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.

Предложена модель роста покрытия. Исследовано влияние параметров модели на динамику роста покрытия. Проведена оценка напряжений в покрытии и подложке для двух различных случаев: подложки, изготовленной из титана, и подложки - из цирконий-ниобиевого сплава.

Предложена модель роста покрытия с подвижной границей раздела фаз. Скорость роста покрытия считается заданной и зависит от напряженности электрического поля и частоты. Концентрации элементов у поверхности следуют либо из решения внешней задачи, либо из эксперимента. разработан специальный алгоритм численного исследования задачи. Показано, что, как в случае подложки из титана, так и в случае подложки из циркония в ней формируются растягивающие напряжения, которые переходят в сжимающие, а в покрытии в обоих случаях напряжения растягивающие. Анализ различий в величинах напряжений позволяет рекомендовать для практического использования имплантаты из титана с кальций-фосфатным покрытием.

Сформулирована и исследована математическая модель роста покрытия при магнетронном напылении. В оценке средних механических напряжений учитывается вклад как термической, так и диффузионно-химической природы. Показано. что кинетика реакции на поверхности играет не меньшую роль в эволюции напряжений, чем соотношение механических свойств растущего покрытия и подложки.

В работе представлена модель растворения отдельного сферолита. Проведена оценка времени достижения критических напряжений, приводящих к разрушению сферолита. Показано, что время разрушения сферолитов уменьшается с увеличением их размеров, коэффициентов диффузии и концентрационного расширения.

The paper reports on experimental study of peridotites with different average grain sizes. It is shown that coarse-crystalline peridotite undergoes multiple bulk fracture along all large fragments, whereas fracture of fine-crystalline peridotite is localized in the centre and develops in a direction close to the compression axis with the only slight deflection toward maximum tangential stresses in the upper and lower parts in which the strain localization zone is bifurcated. It is found that by the onset of fracture, the lateral to axial strain ratio for the coarse- and fine-crystalline specimens is 1.36 and 0.76, respectively.

В работе исследуется влияние нелинейных эффектов поверхностной неравновесной активации и внутренних механических напряжений, наблюдаемых в процессах электронно-лучевой модификации TiNi-сплавов, на диффузию кислорода из адсорбционного слоя вглубь материала. Предложенная математическая модель включает уравнения теплопроводности, диффузии и кинетики с соответствующими импульсной электронно-лучевой обработке начальными и граничными условиями. Приводятся оценки кинетических параметров. Рассчитываются распределения температуры, концентрации и напряжений по пространству и времени для широкой области изменения параметров. Определяется глубина зон прогрева и диффузии, проводится сравнение результатов с учетом активации и без нее.

Предложена и численно проанализирована модель фильтрационного сжигания несжимаемого газа в пористом теле горелки цилиндрической формы, работающей в стационарном режиме, при условии идеального внутреннего теплообмена и с учетом взаимодействия с теплообменником. Получено аналитическое решение. пригодное для оценки температуры и термических напряжений в горелочном устройстве. Построены распределения температуры, механических напряжений, типичные для стационарных условий работы горелочного устройства, а также зависимости скорости сжигания газа, радиационного потока тепла от технологических параметров.

Задача о распространении стационарного фронта превращения в вязкоупругой среде решается методом сращиваемых асимптотических разложений в приближении малых деформаций. Предполагается, что поток тепла удовлетворяет закону Фурье, а компоненты тензоров напряжений и деформаций связаны соотношениями Максвелла, включающими сдвиговый коэффициент вязкости. Найдены температура продуктов и скорость распространения стационарного фронта реакции. Решение задачи получено для предельных случает малого и большого времени релаксации вязких напряжений. Показано, что в модели существуют различные режимы распространения фронта реакции, как и в связанных моделях твердофазного горения для термоупругого тела, а вязкие напряжения вносят дополнительные особенности.

На основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов изучено влияние напряженного состояния границ раздела структурных элементов в блочных средах на их деформационный отклик при динамических воздействиях. Полученные результаты позволили выделить ряд параметров деформационного отклика, величина которых претерпевает качественное изменение при изменении характера напряженного состояния. В качестве таких параметров выступают величина инициированного воздействием относительного тангенциального смещения блоков и некоторые характеристики частотного спектра скоростей таких смещений. Проведенный анализ позволяет предложить комплексный подход к диагностике напряженного состояния фрагментов активных границ раздела в блочных средах различной природы, в частности в иерархически организованной геологической среде.

