Представлены результаты исследований, выполненных авторским коллективом в течение последних 10-12 лет. На стыке физики прочности и материаловедения, механики, физики и химии полимеров, вычислительной механики в эти годы развивается направление, получившее ряд названий, -микромеханика, физическая мезомеханика, механика структурно неоднородных сред и т. д. Это направление представлено применительно к армированным полимерным системам в основном дисперсными наполнителями. Обсуждаются постановка и реализация прямых и обратных задач компьютерного конструирования полимерных композиций, приведены многочисленные примеры решения этих типов задач для научных работников и аспирантов, занимающихся проблемами разработки новых и улучшения качества существующих полимерных композиций, а также студентов в качестве учебного пособия по курсам "Прикладная механика", "Механика", "Наноматериалы и нанотехнологии", "Материаловедение", "Оценка надежности изделий", "Композитные материалы".

В сборнике помещен ряд статей, касающихся современных направлений развития в области термической обработки черных металлов. Часть статей освещает теоретические вопросы металловедения и термической обработки стали, остальные статьи посвящены современной технологии термической обработки. Сборник предназначен для инженерно-технических работников термических цехов машиностроительных заводов и металловедческих лабораторий.

Сборник содержит тексты докладов XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов". Статьи в полном объеме отражают тематику конференции и содержат результаты по актуальным проблемам физики пластической деформации и разрушения материалов, создания перспективных материалов, разработки научных основ и технологий повышения и прогнозирования работоспособности материалов и изделий. Значительная часть работ посвящена методам измерений.

Сборник содержит тексты докладов XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов". Статьи в полном объеме отражают тематику конференции и содержат результаты по актуальным проблемам физики пластической деформации и разрушения материалов, создания перспективных материалов, разработки научных основ и технологий повышения и прогнозирования работоспособности материалов и изделий. Значительная часть работ посвящена методам измерений.

Книга посвящена описанию нового фундаментального явления, имеющего место при ионной имплантации кристаллических тел, - эффекта дальнодействия в металлических материалах. Представлены результаты систематических комплексных экспериментальных исследований авторов, приведен обзор опубликованных литературных данных, дано определение и развиты представления о физической природе эффекта дальнодействия в металлических материалах при ионной имплантации. Предложена математическая модель динамического движения дислокаций из ионно-легированного слоя в нижележащие слои. Показано, что вследствие изменения дефектной структуры в приповерхностном слое ионно-имплантируемой мишени имеет место и изменение механических свойств. Предложена теоретическая схема, позволяющая связать режимы ионной имплантации и параметры исходного состояния мишени с изменениями механических свойств облучаемого металла. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния и физики взаимодействия потоков ускоренных заряженных частиц и плазмы с твердым телом, для аспирантов и студентов, специализирующихся по соответствующим специальностям.

Проведены сравнительные исследования влияния легирования водородом в количестве 0,002-0,24 масс. % на структуру, фазовый состав, деформационное поведение и характер разрушения при растяжении сплава Ti-6Al-4V в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состояниях. Установлено, что формирование субмикрокристаллической структуры повышает устойчивость сплава к локализации деформации на макромасштабном уровне и сопротивление водородному охрупчиванию при комнатной температуре. Обсуждаются возможные причины повышения устойчивости сплава к локализации деформации на макромасштабном уровне в присутствии водорода.

Определена износостойкость модельных металлических композитов при трении в условиях скользящего токосъема. Приведены вольтамперные характеристики триботехнического контакта исследуемых материалов. Показаны более низкие электрическое сопротивление трибоконтакта и интенсивность изнашивания материала, содержащего переработанную сталь ШХ15, в сравнении с этими свойствами серийно изготовленного токосъемного материала.

Проведены исследования влияния неоднородностей распределения по размерам элементов зеренно-субзеренной структуры на механические свойства сплава ВТ6 в субмикрокристаллическом состоянии, полученном после всестороннего прессования. Показано, что наличие в спектре распределения зерен по размерам небольшого числа крупных зерен приводит к уменьшению пределов текучести и прочности при комнатной температуре, а также степени деформации до разрушения в условиях сверхпластического течения.

Проанализированы особенности адгезии покрытий на основе никеля, полученных высокоскоростным напылением на стальную основу с различной поверхностной морфологией. Показано, что ультразвуковая финишная обработка создает на поверхности основы волнистый субмикрорельеф, обеспечивающий формирование надежной адгезионной связи между покрытием и основой. Ультразвуковая финишная обработка предлагается как способ подготовки поверхности перед высокоскоростным газопламенным нанесением покрытий.

