В работе предлагается подход к определению эффективных теплофизических величин для дисперсно-наполненного композитного материала. Этот подход во многом аналогичен способу определения деформационно-прочностных характеристик для таких материалов. В том и другом случае решается задача о детальном распределении параметров состояния в расчетной области (по неоднородной среде, моделирующей композит). В случае теплофизических характеристик это распределение температуры, в случае деформационно-прочностных — распределение параметров напряженно-деформированного состояния: перемещений, деформаций и напряжений. Далее проводятся процедуры осреднения, которые сами по себе могут быть различными, а сопоставление осредненных по неоднородной расчетной области параметров с аналогичными данными для условно однородной среды позволяет оценить так называемые эффективные характеристики. Отмечается, что вычисление коэффициента теплопроводности по теории смесей приводит к большим погрешностям.

При разработке полимерных конструкционных материалов триботехнического назначения, в том числе на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), неоднократно показано, что износостойкость, как правило, оказывается выше в случае композиций с большей степенью кристалличности. Экспериментально установлено, что степень кристалличности полимерной матрицы практически не влияет на деформационно-прочностные характеристики соответствующих композиций. Для объяснения эффекта повышения износостойкости в условиях триботехнического нагружения в работе моделируется надмолекулярная структура СВМПЭ. Оценивается влияние степени кристалличности на напряженно-деформированное состояние материала в соответствующем масштабе. Показано, что повышение степени кристалличности приводит к улучшению прочностных свойств матрицы в условиях нагрева, типичных для узлов триботехники. Кристаллитные структуры играют роль силового каркаса при действии нагрузки. Повышение температуры приводит к более быстрой деградации прочностных свойств аморфной фазы матрицы. Этим можно объяснить улучшение эксплуатационных свойств. Рассмотрен пример моделирования композиции, содержащей частицы наполнителя AlO3 микронных размеров с учетом сферолитной структуры; приведено сравнение с экспериментом.

Монография учебного характера, дополняющая имеющуюся на русском языке литературу по механике композиционных материалов. Основное внимание в ней уделено механике разрушения композиционных материалов при различных видах нагружения. Авторы - известные японские ученые. Для специалистов по механике композитов. Полезна студентам вузов как учебное пособие.

В условиях эксплуатации трубопроводов в холодном климате актуальна задача повышения теплозащиты стенок труб. В работе анализируются теплоизолирующие свойства стенки многослойной трубы в зависимости от соотношения толщин несущих (силовых) и теплоизолирующих слоев. Показано, как свойства вспененного полиэтилена, используемого в качестве материала для теплоизолирующего слоя, зависят от его пористости. Определение коэффициента теплопроводности вспененного полиэтилена основано на решении задачи теплопроводности. На одной из границ прямоугольной области задается поток тепла, а на противоположной границе - температура. Расчетная область рассматривается как представительный объем неоднородного материала, состоящей из непрерывной фазы, матрицы (полиэтилен) и армирующих включений (воздух). Высокая степень пористости в модели достигается за счет наполнения включениям различных размеров [1,2]. В этом случае между наиболее крупными включениями можно разместить более мелкие, и далее этот процесс продолжить за счет размещения еще более мелких включений. Задача о распределении температуры в неоднородном материале решается методом конечных элементов в плоской и объемной постановке. Реализация проводится с использованием различных стандартных и авторских пакетов программ.

С целью разработки биосовместимых антифрикционных композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в первой части работы определены механические и триботехнические характеристики гибридной полимерной матрицы в виде смеси СВМПЭ с политетрафторэтиленом (ПТФЭ) в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа. Показано, что интенсивность изнашивания указанного материала в условиях сухого трения скольжения снижается более, чем вдвое в сравнении с чистым СВМПЭ. При этом механические характеристики изменяются несущественно. В условиях граничной смазки (дистиллированная вода) износостойкость матричного материала близка к таковой при сухом трении скольжения. В условиях абразивного изнашивания износостойкость композиций мало отличается от износостойкости исходного СВМПЭ. Обсуждаются механизмы изнашивания полимерной смеси СВМПЭ—ПТФЭ в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.??.

Рассматривается задача нормального и косого взаимодействия удлиненного стального изотропного цилиндрического ударника с ортотропной пластиной в диапазоне скоростей удара до 2000 м/с в случае, когда вектор скорости ударника не совпадает с его продольной осью. Исследовано влияние угла нутации на разрушение пластины и на поведение ударника в процессе внедрения. Задача решается чилсленно, методом конечных элементов в трехмерной постановке. Поведение материал ударника описывается упругопластической модель., поведение материала преграды описывается в рамках упруго-хрупкой модели.

