Развиты научные основы описания деформируемого твердого тела как нелинейной иерархически организованной системы. Теоретически и экспериментально показано, что первичными пластическими сдвигами в нагруженном твердом теле являются нелинейные волны локальных структурных превращений в двухмерных поверхностных слоях и внутренних границах раздела, которые не имеют дальнего порядка. В основе развития нелинейных волн лежит многоуровневое согласование пластического течения на различных структурно-масштабных уровнях. Все типы деформационных дефектов в кристаллах рождаются в сильно возбужденных зонах гидростатического растяжения, возникающих при распространении в двумерных системах нелинейных волн каналированного пластического течения. Регулярность возникновения таких зон определяет природу локализации пластической деформации. Для многоуровневого согласования пластического течения во всей иерархии масштабов, включая электронную подсистему, предлагается рассматривать локальную кривизну х вихревых потоков пластического течения как обобщенный структурный параметр. Он позволяет адекватно описать поведение деформируемого твердого тела в различных термодинамических состояниях, включая сильную неравновесность наноструктурных материалов.

Методом скретч-тестирования изучены механизмы разрушения покрытий TiAIN, нанесенных на подложки из стали 12Х18Н9Т. Показано, что разрушение покрытий начинается с образования трещин в вершинах навалов, образующихся вдоль царапины вследствие пластического оттеснения материала подложки. При последующем увеличении приложенной к индентору нагрузки характер разрушения покрытий определяется конкуренцией между растягивающими напряжениями позади индентора, вызванными силой трения, и напряжениями по периметру области контакта, обусловленными изгибом покрытия вследствие нормальной нагрузки. Установлено, что предварительная обработка подложки пучками ионов Ti обеспечивает одновременное повышение твердости и трещиностойкости покрытий TiAIN.

Scratch tests were performed to study failure mechanisms in TiAlN coatings deposited on substrates from steel 12Cr18Ni9Ti. It is shown that coating failure begins with crack generation at the apices of pile-ups formed along the scratch due to plastic ploughing of the substrate material. With further increase in indentation load the failure process is governed by the competition between tensile stresses behind the indenter arising due to friction force and stresses at the contact area periphery due to coating bending under normal load. Substrate pretreatment by Ti ion beams is shown to simultaneously increase the hardness and crack resistance of TiAlN coatings.

В монографии изложены новейшие достижения в области аналитического и компьютерного моделирования механических процессов в конденсированном веществе с микроструктурой. Подробно обсуждаются как методы компьютерного моделирования, так и теоретические основы описания процессов деформирования и разрушения. Подходы, рассматриваемые в книге, особенно важны для описания процессов. при которых происходит нарушение сплошности материала. а также при переходе на масштабные уровни, на которых существенным оказывается учет атомарного строения вещества, в частности, для описания наноструктур. Монография содержит как оригинальные результаты автора, так и необходимые сведения учебного характера из соответствующих разделов механики. Книга основана на материалах, опубликованных автором в последние годы в российских и зарубежных издательствах. Для научных сотрудников, преподавателей, аспирантов и студентов вузов, обучающихся по физическим и математическим специальностям.

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.

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.

Рассмотрены экспериментальные и теоретические основы учета кривизны в многоуровневом подходе к компьютерному моделированию поведения границ раздела как самостоятельных планарных подсистем в нагруженном поликристалле. На базе гибридного дискретно-континуального метода возбудимых клеточных автоматов, использующего синергетические принципы дискретных переключений и законы механики сплошных сред, проведены комплексные исследования динамики потоков вещества и энергии вдоль межзеренных границ. Показано, что эти потоки имеют ротационно-волновую природу и зависят от условия нагружения межзеренной границы.

Проведено исследование фазового состава, микроструктуры, механизмов пластической деформации и разрушения при ударном нагружении слоистого материала, полученного сваркой под давлением листов титанового сплава ВТ6. В ходе ударного нагружения при 20 и -196 °С происходит расслоение образца на пакеты листов, которое влияет на скорость их разрушения. На поверхностях разрушения происходит структурно-фазовый распад исходной кристаллической структуры с образованием динамических ротаций. В кристаллических подслоях поверхностей разрушения и расслоя развивается фрагментация материала. Данные эффекты выражены более сильно при T(def)= -196 °С.

The paper studies the phase composition, microstructure, and mechanisms of plastic deformation and fracture under impact load in a laminate obtained by pressure welding of VT6 titanium alloy sheets. Under impact loading at 20 and -196°C, the material is delaminated into sheet piles with attendant changes in their fracture rate. At fracture surfaces, the initial crystal structure experiences structural phase decomposition which results in dynamic rotations. In fracture and delamination sublayers, the material is fragmented. The effects are more pronounced at Tdef =-196°C.