Предпринято исследование механических свойств и микроструктуры кованой крупнотоннажной заготовки из низкоуглеродистой стали, которая не прошла обязательный выходной ультразвуковой контроль. Исследование проведено с целью установления причин возникновения бака изделий. Установлены отклонения от оптимальной структуры и несоответствие пластичности металла требованиям ТУ. На основе полученных результатов сделано предположение, что причинами брака могут быть отклонения от штатного химического состава и нарушения режима горячей ковки.

В экспериментах, проведенных а образцах из малоуглеродистой стали, деформирующейся развитием полосы Чернова-Людерса с последующим параболическим деформационным упрочнением, установлена взаимосвязь между макроскопической локализацией пластического течения и пространственно-временным распределением сигналов акустической эмиссии. Показано. что при движении фронта полосы с постоянной скоростью акустическая эмиссия различается на разных этапах движения такого очага локализации. Возникающие на стадии параболического деформационного упрочнения неподвижные очаги локализованного течения оказываются пространственно связанными с неоднородностью деформации при движении полосы Чернова-Людерса.

Продолжено математическое обоснование перспективности концепции об инициации смещений в разломно-блоковых средах для локального снижения упругой энергии и понижения сейсмической опасности. Для численного моделирования системы используется минималистический вариант опубликованной авторами ранее модели, основанной на рассмотрении динамики наползания одной тектонической плиты на другую. Эта модель достаточно хорошо описывает статистику поведения геологических сред и позволяет извлечь корреляции в продвижении динамически активного фронта. Обнаруженные корреляции использованы для подбора оптимальных сценариев слабых локальных энергетических воздействий. В результате существенно повышается эффективность таких воздействий при переводе движения блоков из режима "stick-slip" в режим ползучести, при котором средняя энергия сейсмических ударов значительно уменьшается и становится принципиально возможным "подавление" сильных землетрясений.

Проведены экспериментальные исследования акустической эмиссии (ФЭ) при пластической деформации образцов из низкоуглеродистой стали. Полученные данные о локализации сигналов АЭ по образцу во времени позволяют следить за перемещением полосы деформации Чернова-Людерса. Проанализированы основные информативные параметры акустической эмиссии на различных стадиях пластического течения. Результаты сопоставлены с данными спекл-видеосъемки и подтверждены их соответствием. Обсуждены возможности определения с помощью акустической эмиссии стадийности пластической деформации и характеристик полосы деформации Чернова-Людерса.

В работе подробно рассмотрено структурное состояние фаз современных суперсплавов. Предложена классификация масштабных эффектов в морфологии фазы.

С помощью сканирующего туннельного микроскопа обнаружен и исследован эффект частичного восстановления поверхности монокристалла цинка при комнатной температуре после индентирования базисной плоскости. Установлено, что восстановление глубины отпечатка в зависимости от времени происходит в одну стадию, а восстановление латеральных размеров отпечатка - в две стадии с разными значениями энергии активации процесса, которые оказались меньше энегии активации объемной самодиффузии цинка. Обсуждаются возможные механизмы поверхностной самодиффузии атомов цинка, приводящие к росту кристаллов на поверхности отпечатка. Показано, что динамика дефектов, наблюдаемая на поверхности образца в области отпечатка после его выдержки при температуре 100С в течение 15 мин. связана с выходом термически созданных вакансий из объема образца.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование влияния межзеренных границ на формирование радиационно-поврежденных областей в кристаллитах ванадия. Межатомное взаимодействие описано в рамках метода погруженного атома. В кристаллитах ванадия ка с идеальной структурой, так и с границами раздела, после релаксации каскадов атомных смещений формируется относительно малое число кластеров, состоящих из точечных дефектов (вакансий и собственных межузельных атомов-СМА). Характер развития каскадов атомных смещений во многом определяется наличием в материалах протяженных границ раздела. Межзеренные границы раздела служат барьером для распространения каскадов атомных смещений и аккумулируют значительную долю радиационных дефектов.