Численно моделируется процесс ударного взаимодействия двух анизотропных тел: цилиндрического ударника и пластины. Моделирование проводится методом конечных элементов в трехмерной постановке. Исследовано влияние ориентации осей симметрии анизотропного материала на разрушение.

Решение задачи строится в постановке, предполагающей выполнение требований к материалу одновременно по нескольким деформационно-прочностным характеристикам. В качестве управляющих параметров принимаются рецептурные характеристики дисперсно наполненной полимерной композиции: степень наполнения композиции компактными армирующими включениям, средний размер включений, уровень адгезионного взаимодействия. Требования к заданным деформационно-прочностным свойствам задаются в виде некоторого интервала, в который они должны попасть. Решение строится путем построения в пространстве состояний поверхностей отклика, отражающих зависимость каждого из задаваемых свойств от управляющих параметров. заданный для каждой характеристики интервал отражается на поверхности в виде двух линий уровня, отвечающих максимальному и минимальному значению, а их проекции на плоских параметров ограничивают область, в которую должны попасть значения соответствующих параметров. Пересечения таких областей определят набор управляющих параметров, придающих композиции заданные эффективные свойства.

Эксплуатационные характеристики различных деталей и узлов машин во многом определяются физико-механическими свойствами поверхностного слоя. Однако до сих пор нет полного понимания того, какие параметры и механизмы отвечают за определенную модификацию свойств поверхностного слоя. В этой связи методы компьютерного моделирования могут являться полезным инструментом для исследования изменения свойств поверхности во время контактного взаимодействия, а также в условиях приработки. Принципиальную значимость имеет возможность рассмотрения процессов, происходящих на нанометровом масштабе и на масштабе отдельных атомов. В работе в рамках компьютерного моделирования воспроизведены условия нагружения, реализуемые при поверхностном пластическом деформировании. Исследования проведены на макромасштабе (традиционный подход), а также на атомном и мезоскопическом уровнях. Для получения информации о моделируемой системе использованы три метода компьютерного моделирования: метод конечных элементов, метод подвижных клеточных автоматов и метод молекулярной динамики. Результаты моделирования находятся в хорошем качественном согласии с данными экспериментальных измерений.

The operating characteristics of machine parts and units are defined in many respects by the physical and mechanical properties of their surface layers. Unfortunately, it is still not quite clear what parameters and mechanisms are responsible for one or another modification of surface layer properties. In this context, computer modeling techniques can be a useful tool in studying the variation of surface properties in contact interaction and run-in. Of fundamental importance is the possibility to consider the processes occurring on nanoscales and scales of individual atoms. In the work, loading conditions in plastic surface deformation was reproduced on the macroscale (traditional approach), atomic scale, and mesoscale by computer modeling with the finite element method, movable cellular automata method, and molecular dynamics method. The modeling results are in good qualitative agreement with data of experimental measurements.

Целью книги является обучение пользователя основам использования ANSYS для решения инженерных задач. В книге дано описание применения средств графического интерфейса программы для создания твердотельных моделей, их разбиения, выбора физической модели поведения материла, выполнения и визуализации результатов. Это по мнению авторов должно существенно облегчить обучение студентов, инженеров и научных работников использованию ANSYS. Для иллюстрации материала приведен ряд примеров решения задач расчета на прочность с использованием упругих и пластичных материалов, а также простейшая задача теплообмена. Подробно рассмотрены все важные этапы подготовки задачи, ее решения и отображения результатов. Примеры сопровождаются подробными пояснениями использования пунктов главного меню, и где это взаимно, текстом соответствующих команд. Книга ориентирована на читателя, имеющего определенное представление о принципах работы различных пакетов САПР, а также базовые знания в области механики твердого тела и теплообмена. Может быть использована в качестве справочного пособия студентами старших курсов технических вузов и инженерами при проведении проектно-конструкторских работ.

Книга представляет собой критическое изложение как самих методов конечных элементов, так и их приложений в механике твердых тел, гидромеханике, теории фильтрации и теории теплопередачи. После предварительной информации о построении математических моделей приводятся формулировки как линейных, так и нелинейных задач. Метод конечных элементов представлен в книге в качестве альтернативы методу конечных разностей, причем приводятся обоснованные данные о преимуществах МКЭ. Описываются различные версии метода конечных элементов, большое внимание уделяется численному интегрированию соответствующих уравнений, как с помощью точных, так и приближенных методов. Весь материал представляется с таким расчетом, чтобы результаты могли быть применены для автоматического проектирования машин и приборов с помощью компьютеров. Книга рассчитана на использование ее научными работниками в области механики и теплофизики, инженерами ряда специальностей и студентами старших курсов высших учебных заведений.

