На основе совместных подходов неравновесной термодинамики и физической мезомеханики предложен термодинамический критерий существования особого класса предпереходных двухфазных наноструктурных состояний в твердых телах вблизи нуля их термодинамического потенциала Гиббса. Такие состояния определяют высокую структурную неустойчивость наноструктур в полях внешних воздействий и лежат в основе различных нанотехнологий по схеме "сборка снизу". Материалы, характеризуемые наноструктурными состояниями, предлагается именовать наноструктурными. Сдвигоустойчивые материалы, далекие от нуля их термодинамического потенциала Гиббса целесообразно классифицировать как наноразмерные.

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.

Развит подход физической мезомеханики к описанию трибоконтакта как многоуровневой иерархически организованной системы. В основе фрагментации и изнашивания поверхностных слоев материалов в парах трения лежит нескомпенсированность поворотных мод в иерархической системе "пластически деформируемый поворотный слой - аккомодационный переходный слой пластических сдвигов - поворотов - упруго нагруженная подложка". Экспериментальное структурно-трибологическое исследование эволюции трибоконтакта в аустенитной стали 20Х18Н10Т и дискретно-континуальное компьютерное моделирование показали хорошее согласие с развиваемой концепцией физической мезомеханики.

Представлены результаты исследования влияния толщины упрочненного поверхностного слоя образцов стали 12Х18Н10Т в состоянии поставки и с ионным азотированием на стадийность деформации и разрушения с использованием метода акустической эмиссии, корреляции цифровых изоборажений и тензометрии. Использованы критерии идентификации источников акустической эмиссии, связанных с пластической деформацией и хрупким разрушением, на основе анализа параметров регистрируемых сигналов акустической эмиссии. Построены зависимости энергии сигналов акустической эмиссии от толщины упрочняющего слоя и числа сформированных поверхностных трещин. Проведено сопоставление данных об интенсивности деформации сдвига и активности событий акустической эмиссии в зависимости от толщины азотированного слоя. Показано, что корреляция стадий наблюдается лишь на этапе формирования в упрочненном поверхностном слое трещин, что связано с локализацией деформации на мезомасштабном уровне. В то же время стадийность деформации, определяемая по графику изменения коэффициента деформационного упрочнения от степени деформации, хорошо согласуется с изменением активности акустической эмиссии всех трех идентифицированных типов источников: дислокационной природы, микро- и макротрещин.

Получены характеристики диаграмм нагружения поликристаллов a-Fe и высокопрочного сплава ВТ-6 с учетом формоизменения образца в зоне формирования шейки перед разрушением. Предложен способ измерения степени пластической деформации в локальной зоне минимального сечения образца. Показано, что для выяснения стадийности процесса деформационного упрочнения материала в процессе нагружения принципиально важен учет локализации пластической деформации в локальном объеме образца на стадии формирования шейки перед разрушением материала.

Представлены результаты первопринципных расчетов методами теории функционала электронной плотности атомной и электронной структуры Pd с симметричными границами наклона. Обсуждается сорбция водорода на границах зерен и соответствующих свободных поверхностях. Анализируется влияние примесей d-металлов на сорбцию водорода на границах зерен. Установлено, что на поверхности (210) предпочтительной является сегрегация примесей d-металлов на террасах, тогда как на поверхности (310) более энергетически выгодной является сегрегация металлов на ступенях поверхности. Сравнительное исследование влияния водорода на подвижность дефектов к границам наклона и соответствующим им свободным поверхностям показало существенное увеличение сегрегации примесей. В присутствии водорода становится возможной сегрегация примесей как на узлы ступени, так и на террасные узлы поверхностей.

