Монография посвящена вопросам моделирования прочности и разрушения элементов несущих конструкций машин, оборудования и сооружений. Представлены результаты исследований надежности и аварийности конструкций в различных отраслях промышленности. выполнен статистический анализа и разработаны вероятностные модели дефектности технических систем. Исследованы особенности напряженно-деформированного состояния конструкций с дефектами. Построены модели развития аварийных ситуаций несущих конструкций. Книга предназначена для широкого круга специалистов, занимающихся проблемами проектирования и расчетов металлоконструкций технических систем. научных работников и аспирантов, специализирующихся в области конструкционной прочности и безопасности уникальных машин и сооружений.

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.

Изложены представления о структурно-фазовых превращениях, протекающих в алюминиевых сплавах, полученных диспергированием расплавов и суспензий при различных видах термообработки. Рассмотрены механизмы формирования метастабильных фаз в условиях сверхбыстрого охлаждения расплава. Описаны механизмы кристаллизации расплавов алюминия в крайне неравновесных условиях, основанные на представлениях о структурной неоднородности расплавов. Процессы зародышеобразования рассмотрены как межкластерные взаимодействия, а кристаллизация расплава в крайне неравновесных условиях - как многостадийный процесс, включающий стадию структурно-фазовых превращений в расплаве. Предназначено для научных и инженерно-технических работников в области материаловедения, рекомендуется для преподавателей и аспирантов технических вузов.

Методами сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности разрушения покрытий SiAIN на подложках Cu при одноосном растяжении. Показано, что скалывание покрытий происходит в зонах локальной кривизны границы раздела «SiAIN - Cu», образующихся в результате скольжения дислокаций в подложке. Предварительная ионная бомбардировка подложки позволяет подавить выход дислокаций на границу раздела «покрытие - подложка», а также повысить адгезионную прочность покрытий и предотвратить их краевое отслоение. В то же время возникающая в результате ионной бомбардировки волнистая граница раздела «покрытие - подложка» приводит к появлению нормальных к ней напряжений, которые обусловливают коробление и скалывание покрытий в областях положительной локальной кривизны границы раздела.

Рассмотрены основные положения теории капиллярности Гиббса и фундаментальные термодинамические уравнения, полученные методом слоя конечной толщины. Основное внимание уделено прикладным аспектам термодинамической теории поверхностных явлений. Подробно рассмотрен вопрос о методах вычисления адсорбции в многокомпонентных растворах. Впервые получены системы уравнений, позволяющие по концентрационной зависимости поверхностного натяжения проводить расчеты адсорбции в реальных многокомпонентных растворах, получены системы уравнений и разработаны методы вычисления термодинамических параметров поверхностного слоя многокомпонентных систем. Представлены экспериментальные данные по поверхностному натяжению и плотности двойных и многокомпонентных систем. Подробно описаны оригинальные приборы и методики. Анализ полученных результатов позволил разработать методы прогноза поверхностных свойств многокомпонентных систем по данным о свойствах боковых двойных расплавов. Монография рассчитана на широкий круг научных работников — физиков и химиков, инженеров и материаловедов, а также преподавателей вузов, аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

В работе рассмотрены закономерности деформации и разрушения на мезоуровне материалов с покрытиями при различных схемах нагружения, полученные с применением оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC. Показано, что зарождение в покрытии (поверхностном упрочненном слое) трещин и фрагментированной мезоструктуры в объеме материала подложки происходит около базового концентратора напряжений у головки образца и развивается вдоль образца как нелинейный волновой процесс. Его характер существенно зависит от геометрии границы раздела «покрытие (упрочненный поверхностный слой) – подложка». Сформулирован качественный критерий усталостного предразрушения при знакопеременном циклическом изгибе. Показано, что при циклическом нагружении композиции с более твердым покрытием определяющую роль играют возникновение зон концентрации напряжений и локализация деформации на границе раздела «покрытие – основа». Сформулированы рекомендации по оптимизации режимов формирования покрытий.

На основе системного подхода обосновывается концепция физической мезомеханики, согласно которой поверхностный слой в деформируемом твердом теле является самостоятельной подсистемой. С ростом степени деформации в нем развиваются автономные процессы, оказывающие определяющее влияние на стадийность локализации пластического течения и разрушение образца в целом. Ключевую роль в мезомеханике поверхностного слоя играют его «эффективная» толщина и интерфейс с объемом кристалла, на котором распределение напряженно-деформированного состояния имеет вид «шахматной доски».

Проведены исследования деформации и разрушения металлокерамических композитов при различных схемах нагружения. Показано, что в условиях, далеких от превращения, материал деформируется как обычный кристалл дислокационным скольжением. При этом предел текучести обратно пропорционален расстоянию между карбидами и в сплавах с высоким содержанием твердой фазы не достигается вплоть до разрушения. Разрушение материала катастрофически хрупкое. Исследования деформации композитов вблизи температуры структурного перехода показали, что наблюдаются разнообразные превращения, обусловленные сильно неоднородным напряженным состоянием связующей фазы. При нагружении в связующей фазе реализуется схема превращения В2 - В2 + В19 - В2 + «квазиаморфное состояние» с образованием мелкокристаллической, сильно разориентированной структуры с характерным размером кристаллитов менее 10 нм. Данная структура обладает высокой пластичностью и упрочнением и обусловливает эффективную передачу внешней нагрузки на упрочнитель, вызывая при этом даже в типично хрупких частицах карбида титана дислокационное скольжение. Физический смысл применения структурно-неустойчивых связок в композитах состоит в понижении масштаба структурного уровня пластической деформации за счет формирования в процессе неоднородного нагружения микрокристаллической структуры связующей фазы.

