Дослідження кінетики структурних дефектів різних рівнів в умовах інтенсивної зовнішньої дії на тверді тіла із залученням методів молекулярної динаміки і нерівноважної термодинаміки. Вивчення впливу генерації структурних дефектів і теплового руху.
Аннотация к работе
Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наукВысокоэнергетические флуктуации вначале имеют длительную тенденцию к росту, что обеспечивает эффективность структурной перестройки твердого тела за счет таких флуктуаций (во-первых, они имеют более высокую энергию, во-вторых, действуют более длительное время). Посредством цифровой фильтрации записи теплового движения (скорости движения) некоторой произвольно выбранной частицы системы осуществлено разделение теплового движения на две компоненты - на высокочастотное (равновесное) движение и на низкочастотное (неравновесное) движение, связанное с динамическими переходными процессами при генерации дефектов (акустическая эмиссия). В диссертации на примере квази-2D модели исследовано растяжение системы, состоящей из периодически чередующихся «субзерен» с различной ориентацией осей симметрии (90? границы). В другом компьютерном эксперименте при растяжении квази-2D модели с малоугловой границей (дислокационная стенка) наблюдался эффект быстрого движения границы со скоростью до 0.4 от скорости звука для данной модели. В диссертации рассмотрен альтернативный метод макроскопических частиц, с помощью которого впервые в численном варианте исследовано влияние структурных ослаблений на спектр упругих волн, возникающих при соударении двух твердых тел.Велике значення для розвитку технологій мають теоретичні методи опису і моделювання фізичних процесів, які виникають у результаті інтенсивної зовнішньої дії на тверді тіла, коли вони знаходяться у сильно нерівноважних умовах. Важливу роль у фізичних процесах, відповідальних за формування властивостей твердих тіл, грають структурні дефекти. Вони утворюють складну ієрархічну організацію твердого тіла, починаючи з атомарного рівня, наприклад, вакансії, атоми заміщення і проникнення, і таке інше і закінчуючи макроскопічним рівнем, де утворюються мікропори і мікротріщини. Зокрема, велике значення має моделювання методами молекулярної динаміки (МД) крупних статичних дефектів структури (скорочено нижче, структурні дефекти) таких, як дислокації і границі зерен в наноматеріалах [5*]. Таким чином, актуальним є побудови максимально компактного і разом з тим достатньо загального варіанту кінетики, який з єдиних позицій дозволив би моделювати різні структурні рівні твердого тіла з дефектами і який можна було б використовувати для опису таких явищ, як інтенсивна пластична деформація, автоколивальні переходи в аморфних сплавах, явище stick-slip в мастилах і т. і.Цей аналіз сучасних уявлень про структуру твердого тіла, яка крім власне кристалографічної структури, включає також ієрархію її дефектів (далі - структурні дефекти), - динамічні дефекти (фонони, нелінійні хвилі), точкові дефекти, лінійні дефекти (дислокації, дисклінації), планарні дефекти (границі зерен і субзерен) і таке інше. Виникнення піків в області високих енергій було асоційоване із зміною закону розподілу частинок по енергіях з експоненціального (крива 1, рис. Було виявлено, що в такій системі періодично (у часі) виникають дислокації, про появу яких можна судити по зламах на графіках повної внутрішньої енергії (крива 1, рис. Дефекти (дислокації), для виникнення і підтримки яких напруження безпосередньо під індентором було достатнім, в процесі руху пересуваються в область меншого напруження, недостатнього для їх подальшого переміщення, і стопоряться (рис. В процесі руху дислокації можуть міняти свій структурний стан: частину часу проводити в одному структурному стані, частину - в іншому (див. дислокацію 1 на рис.В результаті проведених досліджень вирішена важлива наукова проблема - вивчена кінетика структурних дефектів твердих тіл в умовах інтенсивної зовнішньої дії, розвинено ряд мінімалістських моделей і новий підхід до вивчення проблеми на базі молекулярної динаміки і нерівноважної термодинаміки, який дозволив встановити і поглибити модельні уявлення про процеси структурної перебудови і руйнування твердих тіл в цих умовах. Чисельне моделювання на нелінійних ланцюжках показало, що інтенсивні флуктуації не тільки можуть короткочасно виникати унаслідок випадкового поєднання фаз окремих теплових коливань, але й можуть утворювати довгоживучі солітоноподібні збудження. На базі мінімалістської моделі наступного рівня розвинена модель макроскопічних частинок, яка застосована для опису зіткнення твердих тіл і хвилевих процесів, що виникають при цьому. Розвинені мінімалістські моделі ще більш високого рівня, що описують кінетику інтенсивної пластичної деформації, явища stick-slip в надтонких мастилах, автоколивальні переходи між аморфним і нанокристалічним станами в аморфних сплавах, гістерезисні явища в ?-? переходах, кінетику руйнування квазікрихких матеріалів і формування зональних структур руйнування твердих тіл навколо циліндричних порожнин в умовах великого гідростатичного стиснення.