Монография ведущих специалистов Института физики взрыва ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» представляет собой последовательное изложение экспериментальных методов исследования физических, механических и оптических свойств конденсированных сред, подвергнутых ударно-волновому воздействию. Описаны методы изучения детонации конденсированных ВВ, ударного сжатия и адиабатического расширения веществ, распространения и структуры ударных волн. Большое внимание уделено вопросам прочности и разрушения твердых тел динамическими нагрузками. Представлены схемы постановки опытов, методы диагностики и регистрации процессов, происходящих в твердых телах. Приведены конкретные результаты исследования этих процессов.

В монографии развивается системный подход к описанию деформируемого твердого тела как многоуровневой иерархически организованной системы. Приводится экспериментальное и теоретическое обоснование принципиально важного положения, что поверхностные слои и внутренние границы раздела в деформируемом твердом теле являются самостоятельными подсистемами. Они оказывают существенное влияние на самосогласованное развитие пластического течения и разрушение твердого тела на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях. Развиты новые подходы к моделированию процессов пластической деформации в поверхностных слоях и на интерфейсах в полях внешних воздействий методами молекулярной динамики, подвижных клеточных автоматов, механики структурно-неоднородных тел. Обнаружены и изучены нелинейные волновые процессы локализованного пластического течения на мезоуровне в поверхностных слоях, тонких пленках и интерфейсах. Разработаны новые методы упрочнения материалов путем наноструктурирования их поверхностных слоев, нанесения наноструктурных покрытий, формирования на внутренних границах раздела субмикрокристаллической структуры. Книга предназначена для специалистов в области механики и физики пластичности и прочности твердых тел, физического и прикладного материаловедения.

Описывается новый запатентованный технологический процесс получения непрерывных деформируемых заготовок из разливаемого металла. Приводятся схема и работа устройств литейно-ковочного мод3уля (ЛКМ), реализующих данный процесс. Строится математическая модель процесса деформации разливаемого металла с использованием апробированного численного метода. решаются задачи пластического деформирования в плоском и пространственном вариантах. Приводятся результаты экспериментального исследования режимов работы ЛКМ при разливке и деформировании цветных металлов. Для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области механики деформируемого твердого тела и литейного производства. аспирантов, студентов.

В монографии приведены результаты многолетних работ авторов в области физического материаловедения. Основное содержание книги посвящено проблеме повышения сопротивляемости металлов и сплавов в экстремальных условиях. Представлен обширный материал о процессах деформационного упрочения и разрушения сплавов и сталей, эксплуатируемых в условиях низких температур. Изложена эволюция микроструктурных изменений, непосредственно влияющих на прочностные свойства металлов и сплавов. Для специалистов в области материаловедения, студентов технических вузов.

Рассмотрены механизмы деформации металлов с гране- объемно центрированной, гексагональной плотноупакованной решетками, жаропрочных сплавов, карбидов переходных металлов, оксидов, галлоидов, оливинов и шпинели. Приведены соответствующие диаграммы, даны рекомендации по их построению и модификации с учетом высоких скоростей деформации и давлений, классификации материалов и их изомеханических групп. Проанализировано влияние скорости нагружения, указана практическая полезность диаграмм. Для научных и инженерно-технических работников - материаловедов.

Настоящий сборник содержит материалы Международной научно-практической конференции "Природные битумы и тяжелые нефти", посвященной столетию со дня рождения основоположника отечественной битуминологии профессора Владимира Алексеевича Успенского. Тексты публикуются в соответствии с авторским оригиналом.

Определены вольт-амперная характеристика и интенсивность изнашивания скользящих электроконтактов из композитов на основе сталей Г13, а также на основе стали ШХ15, переработанной из шлифовального шлама. Показано, что сталь ШХ15 имеет высокую износостойкость вследствие формирования наноструктур при деформации поверхностных слоев в зоне трения. Установлено, что при скольжении с плотностью тока более 100 А/см2 окисляется поверхность трения контртела из закаленной стали, поэтому сталь не может применяться в качестве контртела.