Проведены сравнительные исследования структуры и свойств высокоазотистых сталей, полученных методами литья с противодавлением и металлотермического восстановления оксидов в среде азота в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Исследовано влияние различных нанонаполнителей (нановолокна Al2O3 и углерода, нанопорошки меди и Sio2) на физико-механические и триботехнические свойства сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Установлено, что модифицирование сверхвысокомолекулярного полиэтилена нановолокнами и наночастицами в пределах 0,1-0,5 мас.% приводит к существенному повышению его деформационно-прочностных характеристик и многократному увеличению износостойкости. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии и электронной микроскопии показано, что модифицирование полимера указанными нанонаполнителями приводит к формированию упорядоченной (ламеллярной) надмолекулярной структуры. Выявлено, что нановолокна быстрее формируют устойчивую пленку фрикционного переноса в сравнении с наночастицами. Определены оптимальные составы нанонаполнителей, определяющие высокую износостойкость и низкий коэффициент трения полимера. Механическая активация порошков связующего и наполнителя обеспечивает равномерное распределение нанопорошка в связующем и дополнительно повышает физико-механические и триботехнические характеристики композита.

Исследованы свойства керамики, полученной из смесей с различным соотношением крупно- и нанокристаллических порошков оксида алюминия. Показано, что увеличение содержания плазмохимического порошка приводит к активации диффузионных процессов в процессе спекания и росту плотности образцов, особенно при низких плотностях прессовок и при высоких температурах спекания. Установлена линейная зависимость пористости от усадки для исследуемой керамики.

Исходя из прецизионных расчетов электронной структуры и обобщенной электронной восприимчивости проведено систематическое исследование связи между нестинговыми свойствами поверхности Ферми (ПФ) и характером длиннопериодических упорядоченных структур (ДПС) в сплавах на основе благородных металлов Cu-Au, Cu-Pd и Ag-Mg. Дан ответ на вопрос, почему в сплавах Cu-Au, Cu-Pd, Cu-Pt образуются так называемые несоизмеримые ДПС, характеризующиеся иррациональным периодом и размытыми антифазными границами. Разъяснены причины существования таких ДПС лишь в небольшом интервале темеператур. Объяснена наблюдаемая зависимость длинного периода М от степени дальнего порядка n в сплавах Cu-Au. Вскрыты причины образования двумерных ДПС в сплавах Au3Cu и Cu3Pd. Показано, что их стабильность может быть объяснена открытием энергетических щелей на совмещающихся участках поверхности Ферми в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Приведены аргументы в пользу того, что в ряду квазикристаллических веществ фазы с несоизмеримыми ДПС занимают промежуточное место между несоизмеримыми системами и квазикристаллами. Предпринята попытка проследить причины качественно различного поведения ДПС с большими и малыми суперпериодами. Показано, что зависимость поведения ДПС от величины 2М определяется "качество" нестинга на ПФ и чувствительностью нестингового вектора 2kf к изменению степени дальнего порядка n.

Проведены исследования локализации пластической деформации при активном одноосном растяжении ГЦК-, ОЦК- и ГПУ-моно- и поликристаллических материалов на разных стадиях кривой нагружения. Установлено, что картины локализации имеют упорядоченный характер и могут быть классифицированы по четырем типам, каждый из которых соответствует определенной стадии кривой нагружения. Наблюдаемые закономерности интерпретируются в терминах самоорганизации в открытых системах. Показано, что все выделанные типы картин локализации можно трактовать как автоволны пластического течения. Проанализированы параметры этих волн и продемонстрировано коренное отличие от известных волн пластичности при ударном нагружении.

Представлены результаты дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа нанокристаллических порошковых системна основе диоксида циркония. Установлено, что процесс нагрева сопровождается интенсивной потерей массы, возрастающей с увеличением содержания MgO. Дифференциальная сканирующая калориметрия показала, что общее количество энергии, затрачиваемое на протекание реакций в процессе нагрева порошков, увеличивается с ростом содержания оксида магния. Для исследованных порошков характерна десорбция воды, а при содержании оксида магния более 10 вес.%, наблюдается разложение остаточных нитратов.

