НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МНОГОУРОВНЕВОГО ПОДХОДА К МОНИТОРИНГУ, ОЦЕНКЕ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ДИАГНОСТИКЕ ПРЕДРАЗРУШЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД И МЯГКОЙ МАТЕРИИ (SOFT MATTER) (промежуточный отчет за 2017 год)

Объект исследования - научные основы диагностики состояния нагруженных структурно-неоднородных сред. В работе в рамках методологии физической мезомеханики, в основе которой лежит многоуровневый подход к анализу процессов деформации и разрушения, а также использование различных методов in situ регистрации процессов деформации и разрушения, в том числе с помощью тонкопленочных наноструктурных чувствительных элементов, проведены экспериментально-теоретические исследования деформационного поведения гетерогенных материалов, включая тонкие пленки, сварные соединения стали и алюминиевого сплава, наполненные полимерные композиты, а также армированные углепластиковые панели. Цель исследования - разработка методов и количественных критериев, позволяющих оценивать механическое состояние структурно-неоднородных сред в условиях внешних воздействий, а также развитие теоретических и экспериментальных подходов к созданию композиционных материалов, обладающих повышенными физико-механическими характеристиками. Методология проведения исследований основана на использовании методов компьютерного моделирования и экспериментального изучения структуры, свойств и деформационного поведения структурно-неоднородных материалов. Разработаны алгоритмы, обеспечивающие повышение точности и устойчивости вычисления оптического потока и компонент деформации, которые протестированы на модельных и экспериментальных изображениях. Предложены феноменологические модели развития деформационных процессов в структурно-неоднородных средах. Исследованы механизмы деформации и разрушения тонких пленок и покрытий на податливых подложках при триботехническом нагружении. Установлены количественные показатели и длительности характерных стадий деформации и разрушения на мезо- и макроуровне сварных соединений при многоцикловой усталости. Проведены исследования по разработке гибридного дискретно-континуального подхода возбудимых клеточных автоматов для моделирования зарождения и роста новых фаз и зёрен в поликристалле. Развит единый подход к моделированию деформационных, теплофизических, электрофизических характеристик дисперсно-наполненного композита, основанного на решении краевых задач теории упругости, теплопроводности, электростатики, электропроводности. Выполнены исследования в области разработки экструдируемых, износостойких, твердосмазочных полимерных композитов на основе СВМПЭ для фидстоков для 3D-печати.Проведены исследования, направленные на повышение чувствительности метода корреляции цифровых изображений путем предобработки серий оптических изображений и применения взвешенной меры подобия при построении векторных полей. Предложен подход к разработке многомасштабного метода исследования деформации и разрушения конструкционных металлических материалов по данным ультразвукового контроля с применением Лэмба и корреляции цифровых изображений. Выполнены исследования по применению метода цифровой ширографии для обнаружения дефектов композиционных материалов на основе углеродных волокон. Важнейшим результатом проекта в целом следует считать развитие метода и оборудования для ширографического обнаружения дефектов, образовавшихся в углепластиковых образцах, подвергнутых ударному нагружению; результаты исследований монолитных образцов, трехслойных сотовых углепластиковых панелей и конструктивно-подобных монолитных образцов с алюминиевыми накладками, содержащих ударные повреждения. Показано, что ширографическая система достаточно чувствительна, чтобы обнаруживать ударные дефекты типа расслоений для монолитных образцов и отрывов сот от обшивок для сотовых композитов. Помимо неоднородностей, вызванных наличием ударных дефектов, на полях относительной разности фаз наблюдаются прямые линии, возникающие вследствие укладки внахлест стыков углеродных лент внутри композита, а также характерная текстура на сотовых композитах, связанная с неоднородной деформацией обшивок, приклеенных к сотовому наполнителю. Выявленные механизмы деформации и разрушения тонких пленок и покрытий на податливых подложках при триботехническом нагружении являются основой для разработки методических рекомендаций по проектированию тонкопленочных структур и многослойных композитов для применения в машиностроении и радиоэлектронике.