The mechanisms of plastic strain observed at high degrees of alternating bending of thin aluminum foils glued to elastically strained substrates have been investigated. As extrusion and intrusion develop on the surface of the aluminum foils, multiscale fragmentation of the structure is found to take place in the bulk of the materials to form nanostructured phase boundaries between subgrains. The width of the phase boundaries varies between 200 and 300 nm, with the size of the structure elements within the subgrain boundaries being 30 -50 nm. Formation of the nanostructured phase boundaries between nonequilibrium subgrains is regarded to be the fragmentation mechanism operative at the submicrometer scale level in the foils subjected to bending-torsion at very high degrees of plastic strain.

We investigate some mechanisms of the response, including fracture, of block geomedia to nonequiaxial compression in shear by the movable cellular automaton method. For a characteristic of the degree of nonequiaxiality it is proposed to use a dimensionless parameter which, according to calculations, is efficiently applicable to determine the deformation mode of a medium under constrained shear conditions. It is shown that increasing the compressive stress in the shear direction shortens the stage of quasiplastic deformation of a geomedium and decreases its shear strength. This is because mesoscale mechanisms of interblock discontinuity assume a leading part in the deformation and fracture of the geomedium with increasing the degree of constraint. The effect shows up, among other things, as an increase in effective dilatation rate of the shear zone due to the change of lower-scale deformation mechanisms for mechanisms of higher structural levels.

The paper studies the mechanical properties and configuration of plastic zones in notched high-strength structural steel under tension. Quantitative analysis of the plastic zones is made by constructing strain intensity distribution patterns with the use of the television-optical measuring complex TOMSC. Fracture associated with plastic flow is analyzed by comparing fractographs and distributions of strain characteristics. It is found that the fracture originates in a region with maximum strain intensity. It is shown that the mechanisms of plastic flow in high-strength steel specimens with P 1.58 and P 4.65, where P is the index of initial stress stiffness, differ considerably. It is demonstrated that the high-strength steel specimens are fractured by quasibrittle mechanisms; however, ductile micromechanisms through pore nucleation and growth remain operative at all stages of fracture.

A comparative analysis has been performed of mesoscale stress and strain distributions in sections of 3D polycrystalline specimens and in their 2D cousins under plane strain and plane stress conditions. For similar macroscale stress-strain curves, the mesoscale plastic strain localization patterns are shown to differ essentially both qualitatively and quantitatively in 2D and 3D models. In other words, the same effective mechanical response of the materials can be provided by different mesoscale stress and strain distributions depending on the loading technique used and geometric features of the specimens (thin plates, thick specimens, etc.).

In the work, the dispersion of metal specimens on high-rate heating was studied at the microlevel. The calculations were performed in the framework of the molecular dynamics method with the use of many-body interatomic potentials. It is shown that the electrothermal pulse dispersion has a pronounced stage character. It is pointed out that the processes responsible for evaporation and collision of clusters are much more intense than those of precipitation. Study into the effect of the thermal loading intensity on the dispersion dynamics shows that increasing the heating temperature causes a decrease in the average size of clusters and an increase in their number.

Localized plastic strain evolution stages in notched aluminum AA 2024 alloy tension specimens have been investigated. Integral calculations of the microscale strain have employed acoustic emission data. The mesoscale strain has been studied by calculating the normalized integral equivalent shear strain from television-optical data. To gain insight into the special features of the macroscale strain, the time derivative of the applied loading has been examined. Early in the loading process, acoustic emission is shown to respond best to deformation and fracture. This makes it possible to reveal a transition from stage I to stage II in the evolution of localized strain where the mesoscale level comes to dominate over the macroscale one. At high strains, the digital image correlation method provides a consistent characterization of the predominance of the mesoscale level. The results of the investigations under review point to the fact that an analysis of localized plastic strain stages is an effective means of interpreting the data on the evolution of plastic flow at different scale levels.