Проведена серия численных экспериментов, нацеленных на выявление закономерностей формирования возмущений на внутренних границах раздела и поверхностях твердого тела при внешней приложенной механической нагрузке. Применен разработанный авторами стохастический алгоритм, использующий как базовые понятия классической теории упругости на макромасштабном уровне, так и результаты, полученные в рамках вероятностных подходов для более низких масштабных уровней. Обнаружено, что деформационный профиль поверхностного слоя нагруженного твердого тела имеет многоуровневую самоподобную структуру, где форма поверхности фронта возмущений на более высоком масштабном уровне подобна форме фронтов возмущений от концентраторов напряжений на более низких масштабных уровнях. Распределение напряжений и деформаций на интерфейсе «поверхностный слой – подложка» имеет «шахматный» характер.

Предложен и обоснован физически параметр, характеризующий отклонение системы от состояния термодинамического равновесия. Показана связь нового параметра с основными термодинамическими переменными. Представлены уравнения для потоков массы в многокомпонентных деформируемых средах, отражающие влияние нового параметра на коэффициенты диффузии и коэффициенты переноса под действием напряжений в неравновесных условиях.

Обобщены результаты электронномикроскопического исследования высокодефектных структурных состояний в наноструктурных (НС) материалах (Cu, Ni, Ni3Al, аустенитные стали), полученных в различных условиях интенсивной пластической деформации: кручение в наковальнях Бриджмена, равноканально угловое прессование, большие деформации прокаткой при комнатной температуре. Проанализированы поля локальных внутренних напряжений в этих состояниях. Предложена модель дефектной субструктуры объема и неравновесных границ зерен НС материалов.

Методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии выполнено исследование особенностей субструктуры и величины локальных внутренних напряжений в нано- и нанокомпозитных покрытиях TiN, n-TiN/Cu, n-AlN/Cu вблизи поверхности их сопряжения с подложкой и на расстоянии h = 2–3 мкм. Показано, что в покрытиях n-AlN/Cu по всей толщине обнаруживается нанозеренная (d 20–25 нм) структура, тогда как в покрытиях нитрида титана наблюдается двухуровневая зеренная структура, высокая кривизна-кручение решетки и высокий уровень локальных внутренних напряжений. Предполагается, что указанные особенности связаны с механизмом роста покрытий.??.

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

Предложена двумерная математическая модель распространения химического превращения в пластине в условиях механического нагружения. Проведено численное исследование задачи для трех вариантов условий для напряжений и перемещений на поверхностях пластины: жесткой заделки, одноосного растяжения, сдвига. Установлено, что вследствие связанности полей температур, концентраций и напряжений режимы превращения в разных условиях нагружения различны. В результате параметрического исследования модели показано, что величина внутренних напряжений может существенно превышать внешнюю нагрузку.

Предложен метод исследования напряженно-деформированного состояния с помощью оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC. Это количественный экспресс-метод, основанный на компьютерной обработке больших массивов оптических изображений поверхности образца, снятых in situ в процессе его испытания на растяжение или сжатие. Возможности метода показаны на примере исследования деформированного состояния при растяжении медного образца с круговым надрезом.

Показано, что при усреднении по полупространствам упругие поля напряжений и деформаций, создаваемые плоскими скоплениями дислокаций, приобретают своеобразную топологическую особенность вида у/[y], т. е. терпят скачок при переходе через плоскость скопления. Эти средние поля оказываются эквивалентными полям дислокаций наиболее общего вида - дислокаций Сомилианы. В терминах средних полей описание деформационных границ в кристаллах, в частности границ кручения, оказывается особенно удобным. В таком описании граница кручения, например, есть поверхность, на которой среднее поле поворотов претерпевает топологический скачок.

Перечислены некоторые приближения, распространенные при построении моделей диффузионных процессов. Проведен анализ источников нелинейностей физической природы в моделях сред с диффузией. Дан вывод нелинейных диффузионных коэффициентов для бинарных и трехкомпонентных систем. Представлен пример нелинейной модели перераспределении примесей в трехкомпонентной системе с учетом механических напряжений, возникающих в диффузионной зоне.

Рассмотрено образование дефектов кристаллической решетки в зоне концентратора напряжений как локальное структурное превращение кристалла, протекающее в два этапа. На первом этапе кристалл переходит в сильновозбужденное состояние. Получена зависимость вероятности образования сильновозбужденного состояния от величины механических напряжений и энергии возбуждения этого состояния. Константа скорости реакции указанного процесса определяется формулой, подобной формуле Журкова. На втором этапе сильновозбужденное состояние под действием напряжений переходит в структурное состояние, соответствующее кристаллу с дефектом. Проанализировано влияние размера концентратора напряжений на концентрацию образующихся дефектов различного типа.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии исследованы фазовый состав, макро- и микронапряжения, а также микроструктура Ti 1-хAlxN покрытия и подложки. Покрытия наносились методом магнетронного распыления мишени в реакционной смеси газов аргона и азота на подложку из аустенитной стали 12X18Н10Т, которая подвергалась предварительной обработке ионным пучком титана. Установлено, что увеличение длительности предварительной ионной обработки подложки приводит к увеличению сжимающих макронапряжений и измельчению нанокристаллической столбчатой структуры в покрытии.??.