В работе на основе анализа представительного объема полимерной высоконаполненной композиции методами механики сплошной среды получены ее эффективные деформационно-прочностные характеристики. Особенность анализируемого материала связана с большим разбросом размеров дисперсных включений (наполнителя), что делает неприменимыми известные подходы к моделированию напряженно-деформированного состояния представительного объема. Предлагаемый подход иллюстрируется примером анализа композиции, когда в ней присутствуют дисперсные включения двух типоразмеров.

Исследованы особенности наноструктурирования поверхности образцов при трении в условиях сдвиговой неустойчивости подповерхностных слоев материала в результате сильной локализации деформации. Показано, что существуют три стадии локализации деформации в подповерхностных слоях. Изучена структура зоны локализации и показано, что деформация сосредоточена в полосах деформации. Формирование нанокристаллической структуры на поверхности в результате сдвиговой неустойчивости рассматривается аналогично формированию полосы локализованного сдвига. Образование нанокристаллической структуры может являться причиной перехода от нормального к адгезионному типу изнашивания в отсутствие механизмов структурной приспосабливаемости.

Методом оптической микроскопии in-situ и рентгеноструктурного анализа исследовано развитие термоупругого мартенситного превращения при изотермическом нагружении сплава Ti49.4Ni50.6 в крупнозернистом и субмикрокристаллическом состояниях. Приведены данные, свидетельствующие об эстафетном механизме распространения мартенситного превращения при обеих зеренных структурах. Рассмотрены обнаруженные особенности локализации мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях при субмикрокристаллической структуре. Установлена взаимосвязь между локализацией мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях и деформационным поведением сплава Ti49.4Ni50.6 в крупнозернистом и субмикрокристаллическом состояниях. Развита концепция, согласно которой локализация мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях при изотермическом нагружении в предмартенситном состоянии является следствием неоднородности напряженного состояния поликристаллического агрегата.

Путем компьютерного моделирования проанализирована возможность изменения величины предельной деформации образцов "интерфейсных" материалов, механическое поведение которых определяется процессами локализации деформаций на границах раздела структурных элементов (блоков, зерен и т. д.), направленной модификацией поверхностных слоев. Показано, что уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела в поверхностном слое можно обиться существенного увеличения деформационной способности образцов при циклическом нагружении. Причиной этого эффекта является вовлечение большего объема материала в процессы накопления необратимых деформаций что приводит к замедлению локализации деформаций вблизи макроконцентраторов напряжений и более позднему зарождению трещин.

Обобщены результаты экспериментального и теоретического обоснований нового механизма деформации и переориентации кристаллической решетки - механизма локальных обратимых превращений мартенситного типа. Представлены атомные модели этих превращений, результаты анализа в зонах превращений тензоров дисторсии, матриц (векторов) переориентации кристаллической решетки для различных (ГЦК - ОЦК - ГЦК, ОЦК - ГПУ - ОЦК) вариантов этих превращений. На основе этих результатов проведено обсуждение физической природы ряда явлений недислокационной пластичности.

В работе исследуется отклик материала с системой пор различного масштаба на высокоскоростную сдвиговую деформацию. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом частиц. На атомном уровне это метод молекулярной динамики, на мезомасштабном уровне - метод подвижных клеточных автоматов. Показано, что в процессе деформации такого материала формируются динамические дефекты вихревого типа. Этот процесс характеризуется тремя стадиями. Первая стадия связана с преимущественно ламинарным характером смещений атомов или элементов среды в областях, прилегающих к нагруженным слоям. Особенность второй стадии заключается в формировании согласованного вихреподобного движения атомов и элементов среды в области между порами. При этом наблюдается периодичность формирования и распада вихревого движения. Для атомного уровня период такого процесса составляет порядка нескольких пикосекунд. Для бoльшего масштаба длительность второй стадии и особенности ее проявления определяются свойствами модельного материала. Третья стадия на атомном уровне связана с потерей устойчивости атомной структуры и формированием полос локализованной деформации. Это сопровождается рассогласованием вихревого движения атомов в области между нанопорами. На мезомасштабном уровне третья стадия сопровождается разрушением материала. Полученные результаты могут иметь практическое приложение при анализе поведения материалов, подверженных, например, радиационному облучению в условиях динамического воздействия.