Методами склерометрии и атомно-силовой микроскопии исследованы механизмы износа гальванических покрытий AuNi и AuCo. Показано, что царапание при малых нагрузках может использоваться для сравнительного анализа износостойкости при абразивном износе металлических покрытий. Установлено, что развитый рельеф поверхности, обусловленный формированием агломератов зерен, обеспечивает более высокую износостойкость покрытий AuCo по сравнению в гладкой поверхностью покрытий AuNi за счет диссипации упругой энергии контактного взаимодействия индентора с поверхностью образца.

Исследовано влияние режимов термической обработки и одноосного растяжения на механические свойства, внутренние напряжения, магнитные характеристики и удельное электросопротивление порошковой стали 50Н2М. Показано, что при термообработке и механическом нагружении в упругой области и в слабых магнитных полях наблюдается аномальное поведение таких магнитных характеристик, как коэрцитивная сила, максимальная магнитная проницаемость и остаточная индукция. Наблюдаемые аномалии анализируются в рамках физической мезомеханики и связываются с пористостью порошкового материала. Показывается перспективность использования подходов физической мезомеханики и измерения магнитных характеристик при изучении поведения пористых ферромагнитных материалов в различных полях внешних воздействий. Исследованные магнитные характеристики позволяют эффективно контролировать режимы термообработки порошковой стали 50Н2М.

Предложена методика оценки прочностных свойств пористого керамического покрытия. Подход основан на анализе результатов предварительных тестов по индентированию покрытия с дефектами различного размера и глубины залегания. Исследования проведены с помощью компьютерного моделирования в рамках совмещения методов дискретного подхода (метод подвижных клеточных автоматов) и континуального описания (метод конечных разностей). Найдены соотношения, связывающие такие параметры поры, как длина и глубина ее залегания в покрытии, с критическими напряжениями, соответствующими разрушению покрытия. Предложенный подход может быть использован для исследования прочностных свойств поверхностных слоев материалов и прогнозирования критических напряжений в области контакта.

Работа посвящена теоретическому исследованию особенностей развития дилатансионных процессов в блочных средах при сдвиговом деформировании. Исследование проводилось на основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов. Рассмотрены системы, находящиеся в условиях неравноосного сжатия. В качестве характеристики неравноосности сжатия (именуемой также степенью стеснения) авторами использован безразмерный параметр, характеризующий отношение бокового и нормального давлений в плоскости деформирования. Основной целью исследования было исследование последовательности вовлечения различных дилатансионных механизмов в зависимости от уровня сдвиговых напряжений и степени стеснения. Результаты расчетов показали, что в блочной среде как иерархически организованной системе увеличение степени стеснения приводит к смене доминирующего дилатансионного механизма от механизма проскальзывания поверхностей несплошностей к механизму, связанному с раскрытием/расширением пор. Это связано с тем, что с ростом степени стеснения возрастает величина порогового сдвигового напряжения, при которой происходит активизация механизма проскальзывания. начиная с некоторого уровня боковых давлений реализация данного дилатансионного механизма затрудняется и на первый план выходит увеличение порового пространства среды, которое, однако, не обеспечивает столь же значительного изменения объема, как проскальзывание контактирующих поверхностей повреждений. Следствием этого является изменение важных дилатансионных характеристик среды, в частности изменения объема и коэффициента дилатансии.

Для увеличения нефтеотдачи высоконеоднородных пластов созданы термообратимые полимерные гелеобразующие системы на основе растворов полимеров с нижней критической температурой растворения - простых эфиров целлюлозы. Обратимый фазовый переход растворов - гель происходит за счет тепловой энергии пласта или закачиваемого теплоносителя. Температуру и время гелеобразования можно регулировать добавлением электролитов и неэлектролитов. Представлены лабораторные исследования кинетики гелеобразования, реологических и фильтрационных характеристик в системе эфиры целлюлозы - водная фаза - нефть. Приведены результаты опытно-промышленных испытаний технологий увеличения нефтеотдачи с применением термообратимых полимерных гелей для ограничения водопритока, увеличения охвата пласта при заводнении и паротепловом воздействии. Технологии экономически эффективны и экологически безопасны, срок окупаемости затрат составляет 5-9 мес. В качестве реагентов используются продукты многотоннажного промышленного производства.