По данным испытаний малоразмерных образцов с шевронным надрезом определены характеристики трещиностойкости технического титана ВТ1-0, титанового сплава ВТ6, трубной стали 12ГБА и сплава Fe-Ni с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой, полученной методами интенсивной пластической деформации (ИПД). В качестве основной характеристики трещиностойкости определена удельная энергия разрушения. Предложена новая характеристика вязкости разрушения при испытании малоразмерных образцов с шевронным надрезом — относительная величина смещений точек приложения нагрузки, не связанная с изменением податливости образца в результате распространения трещины. Исследовано изменение удельной энергии разрушения в процессе нагружения образцов с шевронным надрезом.

Предложены математические модели различного уровня сложности для прямого и обратного мехнического последствия, построенные с учетом реального строения кристаллов, их дислокационной структуры и внутренних упругих напряжений, создаваемых дислокационными ансамблями. Методом вычислительного эксперимента на ЭВМ исследована эволюция распределения дислокаций как в процессе внешнего механического нагружения, так и после разгрузки твердых тел. Оценивается наблюдаемая при этом пластическая деформация. Результаты расчета сопоставляются с данными многочисленных натурных экспериментов.Книга представляет интерес для аспирантов и научных работников, специализирующихся в области физики твердого тела и материаловедения.

Монография посвящена вычислительным технологиями решения задач оптимизации динамических систем. Предложен единый подход к решению различных типов задач, рассмотрены мультиметодные технологии и дан набор оригинальных алгоритмов оптимизации. описаны различные методики оценки качества алгоритмов и программных средств, методики верификации всех этапов решения. Приведены алгоритмы исследования нелокальных свойств задач оптимального управления - аппроксимации множества достижимости и поиска глобального экстремума функционала. Представлен ряд разработанных автором программных комплексов, реализованных для различных вычислительных платформ. Книга предназначена для специалистов по математическому моделированию и оптимизации управляемых систем.

Монография посвящена разработке нового общего научно-методологического подхода к исследованию динамического деформирования плоских преград в виде пластин различных геометрических форм при воздействии кратковременных интенсивных нагрузок взрывного и ударного типа. В рамках модели идеального жесткопластического тела авторы разработали уникальную методику, которая позволяет с единых позиций проанализировать пластины с произвольной формой контура при различных способах его закрепления. Анализ включает возможность учета влияния вязкоупругого сопротивления основания, а также переменно толщины пластины. Все представленные решения задач получены впервые. найдены решения многих важных прикладных задач. Результаты проведенного динамического анализа приведены в простом аналитическом виде, удобном для дальнейшего использования. Работа содержит большое количество иллюстраций, которые демонстрируют широкие возможности рассматриваемой методики расчета пластин. Материл монографии предназначен для исследователей академических и отраслевых институтов, слушателей военных академий и училищ, аспирантов. магистрантов и студентов классических и технических университетов.

Обсуждаются общие нелинейные свойства неупругой деформации и разрушения нагружаемых твердых тел и сред, а также подобные свойства численных решений нелинейной системы уравнений в частных призводных, моделирующих деформационные процессы. Автомодельность накопления неупругих деформаций/повреждений во всей иерархии масштабов от межатомных растояний и вплоть до формирования тектонических разломов в земной коре во многие тысячи километров обуславливает качественное подобие сценариев разрушения независимо от масштабов деформационного процесса и реологических свойств среды. Такими общими свойствами деформируемых систем являются пространственная локализация накопления повреждений/неупругих деформаций во всей иерархии масштабов, дальнейшая локализация деформационного процесса во времени как сверхбыстрого автокаталитического процесса (режима с обострением), наличие медленной динамики (формирование деформационных фронтов - медленных движений), а также миграция деформационной активности вследствие длинных пространственно-временных корреляций, охватывающих всю иерархию масштабов. Таким образом, разрушение развивается как последовательность катастроф нарастающих масштабов вплоть до макроскопического. Показано, что самоорганизованная критичность любых деформируемых систем не исключает возможности предстказания времени и места будущего катастрофического события. Индикаторами такого крупномасштабного события могут служить следующие процессы:замирание деформационной активности в ближней окрестности формирующейся магистральной трещины или разлома; генерация в ближайшей зоне формирующегося очага разрушения цугов (фронтов повреждений) и их стекание к месту формирующейся магистральной трещины(разлома).

