Направления:

Пластичность и разрушение при высокоскоростной деформации

Динамика одиночных дислокаций и их взаимодействие с наноразмерными препятствиями

Кинетика роста полостей при откольном разрушении твердых тел и жидкостей

Построение многомасштабных моделей разрушения, основанных на результатах атомистических моделей

Механические свойства нанотрубок

Ударно-волновое нагружение монокристалла железа

Динамика одиночной краевой дислокации в алюминии

Пластическая деформация и разрушение нанокристаллической меди

Ударно-волновое нагружение монокристалла железа:

Молекулярно-динамическая модель распространения ударной волны в мишенях субмикронной толщины из монокристаллического железа описывает структурные превращения в волне сжатия (альфа-эпсилон переход) и в отраженной волне разрежения (о.ц.к.-г.ц.к. переход).

Результаты расчетов свидетельствуют о существенной роли метастабильных состояний при переходе в плотноупакованную фазу в волне сжатия. В частности, различие пороговых напряжений альфа-эпсилон перехода в эксперименте и в МД модели объясняется кинетикой распада пересжатой метастабильной о.ц.к. фазы.

Показано, что в волне разрежения большой интенсивности (при продольных растягивающих напряжениях более -12 ГПа) происходит переход растянутой о.ц.к. решетки в г.ц.к. структуру и соответствующее расщепление волны разгрузки. Образование несплошностей, приводящих к отколу, начинается как гетерогенный процесс на плоскостях сдвига, появляющихся в области г.ц.к. структуры. При напряжениях в волне разрежения (при продольных растягивающих напряжениях более -22 ГПа) образование пор может проходить по механизму гомогенной нуклеации (в эксперименте по отколу в монокристаллах железа достигнуты отрицательные давления до -10 ГПа, см. С.В.Разоренов, Г.И.Канель, В.Е.Фортов, Письма в ЖЭТФ. 2004. Т. 80. С. 395.).

Высокие скорости развития процесса откола определяют локальность процесса образования несплошностей. В частности сильная деформация вблизи свободной боковой поверхности мишени несущественна по отношению к структурным превращениям в центральной части мишени.

анимация (GIF, 0.6Мб)

Cм.: Стегайлов В.В., Янилкин А.В. Структурные превращения в монокристаллическом железе при ударно-волновом сжатии и растяжении. Исследование методом молекулярной динамики // ЖЭТФ. 2007. Т. 131. N. 6. С. 1064–1072. (pdf)

Динамика одиночной краевой дислокации в алюминии:

Построена молекулярно-динамическая модель движения краевой дислокации в монокристалле. В модели алюминия получены зависимости скорости краевой диссоциировавшей дислокации от сдвигового напряжения при различных температурах. С увеличением прикладываемого сдвигового напряжения достигается предельная скорость движения дислокаций, близкая к скорости распространения упругих сдвиговых возмущений. Определена температурная зависимость коэффициента динамического торможения, соответствующая при малых температурах имеющимся экспериментальным данным и теоретическим представлениям. С приближением к температуре плавления полученная зависимость коэффициента динамического торможения дислокаций существенно отличается от линейной. Результаты согласуются с экспериментальными данными по температурной зависимости предела текучести алюминия при высокоскоростной деформации и могут служить для определения плотности дислокаций за фронтом ударной волны.

анимация (GIF, 2.5Мб)

Cм.: Куксин А.Ю., Стегайлов В.В., Янилкин А.В. Молекулярно-динамическое моделирование динамики краевой дислокации в алюминии // Доклады Академии Наук. 2008. Т. 420. N. 4. С. 467-471. (pdf)

Пластическая деформация и разрушение нанокристаллической меди:

Проведено исследование процессов пластической деформации и разрушения нанокристаллической меди. Результаты моделирования свидетельствуют, что в нанокристаллической меди в рассмотренном диапазоне размеров зерна (3.5 - 13.5 нм) пластическая деформация обусловлена как дислокационным движением внутри зерна, так и зернограничным проскальзыванием (перемещением атомов вдоль межзеренных границ). Получена зависимость предела текучести от среднего размера зерна, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными, и дает оценку максимального предела текучести. Проведено моделирование начальной стадии разрушения нанокристаллической меди. Показано, что зарождение полостей происходит в определенных местах, являющихся локальными концентраторами напряжений. Полученная зависимость предельно достижимого напряжения в момент потери сплошности от размера зерна обусловлена изменением скорости релаксации локальных напряжений, то есть, связана с пластическими свойствами нанокристаллического материала. Таким образом, изменяя пластические свойства, можно влиять на предел разрушения и прочностные свойства. Результаты расчетов предельно достижимых растягивающих напряжений находятся в согласии с экспериментальными значениями откольной прочности поликристаллов.

Зависимость предела текучести от среднего размера зерна. Треугольники - экспериментальные данные [1], ромбы - МД расчеты [2] (скорость деформации 10⁸ с^-1), кружки - результаты, полученные в данной работе (скорость деформации 10⁹ с^-1).

Зависимость откольной прочности от скорости деформирования. Эксперименты с ударными волнами: (1) - монокристаллы [3], (2) - поликристаллы [3], (3) - монокристаллы [4], (4) - поликристаллы [5]. Пунктиром показана экстраполяция экспериментальных данных для монокристаллов (верхняя линия) и поликристаллов (нижняя линия). МД расчеты: (5-6) - результаты модели ударник-мишень [6] (5 - монокристаллы, 6 - поликристаллы), (7) - модель пористого твердого тела [7]. Показаны результаты данной работы для монокристаллов (8) и поликристаллов (9).

1. R.W. Siegel, G.E. Fougere. Nanostruct. Mater. 6, 205 (1995).
2. K.W. Jacobsen, J. Schiotz. Science 301, 1357 (2003). 3. С.В. Разоренов, Г.И. Канель. ФММ №11, 141 (1992).
4. E. Moshe, S. Eliezer, Z. Henis, M. Werdiger, E. Dekel, Y. Horovitz, S. Maman, I.B. Goldberg, D. Eliezer. Appl. Phys. Lett. 76, 1555 (2000).
5. D. Paisley, R. Warnes, R. Kopp. In: Progress in Shock Compression of Condensed Matter - 1991 / ed. by S.C. Schmidt, R.D. Dick, J. Forbes, D.G. Tasker. Elsevier, New York (1992). P. 825.
6. V. Dremov, A. Petrovtsev, P. Sapozhnikov, M. Smirnova, D.L. Preston, M.A. Zocher. Phys. Rev. B 74, 144110 (2006).
7. T. Germann, S. Valone. Report No. LA-UR-05-7623.

Cм.: Куксин А.Ю., Стегайлов В.В., Янилкин А.В. Атомистическое моделирование пластичности разрушения нанокристаллической меди при высокоскоростном растяжении // Физика Твердого Тела. 2008. Т. 50. N. 11. С. 1984-1990. (pdf)

Наверх