С учетом эффектов деформационного старения в монографии рассматривается актуальные проблемы современной механики материалов: усталостные разрушения и рост усталостных трещин, длительная и коррозионная прочность. Отражены экспериментальные и теоретические исследования автора и достижения в мировой литературе по данной проблеме. Вводится параметр эффективного времени, описывающий взаимосвязанные деформационные и физико-химические процессы. Формулируются уравнения теории пластичности и критерии длительной прочности для среды со старением. Исследованы закономерности циклического упрочнения стареющих сплавов и сформулированы вероятностные критерии усталостного и коррозионного разрушения материалов и сложных инженерных систем. Механическое поведение стареющих полимерных материалов описываются с помощью вязко-упругих моделей, записанных в шкале эффективного времени. Время релаксации рассматривается в качестве характеристики продолжительности старения дается сравнение с результатами опытов по ультрафиолетовому облучению, климатическому и тепловому старению и разрушению полимеров в режимах растяжения и ползучести. Книга предназначена инженерам, научным работникам, а также может быть полезна студентам, аспирантам и преподавателям, интересующимся вопросами старения и длительного разрушения материалов и конструкций.

Проведено исследование деформационного поведения дисперсионно-упрочняемого алюминиевого сплава Д1 в состаренном состоянии. Установлено, что при холодном деформировании растяжением этого сплава на фоне прерывистой текучести можно выделить три стадии деформационного упрочнения: линейную, параболическую Тейлора и предразрушения. Каждой стадии соответствует свои типы зубцов прерывистой текучести и свой тип картин макролокализации пластического течения. Предложен механизм формирования распределений очагов макролокализованной деформации для каждой стадии, обусловленный характером прерывистой текучести.

Обнаружена неустойчивость пластического течения на параболической стадии деформационного упрочнения сплава циркония в виде периодического изменения пространственно-временной картины распределения локальных деформаций. Предложена синергетическая модель наблюдаемого процесса, основанная на представлении эволюции пластического течения на завершающей стадии как неустойчивого предельного цикла.

В сборнике освещены вопросы совершенствования методов и аппаратуры для микроструктурного исследования процессов деформации и разрушения металлических материалов. Приведены результаты изучения корреляционных зависимостей между структурным состоянием и механическим поведением промышленных сталей и сплавов некоторых тугоплавких материалов. Рассчитано на исследователей и практиков металловедов, металлофизиков, металлургов, конструкторов, машиностроителей.

На основе обзора работ авторов с сотрудниками сформулированы концептуальные положения физической мезомеханики наноструктурных материалов. Низкая пластичность наноматериалов обусловлена подавлением в них дислокационной деформации на микромасштабном уровне и развитием полос локализованной деформации на мезо- и макромасштабном уровнях. При оптимальном сочетании деформации на микро- и мезоуровнях создание нанокристаллической структуры обеспечивает высокие характеристики как прочности, так и пластичности материала. макролокализация деформации всегда снижает прочность и пластичность наноматериалов.

Рассмотрены особенности макролокализации пластического течения в зависимости от стадийности деформационного упрочнения. Показано, что макроскопическая локализация пластического течения на этих стадиях может рассматриваться как автоволновой процесс самоорганизации. Установлено, что основные характеристики автоволн могут быть получены из инварианта упругой и пластической деформации.

В монографии приведен обзор существующих к настоящему времени математических моделей пластической деформации ГЦК-металлов, сформулированных на основе концепции упрочнения и отдых. В рамках этой концепции сформулированы математические модели одноосной пластической деформации ГЦК-монокристаллов чистых металлов. Приведен обор экспериментальных исследований термического и деформационного упрочнения сплавов со сверхструктурой. Сформулированы математические модели пластической деформации сплавов со сверхструктурой. Предназначена для широкого круга специалистов: научных сотрудников, инженеров, работающих в области материаловедения и физики конденсированных систем (металлов и сплавов), преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области материаловедения.

Приведено краткое описание одномерной динамической модели развития сдвиговой пластической деформации в поверхностном слое материала при трении скольжения с обоснованием снижения размерности рассматриваемой задачи от 3D до 1D. Представлены некоторые результаты моделирования, иллюстрирующие особенности режима пластического деформирования под действием двух конкурирующих процессов - деформационного упрочнения и термического разупрочнения за счет фрикционного нагрева. Также приведены экспериментальные данные, на основании которых сделан вывод о возможности течения поверхностного слоя подобно вязкой жидкости. Для оценки возможности турбулизации такого слоя по числу Рейнольдса использованы результаты моделирования.

Методами оптической металлографии, рентгеноструктурного анализа, растровой электронной и просвечивающей дифракционной микроскопии проведено исследование характера деформации и разрушения твердого сплава WC-сталь 110Г13 в стабильном и метастабильном состояниях аустенита после квазистатического нагружения. В метастабильном состоянии аустенита связующая фаза способна к более глубокой пластической деформации, упрочнению и передаче внешней нагрузки на карбидные частицы. Последние пластически деформируются совместно с матрицей, что позволяет получить на твердом сплаве одновременно высокие значения твердости, прочности и вязкости.