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.

Проведено исследование деформации и разрушения образцов из углерод-углеродного композиционного материала с различным размером концентратора напряжений в форме центрального отверстия диаметром 7,10 и 13 мм с использованием разработанного комбинированного метода. Результаты численного анализа экспериментальных данных представлены в виде диаграмм (зависимостей) интенсивности деформации сдвига и активности акустической эмиссии как функций от времени нагружения. Обсуждаются и трактуются причины подобия и различия результатов исследований. Полученные данные предложено использовать для неразрушающего контроля композиционных материалов путем выделения характерных стадий развития деформации и момента, предшествующего разрушению.

В книге дается математическое обоснование метода конечных элементов, получившего в последние годы широкое распространение. Основное внимание уделяется строго математической формулировке вопросов. Дается вариационная формулировка задач с краевыми условиями, рассматривается применение метода к численному решению уравнений в частных производных; изложенный материал иллюстрируется примерами.Книга представляет большой интерес для всех, кто желает изучить математические основы метода конечных элементов, - математиков-вычислителей, механиков, физиков, а аткже для аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

В книге рассматривается математическая постановка начальных и начально-краевых задач электродинамики, условия существования и единственности их решений. Изложены основные этапы и основные численные методы решения задач электродинамики: метод конечных разностей, метод конечных элементов, метод конечного интегрирования, метод моментов, метод матрицы линий передачи. Рассмотрены методы аппроксимации уравнений и граничных условий, методы расчета электромагнитного поля в ближней и дальней зонах, алгоритмы вычисления параметров электродинамических систем и антенн. Приводятся примеры расчета. Книга предназначена инженерам, научным работникам и аспирантам, работающим в области вычислительной электродинамики, микроволновой электроники и техники.

Рассматривается подход, в котором на основе соотношений механики сплошной среды в плоской постановке моделируются задачи о распространении тепла в неоднородном по толщине покрытии и вычислении температурных напряжений.

Книга посвящена систематическому изложению одного из новейших методов численного анализа - метода конечных элементов - и его приложений к широкому классу нелинейных задач механики сплошных сред и строительной механики.Понятие конечного элемента служит тем звеном, которое объединяет основы механики сплошных сред и современные методы численного анализа и дает инструмент для получения количественной информации о нелинейных процессах. Хотя основное внимание уделено решению задач механики твердого тела, материал излагается таким образом, что результаты могут быть применены и в ряде других областей математической физики, таких как динамика разреженных газов или теория электромагнетизма.Книга представляет значительный интерес для инженеров-исследователей и научных работников, занимающихся вопросами нелинейной механики и ее практическими приложениями. Она будет полезна преподавателям, аспирантам и студентам старших курсов.

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.

Исследованы возможность получения наноструктурных дисперсноупрочненных композиционных материалов на основе меди и титана с применением методов интенсивной пластической деформации, их структура, физические и механические свойства.

Проведено исследование закономерностей ударного разрушения на разных масштабных уровнях образцов эпоксидных композиционных материалов, армированных дисперсным наполнителем (микрочастицами карбида кремния) в различной концентрации. Показано, что высокая степень структурной неоднородности эпоксидных композиционных материалов на различных структурных уровнях является одним из факторов, определяющих их физико-механические свойства. При динамическом деформировании в материале действует развитая иерархия структурных уровней деформации, которая обуславливает самосогласованное деформирование и разрушение всего объема материала при ведущей роли поворотных мод деформации. По этой причине развитие микротрещин (микроскол) обусловлено малой величиной сдвиговой деформации, дополнительно ограниченной наличием частиц упрочняющей фазы. При старте магистральной трещины определяющим является микроуровень, в то время как продвижение фронта трещины определяется макромеханизмами разрушения.

Shock fracture mechanisms of different scales were investigated on epoxy composite materials reinforced with silicon carbide microparticles of different concentrations. It is shown that the high heterogeneity of the epoxy composites at different structural scales is one of the factors responsible for their physical and mechanical properties. Under dynamic loading, the material reveals a developed structural scale hierarchy which provides self-consistent deformation and fracture of the material bulk with the lead of rotational deformation modes. As a result, microcracks develop due to low shear strain limited in addition by reinforcing particles. At the start of a main crack, microscale mechanisms dominate, whereas the propagation of its front is governed by macroscale fracture mechanisms.

