ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ НАНОСТРУКТУРНЫХ И НАНОКРИСТАЛИИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ЧАСТЬ 3 Скрипняк Владимир Альбертович, доктор физико-математических. - презентация

1 ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ НАНОСТРУКТУРНЫХ И НАНОКРИСТАЛИИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ЧАСТЬ 3 Скрипняк Владимир Альбертович, доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой механики деформируемого твердого тела Томского государственного университета.

2 Содержание 1.Мотивация исследований механического поведения наноструктурных и нанокристаллических материалов при ударно-волновом нагружении. 2.Проблемы моделирования механического поведения объемных наноструктурных и нанокристаллических материалов при динамическом нагружении. 3.Физико-механический подход к описанию и прогнозированию механического поведения наноструктурных и нанокристаллических материалов. 4.Влияние ультрамелкой зеренной структуры на механическое поведение некоторых материалов при высокоскоростной деформации Al 2 O 3 и ZrO 2 3 mol.% Y 2 O 3 наноструктурной керамики; Al 2 O 3 и ZrO 2 3 mol.% Y 2 O 3 наноструктурной керамики; наноструктурного Ti и нанокристаллического Ni. наноструктурного Ti и нанокристаллического Ni. 5.Актуальные проблемы и направления дальнейших исследований.

3 Рис. 1. Влияние среднего размера зерна на предел текучести материалов

4 Рис. 2. Зависимость статического предела текучести титанового сплава BT1-0 от размера зерна. Измельчение зерна достигнуто методом РКУП

5 Рис. 3. Влияние размеров зерна на напряжение течения в Fe. По данным работы D. Jia et al. (2003)

6 Рис. 4. Упрочнение наноструктурной меди, полученной методом интенсивной пластической деформации

7 Рис. 5. Влияние размеров зерна на предел текучести алюминиевых сплавов. По данным Т. Mukai, K. Higashi (2001)

8 Рис. 6. Зависимость предела текучести от скорости деформации для некоторых наноструктурных и нанокристаллических материалов. По данным работы K.S. Kumar et al. (2003)

9 Изучение механического поведения материалов с субмикронными размерами зерна при интенсивном динамическом нагружении стимулируются следующими обстоятельствами: возможностью получения фундаментальных знаний о закономерностях деформации материалов с ультрамелкими размерами зерна при высоких скоростях деформации; возможностью получения фундаментальных знаний о закономерностях деформации материалов с ультрамелкими размерами зерна при высоких скоростях деформации; уникальной возможностью для изучения микромеханизмов, обуславливающих генерацию дефектов структуры, зарождение повреждений в наноструктурных и нанокристаллических материалах при высоких скоростях деформации; уникальной возможностью для изучения микромеханизмов, обуславливающих генерацию дефектов структуры, зарождение повреждений в наноструктурных и нанокристаллических материалах при высоких скоростях деформации; возможностью получения данных о механических свойствах наноструктурных материалов при динамическом нагружении и высоких скоростях деформации, необходимых при разработке большого количества технических приложений. возможностью получения данных о механических свойствах наноструктурных материалов при динамическом нагружении и высоких скоростях деформации, необходимых при разработке большого количества технических приложений.

10 Проблемы моделирования механического поведения объемных наноструктурных и нанокристаллических материалов при динамическом нагружении 1.Необходимость учета в уравнении состояния наноструктурных и нанокристаллических материалов пористости и неравновесного состояния границ зерен. 2.Необходимость учета в модели аномалий в закономерностях деформационного упрочнения, влияния скорости деформации на чувствительности напряжения течения и влияния температуры наноструктурных и нанокристаллических материалов. 3.Необходимость учета микролокализации деформации, зарождения и развития повреждений при динамическом нагружении наноструктурных и нанокристаллических материалов.

11 Рис. 7. Экспериментальные данные о сжимаемости поликристаллического и нанокристаллического никеля. Расчетные кривые получены с использованием уравнения Берча- Мурнагана

12 Рис. 8. Зависимость продольной скорости звука в керамике от относительного объема пор Рис. 9. Структура межзеренных границ в нанокристаллической ZrO 2 керамике

13 Рис. 10.Влияние состояния границ наноструктурного титанового сплава BT1-0 на значение модуля Юнга

14 Физико-механический подход к описанию и прогнозированию механического поведения наноструктурных и нанокристаллических материалов Базовые гипотезы 1.Макроскопические физические и механические свойства наноструктурных и нанокристаллических материалов описываются совокупностью термодинамических и кинематических параметров состояния, которые игнорируют дискретное атомарное и молекулярное строение материалов. 2.Макроскопические параметры являются среднестатистическими параметрами состояния в представительном объеме материала. 3.Влияние структурных факторов на макроскопические параметры состояния учитываются в определяющем уравнении через усредненные структурные характеристики (микромеханические параметры модели). 4. В рамках континуального подхода механическое поведение наноструктурных и нанокристаллических материалов описывается в предположении о выполнении принципа виртуальной работы.

15 Рис. 11. Учет распределения зерен по размерам в наноструктурных и нанокристаллических материалах

16 Влияние ультрамелкой зеренной структуры на механическое поведение Al 2 O 3 наноструктурной керамики Рис. 12. Экспериментальные профили плоских ударных волн в образцах высокоплотной поликристаллической и пористой наноструктурной Al 2 O 3 керамики

17 Рис. 13. Результаты моделирования ударно-волнового нагружения наноструктурной Al 2 O 3 керамики. Начальная пористость ~ 12 %

18 Рис. 14. Результаты расчета деформации поликристаллической и наноструктурной Al 2 O 3 керамики при нагружении плоскими ударными волнами

19 Рис. 15. Моделирование импульсной догрузки ударно- сжатой поликристаллической Al 2 O 3 керамики

20 Влияние ультрамелкой зеренной структуры на механическое поведение ZrO 2 3 mol.% Y 2 O 3 наноструктурной керамики Рис. 16. Моделирование механического поведения поликристаллической и наноструктурной ZrO 2 3 mol.% Y 2 O 3 при ударно-волновом нагружении

21 Рис. 17. Деформация ZrO 2 керамики при нагружении плоскими ударными волнами. Высокоплотная поликристаллическая. Наноструктурная (размер зерна 40 нм) 15,4 % пористости

22 Влияние ультрамелкой зеренной структуры на механическое поведение Ti и Ni при высокоскоростной деформации Рис. 18.Результаты моделирования нагружения никелевого сплава НП-2 плоской ударной волной

23 Рис. 19. Влияние размеров зерна технически чистого никеля на чувствительность напряжения течения к скорости деформации

24 Рис. 20. Результаты моделирования распространения ударных импульсов в титановых сплавах

25 Рис. 21. Расчетные напряжения при деформации наноструктурного титана во фронте плоской ударной волны Рис. 22. Расчетный и экспериментальный профили ударного импульса в наноструктурном титановом сплаве ВТ1-0

26 Рис. 23.Расчетные зависимости напряжения течения наноструктурного титанового сплава BT1-0 при деформации во фронте ударных волн

27 Рис. 24. Моделирование пластического течения в титановых сплавах в широком диапазоне скоростей деформации