В монографии анализируются особенности технологических процессов деформирования материалов в условиях сверхпластичности и проблемы, возникающие при работе с материалами, обладающими повышенной скоростной чувствительностью. Приведена математическая постановка задачи о медленном течении физически нелинейных сред с учетом контактного трения, обсуждаются ограничения на применение модели и некоторые частные решения. Особое внимание уделено моделированию контактного взаимодействия в процессах обработки металлов давлением и практической реализации в методе конечных элементов (МКЭ), а также моделированию оптимальных технологических режимов управления формоизменением материалов в условиях сверхпластичности и близких к сверхпластичности. Автоматизированное проектирование технологических процессов изотермической штамповки на базе программного комплекса SPLEN показано на примерах решения промышленных задач. Большое внимание уделено сопоставлению известных и специально проведенных экспериментальных исследований с результатами математического моделирования. Построены оценки влияния формы штампов, условий трения, исходной структуры и технологических параметров на формоизменение в условиях сверхпластичности. Демонстрируются приемы построения технологических режимов, обеспечивающих получение изделий с заданными формой и свойствами. Книга предназначена для исследователей и научных работников в области свехпластичности, математического моделирования, механики и обработки металлов давлением, а также для студентов и аспирантов, обучающихся по соответствующим направлениям и специальностям.

В монографии рассмотрены вопросы исследования теплового деформирования и его влияния на прочность композиционных материалов, применяемых в качестве тепловой защиты. Приведен обзор существующих методов дилатометрирования высокотемпературных неметаллических материалов. Представлены новые технические решения, обеспечивающие высокую точность измерений деформаций материалов в диапазоне температур 20-2000С бесконтактными оптическими методами на современной элементной базе. Описаны оригинальные методики и приведен обширный экспериментальный материал по исследованию температурных деформаций деструктирующих и углеродных композитов применительно к условиям эксплуатации теплозащитных конструкций. Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами исследования и применения композиционных материалов, а также специалистов в области термопрочности.

Описаны закономерности взаимного проникания частиц в композитах «сталь – медно-свинцовый шликер» и «железо – свинец» под электроимпульсным или ударно-волновым воздействием. Предложена теоретическая трактовка наблюдаемых явлений на основе многоуровневого подхода физической мезомеханики и концепции атом-вакансионных конфигурационных возбуждений в сильнонеравновесных системах.

Экспериментально изучены закономерности и механизмы интенсивной пластической деформации при знакопеременном изгибе поликристаллической фольги высокочистого алюминия А999, наклеенной на упругодеформируемый плоский образец алюминия А7 или титана ВТ1-0. Обнаружены новые нелинейные волновые процессы, связанные с солитонами кривизны в поверхностных слоях сильнодеформированных металлических материалов. Подчеркивается необходимость учета найденных закономерностей интенсивной пластической деформации в описании поведения твердых тел в экстремальных условиях нагружения, наноструктурных материалов, тонких пленок и покрытий.

Представлены результаты измерения нанотвердости деформированного поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение. Обнаружено явление восстановления формы поверхности после индентирования, которое сохраняется в течение нескольких дней после испытаний. Высказано предположение о существовании в деформированном материале эффекта, подобного нелинейной упругости.