Исследовано поведение алюминия при сухом трении по стальному диску. Обнаружено, что в ходе их фрикционного контакта в отсутствие жидкой смазки происходит сильное взаимное изнашивание поверхностей контртел. С увеличением прикладываемого давления интенсивность изнашивания пары возрастала, а величина коэффициента трения убывала. Исследование структуры приповерхностных слоев алюминиевых образцов показало, что большой вклад в величину их износа вносит развиваемая здесь деформация.

В книге изложены численные методы решения задач оптимизации. Приводятся теоретическое обоснование и краткие характеристики этих методов. Рассматриваются задачи минимизации функций в конечномерных и бесконечномерных пространствах, а также задачи оптимального управления процессами, описываемыми системами обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных. Для студентов вузов по специальности «Прикладная математика» и специалистов в области задач оптимизации. Предыдущее издание книги вышло в 2002 г. в издательстве «Факториал».

Изучено влияние состояния поверхностного слоя образцов композиционного материала Al + 10 % Al2O3 на локальные характеристики прерывистой текучести и уровень деформирующих напряжений при растяжении. Полученные результаты хорошо согласуются с концепцией физической мезомеханики о важной функциональной роли поверхностного слоя в деформируемом твердом теле как многоуровневой системе.

Приведены результаты исследования триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 в контакте со стальным диском в диапазоне скоростей скольжения от 10 до 40 м/с при давлении 2 МПа, а также структуры поверхностей трения после испытаний. Установлена область скоростей скольжения (23-30 м/с), в которой наблюдается катастрофическое изнашивание материала. При более высоких скоростях протекает установившееся изнашивание. Показано, что резкое увеличение интенсивности изнашивания (в четыре раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 м/с связано со сменой механизмов изнашивания. Установлено, что приповерхностная область материала WC-сталь 110Г13 имеет многослойное строение, причем слои сильно отличаются по структуре и свойствам.

Исследована эволюция структуры композиционных материалов карбид WC - сталь 80Г4 на разных масштабных уровнях при деформации сжатием.

Проведено численное исследование деформации и разрушения мезообъема композиционного материала на металлической основе. Иерархическое моделирование подразумевает 1) явный учет внутренней структуры композита, как возможности введения масштабного фактора, 2) введение различных моделей для описания механического поведения пластичной матрицы и хрупких керамических включений, дающих возможность описания различных физических процессов и их взаимовлияния, а именно: пластического течения с учетом деформационного упрочнения и разрушения. Критерий разрушения типа Губера учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний - растяжения и сжатия. Показано, что комплексное механическое поведение мезообъема композита как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице и растрескивания включений. Установлено, что даже в условиях одноосного внешнего сжатия в композиционном материале могут возникать локальные области растяжения, величина напряжений в которых имеет существенное значение: порядка 30% от величины сжимающих нагрузок для исследуемого типа структуры. Показано, что незначительная модификация критерия наибольшей интенсивности касательных напряжений применительно к структурно-неоднородной среде позволяет правильно описать направление распространения трещин при отрыве для разных способов нагружения (растяжение, сжатие).

В работе рассмотрены физически обоснованные модели пластической деформации и разрушения. Иерархическое моделирование подразумевает явный учет внутренней структуры композита как возможности введения масштабного фактора, введение различных моделей механического поведения пластичных матриц и подложек, хрупких и квазихрупких включений и т.д. для описания разных физических процессов и их взаимовлияния. Проведена серия численных экспериментов по нагружению металлов и сплавов, которые используются в качестве подложки и матрицы при разработке материалов с покрытиями и композитов на металлической основе, в широком диапазоне температур и скоростей деформирования. Предложен критерий разрушения типа Хубера, который учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний: растяжение и сжатие. Исследованы процессы разрушения мезообъемов композита Al–Al2O3 и материалов, поверхностно упрочненных методами электронно-лучевой наплавки и диффузионного борирования, в том числе с градиентным подслоем. Показано, что комплексное механическое поведение композиции как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице/подложке и растрескивания включений/покрытий.

Исследовано структурно-фазовое состояние и механические свойства композиционных материалов TiC-TiNi, легированных железом. Установлено, что при спекании каркаса карбида титана с железом и последующей пропитке никелидом титана атомы железа диффундируют в матрицу, образуя градиентную по химическому составу и свойствам В2 структуру с различными температурами мартенситного превращения, что проявляется в расширении и смещении в область низких температур гистерезиса мартенситных превращений при увеличении концентрации железа. Показано, что при комнатной температуре прочностные свойства композиционных материалов TiC-TiNI с радиентной матрицей возрастает при увеличении концентрации железа.