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.

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.

В работе представлен анализ нелинейных особенностей поведения горных пород, которые наблюдаются на диаграммах нагружения, но в рамках традиционных моделей упругопластических сред, как правило, игнорируются. Рассмотрены начальный этап деформирования и разгрузка образцов горных пород. Нелинейность поведения на данных этапах нагружения интерпретируется с позиции частичного закрытия трещин, которые образовались в ходе деформировании за пределом упругости или за предыдущую историю нагружения. Предложены феноменологические соотношения, позволяющие учесть указанные нелинейные особенности при численном моделировании. Рассмотрен этап запредельного деформирования, соответствующий стадии локализации деформации и образования магистральных трещин, и предложены поправки для более корректного определения параметров моделей.

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.

Рассмотрены основные виды макро- и микростроения изломов и механизмы разрушения металлических материалов при однократных (статическом, ударном и высокоскоростном импульсном) и циклическом видах нагружения, а также методические вопросы исследования изломов методами макро-, микрофрактографии и рентгеноструктурного анализа. Описаны методики определения параметров разрушения материалов, конструкций и деталей машин фрактографическим (фрактодиагностика разрушения) и рентгеновским (рентгеновская фрактодиагностика разрушения) методами. Приведены примеры использования диагностики разрушения для определения причин разрушения конструкций и деталей авиационной техники. Учеб. пособие предназначено для студентов физических , металлургических и машиностроительных специальностей, изучающих курсы, связанные с прочностью и разрушением материалов, диагностикой разрушения, а также для специалистов в области физики металлов и металловедения, прочности и разрушения материалов, в металлургии и других смежных специальностях.

В работе на основании измерения механических характеристик, а также данных оптической и электронной микроскопии исследовали особенности деформации и разрушения при растяжении образцов стали 25Х1М1Ф в исходном состоянии и после термоциклической наработки. Показано, что деформация образцов данной стали в исходном состоянии характеризуется крайне малым деформационным упрочнением и существенным удлинением на этапе формирования шейки. После термоциклической наработки напряжение течения снижается, пластичность заметно возрастает, деформационное упрочнение становится более выраженным. Полученные результаты обсуждаются с использованием данных металлографии. Данные фрактографических исследований свидетельствуют о том, что характер разрушения определяется закономерностями зарождения микроспор, их слиянием и образованием центральной макротрещины отрыва. Согласно экспериментальным результатам образец разрушается по смешанному механизму, включающему локальный сдвиг и отрыв. При этом значительное влияние на характер разрушения оказывают вторичные микротрещины и интенсивная внутризеренная пластическая деформация. На основании полученных результатов предлагается схема структурных уровней деформации и разрушения исследованных образцов при статическом растяжении.

Изучены механический свойства при растяжении, организация пластического течения и разрушение в образцах с надрезами типа Менаже субмикрокристаллического (СМК) титана. Исследованы два структурных состояния СМК титана, изготовленного равноканальным угловым прессованием (РКУП), отличающиеся размерами областей когерентного рассеяния. уровнем внутренних микронапряжений и текстурой. Выявлена конфигурация зон пластической деформации вблизи концентраторов напряжений и исследовано их развитие с ростом степени макродеформации. Установлено, что разрушение начинается в областях с максимальным значением локальной интенсивности деформации. Изучена стадийность и микромеханизмы процесса разрушения. Обнаружен квазихрупкий характер разрушения СМК титана в более высокопрочном состоянии (тип II).

Методами оптической металлографии установлено, что средняя энергия специальных границ в поликристаллах упорядоченных сплавов со сверхструктурой L1 зависит от энергии АФГ в сплаве. Это обусловлено тем, что в плоскостях залегания специальных границ в совпадающих узлах образуются зернограничные антифазные границы. Установлено, что в упорядоченных сплавах образование двойниковых границ с АФГ и без АФГ зависит от энергии дефекта упаковки: с уменьшением энергии дефекта упаквоки возрастает вероятность образования двойниковых границы без АФГ.

Рассмотрены возможные структурные превращения В2 - R через промежуточную структуру R0 с пространственной группой D3/3d. Вычислены подгруппы с гексагональной решеткой группы D3/3d связанные с нарушением симметрии структуры R0 смещениями атомов с волновыми векторами, принадлежащими двухлучевой звезде. Предложена кристаллографическая модель возможных превращений В2-структуры в R-мартенсит, характеризуемая единственным для всех превращений параметром порядка.