Проводимые на протяжении ряда лет экспедиционные исследования СО РАН показали, что в качестве эффективной модельной среды для изучения геотектонических процессов может рассматриваться ледовый покров озера Байкал. Многие механизмы деформации блочного ледового покрова могут быть сопоставлены известным в геодинамике механизмам, таким как спрединг, субдукция, коллизия и др. В настоящей работе приведены результаты изучения динамических процессов образования и развития одного из указанных типов деформационных структур в ледовом покрове озера Байкал, а именно зоны поддвига, являющейся аналогом зоны субдукции. Показано, что эти процессы могут быть вызваны динамическими релаксационными явлениями, связанными с возникновением новых границ раздела (тип I), либо с активизацией уже существующих, но ранее неактивных трещин (тип II). Установлено, что динамические релаксационные явления первого типа хотя и сопровождаются большей скоростью высвобождения накопленной упругой энергии среды, однако вызывают меньшие результирующие смещения в зоне поддвига ледовых плит. Наблюдаемые различия могут быть связаны с тем, что активизация большого количества границ раздела способна вызывать существенно бульшие смещения в блочной среде, нежели образование новой границы. Проведенное обследование структуры контакта ледовых плит в зоне поддвига и результаты компьютерного моделирования позволили сделать вывод о том, что образование данной деформационной структуры позволяет снизить сопротивление границы раздела сжатию на порядки величины. Это дает возможность утверждать, что структуры субдукционного типа обеспечивают эффективный механизм реализации больших неупругих деформаций в квазидвумерных «плитных» средах без существенного роста напряжений.

Рассчитано напряженно-деформированное состояние и смоделирован процесс развития разрыва в области, содержащей жесткий блок вблизи разлома. Рассмотрено влияние приложенных напряжений на место инициации и направление развития разрыва в области Чаган-Узунского блока. Показана возможность реализации различных механизмов неупругой деформации. Смоделированы условия, обеспечивающие сверхбыстрое распространение разрыва вдоль линии разлома.

Показано влияние легирования алюминием на прочностные свойства и механизм деформации (скольжение, двойникование) при растяжении 123 монокристаллов стали Гадфильда при Т=300 К. Установлено, что легирование алюминием подавляет развитие деформации двойникованием 123 монокристаллов, приводит к изменению типа дислокационной структуры при скольжении от однородного распределения дислокаций к планарной дислокационной структуре.

Методами электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов исследованы особенности эволюции структурно-фазового состояния сплава Ti-6Al-4V в процессе формирования субмикрокристаллической структуры с использованием обратимого легирования водородом. Установлено, что пластическая деформация в двухфазной области при температуре 1023К инициирует в сплаве Ti-6Al-4V-Н полное превращение с образованием фазы, имеющей параметры решетки, отличающиеся от соответствующих для равновесной фазц. Изотермический отжиг такой структуры при температуре дегазации 873К приводит к формированию в сплаве двухфазной субмикрокристаллической структуры с размером зерен 0,3 мкм. Показано, что использование для дегазации деформированного сплава Ti-6Al-4V-Н эффекта неравновесного выхода водорода из металлов в условиях воздействия пучком электронов позволяет сформировать однофазную субмикрокристаллическую структуру и повысить ее дисперсность. Обсуждаются возможные причины наблюдаемых фазовых превращений.

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.

В настоящий сборник включены доклады, освещающие новые результаты исследований в области генезиса нефти и газа и их миграции. Рассмотрено влияние на процессы генерации нефти и газа геотермических, тектоно-физических условий, а также магнитного и других физических полей Земли. Приведены новые расчеты энергии активации и скоростей образования углеводородов при деструкции органического вещества. Описаны различные механизмы миграции нефти и газа на разных стадиях литогенеза, в разных геодинамических обстановках осадочных бассейнов, приводящие к формированию нефтяных и газовых залежей, начиная с диагенеза и вплоть до апокатагенеза. Обосновывается возможность наличия залежей нефти и газа на глубинах свыше 4 км в бассейнах, характеризующихся развитием в разрезах слагающих их пород специфических коллекторов и флюидоупоров. По проведенным расчетам мировые начальные извлекаемые запасы нефти составляют 800 млрд. т и газа 600 трлн. м3, из них "дешевых" - немного более половины. Имеются значительные ресурсы природных битумов. Описаны модели формирования нефтегазового потенциала осадочных бассейнов, геолого-экономической оценки и освоения содержания в них углеводородных ресурсов.

Представлены доклады участников Второй научно-практической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности", посвященной 10-летию ООО "КогалымНИПИнефть". Рассмотрены различные аспекты и перспективы развития нефтяной и геолого-разведочной отраслей Западной Сибири и смежных регионов, проблемы поиска и разведки месторождений нефти, газа и конденсата, их разработки, эффективного и энергосберегающего углеводородоизвлечения, техники и технологии добычи, бурения скважин, экономики и организации производства, охраны окружающей среды. Материалы сборника могут быть полезны для инженеров, научных работников и студентов вузов нефтяного профиля.