Исследовано структурно-фазовое состояние и механические свойства композиционных материалов TiC-TiNi, легированных железом. Установлено, что при спекании каркаса карбида титана с железом и последующей пропитке никелидом титана атомы железа диффундируют в матрицу, образуя градиентную по химическому составу и свойствам В2-структуру с различными температурами мартенситного превращения, что проявляется в расширении и смещении в область низких температур гистерезиса мартенситных превращений при увеличении концентрации железа. Показано, что при комнатной температуре прочностные свойства композиционных материалов TiC-TiNi с градиентной матрицей возрастают при увеличении концентрации железа.????.

Критерий предразрушения, предложенный ранее [1] для композиционного материала «сталь – азотированное покрытие», обобщается для случая двухфазного псевдосплава Cu – 25 % Cr с твердыми частицами.

Представлены результаты рентгенофазового анализа и механических испытаний на сжатие горячепрессованных композитов Ai-Al43 при двух содержаниях углерода, вводимого в исходную порошковую смесь. Показано, что образующийся при горячем прессовании карбид алюминия приводит к увеличению предела текучести и эффективного модуля упругости тем больше, чем выше его содержание в композите.

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.

Исследованы композиционные покрытия "карбид титана - сплав на основе железа", нанесенные методом электронно-лучевой наплавки. Структура наплавленных покрытий подобна структуре спеченных карбидосталей, причем стальная связка закаливается в процессе нанесения покрытия, что обеспечивает дополнительное повышение его твердости.

Для определения возможностей высокотемпературного синтеза композиционных материалов на основе алюминида никеля рассмотрен вопрос о влиянии инертного наполнителя на температурно- временные характеристики стадии воспламенения порошковой системы никель - алюминий, включающий стадию зародышеобразования интерметаллического соединения.

Методом остаточной прочности исследована термостойкость спеченных металлокерамических композиционных материалов на основе TiC. Обнаружена сильная зависимость термостойкости и коэффициента вариации остаточной прочности от химического состава металлической связки и объемной доли карбидной фазы в материале. Сделан вывод об определяющем значении для термостойкости композиционных материалов величины сжимающих напряжений в объеме материала, которая, в свою очередь, определяется разностью коэффициентов термического расширения карбидной и металлической фазы.

Изложены основные идеи метода редукции размерности, показана его эффективность для моделирования трения эластомеров с произвольной линейной реологией и жесткой шероховатой поверхностью, имеющей фрактальный рельеф. Изучено влияние времени фиксации эластомера на жесткой поверхности перед началом тангенциального движения на статический коэффициент трения. Исследовано влияние гармонических осцилляций прижимающей нормальной силы на коэффициент трения при стационарном режиме скольжения.

В ходе циклических испытаний образцов композиционного материала на основе углеродных волокон проведена оценка их наработки с помощью датчика деформации интегрального типа (ДДИТ). В состав датчика входит полированная алюминиевая фольга (чувствительный элемент), наклеенная на поверхность образца и деформирующаяся совместно с ним. Ее изображения регистрировали с помощью микроскопа МБС-9, дооснащенного цифровой фотокамерой. Для анализа деформационного рельефа ДДИТ рассчитывали комплекс информативных параметров, обсуждали и трактовали характер и типичные стадии их изменения. Полученные данные предложено использовать при создании встроенных датчиков контроля состояния деталей техники ответственного назначения.

Проведен комплекс исследований нанопорошка алюминия, многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) и смеси AI + МУНТ после ультразвуковой деагломерации в жидкой среде, включающий микроструктурный, рентгеноструктурный, термогравиметрический, калориметрический анализы и анализ удельной поверхности. Показаны перспективы выбранного метода деагломерации порошков при подготовке смесей для производства многокомпонентных композиционных материалов.

Исследована эволюция макро- и микроструктуры спечённых композитов AI - Sn с широким концентрационным содержанием второй фазы при обработке их методом равноканального углового прессования (РКУП) по маршруту А. Установлено, что в случае непрерывной алюминиевой матрицы, деформация распределяется по объёму композитов равномерно, и все составляющие их фазы испытывают равную деформацию. В процессе пластического формоизменения алюминиевые зёрна фрагментируются на более мелкие субзёрна, что приводит к упрочнению матрицы и всего композита, пропорционально содержанию в нём алюминия (правило смеси). Наибольшее упрочнение матрица испытывает в ходе первого РКУП, а при последующих трёх проходах темп её упрочнения снижается и определяется скоростью утонения межфазных прослоек.

