На основе анализа системного подхода к описанию сложных иерархических объектов в биологии предлагается аналогичный системный подход в физической мезомеханике деформируемого твердого тела.

В настоящий сборник включены статьи по различным разделам механики деформируемого твердого тела: теории упругости, теории оболочек, разрушения тел при высокоскоростном взаимодействии, вопросам построения уравнений состояния, динамического нагружения конструкций.Для научных сотрудников, инженеров и аспирантов, занимающихся вопросами механики деформируемого твердого тела.

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.

В рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики исследованы механизмы самосогласования поворотных мод циклической деформации на мезомасштабном уровне в поврехностных слоях поликристаллов различной природы. Получено прямое экспериментальное подтверждение эффекта "шахматного" распределения пластической деформации в зоне интерфейса "поверхностный слой - подложка" и на внутренних границах раздела.

На основе метода молекулярной динамики исследуются процессы, протекающие в нагруженном твердом теле. Показано, что формирование динамических вихревых структур возможно не только на стадии активного нагружения материала, но и на стадии релаксации напряжений. атомные смещения в этом случае могут формировать согласованную систему вихревых нитей. Установлено, что время жизни таких динамических дефектов может достигать десятков пикосекунд, а их характерные размеры составляют нанометры. Показано, что такая система вихревых нитей может менять знак угловой скорости таким образом, что наблюдаемые на разных интервалах времени атомные смещения практически компенсируют друг друга. Также отмечается, что формирование аналогичных динамических вихреподобных структур наблюдается и на активной стадии нагружения материала, но в этом случае оно не носит периодического характера.

Предметом рассмотрения данной работы является стохастический алгоритм, использующий основные понятия классической теории упругости и результаты, полученные в рамках квантовомеханических подходов, объединенных представлениями физической мезомеханики материалов. основная идея предлагаемого алгоритма заключается в том, что всякая физическая величина в данный момент времени не может быть определена точно, ее значение может быть найдено лишь с некоторой долей вероятности. Таким образом, каждый физический параметр рассматривается как случайная величина, имеющая соответствующие характеристики: распределение вероятностей, математическое ожидание, дисперсию и пр. Результаты настоящего моделирования могут быть полезны как при конструировании новых материалов и оптимизации их свойств, так и для предсказания поведения нагруженного твердого тела на основе анализа картины деформаций поверхности и внутренних границ раздела.

Проведен обзор работ последних двух десятилетий на стыке физики и механики деформируемого твердого тела, которые привели к созданию нового научного направления — физической мезомеханики материалов. Ее синергетическая методология качественно отлична от общепринятых подходов континуальной механики (феноменологическое описание на макроуровне) и микроскопического описания теории дислокаций. Деформируемое твердое тело рассматривается как многоуровневая система, в которой пластическое течение происходит в результате потери сдвиговой устойчивости материала в полях градиентов напряжений на различных структурных уровнях. Деформация по схеме «сдвиг + поворот» обусловливает возникновение в материале иерархии мезомасштабов фрагментированных субструктур, в которой разориентированная субструктура является масштабным инвариантом. Это позволяет построить многоуровневую модель деформируемого твердого тела на базе мезомасштабных структурных уровней, учитывая дислокационную деформацию в рамках теории калибровочных полей. В полевых уравнениях физической мезомеханики помимо параметров механического состояния введены параметры структурного состояния, учитывающие возникновение в исходном материале разориентированных субструктур. Обсуждаются актуальные проблемы и прикладные задачи физической мезомеханики материалов.??.

Экспериментально установлено и проанализировано дисперсионное соотношение для автоволн локализованной пластической деформации, возникающих на стадиях легкого скольжения и линейного деформационного упрочнения металлов и сплавов. объяснены квадратичный вид этого соотношения и характер зависимости фазовой и групповой скоростей автоволн от волнового числа, а также количественная связь характеристик автоволновых процессов локализации пластического течения и параметров кристаллической решетки деформируемых твердых тел.

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.

Представлен обзор основных понятий и некоторых результатов нелинейной динамики в связи с решением задачи о физических причинах и механизмах локализации деформационных процессов в нагружаемых твердых телах и средах и установления закономерностей нарастания масштабов локализации. Показано, что таким механизмом может быть структура устойчивых резонансов, которая формируется в нагружаемых твердых телах. Нагружаемое твердое тело рассматривается как система многих взаимодействующих атомов, возмущаемых внешним воздействием с непрерывным спектром частот. Ставится вопрос, какие частоты из этого непрерывного спектра будут отобраны возмущаемой нелинейной системой взаимодействующих атомов, т.е. окажутся наиболее устойчивыми. Анализ структуры резонансов выполнен в рамках подхода Гамильтона и теории Колмогорова-Арнольда-Мозера. Показано, что полученные нелинейной динамикой результаты полностью объясняют экспериментально установленную закономерность нарастания масштабов локализации, отвечающую универсальному принципу фрактальной делимости твердых тел и сред. Согласно этому принципу минимальным масштабом является параметр решетки нагружаемого тела, а каждый последующий масштаб есть сумма двух предыдущих.

