ИССