Настоящий выпуск содержит статьи, посвященные разработке и развитию современных методов решения широкого круга задач механики деформируемого твердого тела, включая задачи исследования деформирования и разрушения материалов и конструкций. В статьях отражены вопросы численного моделирования физико-механических процессов, алгоритмизации и автоматизации прочностных расчетов при многофакторных физических воздействиях, методология оптимального проектирования несущих конструкций с учетом различных критериев и ограничений, экспериментально-теоретические исследования, создание и использование экспертных систем.

Книга посвящена рассмотрению комплекса вопросов, связанных с идеологией построения математических моделей процесса уноса массы композиционных теплозащитных материалов, сформировавшейся в результате многолетних исследований, выполненных авторами при проектировании различных высокоэнергетических устройств. Большое внимание в книге уделяется численным методам решения возникающих при этом сложных физико-математических задач, комплексному анализу экспериментальных данных и методам расчета конвективного теплообмена. Материалы, помещенные в книгу, в течение многих лет использовались в учебной работе со студентами МГТУ им. Н. Э. Баумана. Книга может быть полезна студентам старших курсов, аспирантам и научным работникам, связанным с решением различных задач в области тепловой защиты высокоэнергетических устройств.

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.

В книге изложены расчетные модели, описывающие особенности деформирования и разрушения стали и сплавов при переменных нагрузках и повышенных температурах. Деформирование конструкционных материалов рассмотрено на основе теории пластического течения и ползучести с анизотропным упрочнением, а также теории упругого нелинейно-вязкого тела с независимыми (параллельными) механизмами деформирования. Проанализирована специфика разрушения металла при однократном и циклическом нагружениях, а также в условиях ползучести. Модифицированы критерии сопротивления малоцикловой усталости и длительной циклической прочности. Проведено подробное экспериментальное обоснование предлагаемых расчетных моделей. Дано обобщение моделей на случай сложного напряженного состояния и изложена методика их применения в расчетах конструкций. Книга предназначена для специалистов по проектированию и техническому диагностированию энергетического и нефтехимического оборудования. а также для исследователей, занимающихся вопросами высокотемпературного деформирования и разрушения материалов. Она может быть использована при разработке компьютерных программ для расчета на прочность современных конструкций.

В работе исследовано влияние формы упрочняющих частиц и прочностных свойств границы раздела на процессы деформации и разрушения в металлокерамическом композите Al/Al2O3. Проведены трехмерные расчеты деформации и разрушения в условиях одноосного растяжения и сжатия для пяти различных случаев, в которых форма включений варьировалась от идеальной сферической до существенно неправильной. Показано, что вблизи границ раздела «матрица – включение» как при растяжении, так и при сжатии существуют локальные области материала, испытывающие растягивающие нагрузки. Установлено, что в рассмотренном диапазоне нагрузок прочность на сжатие не достигается ни в одной области материала включения, т.е. все трещины распространяются исключительно под действием растягивающих напряжений как при приложенном растяжении, так и при сжатии. Выявлены два основных механизма разрушения упрочняющих частиц — отслаивание по границе раздела и объемное растрескивание. Изучено влияние прочностных свойств границ раздела на механизмы разрушения композита.

Исследована деформационная кривая поликристаллического дуралюмина марки Д1 и установлено, что она содержит три основные стадии: линейного упрочнения, параболического упрочнения (n=1/2) и стадию предразрушения (n1/2). Представлены результаты исследования характера макролокализации пластического течения данного сплава. Картины распределения очагов локализованной пластичности эволюционируют в соответствии со стадиями упрочнения. на стадии предразрушения отмечается самосогласованное движение очагов локализации к месту будущего разрушения. Анализ кинетики очагов локализации показал. что на этой стадии в образце сосуществуют как упрочняющиеся, так и разупрочняющиеся домены, движущиеся с постоянной для каждого из них скорость, величина которой линейно зависит от координаты места зарождения.

Проведены исследования деформирования пористой керамики на основе нанокристаллического диоксида циркония. Показано, что накопление микроповреждений носит пороговый характер и после локального разрушения материал продолжает деформироваться по прежнему закону. Существует прямая корреляция между макронапряжениями и локальными (мезоскопическими) параметрами распределения деформаций, области равномерного накопления деформации чередуются с ее резкими изменениями, приводящими сначала к локальному, а затем к макроразрушению всего материала.

В работе развивается эволюционный подход к описанию деформационного отклика на нагружение твердых тел и сред, основанный на идеях нелинейной динамики. Под деформационным откликом понимаются процессы деструкции прочных сред в полях действующих сил, т.е. процессы неупругой деформации и одновременного развития разрушения. Показывается, что в основе математической теории эволюции твердых тел и сред лежат уравнения механики деформируемого твердого тела как фундаментальные уравнения математической физики, отражающие самые общие природные законы сохранения массы, импульса, моментов импульса и энергии. Все многообразие физических механизмов неупругой (пластической) деформации и процессов дилатансии, т.е. развития несплошностей разных масштабов и физической природы (вакансий, пор, микро- и мезоповреждений и т.д.), на этом феноменологическом уровне описания интегрально отражается путем задания нелинейных функций отклика среды на нагружение эволюционными определяющими уравнениями первой и второй группы. Таким образом, эти уравнения конструируются на основе ведущих физических механизмов изучаемого масштаба. Показано, что, изменяя только соотношение между положительными и отрицательными обратными связями (при прочих равных условиях), среда реагирует на нагружение от типичного пластического течения до хрупкого разрушения. Предложена также процедура введения в модель реального времени процесса, что позволяет решать как задачи ударно-волнового нагружения, так и задачи геодинамики и плитной тектоники с характерными временами в миллионы лет.

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.

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.

Исследован характер отслоения покрытия SiAlN, напыленного на подложку Cu в процессе термоциклирования, одноосного растяжения и знакопеременного изгиба. Выявлено многоуровневое распределение напряжений и деформаций на границе раздела покрытие - подложка, обусловленное необходимостью совместности деформации покрытия и подложки, которые характеризуются различными модулями Юнга и коэффициентами теплового расширения.

Исследованы закономерности макролокализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения циркониевых сплавов Э635 и циркалой-2. Обнаружена неустойчивость пластического течения, которая проявляется в периодическом изменении пространственно-временной картины распределения локальных деформаций, наблюдаемой с использованием метода спеклинтерферометрии. Полученные результаты обсуждаются в рамках синергетической модели эволюции пластического течения на его завершающей стадии.

Макролокализация, которая сопровождает процесс пластического деформирования начиная с предела текучести и до разрушения, определяется стадийностью диаграмм нагружения материалов. В рамках этой концепции проанализирована эволюция типов картин локализации при пластическом течении ОЦК ванадиевого сплав, ПГУ магниевого сплава, тетрагонального олова и ГЦК субмикрокристаллического алюминия.

Рассмотрена задача о накоплении повреждений в горном массиве вокруг выработки и обрушении кровли с точки зрения развиваемого авторами эволюционного подхода. Нагружаемая полем сил тяжести геосреда рассматривается как нелинейная динамическая блочная система, эволюционирующая по законам синергетики. Определяющие соотношения, записанные в виде двух групп эволюционных уравнений, обеспечивают конкуренцию положительных и отрицательных обратных связей между параметрами геосреды, для которой учтены эффекты внутреннего трения, дилатансии, накопления повреждений и деградации прочностных свойств. Выполненные расчеты показали, что, меняя нелинейные характеристики среды, можно описать как вязкий, так и хрупкий режим разрушения, квазистационарный или существенно неравновесный режимы обрушения кровли.

В работе приведен краткий обзор основных методов измерения деформаций, применяемых для анализа напряженно-деформированного состояния образцов и деталей, включая оптико-телевизионный метод, разработанный в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН. На примере оценки конфигурации зон пластичности с помощью оптико-телевизионного метода в модельном медном образце с надрезом показана и обоснована возможность использования данного метода для исследования механического поведения материала, в том числе и на стадии накопления повреждений и разрушения, а также оценки величины трещиностойкости K1с. Показаны преимущества оптико-телевизионного метода по сравнению с другими известными методами измерения деформаций и перспективность его использования. Ключевые слова: деформация, разрушение, методы измерения деформаций, зоны пластичности, трещиностойкость.

Методами лазерной спеклинтерферометрии и профилирования поверхности исследованы закономерности макролокализации пластической деформации при одноосном растяжении циркониевых сплаво с гексагональной плотноупакованной структурой. Установлено, что возникновение колебательной неуйстойчивости на параболической стадии пластического течения сплавов циркония обусловлено локальным неоднородным изменением формы деформируемого образца. Показано, что кинетика процесса определяется колебательным изменением деформаций сужения и удлинения в очаге макролокализации в режиме упрочнения-разупрочнения.

Проведены исследования деформационного поведения высокохромистой стали 40Ч13 с мартенситной (после закалки) и сорбитной (после высокого отпуска) структурой. Обнаружено, что каждое состояние демонстрирует свой вид кривой нагружения. В мартенситном состоянии диаграмма деформации стали содержит только стадию линейного упрочнения, тогда как в сорбитном она является трехстадийной. Установлен локализованный характер пластического течения исследуемого материала в обоих состояниях Эволюция распределений очагов локализованной деформации определяется законом пластического течения, то есть стадийностью соответствующей диаграммы нагружения. Показано, чт процесс разрушения задается кинетикой очагов локализованной деформации на заключительной стадии кривой деформации.

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

Разработан и экспериментально исследован алгоритм расчета раскрытия трещины путем обработки оптических изображений поверхности нагруженных материалов в ходе усталостного разрушения. Работа состоит из двух частей: в первой части на основе анализа модельных полей перемещений выполнена отладка и тестирование предлагаемой методики и программы, во второй - анализируются полученные экспериментально изображения участков поверхности, содержащих распространяющуюся усталостную трещину. Показано, что при экспериментальных исследованиях усталостного разрушения целесообразно рассматривать в качестве параметров как среднюю величину раскрытия трещины, так и интенсивность деформации сдвига вокруг вершины. При анализе изображений, содержащих зону деформации и раскрывающуюся трещину, нелинейность зависимости величины раскрытия трещины от интенсивности деформации сдвига свидетельствует о том, что не вся зона локализации деформации попадает в расчетную область.

В работе исследуются механические свойства, конфигурация зон пластичности и их изменение во время растяжения образцов с надрезами конструкционной стали ВКС-12. Количественные исследования зон пластичности выполнены с использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC путем построения картин распределения интенсивности деформации. Сопоставляя фрактограммы и картины распределения характеристик деформации, в работе также анализировали процесс разрушения, взаимосвязанный с пластическим течением. Обнаружено, что разрушение начинается в области с максимальной величиной интенсивности деформации. Установлено, что закономерности пластического течения в образцах с П 1.58 и П 4.65, где П - показатель исходной жесткости напряженного состояния, существенно различны. Показано, что в исследованных образцах стали ВКС-12 характер разрушения квазихрупкий, однако на всех стадиях разрушения сохраняется вязкий микромеханизм разрушении путем зарождения и роста пор.

При экспериментальном исследовании поведения макродоменов локализованной пластичности на заключительной стадии процесса пластического течения при переходе к образованию макроскопической шейки и вязкого разрушения, проведенном на материалах с ГЦК, ОЦК и ГПУ кристаллическими решетками, установлены общие закономерности развития процесса локализации на стадии предразрушения. Они состоят в пространстве скорости каждого из доменов и их стремлении согласованно двигаться к центру пучка прямых на диаграммах координата-время. Установлена связь характера разрушения с кинетикой рождения и движения доменов локализованной пластичности.

Методом активной деформации растяжением при 20-1300С проведено исследование влияния режимов химико-термической обработки (ХТО) на температурную зависимость характеристик кратковременной прочности и пластичности внутреннеокисленных сплавов V-0,45Zr-0,2C и V-5Mo-0,9Zr-0,3C (ат.%). Изучено влияние границ зерен на особенности пластической деформации и разрушение этих сплавов при разных температурах. Показано, что высокая эффективность дисперсного упрочнения внутреннеокисленных сплавов сверхмелкими частицами оксидов ZrO2, формирование в процессе внутреннего окисления структурных состояний с совместным дисперсным и субструктурным упрочнением и высокая термическая стабильность этих состояний способны обеспечить (1,5-2)-кратное повышение кратковременной (в том числе высокотемпературной) прочности ванадиевых сплавов при сохранении высокого запаса пластичности.

Исследованы мезоскопические масштабные уровни пластической деформации поверхностных слоев поликристаллов свинца, его сплавов с малорастворимыми элементами, алюминия и титана при знакопеременном изгибе. Обнаружены новые механизмы пластического течения на мезоуровне: расслоение материала в зонах стесненной деформации на ламели и их взаимное смещение (свинец и его сплавы), самосогласованное гофрирование поверхностного слоя в иерархии мезомасштабных уровней деформации (алюминий), аномально большие вертикальные смещения мезоблоков поверхностного слоя с формированием двухуровневой клеточной структуры (титан с наводороженным поверхностным слоем). На основе многоуровневого подхода делается заключение, что механизмы деформации поверхностных слоев твердых тел на мезоуровне при знакопеременном изгибе определяются самосогласованием поворотных мод деформации в поверхностных слоях и «шахматным» распределением нормальных и касательных напряжений на границе раздела «поверхностный слой – подложка».

С помощью сканирующей туннельной, атомно-силовой и растровой электронной микроскопии исследован характер пластической деформации и разрушения тонких пленок Сu на кремниевой и полипропиленовой подложках при термическом отжиге и одноосном растяжении. Механические характеристики исходных пленок определяли методом наноиндентирования. Показано, что на поверхности пленок Cu при одноосном растяжении возникает мезоструктура в виде переплетающихся мезополос, а при термическом отжиге — ячеистая мезоструктура. Установлена линейная зависимость геометрических параметров поверхностной мезоструктуры от толщины пленки. Полученные результаты хорошо согласуются с концепцией «шахматного» распределения напряжений на границе раздела «пленка – подложка» в многоуровневой модели деформируемого твердого тела.

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.

Исследованы макроскопические картины локализации пластического течения в металлах и сплавах с ГЦК-, ОЦК- и ГПУ- кристаллическими решетками. Установлено, что пластическая деформация во всех случаях протекает локализовано на всем протяжении процесса деформирования. Тип наблюдаемых картин локализации определяется законом деформационного упрочнения, действующим на соответствующей стадии процесса. Показано, что картины макролокализации пластического течения имеют автоволновой характер. Прослежена эволюция картин локализации вдоль кривой пластического течения в исследованных материалах. рассмотрена кинетика развития локализации пластического течения на стадии предразрушения.

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследованы механизм деформации и характер разрушения 111 монокристаллов аустенитной стали Гадфильда при растяжении в интервале температур 77-63 К. Установлено, что смена механизма разрушения от вязкого к хрупкому по фрактографическому критерию происходит при более высокой температуре. чем температура вязко-хрупкого перехода, определенная по изменению удлинения монокристаллов до разрушения. Показан связь переход вязкость-хрупкость в монокристаллах стали Гадфильда с достижением высокого уровня деформирующих напряжений в результате твердорастворного упрочнения и с механическим двойникованием.

Представлен краткий обзор экспериментальных и теоретических исследований разрушения хрупких и пластичных тел и сред, включая геоматериалы и геосреды, неопровержимо свидетельствующих об иерархичности и самоподобии процессов их деформации и разрушения. Показано, что принцип универсальной делимости геоматериалов и геосред может быть продолжен на мезо- и микроуровни, на которых сохраняется (а точнее сказать, с которых начинается) самоподобие процесса их деструкции, установленное для макрообъектов. Показано также, что этот принцип может быть распространен и на пластичные материалы и среды. Обсуждается соображение, что альтернативу статистическим методам анализа разрушения и деформации может составить общая теория систем.

Показано, что в поверхностных слоях поликристаллов титана, алюминия, свинца и сплавов на его основе при знакопеременном изгибе формируется многоуровневая мезосубструктура, которая определяет зарождение поверхностных усталостных трещин. Характер мезосубструктуры и размеры ее структурных элементов определяются сдвиговой устойчивостью внутренней структуры поверхностного слоя и упругими характеристиками материала основы. Обсуждение проводится на основе теории волн локализованной неупругой деформации В. Е. Егорушкина.

В работе исследовали влияние пористости газотермических покрытий, а также вызванной этим их способности к пластическому деформированию на характер развития пластической деформации на мезоуровне при трехточечном изгибе композиций "покрытие-основа". Показано, что развитие пластической деформации практически с самого начала нагружения имеет вихревой характер, что связано с неоднородностью приложения к образцу нагрузки, а также различием физико-механических характеристик покрытия и основы. Однако в более пластичном покрытии, нанесенном газопламенным методом, масштаб вихревого движения имеет значительно меньший размер, что связано с эффективной релаксацией напряжений за счет пористости и разбиением "мезовихря" на ряд более мелких фрагментов. В связи с тем, что полосы локализованной деформации распространяются в подложку от границы ее раздела с газопламенным покрытием при приложении нагрузки как со стороны покрытия, так и со стороны подложки, обсуждается понятие концентраторов растягивающих и сжимающих напряжений.

С использованием комплекса TOMSC в работе исследовали закономерности развития локализованной пластической деформации при трехточечном изгибе образцов малоуглеродистой стали с газотермическим покрытием, оплавленным в условиях подвода мощных ультразвуковых колебаний и без такового. Показано, что при приложении нагрузки со стороны подложки пластичность оплавленного с приложением ультразвука покрытия повышается примерно в два раза, что сопровождается увеличением предела прочности примерно на 200 МПа. Данный результат связан со значительным снижением роли локализации деформации при растрескивании покрытия, в связи с тем что оплавленные в условиях подвода ультразвуковых колебаний покрытия растрескиваются, образуя мелкие фрагменты. Это вызвано диспергированием макроконцентраторов напряжений на захватах вследствие возникновения большого количества менее мощных мезоконцентраторов на локальных затеканиях материала покрытия в подложку.????.

Методами атомно-силовой и оптической микроскопии исследованы процессы пластической деформации и разрушения тонких пленок Ag и Ti при термическом и механическом нагружении. Показано, что данные процессы развиваются последовательно и самосогласованно на различных масштабных уровнях. При термическом отжиге пленок Ag изменения рельефа поверхности регулируются двумя конкурирующими процессами: ростом зерен и агломерацией материала в более крупные структуры, с последующим формированием отдельных островков. Пластическое течение тонких пленок Ti при одноосном растяжении сопровождается формированием на их поверхности двойных спиралей локализованной деформации. Разрушение пленок происходит в результате образования поперечных и продольных трещин.????.

Изложена методика измерения пластических деформаций в металлах с помощью оптико-телевизионного комплекса TOMSC. На примере высокопрочной мартенситной стали авиационного назначения марки ВКС-12 рассчитаны распределения линейных и сдвиговых компонент деформации, интенсивности скорости деформации, а также напряжения в симметричной шейке плоского образца. Полученные результаты сравниваются с соответствующими картинами распределений для наклонной шейки.??.

