных материалов.

Рассматривается проблема описания термомеханического поведения полимерных материалов в условиях релаксационных переходов. Предложены новые определяющие соотношения, устанавливающие непрерывную связь тензоров напряжений и деформаций в широком интервале температур, включающем диапазон релаксационного перехода. Разработана и реализована система экспериментов по идентификации материальных функций и констант предложенных определяющих соотношений. Приведены результаты экспериментов по проверке возможностей разработанных математических моделей для прогнозирования полей остаточных напряжений в стеклующихся полимерных изделиях в различных условиях охлаждения. Описаны численные методы решения краевых задач механики стеклующихся материалов. Приведены решения конкретных задач технологической механики полимерных и композиционных материалов и конструкций. Книга предназначена научным и инженерно-техническим работникам, а также аспирантам и студентам старших курсов. занимающимся вопросами механики деформируемого твердого тела.

Публикуются результаты исследований в области синтеза, модификации и свойств полимерных композиционных материалов. Рассматривается зависимость состава, структуры и технологии изготовления этих материалов от их физико-химических и механических свойств. Для специалистов, занимающихся вопросами синтеза, модификации и применения композиционных материалов.

В монографии видного болгарского ученого рассматриваются состав, свойства, классификация и применение различных видов твердого топлива, характеристике получаемых из него твердых, жидких и газообразных продуктов и их использованию. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся исследованием и переработкой твердого топлива. Она может быть полезна также студентам и аспирантам химико-технических вузов.