Изучен состав сернистых и азотистых соединений битумоида, выделенного из пород кембрийской горючесланцевой формации. Показано, что в составе сернистых соединений присутствуют бензо-, дибензо-, нафтобензотиофены и сульфоксиды дибензотиофена. Азотистые соединения представлены слабыми основаниями и нейтральными компонентами. В составе слабых оснований преобладают алкилгомологи дибензохинолонов, дибензотиахинолонов, дибензохинолинкарбоновых кислот. Максимум в распределении нейтральных азотсодержащих компонентов приходится на алкилпроизводные бензокарбазола, бензотиофенокарбазола и мононафтенопроизводные карбазолокарбоновых кислот.

Рассмотрены условия формирования на титане биоактивных кальцийфосфатных поверхностных слоев, содержащих гидроксиапатит, методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) в электролитах различного химического состава. Изучены их состав, морфология, антикоррозионные и механические характеристики. по результатам исследования предложены оптимальные режимы получения. Поверхностные слои, формируемые на титановых имплантатах, были изучены в условиях in vitro и in vivo. Показано, что биологическая активность покрытий определяется суперпозицией специфических параметров: химическим составом, в частности, значениями концентрации кальция и фосфора, их отношением и морфологией (шероховатостью) поверхности.

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.

Предложена двумерная математическая модель распространения химического превращения в пластине в условиях механического нагружения. Проведено численное исследование задачи для трех вариантов условий для напряжений и перемещений на поверхностях пластины: жесткой заделки, одноосного растяжения, сдвига. Установлено, что вследствие связанности полей температур, концентраций и напряжений режимы превращения в разных условиях нагружения различны. В результате параметрического исследования модели показано, что величина внутренних напряжений может существенно превышать внешнюю нагрузку.

На основе компьютерного моделирования и экспериментального исследования керамики на основе диоксида циркония показано, что перколяционный переход в хрупком пористом материале от изолированных пор к сообщающимся приводит к изменению зависимости его упругих и структурных характеристик от общей пористости.

Изучен состав продуктов, полученных при механической обработке (МО) в среде различных газов и при термолизе в сверхкритической воде нефтенасыщенного песчаника. Установлено, что при механообработке в среде аргона и воздуха снижается выход битумоидов - органического вещества, а в их составе уменьшается количество асфальтенов и масел. При МО песчаника в присутствии водорода не наблюдается существенных изменений в содержании битумоида и в его вещественном составе по сравнению с битумоидом, экстрагированном из исходного песчаника. Сочетание МО нефтенасыщенного песчаника и последующего акватермолиза в сверхкритических условиях приводит к увеличению выхода жидких и газообразных продуктов. В составе жидких продуктов преимущественно содержатся смолистые компоненты. Проанализирован индивидуальный и групповой состав алканов и алкилзамещенных моно-, би- и триароматических углеводородов (УВ) в битумоидах и пиролизатах. В газообразных продуктах, образующихся при механообработке песчаника в присутствии различных газов, среди углеводородсодержащих компонентов преобладает метан, при акватермолизе - пропан.

Установлено, что неустойчивость пластического течения в режиме "упрочнение-разупрочнение", обнаруженная на параболической стадии кривой деформационного упорчнения сплава Zr-1%Nb, независимо от дислокационного, сопровождается геометрическим упрочнением (разупрочнением) в результате переориентации плоскостей скольжения относительно оси нагружения, обусловливающей периодическое изменение факторов Шмида для призматической и сопряженной базисной системы скольжения.

Изучено изменение окислительно-восстановительных и антирадикальных свойств гуминовых кислот после облучения монохроматическим УФ излучением эксилампы и полихроматическим светом гелиевой лампы.