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.

Исследовано влияние облучения ионами N+, Ar+(40кэВ) и ионами Mn (45 кэВ) на механические свойства, морфологию поверхности и состав поверхностных слоев углеродистой стали Ст3сп. Обнаружено сглаживание рельефа поверхности и немонотонное изменение микротвердости и усталостной прочности стали в зависимости от типа ионов и дозы облучения.

Представлены результаты комплексного исследования микроструктуры и механических свойств поверхностных слоев титана в различных структурных состояниях (субмикрокристаллическое, микрокристаллическое и крупнозернистое), модифицированного в условиях имплантации ионами алюминия. Повышение физико-механических свойств титановых материалов основано на формировании модифицированного поверхностного слоя, состоящего из реструктурированной исходной мишени и формируемого твердого раствора. Уменьшение размера зерна исходного материала приводит к внедрению компонентов на большие глубины вследствие диффузии, что, в свою очередь, оказывает положительное влияние на свойства имплантированных материалов.

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 механические свойства тонких пленок Ag одинаковой толщины с различным размером зерен. Твердость пленок определялась с использованием методов Оливера-Фарра, из определения работы индентирования, а также путем непосредственного измерения площади отпечатка индентора по АСМ-изображениям. Для исключения влияния подложки на измеренные значения твердости применялась методика определения истинной твердости пленок. Установлено, что твердость пленок Ag уменьшается с ростом среднего размера зерна, в то время как модуль упругости практические не изменяется. Показано, что зависимость предела текучести пленок Ag от размера зерна не совпадает с классическим законом Холла-Петча.

Выполнено исследование влияния дорекристаллизационных отжигов на микроструктуру и механические характеристики наноструктурного титана, полученного методом многократного одноосного прессования и последующей прокатки. Показано, что сформированная микроструктура обеспечивает высокие механические характеристики наноструктурного титана (предел прочности при растяжении составил 1160 МПа, предел текучести — 1100 МПа), соответствующие титановым высокопрочным сплавам. Отжиг при 250 °С не меняет наноструктурное состояние титана и его прочностные характеристики и увеличивает пластичность до 6 % при растяжении.

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

С позиций физической мезомеханики исследованы механизмы пластической деформации и механические свойства частично-кристаллического полиэтилена. Показано, что пластическая деформация с самого начала происходит на мезо-уровне.. Разрушению предшествует фрагментация материала. Наблюдаемая стадийность процесса пластической деформации полиэтилена качественно подобна стадийности этого процесса для металлических материалов. Влияние облучения на механические свойства полиэтилена объясняется измельчением мезосубструктуры, формирующейся при пластической деформации.

Методами просвечивающей электронной микроскопии исследована зеренно-субзеренная структура субмикрокристаллического никеля, полученного воздействием интенсивной пластической деформации (ИПД). Определены параметры элементов зеренно-субзеренной структуры и относительные доли большеугловых и малоугловых границ зерен в микроструктуре после воздействия ИПД. Анализируется влияние истинного размера зерен, определяемого прямым методом, на механические свойства субмикрокристаллического никеля.

Исследовано влияние концентрации алюминия и температуры спекания на механические свойства спеченных сплавов системы Cu-Al. Установлено, что основное влияние на прочностные свойства спеченных сплавов с заданной пористостью оказывают добавки алюминия, тогда как влияние температур спекания незначительно. Максимальный прирост прочности достигается при концентрации алюминия, превышающей предел его растворимости в твердом растворе на основе меди.

В работе изучены структура и механические свойства низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe -1.12Mn- 0.08V- 0.07Ti- 0.1C, мас. %) после интенсивной пластической деформации и последующих высокотемпературных отжигов. Сталь в феррито-перлитном состоянии подвергали равноканальному угловому прессованию при Т = 200 °C (режим Вc, 4 прохода) и кручению под квазигидростатическим давлением при комнатной температуре (5 оборотов при давлении 6 ГПа). Показано, что интенсивная пластическая деформация по выбранным режимам приводит к формированию фрагментированной структуры со средним размером элементов 260 нм после равноканального углового прессования и 90 нм после кручения под давлением. Квазигидростатическое давление приводит к росту микротвердости до 6.4 ГПа, что существенным образом превышает значения микротвердости в исходном состоянии и после равноканального углового прессования (1.6 и 2.9 ГПa соответственно). Сформированные структуры обладают высокой термической стабильностью: до 500 °C после равноканального углового прессования и до 400 °C после кручения под давлением. Обсуждаются вклады дисперсионного и субструктурного упрочнения в формирование высоких прочностных свойств стали 10Г2ФТ при интенсивной пластической деформации и в стабилизацию полученных субмикрокристаллической и нанокристаллической структур до высоких температур отжига.