Обнаружено явление возникновения деформационных доменов в поле векторов смещений на мезоуровне при растяжении поликристаллов алюминия с пористым керамическим покрытием, в которых квази-однородное движение дислокаций на микроуровне подавлено. деформационные домены классифицируются как мезодефекты, осуществляющие аккомодационную деформацию поворотного типа.

Теоретически изучены особенности установления стационарного режима деформирования твердых тел. Моделирование различных режимов нагружения проводилось методом подвижных клеточных автоматов. Показано, что на этапе установления стационарного режима напряженное состояние в материале является существенно неоднородным, что в свою очередь может приводить к устойчивым структурам в поле скоростей частиц материала и влиять на развитие деформации на последующих стадиях.

Пособие посвящено вопросам получения, исследования структуры и свойств нанокристаллических металлов и сплавов. В связи с этим помещены материалы, связаные со структурой атома, его квантово-мех.теорией, на основе анализаэлектронного строения получена строгая форма период.системы менделеева Д.И., выявлена физическая природа металлической связи, освещены закономерности фазовых переходов, пластической деформации и разрушения металлов с позиции электронной теории. Предпринята попытка приведения в соответствие теоретических и экспериментальных данных с методами исследования нанокластеров, поверхности твердого тела, и его микроструктуры. Проведен глубокий анализ результатов исследования объемных наноструктурных металлических материалов, получеными методами интенсивной пластической деформации. Учебное пособие будет полезно студентам, аспирантам металлургич.специальностей, а также широкому кругу специалистов в области физики конденсированного состояния, химии твердого тела, физической химии и материаловедения.

В данном учебнике рассмотрены предмет изучения геомеханики и ее роль на современном этапе освоения месторождений, выделены факторы, определяющие состав, структуру, строение, состояние и характеристики горных пород и массивов, даны их определения. Впервые структура дисциплины содержит разделение на два раздела статические и динамические процессы. В первом разделе приведено понятие тензора напряжений и деформаций в горном массиве, дана характеристика методов изучения физико-механических свойств пород и массивов, их напряженно-деформированного состояния в натурных и лабораторных условиях, представлены современные теории прочности твердого тела, гипотезы горного давления, а также методы математико-механического моделирования массивов горных пород. Большое внимание в пособии уделено закономерностям распределения напряжений в зоне влияния одиночных выработок в зависимости от характеристик массива, в котором проведены выработки. Во втором разделе рассматривается характер колебаний и землетрясений в горном массиве, воздействие на горный массив взрыва, горные удары и условия их возникновения, а также внезапные прорывы воды, выбросы пород и газа.??Учебник подготовлен в соответствии с программой профессионального модуля, которая является частью основной, профессиональной образовательной программы, в соответствии с ФГОС по направлению подготовки «Горное дело», и может быть использован в дополнительном образовании и профессиональной подготовке работников в области горной отрасли при наличии среднего (полного) общего образования.

В учебнике освещены основы механики деформируемого твердого тела с изложением методов расчета на прочность прямолинейных и искривленных брусьев, тонкостенных стержней, пластин и оболочек; приведены решения плоских задач механики деформируемого твердого тела. Изложение материала соответствет современному состоянию этой области знаний. Уделено внимание современным методам решений с привлечением ЭВМ.

Исследована возможность нанофрагментации материала в приповерхностных слоях на начальных стадиях процесса релаксации. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики.. Показано, что на начальном этапе процесса релаксации возможно формирование разориентированных наноблоков. Фрагментированная структура формируется в области локализованной деформации вблизи концентраторов напряжений и распространяется вглубь материала. Показано, что в области локализации деформации функция радиального распределения атомной плотности имеет вид размытых пиков, соответствующих пикам идеальной гранецентрированной кристаллической (ГЦК) структуры, а в области кристаллита, где локализация деформации не наблюдается, происходит расщепление пиков ГЦК-структуры, обусловленной деформационным нарушением симметрии. Полученные результаты дают возможность утверждать, что возможным механизмом релаксации внутренних напряжений в постнагруженных твердых телах является эффект нанофрагментации материала.

Рассмотрены основные физико-химические свойства природных углеродсодержащих энергоносителей - углей, нефтей, углеводородных газов. Особое внимание отводится природным и синтетическим формам свободного углерода. Приводятся механизмы химических превращений углеводородов в технологиях их переработки. Пособие предназначено для студентов специальности 24.04.03 "Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов".

Учебное пособие представляет собой систематический курс энзимологии на уровне химических функций отдельных ферментов. В основу рассмотрения свойств ферментов положены данные о химическом составе их активных уентров и пространственном строении белковых глобул. При рассмотрении механизмов ферментативных реакций, которым в книге уделено основное внимание, использованы имеющиеся физико-химические теории каталитической активности. Приводится также биохимическая классификация ферментов, описание строения изученных ферментов, указывается на связь ферментативной активности со структурой белка, излагаются свойства кофакторов и специализированных субстратов. В книге рассматривается большой экспериментальный материал энзимологии с единой точки зрения на ферментативные реакции как на кислотно-основные процессы, осуществляемые по механизму цепей перераспределения связей (ЦПС). Авторы развивают взгляды, в которых существенную роль играет "щелевой эффект", изученный ими и объясняющий ряд характерных особенностей действия биокатализаторов.