Исследованы закономерности усталостного разрушения сварных соединений высокопрочной стали. Обнаружено, что на мезоуровне малоцикловая усталость сварных соединений представляет собой трехстадийный процесс. Стадия формирования усталостной трещины очень длительна, а разрушение определяется высокими значениями скорости роста трещины в глубину образца и скорости раскрытия ее берегов на последней стадии разрушения. Развитие трещины связано с образованием доменной мезоструктуры вблизи ее вершин и происходит по смешанному типу (I + II), где мода II преобладает.??.

Исследованы закономерности накопления остаточной деформации и эволюции микроструктуры при усталостном нагружении титана технической чистоты ВТ1-0 и сплава ВТ6 в состояниях поставки и после воздействия интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования. Показано, что изменение микроструктуры в результате равноканального углового прессования приводит к замедлению скорости накопления остаточной деформации при циклическом нагружении и к повышению предела выносливости. На основании экспериментальных данных сделаны выводы о возможных механизмах повышения усталостных характеристик титановых сплавов, полученных интенсивной пластической деформацией.??.

В работе проведено исследование структуры и фазового состава ряда хромистых сталей, подвергнутых низкоэнергетической ионно-лучевой обработке азотом, а также изучено влияние параметров структурного состояния модифицированных слоев на их износостойкость и выносливость. Показано, что ионно-лучевое азотирование эффективно повышает износостойкость и циклическую долговечность модифицированных хромистых сталей.??.

Исследованы поведение кривых пластического течения и особенности форм локализации пластической деформации при растяжении образцов из сплавов Zr - 1% Nb ( Э110) Zr - 1% Nb - 1,3% Sn - 0,4% Fe (Э635). Установлена связь кинетики развития локализации с законом деформационного упрочнения при пластическом течении и переходе к разрушению. Исследована дислокационная микроструктура сплавов в очагах локализации деформации и предразрушения.

На основе фрактального анализа оптических изображений поверхностей скола углей установлены характерные масштабы разрушения углей различных марок в мезоскопическом масштабе 1:1000 мкм. Выявленные масштабы разрушения хорошо укладываются в ряд универсальной делимости геоматериалов и геологических сред, согласно которому каждый последующий блок в ряду иерархии масштабов приблизительно в три раза больше предыдущего. Отклонение результатов измерений от значения, равного трем, объясняется влиянием формы блоков, образующихся в процессе деформации и разрушения углей.

Используя фрактальный анализ оптических изображений, определены характерные масштабы поверхностей разрушения углей девяти марок в разных направлениях на мезомасштабном уровне в диапазоне 1...1000 мкм. Выявлена анизотропия блочной структуры. Получены два коэффициента формы, характеризующие поверхности излома углей на двух масштабных уровнях DeltaL1 и DeltaL2. Среднее по всем измерениям значение коэффициента формы оказалось равным 2.8.

Исследованы эффекты электрической поляризации, электромагнитного излучения и акустической эмиссии при сжатии гранита, мрамора и монокристаллов LiF. Обнаружено большое сходство качественного изменения амплитуды измеряемых сигналов различной физической природы с увеличением внешнего напряжения до разрушения. На примере исследования токов поляризации в монокристаллах LiF показано, что существует четкая связь качественного и количественного изменения амплитуды сигнала со стадиями развития локализованных сдвигов в объеме материала. Масштабные уровни локализации пластической деформации кристаллических материалов и горных пород при сжатии качественно подобны таковым при растяжении металлических материалов. Полученные данные анализируются с позиции представлений физической мезомеханики. Обсуждается возможность использования эффектов электрической поляризации, электромагнитного излучения и акустической эмиссии для предсказания землетрясений.

В работе описана методика выявления на оптических изображениях элементов деформационного рельефа, формирующегося в результате локализованного развития деформации в области вершины усталостной трещины, с использованием аппарата анализа изображений. Предложена численная характеристика, основанная на вычислении отношения площади элементов деформационного рельефа к площади фона, как интегральный параметр оценки степени деформированности поверхности.

Проведен анализ диаграмм динамического деформирования, картин деформационного рельефа и поверхностей разрушения образцов стали 25Х1М1Ф при испытании ударным нагружением при температурах 293, 648, 873 K. Показано, что меньшая релаксационная способность стали 25Х1М1Ф при комнатной температуре (T = 293 K) приводит при ударе к изгибу образца и возникновению зоны сжимающих напряжений, что в условиях хрупкого разрушения сопровождается возникновением локального продольного расслоения материала перед вершиной распространяющейся трещины. Для повышенных температур (T = 648 K) характерна максимальная пластичность образцов, что сопровождается увеличением энергоемкости разрушения при зарождении и распространении трещины. При испытании при T = 873 K максимальное разупрочнение материала приводит к усложнению механизмов разрушения, а также развитию микротрещин расслоения в образце в процессе роста трещины, что снижает энергию ее зарождения при высокой температуре испытаний. На основании полученных результатов предлагается выявленные различия интерпретировать с позиции выделения ведущего масштабного уровня деформации и разрушения, а также стадийности развивающихся процессов. Полученные результаты о влиянии температуры на характер разрушения обсуждаются в рамках концепции жесткости напряженного состояния, а также масштабных уровней действия поворотных мод деформации.