Методом механохимического синтеза из солевых систем соответствующих реагентов получены наноразмерные порошки оксидов SnO2 и CoFe2O4 с удельной поверхностью 130 и 160 м2/г соответственно. Изучены их физико-химические характеристики и поглощающая способность по отношению к микроорганизмам и органическим загрязнителям. Установлено, что при фильтрации микробной нефтезагрязненной взвеси через колонки, заполненные изучаемыми наносорбентами, величина сорбции бактерийных клеток Microccocus albus и Pseudomonas putida составляет 99.999-100 %. Благодаря развитой удельной поверхности полученные наносорбенты можно использовать для высококачественной очистки питьевой воды от микроорганизмов и органических загрязнителей, что имеет большое значение для снижения инфекционной заболеваемости населения.

Создан композиционный материал на основе нановолокнистого оксигидроксида алюминия, активированного наночастицами металлов (Ag, Co, Fe, Cu). Изучены его каталитические свойства в реакции окисления изопропилбензола. Показано, что оксогидроксид алюминия можно использовать в качестве носителя при создании композиционных материалов. Процесс окисления изопропилбензола в присутствии активированного оксогидроксида алюминия проходит селективно с образованием преимущественно гидропероксида изопропилбензола.

Проведен термолиз образцов асфальтенов усинской нефти при температрах 160, 200, 250, 300, 450 и 650 оС. Образцы асфальтенов после термолиза проанализированы методом ИК-спектрометрии; определен их элементный состав, молекулярные массы, структурно-групповые характеристики; построены гипотетические структуры средних молекул. Образующиеся в результате термолиза асфальтенов жидкие и газообразные продукты проанализированы методами ГЖХ и ГЖХ/ГАХ. На основании данных о термической устойчивости насыщенных алифатических и циклических сернистых фрагментов и изменении общего содержания серы в термолизованных асфальтенах рассчитаны количества алкил-и тиацикланой серы, входящей в состав молекул асфальтенов.

Обнаружена цикличность дислокационных превращений в очаге макролокализации деформации в процессе растяжения сплава Zr-1%Nb , которая сопровождается периодической релаксацией внутренних напряжений в результате распада субграниц и перераспределения дислокаций. Установлена взаимосвязь колебательной неустойчивости локализации деформации в режиме "упрочнение-разупрочнение" на параболической стадии кривой пластического течения сплавов циркония, с цикличностью дислокационных превращений в очаге макролокализации в процессе его трансформации в шейку.

Рассмотрены стадийность кривых пластического течения и формы локализации пластической деформации при растяжении образцов из сплава Zr-1%Nb. Установлена и обсуждена связь картин локализации с законом деформационного упрочнения при пластическом течении. Приведены данные о дислокационной структуре деформированного сплава в областях локализации деформации.

Мсследованы картины локализации пластического течения в ГЦК монокристаллах высокого марганцовистого γ-Fe, ориентированных для двойникования при растяжении. Установлены основные пространственно-временные закономерности локализации деформации на стадиях площадки текучести, легкого скольжения и линейного упрочнения в таких монокристаллах. Определена скорость движения очагов локализованной деформациипри растяжении. Обсуждены условия генерации автоволн пластичности при изменении состояния деформируемой среды. Показано, что при двойниковании деформации картины локализации аналогичны наблюдаемым при деформации дислокационным скольжением.

Исследовано деформационное поведение керамики на основе частично стабилизированного диоксида циркония с разной морфологией порового пространства. Обнаружен эффект механической неустойчивости сформированных в процессе синтеза керамики стрежневых и пластинчатых структур, что наряду с чисто упругим поведением керамики и процессом накопления микроповреждений при активной деформации сжатием обеспечивает существенную деформацию пористой структуры без разрушения материала и соответственно более широкий спектр применения пористых керамических материалов.

Развиты научные основы описания деформируемого твердого тела как нелинейной иерархически организованной системы. Теоретически и экспериментально показано, что первичными пластическими сдвигами в нагруженном твердом теле являются нелинейные волны локальных структурных превращений в двухмерных поверхностных слоях и внутренних границах раздела, которые не имеют дальнего порядка. В основе развития нелинейных волн лежит многоуровневое согласование пластического течения на различных структурно-масштабных уровнях. Все типы деформационных дефектов в кристаллах рождаются в сильно возбужденных зонах гидростатического растяжения, возникающих при распространении в двумерных системах нелинейных волн каналированного пластического течения. Регулярность возникновения таких зон определяет природу локализации пластической деформации. Для многоуровневого согласования пластического течения во всей иерархии масштабов, включая электронную подсистему, предлагается рассматривать локальную кривизну х вихревых потоков пластического течения как обобщенный структурный параметр. Он позволяет адекватно описать поведение деформируемого твердого тела в различных термодинамических состояниях, включая сильную неравновесность наноструктурных материалов.