Изложены основные принципы расчета микрополосковых излучателей, микрополосковых антенн и антенных решеток в многослойных средах. За основу расчета принято обоснованное построение математических моделей микрополосковых антенн, использующих интегральные и интегродифференциальные уравнения I-го рода с указанием особенностей их численного решения. Даны примеры построения математических моделей и вычислительных алгоритмов анализа различных микрополосковых антенн и фазированных антенных решеток. Может быть полезна специалистам в области микрополосковой антенной техники, а также рекомендуется студентам специальности «200700 -радиотехника» и «071500 — Радиофизика и электроника» как дополнение при изучении курса «Устройства СВЧ и антенны», при выполнении индивидуальных заданий, прохождения лабораторного практикума, курсового и дипломного проектирования.

Книга посвящена проблемам использования адаптивной оптики для астрономических приложений. В основе лежат оригинальные работы авторов по исследованию адаптивной фазовой коррекции турбулентных искажений оптических изображений, формируемых астрономическими телескопами при использовании искусственного опорного источника - лазерной опорной звезды. Для научных сотрудников, специализирующихся в области атмосферной адаптивной оптики, а также аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

В книге излагаются базовые основы построения математических моделей при решении задач физики климатической системы, приводятся методы их конечномерной аппроксимации и возникающие при этом основные численные алгоритмы, обсуждаются суперкомпьютерные технологии численной реализации моделей. В качестве иллюстрации изложенных подходов рассматриваются: задача моделирования течения вязкой несжимаемой жидкости в областях сложной конфигурации, проблема вихреразрешающего воспроизведения динамики геофизических пограничных слоев, задача моделирования региональных особенностей атмосферной циркуляции, проблема воспроизведения современного климата и оценки его возможных в будущем изменений. Книга рассчитана на специалистов в области наук о климатической системе Земли.

Излагаются результаты исследований, направленных на развитие технологий диагноза и прогноза динамических и термических характеристик в морях и океанах. Описываются технологии оперативного прогноза опасного волнения в Северной Атлантике с заблаговременностью до 10-15 суток и прогноза волнения в Керченском проливе Черного моря. Анализируется влияние атмосферных процессов на формирование волнения, в том числе экстремального, в океане. Представлены результаты расчета уровня и течений в Финском заливе во время наводнений в Санкт-Петербурге с учетом действующей дамбы. Обсуждаются сверхдолгосрочные прогнозы уровня Каспийского моря на 6, 12 и 18 лет и изменение ледовых характеристик Охотского моря в конце XX - начале XXI века.Сборник рассчитана на специалистов в области гидрометеорологии.

Автор настоящей книги, профессор Иллинойского университета г. Чикаго (США) Г. Али Мансури, известен как крупный специалист в областях химии нефтегазовых продуктов, термодинамики и статистической механики. Книга охватывает различные направления нанотехнологии: получение наноразмерных материалов с использованием специальных приборов, фундаментальные принципы самоорганизации, а также термодинамические аспекты, связанные с особенностями свойств и превращений, происходящих в материалах на наноуровне. Материал излагается довольно подробно и включает широкий круг проблем, предоставляя читателю необходимые знания основ науки о материалах. В приложении - исчерпывающем глоссарии, детально трактуются понятия, определения, уравнения и теории, химические формулы, аббревиатуры. Эту книгу можно использовать как учебное пособие для аспирантов и инициативных студентов, уже немного знакомых с квантовой и статистической механикой и специализирующихся в области технических, биологических и физических наук. Она также предназначена для ученых смежных областей, которые интересуются достижениями современных науки и технологиями наноразмерных материалов и хотят овладеть их методами. Монография издана в рамках инновационной образовательной программы МИЭТ "Современное профессиональное образование для российской инновационной системы в области электроники".

Настоящий, 70-й вып. межвузовского сборка 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 создания компьютерных кодов для прочностных расчетов при многофакторных физических воздействиях; методология оптимального проектирования несущих конструкций с учетом различных критериев и ограничений; экспериментально-теоретические исследования.

В монографии обобщены исследования, выполненные в Институте проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины с момента его основания (1966 г). Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по теориям прочности и пластичности. колебаниям неконсервативных механических систем, прочности при высоких и криогенных температурах, при переменных нагрузках, при ударном и импульсном нагружении, прочности неметаллических материалов, покрытий, по механике разрушения и предельному состоянию конструкций с трещинами. Монография предназначена для специалистов в области прочности материалов и конструкций различных видов техники, механики деформируемого твердого тела, динамики машин, материаловедения, механики жидкости и газа, а также для аспирантов и студентов старших курсов технических университетов, специализирующихся в области машиностроения. Издание посвящается 95-летию со дня рождения известного украинского ученого в области механики и прочности в машиностроении, акад. НАН Украины, основателя Института проблем прочности НАН Украины Георгия Степановича Писаренко (1910-2001).