На основе динамических уравнений полевой теории дефектов получены зависимости, описывающие кривые ползучести и связь внешне приложенного напряжения и времени до разрушения системы при разных режимах деформирования. Установлены закономерности изменения длительности процессов ползучести при варьировании внешних параметров, в качестве которых рассматриваются напряжения и начальная скорость деформации и характеристик материала - предельно допустимой деформации, определяющей разрушение.

Приведены результаты исследования механизмов пластического течения и разрушения поликристаллов дуралюмина Д16АТ при статическом и повторно-статическом воздействии внешней нагрузки. Показано, что закономерности накопления больших пластических деформаций на мезомасштабном уровне для данных схем нагружения существенно различаются. Обсуждается возможность прогнозирования остаточного ресурса и диагностики состояния предразрушения элементов конструкций на основе анализа эволюции деформационных мезоструктур.

Изучена возможность использования метода измерения скорости ультразвука для оценки ударной вязкости листовой малоуглеродистой стали. Обнаружен экстремальный характер зависимости скорости ультразвука от температуры закалки. связанный с эффектом перераспределения примесей внедрения, преимущественно кислорода, между дефектной внутризеренной структурой и границами зерен, образующимися в процесс фазовой перекристаллизации. Наличие линейной зависимости между скоростью ультразвука и ударной вязкостью указывает на возможность разработки метода неразрушающего контроля ударной вязкости.

Представлены основные положения физической мезомеханики структурно-неоднородных сред, которая развивается на базе совместных подходов неравновесной термодинамики, калибровочной теории дефектов и механики сред со структурой. Многоуровневый подход рассматривает развитие пластической деформации во всей иерархии структурно-масштабных уровней: нано-, микро-, мезо- и макро. Разрушение представляется как завершающая стадия возрастная неравновесности деформируемого твердого тела, когда в некоторой зоне неравновесный термодинамический потенциал Гиббса становится равным нулю и кристалл испытывает структурно-фазовый распад.

На основе совместных подходов физической мезомеханики и неравновесной термодинамики рассмотрены механизмы возникновения в деформируемом твердом теле как многоуровневой системе нелинейных волн локализованного пластического течения и разрушения. Показано, что в основе возникновения нелинейных волн локализованного пластического течения лежит самоорганизация каналированных на мезомасштабном уровне потоков локальных структурных превращений, развивающихся на наномасштабном уровне. В условиях деформационного упрочнения бегущие волны локализованного пластического течения трансформируются в фазовые волны стационарной макролокализации, сопровождаемые фазовыми волнами разрушения. В структурно неоднородной среде в иерархии мезомасштабных уровней распространение каналированных локальных структурных превращений сопровождается генерацией дислокаций, мезополос сдвига и других деформационных дефектов. Эти механизмы деформации определяют диссипативную составляющую общего процесса пластического течения твердых тел. Предложена теория нелинейных волновых процессов локализованного пластического течения в деформируемом твердом теле, которая хорошо согласуется с известными в литературе экспериментальными результатами.

В рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики исследован механизм распространения усталостной трещины в поверхностном слое плоского образца при знакопеременном изгибе. Показано, что несовместность поворотных мод каналированных пластических сдвигов в поверхностном слое и аккомодационной упругой деформации в подложке определяет развитие усталостной трещины как нелинейного автоволнового процесса поворотного типа.

Представлены результаты исследования характера локализации макродеформации на стадии перехода от пластического течения к вязкому разрушению широкого круга металлических материалов. Установлено, что закономерности этого процесса имеют единую природу с собственно пластической деформацией и представляют собой смену типов автоволн локализованной деформации в следующей последовательности: фазовая автоволна - стационарная диссипативная структура - коллапс автоволны или ее стягивание в месте будущего разрушения образца. Кинетические характеристики коллапсирующей на стадии предразрушения автоволны, которые могут быть установлены экспериментально, позволяют предсказывать пространственно-временные координаты разрушения объектов задолго до появления внешних признаков такого разрушения.

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

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

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.