Работа посвящена развитию формализма метода подвижных клеточных автоматов для моделирования консолидированных гетерогенных упругопластических сред на различных масштабных уровнях. На основе развитого формализма сформулирован подход к построению структурных моделей для мезоскопического описания отклика (включая разрушение) гетерогенных сред с учетом иерархической организации их внутренней структуры. В рамках данного подхода учет влияния структурных уровней более высокого, в сравнении с рассматриваемым, масштаба осуществляется с использованием техники совмещения метода частиц с традиционными методами механики сплошных сред. Эффективный учет структурных уровней более низкого ранга реализуется путем определения интегральных характеристик отклика представительных объемов среды меньшего масштаба и задания соответствующих значений параметров взаимодействия частиц. Проведено развитие предложенного формализма для описания контрастных гетерогенных сред, различные компоненты которых могут находиться в различных агрегатных состояниях. Возможности метода частиц для описания иерархически организованных сред иллюстрируются на примере изучения закономерностей отклика и разрушения материалов с развитой поровой структурой, в том числе контрастных.

Термоупругие мартенситные превращения в сплавах на основе никелида титана - сложный иерархический процесс, происходящий на разных масштабно-структурных уровнях. Однако возможность протекания и температуры данных превращений во многом обусловлены особенностями электронной структуры данных сплавов. В данном обзоре на основе собственных экспериментальных результатов по исследованию электронной структуры и анализа зонно-структурных расчетов анализируется природа структурной нестабильности высокотемпературной В2-фазы сплавов на основе TiNi и В2-интерметаллидов титана. Показано, что представление о том, что в основе мартенситных превращений в интерметаллидах TiMe лежит склонность титана к полиморфному превращению, которое становится возможным в решетке соединения, позволяет сформулировать критерии, опираясь на которые, можно управлять температурами мартенситных превращений. Анализируются также особенности электронной структуры, обусловливающие прекурсорные эффекты в данных сплавах.

Рассмотрены особенности макролокализации пластического течения в зависимости от стадийности деформационного упрочнения. Показано, что макроскопическая локализация пластического течения на этих стадиях может рассматриваться как автоволновой процесс самоорганизации. Установлено, что основные характеристики автоволн могут быть получены из инварианта упругой и пластической деформации.

Представлен обзор основных понятий и некоторых результатов нелинейной динамики в связи с решением задачи о физических причинах и механизмах локализации деформационных процессов в нагружаемых твердых телах и средах и установления закономерностей нарастания масштабов локализации. Показано, что таким механизмом может быть структура устойчивых резонансов, которая формируется в нагружаемых твердых телах. Нагружаемое твердое тело рассматривается как система многих взаимодействующих атомов, возмущаемых внешним воздействием с непрерывным спектром частот. Ставится вопрос, какие частоты из этого непрерывного спектра будут отобраны возмущаемой нелинейной системой взаимодействующих атомов, т.е. окажутся наиболее устойчивыми. Анализ структуры резонансов выполнен в рамках подхода Гамильтона и теории Колмогорова-Арнольда-Мозера. Показано, что полученные нелинейной динамикой результаты полностью объясняют экспериментально установленную закономерность нарастания масштабов локализации, отвечающую универсальному принципу фрактальной делимости твердых тел и сред. Согласно этому принципу минимальным масштабом является параметр решетки нагружаемого тела, а каждый последующий масштаб есть сумма двух предыдущих.