На основе неравновесной термодинамики развита методология описания деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. Делается заключение о единой природе всех механизмов пластической деформации и разрушения твердых тел как локальных структурных превращений в зонах концентраторов напряжений различного масштаба. Все типы деформационных дефектов зарождаются в локальных зонах гидростатического растяжения около концентраторов напряжений, где необходимо рассматривать локальный неравновесный термодинамический потенциал Гиббса. Показан корпускулярно-волновой дуализм пластического сдвига и рассмотрена его специфика на различных структурно-масштабных уровнях пластической деформации. Проведен термодинамический анализ возникновения субмикро- (нано-) кристаллической структуры в твердых телах в условиях интенсивной пластической деформации. Ключевые слова: деформация, масштабные уровни, термодинамический подход.

Проведено исследование зарождения и распространения мезополос неупругой деформации в двухуровневой неравновесной системе "поверхностный слой - подложка" при одноосном растяжении. Применен метод стохастических возбудимых клеточных автоматов, подробно изложенный в [1]. Показано, что мезополосы неупругой деформации зарождаются в областях растягивающих нормальных напряжений на интерфейсе и распространяются в глубь материла по сопряженным направлениям максимальных касательных напряжений. При пересечении мезополос, распространяющихся в двух смежных сопряженных направлениях, их развитие прекращается.

Сборник содержит тезисы докладов Всесоюзного семинара "Опыт работы по предотвращению отложений солей и парафина в скважинах и нефтепромысловом оборудовании", который состоится в мае 1978 г. в г. Перми. Для участия в семинаре приглашены специалисты академических, головных, территориальных институтов и производственных организаций нефтяной и других отраслей промышленности. Цель совещания - изучение состояния проблемы борьбы с отложениями солей и смоло-парафиновых веществ в пластах, скважинах и наземных коммуникациях. Основное внимание семинара направлено на выяснение причин и условий отложения солей и смоло-парафиновых веществ, а также разработку и внедрение механических, физических и химических методов их предотвращения и удаления. Ряд сообщений имеет дискуссионный характер, авторы их отстаивают различные представления. Сборник рассчитан на широкий круг специалистов нефтяной промышленности, преподавателей и студентов специализированных ВУЗов страны.

В данной работе проведено исследование особенностей зарождения и распространения мезополос неупругой деформации в двухуровневой системе «поверхностный слой – подложка». В качестве инструмента исследования был применен метод стохастических возбудимых клеточных автоматов. В отличие от предыдущих работ, посвященных формированию регулярных деформационных мезоструктур исключительно на интерфейсе «поверхностный слой – подложка», в данной работе моделировался процесс неупругой деформации основного материала. Показано, что мезополосы неупругой деформации зарождаются в областях растягивающих нормальных напряжений на интерфейсе и распространяются вглубь материала по направлениям максимальных касательных напряжений. При пересечении мезополос, распространяющихся в двух сопряженных направлениях, их развитие прекращается. Авторы связывают данный эффект с «шунтированием» потоков энергии от соседних зон растягивающих нормальных напряжений.