Исследовано влияние ионно-модифицированного поверхностного слоя на пластичность, эффект памяти формы и мезоструктуру поверхности разрушения сплава Ni50Ti40Zr10. Установлено, что ионная имплантация приводит к повышению микротвердости поверхностного слоя и к общей пластификации сплава. Мезоструктуры поверхностей излома исходных и имплантированных образцов имеют принципиальные различия. В имплантированных образцах непосредственно под облученной поверхностью формируется слой толщиной, кратной размеру зерна В2-фазы, с характерным мезорельефом, отличным от рельефа неимплантированных образцов, и иными пластическими свойствами. В результате данной поверхностной обработки параметры эффекта памяти формы в образцах не ухудшаются, циклическая термостойкость возрастает.

Приведены результаты комплексного экспериментально-теоретического исследования деформационного поведения, закономерностей и механизма откольного разрушения гетерофазного алюминиевого сплава Al-Mg-Li-Zr с ультрамелкозернистой и крупнозернистой структурой при воздействии наносекундного сильноточного электронного пучка. Рассмотрены закономерности зарождения и распространения ударной волны, а после ее отражения от тыльной поверхности - волны отражения. Отмечены общие закономерности изменения толщины откольного слоя и степени его пластической деформации при ультрамелкозернистой и крупнозернистой структурах. Показано, что у исследованного гетерофазного сплава Al-Mg-Li-Zr откольная прочность определяется не исходной зеренной структурой, а ультрамелкозернистой структурой, сформированной в зоне откола при воздействии волны растяжения.

Для анализа деформации твердых тел предложено использовать одновременно три in situ метода регистрации данных, включая диаграмму нагружения (макромасштабный уровень), корреляцию цифровых изображений (мезомасштабный уровень) и акустическую эмиссию (микромасштабный уровень). Реализован комплекс in situ исследования процессов деформации и разрушения, принцип действия которого основан на установлении взаимосвязи длительности характерных стадий изменения информативных параметров и их соотношения с лидирующим масштабным уровнем. на примере растяжения образцов алюминиевого сплава Д16 с надрезом различной глубины выделены характерные стадии изменения производной приложенной нагрузки, активности АЭ и интенсивности деформации сдвига от степени деформации. Показано, что характерные стадии, выделяемые на графиках изменения всех информативных параметров от времени, хорошо согласуются между собой и относятся к упругой деформации, параболическому упрочнению и распространению трещины.

Проведено исследование деформации и эволюции температурных полей в плоских образцах из титана ВТ1-О, находящегося в крупнокристаллическом (КК) и наноструктурированном/ультрамелкозернистом состояниях (НС/УМЗ), и титанового сплава ВТ6. НС/УМЗ титан ВТ1-О имеет в два раза выше пределы текучести и прочности по сравнению с крупнокристаллическим состоянием сопоставимы с характеристиками сплава ВТ6. Обнаружено, что величина предельной степени деформации до разрушения образцов НС/УМЗ титана при растяжении с постоянной скоростью деформации уменьшается в два раза. В области макроскопической локализации пластической деформации происходит резкое увеличение температуры, достигающей максимальных значений в зоне формирования трещины. Резкий рост температуры в зоне локализации пластических деформаций и образования трещины наблюдается в образцах как с КК структурой, так и в НС/УМЗ состоянии. Сопоставление экспериментальных данных о распределении температуры на поверхностях деформированных образцов КК и НС/УМЗ титана свидетельствует о том, что макроскопическая пластическая деформация развивается более однородно в титане ВТ1-0 в НС/УМЗ состоянии. при одинаковых условиях нагружения скорость тепловыделения выше для образцов титана в НС/УМЗ состоянии.

Проведено компьютерное моделирование откольного разрушения в кристаллите меди, содержащем границу зерна, при импульсном нагружении. Показано, что при инициировании в материале пакетов из нескольких уединенных импульсов сжатия усиливается тенденция на разрушение материала вдоль границы зерна.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа исследована микроструктура шейки образцов ферритно-мартенситной стали ЭК-181 (Fe-12Cr-2W-V-Ta-B) после одноосного растяжения при комнатной температуре. Образцы подвергались стандартной термообработке (закалка + старение), а также промежуточной ультразвуковой обработке между закалкой и старением. Показано, что в шейке образца после стандартной термообработки в рейках мартенсита образуются субмикрокристаллические зерна а-фазы и изотропные дислокационные фрагменты. В образцах после ультразвуковой обработки в зоне локализованной деформации отсутствуют границы мартенситных кристаллов и также наблюдаются субмикрокристаллические зерна. Изучено влияние ультразвуковой обработки на характер разрушения образцов стали при одноосном растяжении.

Исследованы макро- и микроструктурные изменения низкоуглеродистой ферритно-перлитной стали 12ГБА, подвергнутой интенсивной пластической деформации (ИПД) по схеме всесторонней изотермической ковки. Диспергированная после такой обработки полосовая ферритно-перлитная структура стали, со средним размером фрагментов в ферритной матрице - 0,3 мкм, обеспечивает троекратное увеличение ее предела текучести. Одновременно повышается склонность стали к формированию макрополос локализованной деформации. Макролокализация ограничивает возможности использования конструкционной стали и определяет последующий характер ее разрушений.