Проведено электронно-микроскопическое исследование особенностей микроструктуры нанополос переориентации, формирующихся в никеле и сплаве V-4Ti-4Cr при интенсивной пластической деформации на наковальнях Бриджмена. Показано, что образование таких нанополос может быть описано в рамках квазивязкого механизма движения нанодиполей частичных дисклинаций, контролируемого потоками неравновесных точечных дефектов в полях высоких локальных градиентов нормальных компонент тензора напряжений. Реализация этого механизма обеспечивает дополнительные возможности наноструктурирования дефектной субструктуры при пластической деформации металлических материалов с образованием структурных состояний с размерами нанокристаллов нескольких нанометров.

Приведены результаты исследований образования наноструктурных комплексов водород-кремний в приповерхностном слое монокристаллического кремния при его обработке в водородсодержащей плазме. С помощью ИК- и оже-спектроскопии показано, что только при малых временах обработки происходит образование нанослоев и, как следствие, экстремальное изсенение удельного сопротивления приповерхностного слоя.

Представлены результаты рентгенофазового анализа и механических испытаний на сжатие горячепрессованных композитов Ai-Al43 при двух содержаниях углерода, вводимого в исходную порошковую смесь. Показано, что образующийся при горячем прессовании карбид алюминия приводит к увеличению предела текучести и эффективного модуля упругости тем больше, чем выше его содержание в композите.

С целью изучения характера взаимовлияния реакции в твердой фазе и механических процессов при зажигании кристаллов взрывчатых веществ в работе предложена физико-математическая модель процесса зажигания, основанная на модели анизотропной среды с повреждениями. В случае гексагонального кристалла модель сводится к связной одномерной модели зажигания с более широкой областью изменения параметров, чем это было в модели зажигания изотропного вещества. Например, коэффициент связности полей деформации и температуры теперь может принимать отрицательные значения. Приведены примеры численного решения задачи о зажигании в различных частных случаях.

Представлены вольт-амперные характеристики скользящего контакта металлических композитов по стали 45 без смазки. Показано, что композиты на стальной основе способны увеличить площадь фактического электроконтакта за счет появления электроразрядов, которые обеспечивают основное протекание тока плотностью до 300 А/cm2. Композиты на основе меди не способны реализовать электроразрядную проводимость вследствие разрушения материала зоны контакта при плотности тока выше 50 А/cm2. Предложен расчет удельного электросопротивления контактирующего слоя металлических композитов. Установлено, что при трении с большой плотностью тока удельное электросопротивление контактирующего слоя приближается к значениям удельного электросопротивления графита. Экспериментально показана принципиальная возможность увеличения площади физического электроконтакта путем введения расплава Pb-Sn в зону трения и достижения плотности тока в контакте выше 300 А/cm2.

Представлены результаты исследования механических свойств, микроструктуры и фазового состава низкоуглеродистой ферритно-перлитной стали 10Г2ФТ (Fe-1.12Mn-0.08V-0.07Ti-0.1C) после равноканального углового прессования и последующих высокотемпературных отжигов при температурах 500-700 гр.С. показано, что сформированная при равноканальном угловом прессовании преимущественно субмикрокристаллическая структура обладает высокой термостабильностью до температуры 500 гр.С. Обсуждается вклад дисперсионного твердения в упорчнение стали 10Г2ФТ при равноканальном угловом прессовании и в стабилизацию субмикрокристаллической структуры до высоких температур отжига.

Представлены результаты систематического анализа атомной и электронной структуры границ раздела для двух серий изоэлектронных металлов в зависимости от окончания оксидной подложки и конфигурации металлических пленок. Расчеты выполнены методом псевдопотенциала в плосковолновом базисе. Рассчитана энергия адгезии металлических пленок в зависимости от плоскости разрыва. Показано, что энергия адгезии максимальная на кислородном интерфейсе, что обусловлено ионной составляющей в химической связи на данной границе раздела. Для алюминиевого и обогащенного алюминием интерфейса характерен металлический тип связи. Проведен анализ локальных плотностей электронных состояний и зарядового распределения вблизи границ раздела. Показано, что появление кислородных вакансий на границах раздела существенно ослабляет адгезию за счет частичного разрыва Me-O-связей.