Исследовано влияние равноканального углового прессования (РКУП) на структуру и механические свойства спеченных композиционных материалов (КМ) AI - Sn с различным содержанием второй фазы. Установлено, что в процессе прессования происходит сильное упрочнение композита за счёт измельчения зеренной структуры алюминиевой матрицы, при этом прочность обработанных КМ определяется по правилу смеси. Частицы олова при РКУП по маршруту С практически полностью возвращаются к исходной форме после каждого четного прессования, и последовательно утоняются с ростом числа прессований по маршруту А. Уменьшение толщины межчастичных прослоек приводит к дополнительному измельчению заключённых в них зёрен алюминиевой матрицы и вызывает более сильное упрочнение МКМ AI - Sn.

Рассмотрены материалы системы AI - W - Zr - О, полученные спеканием порошковой смеси AI - ZrW2О8 в атмосфере аргона вблизи точки плавления алюминия с различным временем изотермической выдержки. Исследована структура, фазовый состав и механические свойства полученных материалов в зависимости от времени изотермической выдержки. Установлено, что формирование структуры материалов AI - ZrW2О8 в процессе спекания происходит в несколько этапов, включающих разложение вольфрамата циркония, формирование интерметаллидов WAI12 и ZrAI3 и синтез вольфрамата циркония в виде вытянутых частиц — микроволокон. Показано формирование внутренних напряжений в материале с увеличением времени спекания, что, наряду с уменьшением пористости, приводит к возрастанию твердости материала.

Развивается подход к проведению акустико-оптического контроля механического состояния композиционных материалов. Его тестирование проведено на примере циклического нагружения плоских образцов листового стеклопластикового композита. По результатам испытаний проводилось сравнение данных, зарегистрированных датчиком перемещений испытательной машины, с таковыми, полученными при помощи предлагаемого акустико-оптического метода. Анализируемыми параметрами акустических сигналов (прошедших вдоль рабочей зоны образца) являются энергия спектра мощности, максимальное значение огибающей сигнала, а также дисперсия разности огибающих двух сигналов. Для оптических изображений рассчитывали среднюю энтропию. Обсуждается характер изменения информативных параметров по мере увеличения циклов наработки, проводимый на основании выделения ключевых стадий разрушения, что позволяет оценить текущее механическое состояние объекта контроля и прогнозировать усталостную долговечность.

Методом магнетронного осаждения получены нанокомпозитные покрытия на основе аморфного углерода, легированного титаном, никелем и хромом. Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа исследованы особенности микроструктуры и фазового состава указанных покрытий. Показано, что структура покрытий представлена наноразмерными частицами TiC и NiCr, находящимися в аморфной углеродной матрице. Рассматриваемые покрытия на подложке из титанового сплава повышают микротвердость в ~7 раз (до 14 ГПа) и снижают более чем в 2 раза (до мю0.2) коэффициент трения. Обсуждаются физические причины повышения твердости и снижения коэффициента трения, а также перспективы модифицирования фазового состава нанокомпозитных покрытий на основе аморфного углерода и возможности использования полученных покрытий на изделиях из титановых сплавов.

Исследованы триботехнические характеристики композиционных покрытий, полученых методом электронно-лучевой наплавки на основе азотсодержащей хромомарганцевой стали с карбонитридами титана. Показано, что с ростом содержания карбонитридов титана в матрице Х20АГ20 абразивная износостойкость возрастает. При испытании по схеме "вал - две плоские колодки" при комнатной температуре исследуемые покрытия с увеличением в них доли карбонитридов титана показывают более высокую износостойкость. Дополнительная термическая обработка покрытий улучшает их триботехнические характеристики и увеличивает диапазон допустимых скоростей скольжения и удельных нагрузок.

Изучено разрушение вольфрамо-медных функциональных градиентных материалов с V-образным надрезом с отверстием в вершине при нагружении типа I. Проведена оценка разрушающей нагрузки с использованием усредненной плотности энергии деформации в заданном контрольном объеме. В рамках численного подхода определена внешняя граница контрольного объема. Изменение механических свойств (модуль упругости, коэффициент Пуассона, вязкость разрушения К Iс., предел прочности при растяжении) по ширине образца представлено в виде степенной функции.