Изучены особенности поведения атомной системы в процессе самосворачивания двухслойных кристаллических пленок, имеющих наноразмеры по толщине. Расчеты проводились на основе метода молекулярной динамики для системы «медь – никель». Межатомное взаимодействие описывалось в рамках метода погруженного атома. Показано, что при самосворачивании в двухслойной кристаллической пленке генерируются вихреобразные упругие смещения атомных групп около ее свободных краев. Генерация таких атомных смещений обусловлена неоднородностью распределения напряжений в пленке, связанной с границей раздела кристаллических слоев из разных химических элементов и с близостью свободных поверхностей на краях моделируемой структуры. Вихревые атомные смещения являются динамическими дефектами. Их генерация является аккомодационным механизмом установления однородного распределения напряжений. В отсутствие сил внешнего сопротивления процесс самосворачивания может представлять слабозатухающие механические колебания краев пленки.

Исследована возможность генерации дефектов структуры в материалах с идеальной кристаллической решеткой в широком температурном интервале при динамическом нагружении. Расчеты проводились в рамках метода молекулярной динамики с применением многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия, полученных в приближении метода погруженного атома. Показано, что тепловые флуктуации могут приводить к скачкообразному зарождению дефектов в материалах с идеальной структурой при высокоскоростной деформации. Исследованы особенности зарождения дефектов структуры в зависимости от температуры для различных условий нагружения.

Обобщены результаты исследования новых механизмов деформации и переориентации кристаллической решетки - механизмов прямых плюс обратных (по альтернативным системам) превращений мартенситного типа в металлических материалах (чистые металлы, аустенитные стали, сплавы на основе Ni3Al) с ГЦК-решеткой. Дан краткий обзор экспериментальных результатов, лежащих в основе разработки этих механизмов. Представлены атомные модели этих превращений. В рамках предложенных механизмов можно с единых позиций описать такие явления пластической деформации, как зарождение дислокаций, механическое двойникование и образование полос локализации деформации с высокоугловыми границами разориентации.

Предложена и исследована двумерная модель синтеза покрытия на подложке в условиях регулируемого нагрева, учитывающая кинетические и тепловые явления. В качестве модельной системы покрытия выбрана смесь порошков Ti и Ni, в качестве подложки - сталь. Система химических реакций записана в соответствии с диаграммой состояния Ti-Ni. В модели учитывается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. Задача решена численно. Определены распределения температуры и концентраций элементов и соединений в различные моменты времени для различных условий синтеза. Показано, что при любой организации процесса синтезированный материал оказывается химически неоднородным.

Предложена модель формирования неравновесного поверхностного слоя в процессе электронно-лучевой модификации композиционного материала. Учитываются особенности процессов переноса в матрице и во включениях, а также характер границ раздела между ними. Приведены примеры численного исследования модели для случая идеального контакта между частицами и матрицей. Показан различный характер формирования диффузионных зон в окрестности частиц, расположенных на разном расстоянии от внешней поверхности.

Предложена математическая модель для описания процессов в электролитической ванне при нанесении кальций-фосфатных покрытий микродуговым методом. Учитываются диффузия в жидкой и твердых (взвешенных частицах и титановом образце, на который наносится покрытие) фазах; основные химические превращения в частицах и в жидком растворе. Разработан алгоритм численного решения задачи, учитывающий различие характерных масштабов в различных фазах. Представлены отдельные расчеты, иллюстрирующие возможности модели.

Представлен новый подход к моделированию поведения гетерогенных сред, в котором исследуемый объект представляется состоящим из областей двух типов, описываемых в рамках дискретного и континуального подходов соответственно. данный подход является перспективным для решения задач численного исследования поведения сложных сред с сильными различиями физико-математических свойств. Возможности такого подхода исследованы на примере задач о распространении упругих волн. Дискретная часть среды моделировалась методом подвижных клеточных автоматов, континуальная - конечно-разностным методом решения системы уравнений механики сплошной среды. результаты расчетов показали, что предложенный подход позволяет адекватно описывать распространение упругих волн в сложных средах, а на границе их совмещения не происходит каких-либо нефизичных искажений.