Предложен и обсужден автоволновой механизм локализации пластической деформации. Показано, что эффект локализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационного скольжения, двойникования, деформации за счет фазового превращения). обсуждаются величина и природа таких характеристик автоволн, как скорость распространения, дисперсия и длина волны. Формулируются основные представления о механизме генерации автоволн в системах, расслаивающихся на информационную и динамическую подсистемы.

В статье исследована кинетика процесса макролокализации в материалах, деформационные кривые которых на третьей стадии имеют дискретно изменяющийся показатель параболичности. Установлено, что в таких условиях помимо известных ранее картин локализации: движущегося одиночного фронта деформации, эквидистантнных подвижных очагов локализации, стационарных картин пространственно периодических максимумов деформации и уединенного неподвижного очага локализации в области формирования шейки разрушения, обнаружен новый тип, где все зоны локализации стремятся ассоциироваться в месте предстоящего разрушения. Предложен способ оценки времени и места разрушения по параметрам распределений локальных деформаций названного типа.

Построена модель для оценки средних механических напряжений в системе «растущее покрытие – плоская подложка». Найдено аналитическое решение задачи. Выявлены основные параметры, которые отвечают за динамику роста напряжений в покрытии и в подложке. Исследовано влияние параметров на качественные закономерности эволюции напряжений в материале с растущим покрытием.

Исследованы механизмы знакопеременной интенсивной пластической деформации на мезомасштабных уровнях тонких фольг высокочистого алюминия. Поликристаллические фольги различной толщины приклеивали к более жестким образцам технического титана или алюминия и подвергали знакопеременному изгибу. Это обусловило сильное различие граничных условий на лицевой и обратной сторонах фольги и позволило показать важную роль взаимного влияния растягивающих и сжимающих нормальных напряжений в развитии пластической деформации материала. Исследованные механизмы локализованной пластической деформации и ее самоорганизация на мезомасштабных уровнях контролируются полем максимальных касательных напряжений и вызываемых ими поворотных мод деформации. На свободных поверхностях фольг в условиях их интенсивной пластической деформации развивается пористость, которая сильно зависит от толщины фольги. На обратных сторонах всех исследованных фольг пористость не возникает. Очень тонкое скольжение и формирование твидовой структуры в тонких фольгах связывается с «шахматным» распределением растягивающих и сжимающих напряжений на внутренних границах раздела. Влияние степени неравновесности материала в условиях интенсивной пластической деформации на механизмы деформации анализируется на основе неравновесной термодинамики локальных структурно-фазовых превращений в зонах гидростатического растяжения.

В работе на примере алюминиевых сплавов, обладающих начальной анизотропией упругих и пластических свойств, проведено численное моделирование ударного нагружения анизотропной преграды с использованием различных условий пластичности. Упругопластическое деформирование анизотропной преграды моделируется в трехмерной постановке методом конечных элементов на основе теории течения. Показано, что с увеличением скорости нагружения с 300 до 600 м/с влияние выбора условия пластичности на результаты расчетов напряженно-деформированного состояния анизотропной преграды возрастает.

Работа посвящена моделированию процессов зарождения и развития локализованной пластической деформации в образцах низкоуглеродистой стали со сварными соединениями. Для описания распространения полос Людерса используется модель на основе двупредельного критерия пластического течения. Исследовано поведение трехмерных сварных образцов с градиентным и скачкообразным изменением механических свойств в зоне термического влияния. Показано, что характер эволюции пластической деформации в сварных образцах зависит от механических характеристик зоны термического влияния и конкурирующих процессов концентрации напряжений вблизи захватов испытательной машины и границ раздела «шов – зона термического влияния – основной металл».

Методом численного моделирования анализируются процессы деформирования и разрушения угольного композита, содержащего заполненную газом полость сложной геометрии. Показано, что в зависимости от глубины залегания угольного пласта происходят качественное изменение напряженно-деформированного состояния и смена механизмов разрушения горной породы. Рассмотрена возможность использования данного эффекта при разработке газовых (нефтяных) месторождений.

В работе предложен способ оценки напряжений и деформаций в процессе бомбардировки нитридного покрытия ионами алюминия и бора. Задача сводится к описанной в литературе задаче о напряженном состоянии пластины с различными свойствами по толщине. Для оценки термических напряжений в образце в первом приближении используются известные задачи термоупругости, в том числе имеющие аналитические решения. Каждый расчет дает полную информацию о распределении концентраций элементов соединений и фаз, а так же о динамике изменения напряжений и деформаций в различных слоях образца.