Исследована морфология и структура цинк- и медьсодержащих кальцийфосфатных покрытий, нанесенных методом микродугового оксидирования при различном напряжении на подложки из чистого титана и низкомодульного сплава Ti-40 масс.% Nb. Морфология микродуговых покрытий на обеих подложках представлена сфероидальными образованиями размером 8-42 мкм и порами размером 1-15 мкм. С повышением напряжения при осаждении покрытий от 200 до 300 В эти структурные элементы увеличиваются в размерах и частично разрушаются. Обнаружено, что при повышении напряжения поверхностная пористость микродуговых покрытий линейно возрастает от 14 до 24%. Установлено, что эффективные коэффициенты диффузии модельной биологической жидкости в пористых покрытиях изменяются от 0,85*10 в степени -10 до 9,0*10 в степени -10 м2/с. С увеличением размеров структурных элементов эффективный коэффициент диффузии модельной биологической жидкости в микродуговых покрытиях на титане увеличивается, а на сплаве Ti-40 масс.% Nb — уменьшается, что связано с увеличением доли кристаллической фазы.

Процесс изнашивания рассматривается как стохастический процесс, протекающий в поверхностных слоях контактирующих тел и включающий выкрашивание микрочастиц, их стохастический транспорт, а также процессы наносварки. Результаты исследования позволяют идентифицировать параметры макроскопической модели на основе моделирования процессов на наноуровне и тем самым осуществить переход от нано- к макроуровню.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование поведения незамкнутых наноструктур, полученных самосворачиванием двухслойных наноразмерных пленок Ni-Cu с различной композицией внутренней структуры. В процессе самосворачивания наноразмерных пленок в отсутствие внешних воздействий ее края совершают слабозатухающие гармонические колебания. Установлены особенности влияния внутренней структуры исходной пленки на характеристики колебаний. Показано, что, меняя композицию слоев исходной пленки или насыщая ее дефектами структуры, можно целенаправленно менять амплитуду или частоту колебаний, либо обе эти характеристики одновременно. Изменение композиции слоев производится таким образом, что геометрические размеры моделируемой наноструктуры остаются практически неизменными. Полученные закономерности представляют интерес для исследования и разработок комплектующих узлов наноустройств различного типа и назначения.

В работе исследуется поведение незамкнутых наноструктур в процессе их формирования из двухслойных наноразмерных пленок системы Ni-Cu с кристаллической структурой. Исследования проведены на основе метода молекулярной динамики с использованием многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия. Показано, что края незамкнутой наноструктуры, полученной из двухслойной металлической пленки, могут совершать свободные гармонические колебания. Исследована зависимость амплитуды колебаний наноструктуры от размеров исходной пленки. Определены оптимальные геометрические параметры исходной пленки для получения незамкнутых наноструктур, колеблющихся ч максимальной амплитудой. Полученные результаты представляют интерес для разработки компонентов наноустройств различного функционального назначения.

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.

Проведено исследование фазового состава, микроструктуры, механизмов пластической деформации и разрушения при ударном нагружении слоистого материала, полученного сваркой под давлением листов титанового сплава ВТ6. В ходе ударного нагружения при 20 и -196 °С происходит расслоение образца на пакеты листов, которое влияет на скорость их разрушения. На поверхностях разрушения происходит структурно-фазовый распад исходной кристаллической структуры с образованием динамических ротаций. В кристаллических подслоях поверхностей разрушения и расслоя развивается фрагментация материала. Данные эффекты выражены более сильно при T(def)= -196 °С.

The paper studies the phase composition, microstructure, and mechanisms of plastic deformation and fracture under impact load in a laminate obtained by pressure welding of VT6 titanium alloy sheets. Under impact loading at 20 and -196°C, the material is delaminated into sheet piles with attendant changes in their fracture rate. At fracture surfaces, the initial crystal structure experiences structural phase decomposition which results in dynamic rotations. In fracture and delamination sublayers, the material is fragmented. The effects are more pronounced at Tdef =-196°C.

Численно исследовано напряженно-деформированное состояние в алюминиевых образцах с неразъемным соединением, полученным сваркой трением с перемешиванием, при растяжении и сжатии. Краевая динамическая задача решалась численно методом конечных разностей в постановке плоского деформированного состояния. Проведены расчеты на макро- и мезоуровнях. Структурная неоднородность сварного шва учитывалась явно посредством задания различия в механических свойствах материалов в различных зонах СТП соединения. На макроуровне в каждой зоне задавалась своя функция деформационного упрочнения, полученная на основе обработки экспериментальных кривых течения. На мезоуровне параметры функции упрочнения в локальных областях материала зависели от размера зерна поликристаллической структуры в соотношении Холла-Петча. Выявлена общая закономерность локализации напряженно-деформированного состояния в структурно-неоднородной среде.