В рамках метода редукции размерности с использованием иерархически организованной памяти разработан алгоритм расчета силы трения между фрактальной шероховатой поверхностью и эластомером с произвольными линейными реологическими свойствами. Предлагаемый метод позволяет рассчитывать силу трения между эластомером и твердой поверхностью с экспериментально измеренной топографией с учетом как широкого спектра волновых векторов реальных поверхностей (от нанометров до сантиметров), так и широкого спектра времени релаксации (от наносекунд до секунд).

Цель работы - увеличение области исследуемой поверхности материала при измерении полей смещений и деформации методом корреляции цифровых изображений. Показана принципиальная возможность нахождения координат перекрытия (сдвига) векторных полей. Предложен алгоритм согласования векторных полей при их объединении. Выполнено численное моделирование влияние аддитивной погрешности с нормальным и равномерным законами распределения на точность определения координат сдвига. Рассмотрена возможность сшивки векторных полей при сканировании методом "скользящего окна". На примере многоцикловой усталости сварного соединения показана принципиальная возможность оценки текущего механического состояния путем измерения необратимой деформации в масштабе образца.

Гормоны стресса (кортизол, адреналин, норадреналин) могут неспицифичесик связываться с мембранами эритроцитов, вызывая в них структурно-фазовые переходы. В механизме связывания принимают участие водородные связи, гидрофобные и электростатические взаимодействия. Активные группы гормонов (метиламин, имино-, амино-, кето- и гиксогруппы) одновременно взаимодействуют с СО- и NH-группами как белков, так и фосфолипидов. Данные процессы лежат в основе структурно-фазовых переходов в мембране при взаимодействии ее с гормонами стресса. Это приводит к образованию в мембране сложных белок-липидных доменов, в которых происходит возрастание структурного порядка. В то же время диполи воды из доменов вытесняются в смежные области и способствуют разрыхлению мембраны. При этом микровязкость мембран существенно возрастает как в области белок-липидных, так и в области липид-липидных взаимодействий. Возрастание вязкости мембран эритроцитов затрудняет их продвижение по мелким капиллярам и при превышении определенного критического значения способствует развитию тканевой гипоксии. Мезомеханика структурно-фазовых переходов и процессов разрушения во внешних полях биологических мембран и наноструктурных твердых тел качественно одинакова.

В работе проведено компьютерное моделирование деформационного поведения термобарьерных покрытий. Показана возможность возникновения неустойчивостей, имеющих периодический характер. На примере термического нагружения медного образца с керамическим покрытием проведены исследования их характерного периода от свойств сопрягаемых материалов.

С использованием четырехфазной модели структуры дисперсно-наполненного композита, содержащего межфазный слой, получена расчетная оценка его предела текучести. Разработанная расчетная методика позволяет при произвольном виде нагружения найти распределение напряжений во включении, межфазном слое и приграничном объеме матрицы. В качестве критерия текучести композита выбрано условие достижения усредненным значением интенсивности тензора напряжений предела текучести материала матрицы. Усреднение производится по площади границы раздела матрицы с межфазным слоем включения. на основе разработанной методики получены расчетные зависимости относительного предела текучести наполненного композита от объемной доли наполнителя и среднего радиус включений, которые качественно соответствуют известным из литературы экспериментальным данным.

Экспериментально исследовано движение очагов локализованной деформации в моно- и поликристаллитах металлов и сплавов на стадиях легкого скольжения и линейного деформационного упрочнения. Установлен волновой характер локализации деформации на этих этапах пластического течения, определены скорость распространения волн и закон их дисперсии. Исследованы масштабный эффект и зависимость длины волны локализованной деформации от размера зерна. Предложена качественная интерпретация полученных результатов.