Рассмотрены возможности контроля накопления повреждений при усталостном нагружении с помощью измерения скорости распространения ультразвука. Показано, что зависимость скорости ультразвука от числа циклов нагружения является трехстадийной кривой, на каждой стадии которой скорость ультразвука снижается. Наиболее быстрый спад наблюдается на последней стадии испытания непосредственно перед разрушением. Показано, что переход в критическое состояние может быть обнаружен при измерениях скорости ультразвука. Предложен способ повышения ресурса работы образца, приблизившегося к критическому состоянию, за счет обработки серией мощных импульсов электрического тока, при этом ресурс работы повышается на 30...40% по сравнению с исходным.

Предложена модель вязкохрупкого перехода при разрушении металлов и сплавов, основанная на конкуренции процессов развития микротрещин и рождения дислокаций. В качестве дефектов того и другого типа рассматриваются микропоры, возникающие в области концентрации напряжений при коагуляции вакансий. Проведены количественные оценки кинетики развития микропоры и генерации ею микротрещин или дислокационных призматических петель. Рассмотрена температурная зависимость охрупчивания металлов и сплавов, а также влияние скорости нагружения и легирования на температуру охрупчивания.

Исследована кинетика зарождения и роста усталостных трещин путем анализа полей смещений в поликристаллических образцах дуралюмина Д16АМ в условиях малоцикловой усталости. Показано, что на мезомасштабном уровне усталостное разрушение имеет многостадийный характер и связано с трансляционно-ротационным движением объемных мезодефектов и фрагментацией материала. Критерии диагностики разрушения определяются параметрами мезоскопических субструктур, формирующихся на поверхности поликристаллов в процессе их циклического нагружения.

Исследованы закономерности накопления усталостных повреждений при циклическом нагружении поликристаллов алюминиевого сплава в условиях многоцикловой усталости путем анализа динамики пространственно-временных мезоскопических субструктур. Показано, что на мезоуровне при периодическом воздействии внешнего механического поля в материале формируются деформационные домены. Эволюция динамических мезоскопических доменных субструктур определяет кинетику усталостного разрушения поликристаллов.

Описана методика контроля измерения прочностных свойств сталей в процессе усталостных испытаний с помощью измерения скорости распространения ультразвука. Установлена возможность обнаружения опасной стадии развития усталостных повреждений на отдельных деталях. Предложен способ восстановления работоспособности изделий с помощью обработки мощными импульсами электрического тока. Показано, что подобная обработка существенно повышает ресурс работы и может предотвратить усталостное разрушение.

Исследованы механизмы пластической деформации неа мезомасштабном уровне при растяжении поверхностно-упрочненных образцов стали 65Ч13, в которых однородная дислокационная деформация на микромасштабном уровне и объеме образца подавлена. Показано, что с самого начала пластическая деформация происходит путем распространения полос локализованной деформации в сопряженных направлениях максимальных касательных напряжений. этому соответствует появление на кривой "напряжение- деформация" стадии линейного упрочнения. На поздней стадии деформации, характеризуемой параболическим упрочнением, в образце возникает мезоскопическая субструктура, элементы которой испытывают сдвиг + поворот. Разрушение происходит по одной из мезополос, в которой развивается сильно локализованная пластическая деформация.

Изучены механизмы пластической деформации и стадийность кривой течения поликристаллов высокоазотистой стали на различных масштабных уровнях. Неравновесность стали обусловливает возрастание роли мезомасштабного уровня пластического течения. На микро- и мезомасштабном уровнях выполняется закон подобия. Выяснена природа стадийности пластического течения и разрушения высокоазотистых сталей.

Дано обоснование концепции физической мезомеханики о том, что в основе нелинейного поведения твердых тел при их пластической деформации и разрушении лежит возникновение в локальных сильнонеравновесных зонах наноструктурных состояний. Их структурные превращения или двухфазный распад определяют неравновесную термодинамику зарождения деформационных дефектов и трещин. обсуждаются нелинейные волновые механизмы влияния наноструктурных состояний на пластическую деформацию и разрушение твердых тел.

Представлены статьи, посвященные изучению структуры и свойства конструкционных и специальных сталей, а также сплавов титана. Рассмотрены вопросы упрочнения и разрушения сталей и сплавов, влияние на их свойства химического состава, фазовых превращений, термической и термомеханической обработок. Сборник предназначен для научных работников и инженеров-металлофизиков и термистов, а также студентов и аспирантов, специализирующихся в области термической обработки и физики металлов.

Теоретически и экспериментально показано, что распространение трещины в условиях хрупкого и хрупковязкого разрушения твердых тел есть нелинейный волновой процесс. Описано влияние структурно-фазового состояния материала и жесткости напряженно-деформированного состояния образца на тип трещины (нормального отрыва, поперечного или продольного сдвига и характер волнового процесса разрушения).