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.

Предложен подход к многоуровневому описанию деформации и разрушения хрупких пористых сред с одним максимумом на гистограмме распределения пор по размерам в рамках метода подвижных клеточных автоматов. Подход основан на определении эффективной функции отклика клеточного автомата прямым моделированием представительного объема пористой среды. Разработана иерархическая модель механического поведения керамики на основе ZrO2 с размером пор соизмеримым со средним размером зерна при сдвиговом нагружении и одноосном сжатии. Исследованы возможности разработанного подхода по учету неоднородности пространственного распределения прочностных свойств пористых сред путем изменения параметров межавтоматного взаимодействия по стохастически выбранным направлениям. Показано, что такой способ учета неоднородности открывает широкие перспективы для многоуровнего описания пористых сред с иерархической структурой порового пространства.

Приведены сведения о кристаллической структуре полиморфных модификаций углерода и нитрида бора, особенностях их превращения под действием высоких давлений и температур. Представлены данные по электронной структуре, термодинамическим, теплофизическим, механическим, электрическим, магнитным и оптическим свойствам. Рассмотрены вопросы количественного рентгенофазового анализа этих модификаций, особенности их спектров электронного парамагнитного и ядреного магнитного резонансов. Для специалистов в области создания и использования конструкционных и инструментальных материалов на основе разных модификаций углерода и нитрида бора.

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

В работе рассмотрено влияние анизотропии упругих и прочностных характеристик материала преграды на результаты численного моделирования ударного нагружения стальным деформируемым ударником. Расчеты выполнены методом конечных элементов в трехмерной постановке. Проведено сравнение результатов расчетов деформирования и разрушения ортотропных материалов и изотропного материала с изотропными свойствами при различных скоростях ударного нагружения. Показано, что усреднение упругих и прочностных свойств анизотропного композиционного материала приводит к уменьшению объема разрушенного материала при растяжении и сжатии по сравнению с объемами разрушения при учете анизотропных свойств.

В рамках междисциплинарного исследования процессов деформации и разрушения композиций покрытие — подложка при их контактном взаимодействии выполнен теоретический и экспериментальный анализ влияния дисперсного переходного слоя между сопряженными слоями на процесс формирования деформационных структур вблизи границы раздела. С помощью метода возбудимых клеточных автоматов проведено моделирование переноса упругой энергии от индентора с учетом процессов самоорганизации сдвигов и поворотов структуры вблизи интерфейса. С использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC экспериментально исследовано влияние переходного слоя между покрытием и подложкой на формирование деформационных структур в условиях контактного взаимодействия с индентором при трехточечном изгибе.

В работе исследован процесс формирования рельефа на изначально плоской поверхности материала с покрытием при растяжении. Краевая динамическая задача механики решается численно методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Криволинейная граница раздела «покрытие - подложка» задается в расчетах явно. Для описания механической реакции стальной основы и покрытий используются модели упругопластической среды с изотропным упрочнением и упругохрупкого разрушения. Установлена зависимость формы и амплитуды деформационного рельефа на поверхности композиции от толщины упругого и прочного пластичного покрытий с синусоидальной границей раздела «покрытие — подложка».

The paper studies the formation of strain-induced roughness on an initially flat surface of materials with a modified surface layer in tension. The dynamic boundary value problem of mechanics is solved numerically by the finite difference method for plane strain. The curvilinear surface layer substrate interface is specified explicitly in the calculations. The mechanical response of the steel substrate and surface layer is described by elastoplastic models with isotropic hardening and elastic-brittle fracture models, respectively. The surface roughness shape and amplitude are found to depend on the thickness of both elastic and high-strength plastic layers with sinusoidal geometry of the hardened layer-substrate interface.

Исследовано поведение при деформации сжатием и сдвигом пористых, 10-70 %, образцов из оксида алюминия и диоксида циркония. Анализ кривых «напряжение - деформация» показал, что имеет место переход от типично хрупкого разрушения для относительно плотных образцов обоих составов до псевдопластичного при высоком уровне пористости. Значения предела прочности при сжатии, эффективных модулей упругости и сдвига, а также коэффициента Пуассона уменьшаются с увеличением объёма порового пространства керамических образцов, что коррелирует с появлением в них множественного растрескивания, формирующегося в ходе деформации.