III.23.2.3. Разработка научных основ синтеза и исследование свойств материалов с иерархически организованной внутренней структурой на основе оксидов, боридов, карбидов (заключительный)

Предложены новые компьютерные модели для изучения процессов деформирования и разрушения хрупких пористых материалов с различными структурами порового пространства. Результаты моделирования одноосного сжатия различных образцов показывают, что вариации значений упругого модуля для данного типа поровой структуры мал, тогда как вариации значений предела прочности и коэффициентов Пуассона значительный. Установлено, что для описания сложных поровых структур наиболее мощным и математически корректным является использование тензоров Минковского. Численным моделированием механического поведения керамических образцов при диаметральном сжатии показано, что в случае однородного образца разрушение происходит вдоль оси сжатия, в то время как для образцов с неоднородной внутренней структурой материал разделяется на фрагменты с характерным размером порядка масштаба неоднородности, а формируемая трещина обеспечивает образование крупных фрагментов разрушенного образца. Показано, что сформированная при спекании многоуровневая поровая структура оказывает существенное влияние на характер деформирования керамики при сжатии вследствие формирования многочисленных очагов разрушения и понижение масштабного уровня разрушения от макроскопического, в случае керамики с унимодальной поровой структурой, до мезо- и микромасштабного в керамике с многоуровневой поровой структурой, а керамика с многоуровневой поровой структурой имеет более высокий предел прочности и имеет особое «квазипластическое» деформационное поведение, в которой можно направленно менять эффективный упругий модуль и предел прочности. Показано, что изменения фрактальной размерности поверхности отражают стадии твердофазного спекания пористого композита, ее максимальное значение достигается при переходе от первой ко второй стадии спекания и при определенном соотношении крупных и мелких пор. Предел прочности исследуемых пористых керамических композитов от действующих микронапряжений может быть разделен на две линейных области – его возрастание с ростом микронапряжений до достижения критического значения и снижение предела прочности при дальнейшем росте микронапряжений, когда материал разрушается от одной магистральной трещины.