Для описания катастрофических сейсмических явлений представлен подход, основанный на идеях эволюции геосреды в полях действующих сил. Обсуждены недостатки существующих моделей очага землетрясений, а также ключевые положения и особенности эволюционной модели. На примерах проведенных численных расчетов показано, что разные элементы нагружаемых геосред эволюционируют как типичные нелинейные синергетические системы.

Предложены соотношения, описывающие взаимосвязь изменения поверхности предельного состояния и коэффициента дилатансии, которые позволяют учесть изменения режимов развития деформации. Численно исследовано развитие деформации в режимах дилатансии и уплотнения в рамках математической модели с комбинированной предельной поверхностью. Рассмотрено проявление смешанных режимов и их смены в ходе деформирования в зоне локализации. Показано, что в близких областях одновременно могут развиваться области сдвига с дилатансией и уплотнением.

Методами оптической петрографии и рентгеноструктурного анализа изучены дуниты, претерпевшие интенсивные пластические деформации с образованием различных петроструктурных типов. Показано, что в зависимости от увеличения степени деформации микроструктуры пород качественно изменяются в следующей последовательности: протогранулярная, порфирокластовая, порфиролейстовая, мозаичная, что отражается, соответственно, в изменении среднего размера кристаллитов на наноуровне.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведено исследование особенностей микроструктуры механокомпозитов, образующихся в результате механической активации смесей порошков Ti и Al в энергонапряженной планетарной шаровой мельнице. Обнаружено формирование высокодефектных структурных состояний с высокими значениями кривизны кристаллической решетки и большой плотностью дисклинаций на границах субмикро- или нанокристаллов. Предполагается, что такое высокодефектное структурное состояние является важным каналом аккумулирования энергии деформации при механоактивации и играет существенную роль в явлениях увеличения реакционной способности компонентов смесевых систем, аномального массопереноса и твердофазного взаимодействия реагентов.

Исследованы кислотно-основные свойства исходных и модифицированных гуминовых кислот верхового торфа. Установлено, что после механоактивации торфа кислотные свойства препаратов гуминовых кислот усиливаются для СnСООН-групп и ослабляются для ArCOOH-групп. Рассчитаны энергии диссоциации и степени диссоциации кислых ионогенных групп. Изучены детоксицирующие свойства модифицированных препаратов гуминовых кислот по отношению к фунгициду тебуконазолу.

Методами металлографии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа исследованы индуцированные стационарной вакуумной дугой структурные превращения в поверхностном слое Al-Ti катодов, изготовленных по разным технологиям (литье, спекание и горячее прессование порошковых смесей).

Предложена математическая модель неизотермической диффузии азота в поверхностном слое металлокерамического сплава на основе карбида титана с Ni-Cr связующим за время действия одиночного импульса облучения мощным электронным пучком. Показано, что в результате такой обработки образуется диффузионная зона с концентрацией азота 1,5-2,0 ат.%.

На основе полевой теории дефектов с использованием кинематических тождеств для упругого континуума с дефектами и динамических уравнений калибровочной теории рассмотрены закономерности прохождения плоских гармонических волн через границы раздела вязкоупругих сред. Определены коэффициенты отражения и преломления волн упругих смещений и волн поля дефектов, характеризуемого тензором плотности дислокаций и тензором плотности потока. Проанализированы зависимости полученных величин от параметров граничащих сред.

Методом электронно-лучевой наплавки на ускорителе электронов карбидов вольфрама и хрома и последующей импульсной обработки низкоэнергетическими электронами сформирована нано- и ультрадисперсная зеренная структура, пронизанная системой наноразмерных пор. Показано, что в зоне вторичного импульсного воздействия нанотвердость и модуль упругости достигают аномально высоких значений. Модифицированный приповерхностный слой с наноструктурой и хаотическим распределением нанопор может служить барьером для развития хрупкого разрушения.