Рассматриваются различные аспекты проблемы динамического деформирования и разрушения твердых тел. Излагаются основы динамического нагружения и прочности, закономерности распространения волн в средах с различной реологией, некоторые задачи динамики трещин, модели повреждаемых сред. Приведены необходимые экспериментальные результаты, являющиеся физической основой математических моделей сред и используемых на практике критериев динамического разрушения материалов. Особое внимание уделяется математической постановке задач, строгому изложению их решения, физической интерпретации результатов и их применению к практическим проблемам. Основное содержание излагается с учетом опыта чтения специальных курсов в МГУ им. М. В. Ломоносова и других вузах СССО и России. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям (специальностям) "Механика", "Механика. Прикладная математика".

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.

Рассмотрена прикладная проблема образования пылевых частиц при разрушении угля. Целью работы является получение распределения пылевых частиц по размерам с использованием только компьютерных методов. На первом этапе было выполнено компьютерное моделирование деформации и разрушения мезообъема угля выбранного состава. На втором этапе была проведена компьютерная обработка полученных двумерных картин разрушения, в результате которой были выявлены замкнутые контуры зон разрушения, определены геометрические параметры выявленных частиц разрушения и построены их распределения по размерам. Показано, что предложенный подход позволил выявить фрагменты разрушения и оценить параметры распределения частиц по размерам в диапазоне 1...20 мкм. Разработанный метод может быть применен для других подобных задач.

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.

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

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 с использованием компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов исследованы некоторые закономерности отклика, включая разрушение, образцов блочных геологических сред, находящихся в условиях неравноосного сжатия, при сдвиговом деформировании. В качестве характеристики степени неравноосности авторами предложен безразмерный параметр, который, как свидетельствуют результаты расчетов, может быть эффективно использован для определения режима деформирования среды в условиях стесненного сдвига. Показано, что увеличение сжимающих напряжений в направлении сдвигового деформирования приводит к снижению продолжительности стадии квазипластического деформирования геосреды и величины ее сдвиговой прочности. Это связано с тем, что при увеличении степени стеснения основную роль в процессах деформации и разрушения блочной среды начинают играть механизмы мезомасштабного уровня, связанные с нарушением сплошности межблочных интерфейсных областей. Одним из проявлений данного эффекта является возрастание эффективной скорости расширения сдвиговой зоны, вызванное замещением деформационных механизмов низких масштабных уровней механизмами более высокого структурного ранга.

Численно моделируется взаимодействие одно- и двухслойных пластин с компактным ударником пз изотропной стали. Материал пластин - ортотропный органопластик. Благодаря реализованному в программе пересчету тензоров упругих постоянных тензоров прочности моделируется поведение конструкций, содержащих несколько элементов, выполненных из анизотропных материалов с различной оринентацией осей симметрии относительно расчетной системы координат. Поведение ортотропного материала описывается упруго-хрупкой средой с использованием критерия прочности второго порядка, предложенного Ву, позволяющим учитывать различные прочностные характеристики органопластика на растяжение и сжатие. Для различных скоростей соударения исследовано влияние ориентации свойств материала на разрушение пластин и кинематические параметры ударника.

Проведено численное исследование деформации и разрушения мезообъема композиционного материала на металлической основе. Иерархическое моделирование подразумевает 1) явный учет внутренней структуры композита, как возможности введения масштабного фактора, 2) введение различных моделей для описания механического поведения пластичной матрицы и хрупких керамических включений, дающих возможность описания различных физических процессов и их взаимовлияния, а именно: пластического течения с учетом деформационного упрочнения и разрушения. Критерий разрушения типа Губера учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний - растяжения и сжатия. Показано, что комплексное механическое поведение мезообъема композита как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице и растрескивания включений. Установлено, что даже в условиях одноосного внешнего сжатия в композиционном материале могут возникать локальные области растяжения, величина напряжений в которых имеет существенное значение: порядка 30% от величины сжимающих нагрузок для исследуемого типа структуры. Показано, что незначительная модификация критерия наибольшей интенсивности касательных напряжений применительно к структурно-неоднородной среде позволяет правильно описать направление распространения трещин при отрыве для разных способов нагружения (растяжение, сжатие).

Работа посвящена теоретическому анализу механизмов множественного растрескивания упрочненных поверхностных слоев при растяжении плоских образцов сталей 65Х13 и 12Х1МФ с двухсторонним поверхностным упрочнением. Рассмотрено влияние распространения зигзагообразной макрополосы локализованного сдвига в объеме деформируемого образца на развитие поверхностных трещин. Даны энергетические оценки условия образования и распространения в объеме образца макрополосы локализованного сдвига.