ИСТИНА

Процессы высокоскоростной деформации и разрушения твердых тел, главным образом металлов и сплавов, являются объектами активных экспериментальных и теоретических исследований в мире. Помимо фундаментальной важности таких исследований, они необходимы для построения методик решения задач пробивания и соударения твердых тел, в частности для оценки непробиваемости корпусов двигателей, а также для прогнозирования микроструктуры материалов при высокоскоростной обработке. Скорости деформации при обработке материалов импульсными лазерами последних поколений могут достигать 10^9 с^-1. Развитие моделей механического отклика материала на динамические нагрузки существенны на этапе проектирования нового изделия или технологии процесса обработки материала, в котором необходимо учитывать изменение его микроструктуры. Недавние эксперименты показывают, что напряжение пластического течения и откольная прочность материалов при высокоскоростной деформации существенно зависит от микроструктуры материала, и может качественно отличаться от нормальных условий. Например, в металлах, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, напряжение пластического течения при высокоскоростной деформации может не убывать c увеличением температуры как в нормальных условиях, а значительно возрастать. Для металлов, имеющих объемноцентрированную и гексагональную решетку, аналогичного роста напряжения пластического течения с температурой не наблюдается. Как показывают последние экспериментальные данные, влияние упрочняющих факторов на сопротивление высокоскоростному деформированию и разрушению металлов и сплавов во многих случаях оказывается противоположным по знаку тому, что имеет место в обычных условиях. Так, для металлов объемноцентрированной кубической решетки предварительная деформация приводит к снижению динамического предела упругости, в то время как в металлах гранецентрированной решетки наблюдается его значительный рост. Данный проект направлен на теоретическое исследование процессов пластической деформации и разрушения металлов при высокоскоростном деформировании. Новизна проекта заключается в рассмотрении моделей металлов, в которых имеется сформированная дислокационная структура. В статье руководителя проекта (Bryukhanov I.A. Atomistic simulation of the shock wave in copper single crystals with preexisting dislocation network. // Int. J. Plast. (2022), 151, 103171) рассматривалось импульсное нагружение кристаллов меди ориентации [111] с существующими дислокациями, и был установлен рост степени затухания динамического предела упругости с плотностью дислокаций и скоростью удара, а также замедление откольного разрушения по сравнению с бездефектными кристаллами. Значительный интерес представляет развитие данного метода молекулярно-динамического моделирования на металлы других кристаллических решеток в более широком диапазоне температур. В проекте предполагается использование многомасштабного подхода, а именно, что на основе проведенных молекулярно-динамических расчетов будут разработаны модели высокоскоростного деформирования и разрушения, которые позволят изучить особенности динамического нагружения образцов в более широком диапазоне размеров образцов и параметров нагружения. Полученные результаты позволят дать интерпретацию экспериментальных результатов по влиянию температуры и деформационного упрочнения на величины динамического предела упругости и откольную прочность металлов различной кристаллической решетки

Эволюция параметров напряженно-деформированного состояния, динамика дислокаций и пор в ГЦК кристаллах меди и в ОЦК металлах (тантал или молибден) при импульсном нагружении в широком диапазоне температур и скоростей удара. Механизмы формирования упругого предвестника и степени его затухания в зависимости от температуры, ориентации кристалла и скорости удара. Влияние плотности дислокаций и температуры на механизмы откольного разрушения и величину откольной прочности кристаллов меди и ОЦК металлов. Модели высокоскоростного деформирования, построенные на основе молекулярно-динамических расчетов импульсного нагружения металлов с существующими дислокациями. Ожидается дать интерпретацию известных экспериментальных данных по различному влиянию дислокаций и температуры на величину динамического предела упругости ГЦК и ОЦК металлов.

Методом молекулярной динамики проведено исследование импульсного нагружения монокристаллов меди ориентации [111] длиной 0.15 мкм, в которых сформирована дислокационная структура. Показано, что двухволновая структура ударной волны, состоящая из упругого предвестника и следующей за ним пластической волны, формируется при скоростях удара ниже динамического предела упругости бездефектного кристалла в результате процессов движения и размножения дислокаций. Показано, что затухание упругого предвестника увеличивается с увеличением скорости удара и начальной плотности дислокаций в образце. Установлено, что наличие дислокаций в кристалле почти не влияет на откольную прочность, но значительно замедляет процесс откола по сравнению с бездефектным кристаллом. С помощью молекулярно-динамического моделирования исследована подвижность краевой дислокации в сплавах твердого раствора Cu-Ni в широком диапазоне температур 100-1100 К и концентраций Ni 0-30%. Показано, что существует два разных режима влияния атомов Ni замещения на движение краевой дислокации. Когда движение дислокации обусловлено силами фононного трения, то атомы Ni действуют как барьеры и замедляют движение дислокации. С ростом напряжения движение дислокации переходит в режим «насыщения» и ее скорость приближается к скорости звука в материале. В этом режиме, атомы Ni увеличивают скорость движения дислокации, что связано увеличением модуля сдвига твердого раствора Cu-Ni с концентрацией Ni. Исследовано влияние атомов никеля на релаксацию сдвиговых напряжений при движении краевых дислокаций в меди. Методами молекулярной динамики и дискретных краевых дислокаций показано, что релаксация напряжений в твердом растворе медь-никель происходит быстрее, чем в чистой меди. Однако, с ростом плотности дислокаций ускорение релаксации напряжения за счет атомов никеля происходит при более высоких напряжениях.