ИСТИНА

Перспективы развития наукоемких отраслей промышленности требуют проведения новых исследований физико-химических процессов и при конструировании новых материалов, в том числе и в экстремальных условиях. Особенно актуальным становится развитие предсказательного моделирования, как на макроскопическом уровне, так и на молекулярном. Такие подходы стали возможны в последнее время на основе вычислительных супермощностей. Они позволяют не проводить дорогостоящие эксперименты, которые часто и не могут воспроизвести все натурные условия, а иногда и невозможны из-за их непредсказуемости. В работе обсуждаются новые методы, развитые для предсказательного моделирования физико-химических процессов и свойств материалов в механике. Междисциплинарный анализ позволил разработать многоуровневые модели и соответствующие программные средства их реализации. На их основе получены новые результаты при исследовании неравновесных физико-химических процессов в перспективных авиационных двигателях и энергетических установках, предсказаны свойства перспективных теплозащитных покрытий многоразовых космических аппаратов и адсорбционные свойства углеродных наноструктур, исследованы прочностные свойства цеолитов и других материалов. Теоретическое описание позволило существенно уменьшить объем экспериментальной работы при исследовании таких задач. На основе междисциплинарного подхода получены новые результаты, при полете тел в атмосфере Земли и других планет с большими скоростями, течений в микро- и нано- каналах и др В работе приводятся результаты исследований, проведенных на основе методов молекулярной динамики и квантовой механики, связанные с исследованием каталитических свойств теплозащитных покрытий многоразовых космических аппаратов и адсорбционных свойств углеродных наноструктур . Без привлечения экспериментальных данных определены коэффициенты скоростей элементарных стадий (адсорбции-десорбции, ударной и ассоциативной рекомбинации) на поверхностях SiO2 и Al2O3 в диссоциированном воздухе. Рассчитаны относительное массовое содержание и средняя плотность водорода в массиве углеродных нанотрубок в зависимости от температуры,давления и геометрии массива. Найдены оптимальные для адсорбции расстояния между трубками. Такие методы позволили также разработать многоуровневые модели и соответствующие программные средства их реализации для исследования неравновесных физико-химических процессов в перспективных авиационных двигателях и энергетических установках. Исследовались особенности устойчивости пористых цеолитных материалов в процессе разделения смесей, содержащих углекислый газ. Установлена зависимость прочностных свойств цеолитов как от концентрации образующихся карбонат- ионов, так и от типа входящего в него катиона. Проведены исследования влияния примеси меди на скорость зарождения дислокации в алюминии. Теоретическое описание позволило существенно уменьшить объем экспериментальной работы при исследовании таких задач. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты № 14-01-00310 и №13-01-12091- офи-м).