Настоящий том посвящен изложению физических свойств кристаллов на основе учения о кристаллофизике. Вначале вводится тензорный аппарат кристаллофизики и рассматриваются общие вопросы симметрии физических свойств кристаллов. Далее рассматриваются механические (упругие свойства, пластическая деформация, механическое двойникование, разрушение), электрические (с основном сегнетоэлектрические), магнитные, полупроводниковые и оптические свойства кристаллов, Изложены явления переноса в процессах и термомагнитные явления в кристаллах. Описаны физические свойства жидких кристаллов. Книга рассчитана на научных сотрудников и инженеров, работающих в области исследования, применения и выращивания кристаллов, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов высших учебных заведений.

В монографии подробно рассмотрены теоретические и прикладные аспекты нового, бурно развивающегося метода получения композиционных материалов - механическое легирование. Обсуждаются такие актуальные проблемы, как создание этим методом аморфных и наноразмерных материалов. Описывается оборудование для механического легирования. Подробно излагаются результаты исследований различных приложений метода. Приводятся данные по свойствам материалов, получаемых методом механического легирования. Для химиков, материаловедов.

Конференция продолжает традиции Всероссийского научного семинар по механике микронеоднородных материалов и разрушению памяти профессора С. Д. Волкова, который является основателем уральской научной школы механики деформируемого твердого тела. Его имя связано с применением статистических методов при исследовании упругого и неупругого поведения микронеоднородных материалов, решением фундаментальных и прикладных проблем статистического металловедения и разрушения. Конференция призвана обсудить современные проблемы и достижения, а также направления развития механики деформируемого твердого тела и смежных научных областей - моделирование, контроль, диагностика и живучесть материалов конструкций. Цель конференции - инициировать усилия ученых в областях механики сплошных сред, материаловедения и неразрушающего контроля, а также специалистов промышленности для решения научных и прикладных задач.

Анализируется электронная структура и физические свойства сильно коррелированных систем (содержащих элементы с незаполненными 3d, 4d, 4f и 5f оболочками) на основе теории динамического среднего поля (DMFT). В настоящее время DMFT является универсальным и наиболее эффективным методом исследования состояний с сильными электронными корреляциями. В книге детально излагаются основы метода и даются его применения к различным классам таких систем. Книга рассчитана на широкий круг читателей: физиков-теоретиков и экспериментаторов, исследующих сильно коррелированные системы. Она будет полезна для студентов, аспирантов и всех тех, кто хочет ознакомиться с актуальной областью физики твердого тела.

Получены зависимости электропроводности контакта и интенсивности изнашивания металлических материалов от плотности электрического тока в условиях трения скольжения. Установлено, что легирование основы материала приводит к ускорению разрушения поверхности трения. Методом оже-спектрометрии определено присутствие кислорода около 40 ат. % в поверхностном слое. Методом рентгенографии показано, что в поверхностном слое формируется оксид FeO, который способствует увеличению электропроводности контакта.

Методами электронной микроскопии и дифракции обратно рассеянных электронов проведены исследования влияния отжигов и небольших деформаций (до 20 %) на структуру и спектр разориентировок границ зерен субмикрокристаллического никеля. Установлено, что увеличение доли большеугловых границ зерен в зернограничном ансамбле субмикрокристаллического никеля в процессе отжигов происходит в основном за счет образования двойников отжига. Показана зависимость эволюции структуры и спектра разориентировок границ зерен никеля в процессе деформации от механизма деформации. В условиях ползучести развитие зернограничного проскальзывания способствует сохранению субмикрокристаллической структуры и увеличению доли большеугловых границ зерен в зернограничном ансамбле никеля.

Рассмотрены процессы деформации и разрушения гальванических покрытий Au-Ni при трибологических испытаниях в условиях сухого трения. Показано, что изнашивание покрытий является результатом макроскопического контактного взаимодействия образца и контртела, а также абразивного действия микронеровностей на поверхности контртела и частиц износа. Исследованы механизмы формирования частиц износа и слоя переноса во время трения и продемонстрирована их роль в процессах изнашивания гальванических покрытий Au-Ni. Обоснована значимость сдвиговых напряжений, развивающихся на границе раздела покрытие/подслой, в разрушении покрытий.

Deformation and fracture of electroplated Au-Ni coatings subjected to tribological testing under dry conditions were studied. Wear of the coatings is shown to result from macroscopic contact interaction of the specimen with the counterbody, and from abrasive action of microasperities on the counterbody surface and wear particles. The formation mechanisms of wear particles and a transfer layer were investigated, and their contribution to wear of the electroplated Au-Ni coatings was demonstrated. The significance of shear stresses arising at the coating/sublayer interface in coating fracture was substantiated.

Приведены результаты теоретического исследования влияния физико-механических свойств поверхностных слоев интерфейсно контролируемых материалов на характер распределения деформаций в объеме образцов, находящихся в сложных условиях нагружения, и на величину их предельной деформации. Показано, что модификация поверхности, связанная с уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела структурных элементов в поверхностных слоях материала, способствует более равномерному распределению необратимых деформаций в объеме образца. Это приводит к росту его предельной деформации.