Обнаружена неоднородность распределения физических и механических свойств (скорости ультразвука, твердости и ударной вязкости) в горячекатаной листовой стали 09Г2С, связанная с неравномерным протеканием процессов деформации и рекристаллизации в различных участках листа. Эффект выражен сильнее при пониженных температурах конца прокатки, определены корреляционные уравнения, связывающие указанные свойства, и обосновано применение измерений скорости ультразвука для оценки механических характеристик.

Исследованы структура, механические и коррозионные свойства, закономерности развития процессов усталости и микродеформации наноструктурного нелегированного титана, полученного воздействием интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования. Определены оптимальные режимы термомеханических обработок, обеспечивающие в наноструктурном титане комплекс физико-механических свойств, позволяющих рекомендовать наноструктурный титан для использования его в качестве медицинских имплантатов и материала для протезов.

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

Представлены результаты исследования микроструктуры и механических характеристик ультрамелкозернистого титана ВТ1-0, полученного комбинированным методом многократного одноосного прессования (abc-прессования) и последующей прокатки при различных технологических режимах. Формирующаяся ультрамелкозернистая структура с характерным размером элементов 0.1-0.25 мкм обеспечивает максимальные прочностные характеристики титана, сопоставимые с характеристиками титановых сплавов. Технически чистый титан ВТ1-0 с объемно ультрамелкозернистой структурой может служить эффективной заменой титановых сплавов медицинского назначения как ВТ6, ВТ16.

Исследованы структура и механические свойства керамических композитов ZrO2-Y2O3-Al2O3 с волокнами a-Al2O3, сформированными в результате низкотемпературного отжига и последующего спекания на воздухе, в матрице ZrO2. Предел прочности на изгиб, твердость по Виккерсу и вязкость разрушения спеченных композитовZrO2-Y2O3-Al2O3 с волокнами достигали 600 МПа, 10.8 ГПа и 9 МПахм, соответственно.

Приведены результаты изучения потребности населения в России при наличии дефектов зубочелюстной системы в ортопедической помощи на зубных имплантатах. Показано, что потребность населения в ортопедической помощи крайне высока во всех возрастных группах. Описана технология получения заготовок титана ВТ1-0 с объемной наноструктурой, обеспечивающей высокие механические свойства. Выполнено сравнение механических свойств наноструктурного титана со свойствами крупнокристаллического аналога и титановых сплавов медицинского назначения. Описаны новые результаты разработки новых конструкций дентальных винтовых внутрикостных имплантатов из высокопрочного наноструктурного титана с резорбируемым кальций-фосфатным покрытием, обеспечивающим высокую степень остеоинтеграции имплантата с костной тканью.

Методом просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование особенностей структурных состояний, формирующихся в сплава V-4%Ti-4%Cr в зависимости от режимов его термомеханической обработки с применением метода многократного всестороннего прессования. Показано, что использование этого метода позволяет модифицировать гетерофазную и зеренную (субзеренную) структуру сплава и существенно повысить характеристики его прочности и пластичности.

В работе представлены результаты исследования микроструктуры, механических свойств и фазового состава низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe-1,12Mn-0,08V-0,07Ti-0,1C) до и после равноканального углового прессования. Установлено, что равноканальное угловое прессование стали 10Г2ФТ в двух исходных состояниях: феррито-перлитном и мартенситном, приводит к формированию преимущественно субмикрокристаллической структуры со средним размером структурных элементов 0,3 мкм, вызывает рост прочностных свойств и частичное растворение карбидов.

Рассматривается базовый этап процесса имплантации в виде протягивания одномерного протезирующего (фиксирующего, диагностирующего) элемента через отверстие в биоткани. Разработанная механико-математическая модель описывает взаимодействие данного имплантата с биотканями в условиях сцепления и проскальзывания контактирующих поверхностей. Получены расчетные зависимости для удлинения имплантата и максимального значения интенсивности тензора напряжений в прилегающих объемах материала, позволяющие получить теоретическую оценку фрикционно-механических характеристик одномерных имплантатов и определить их травмирующее воздействие.