Проблема освоения нефтяных ресурсов включает вопросы повышения эффективности выработки трудноизвлекаемых и совершенствования разработки активных запасов, особенностей применения новейших методов контроля и регулирования разработки месторождения, в том числе на поздней стадии, а также внедрения вторичных и третичных методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Значительные запасы высоковязких нефтей и природных битумов с их уникальными свойствами выдвигают проблему эффективного комплексного использования такого сырья в число актуальных и важнейших проблем настоящего времени. В данном сборнике сгруппированы доклады, представленные на конференцию, которые отражают результаты экспериментальных и теоретических работ по трем основным направлениям изучения этой сложной проблемы: добыча трудноизвлекаемых нефтей (истощенные и обводненные пласты, тяжелые нефти; низкопроницаемые, карбонатные и глинистые коллекторы); освоение залежей высоковязких нефтей и природных битумов; переработка высоковязких нефтей и природных битумов, новые технологии, подготовка, методы исследования, состав. В материалах сборника освещены фундаментальные исследования и технологические решения процессов разработки месторождений, увеличения нефтеотдачи, создание техники и средств, экономические и экологические проблемы, исследования состава классификации и терминологии нафтидов и новых методов анализа нефтяных компонентов. Отражены вопросы получения практически полезных продуктов, включая малотоннажные нефтехимикаты, предложены схемы подготовки и переработки тяжелых нефтей и нефтяных остатков. Сборник представляет интерес для широкого круга исследователей в области нефтехимии, энергетики, геологии, геохимии, металлургии, экологии и инженерно-технических работников нефтедобывающей промышленности и других специалистов. Доклады даны в авторской редакции.

В сборник включены материалы Британско-Российской конференции, организованной в Новосибирске 13-15 июня 2007 г. Британским советом и Институтом водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук. Конференция проведена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Федерального агентства водных ресурсов (Министерство природных ресурсов РФ) и Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет).

Методом подвижных клеточных автоматов моделировался отклик пористых кальций-фосфатных покрытий с градиентом механических свойств по глубине в условиях сдвигового нагружения. Показано, что гетерогенное покрытие определенного типа можно корректно моделировать однородным покрытием с соответствующими упругими и прочностными характеристиками. Рассмотрены различные способы неявного учета поровой структуры материала. Показано, что структурно-параметрический способ является достаточно корректным для моделирования деформации и разрушения хрупких пористых покрытий.

Представлены результаты двумерного моделирования локализации деформации на мезомасштабном уровне в поверхностном слое поликристаллов с хорошо выраженным эффектом Портевена–Ле Шателье. В работе использован метод элементов релаксации. Развиваемая модель действует по принципу клеточных автоматов. Результаты моделирования качественно хорошо согласуются с известными экспериментальными данными.

Изложены результаты теоретического исследования возможных типов пространственно неоднородных распределений носителей деформации. В качестве кинетических переменных выступают выделенные в деформируемой среде параметры порядка. Показано, что в одномерном случае картина деформации имеет вид полос локализованной деформации и описывается решениями в виде бегущих и неподвижных автосолитонов. В двумерном случае решения в виде полос могут стать неустойчивыми. Деформационная картина имеет вид пятен (очагов локализованной деформации). Рассмотрены возможные типы пространственного распределения пятен.

В настоящей работе исследуется напряженно-деформированное состояние, возникающее при поверхностном нагружении в приповерхностном слое материала, толщина которого существенно превышает средний размер шероховатостей поверхности. Для расчета напряженно-деформированного состояния используется конечно-разностный метод решения системы уравнений, описывающих механическое поведение объема материала при динамическом нагружении. Применен подход физической мезомеханики для моделирования напряженно-деформированного состояния. Показано образование полос локализованной деформации и формирование блочной структуры пластического течения.

Приведены поля смещений перед вершиной трещины мод I и II и пространственные распределения главного сдвига, построенные с использованием уравнений линейной механики разрушения, а также измеренные экспериментально. Показано, что деформационная структура реальной трещины может быть представлена в виде совокупности мод I и II, каждая из которых может быть полной или неполной. Неполная мода I характеризуется развитием деформации лишь слева или справа перед фронтом трещины. Поле векторов смещений неполной моды II имеет незамкнутый вихревой характер, ограничено некоторым сектором, а длина векторов в радиальном направлении аппроксимируется нормальным распределением.

Обобщены результаты экспериментальных исследований о предельных минимальных размерах зерен в наноструктурных металлических материалах, полученных методом кручения под давлением на наковальнях Бриджмена. Показано, что важным фактором способности материала к измельчению зеренной и субзеренной структуры в процессе интенсивной пластической деформации является подвижность элементарных носителей деформации (дислокаций и точечных дефектов), контролирующая пути их пробега в полях напряжений, характерные масштабы переориентирующихся микрообъемов, а следовательно, и размеры субмикро- и нанозерен и субзерен.