Экспериментально и расчетами из первых принципов изучен эффект уменьшения энергии связи поверхностных атомов мышьяка при адсорбции Cs на As-стабилизированную поверхность CаAs(001)-(2х4). Cs-индуцированное перераспределение заряда на поверхностных атомах вызывает уменьшение электронной плоскости в связи As-Ca верхнего слоя поверхности CаAs(001), что уменьшает энергию связи As-Ca и, как следствие, приводит к уменьшению энергии активации диффузии и десорбции атомов мышьяка. Увеличение коэффициента диффузии поверхностных атомов наряду со свойством Cs сегрегироватьна поверхность растущей пленки полупроводника позволили использовать цезий в качестве суфрактанта при низкотемпературном росте CaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

Проведен анализ изменения симметрии при структурном фазовом переходе В2-ПССС2 с последующими мартенситными превращениями в фазы В19 и В19' . Показана взаимосвязь смещений атомов с деформацией решетки. Установлено, что структуры с продольными и поперечными смещениями имеют одинаковую симметрию и могут переходить друг в друга посредством операции двойникования. Получен трансформационный ряд преобразований тензора деформации решетки, согласованный с трансформациями смещений атомов. При этом операции, осуществляющие эти преобразования, являются операциями двойникования.

Для описания миграции водорода в решетке Pd исследована суперъячейка Pd16H, в которой атом водорода перемещался между симметричными междоузлиями. В рамках приближения локальной плотности выполнены ab initio расчеты барьеров диффузии водорода в релаксированной и нерелаксированной решетке металла, а также рассчитан перенос заряда в процессе движения водорода. Сделан вывод о том, что миграция водорода в палладии происходит преимущественно по траектории: октапора - тетрапора - октапора.

Выявлены линейные корреляционные зависимости между твердостью и скоростью ультразвука в алюминиевом сплаве Д16, подвергнутом естественному и искусственному старению. Показано, что причиной возникновения корреляции являются распад пересыщенного твердого раствора и выделение упрочняющих фаз интерметаллидов Al2Cu и Fl2MgCu.

Приведены результаты исследований структуры, прочностных свойств и сопротивления изнашиванию боридных покрытий на конструкционныех сталях 15Н3МА и 14ХН3МА. Установлена взаимосвязь между структурой, фазовым составом и характером разрушения боридных слоев при нагружении.

Исследованы картины локализации пластического течения в ГЦК-монокристаллах Cu и Ni, ориентированных для легкого скольжения. Установлены основные пространственно-временные закономерности локализации деформации на стадиях легкого скольжения и линейного упрочнения в таких монокристаллах. прослежена связь ориентировки очагов локализованной деформации с кристаллографией систем скольжения исследуемых образцов. Определена скорость движения очагов локализованной деформации при растяжении.

Исследованы объемные изменения при твердофазном спекании, структура и фазовый состав материалов, спеченных из двух- и трехкомпонентных порошковых лигатур системы Al-Cr (Si,Ti). порошки для спекания были получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в смесях элементарных порошков четырех целевых составов с последующим дроблением спеков и отсевом мелких фракций. При спекании всех изучаемых прессовок происходила объемная усадка, монотонно увеличивающаяся с ростом температуры и длительности изотермической выдержки. Результаты структурных исследований спеченных материалов, проведенных с применением методов рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов, оптической и растровой электронной микроскопии, обсуждены совместно с результатами исследования объемных изменений при спекании.

Исследованы особенности формирования ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в двойном сплаве на основе никелида титана при ступенчатом теплом (673-573 К) abs-прессовании. Установлено, что в результате прессования возникает микроструктура смешанного типа на основе субмикрокристаллической (СМК) и нанозеренной составляющих, причем последняя наблюдается в основном в микрополосах локализации деформации. Изучено изменение фазового состава никелида титана при 295 К после abs-прессования.

Рассмотрен термосиловой изгиб упругопластической круговой трехслойной пластины с легким заполнителем, покоящийся на основании Винклера. для описания кинематики несимметричного по толщине пакета пластины приняты гипотезы ломаной нормали. Реакция основания описывается моделью Винклера. Получена система уравнений равновесия и ее точное решение в перемещениях. Приведены численные результаты для трехслойных круговых металлополимерных пластин.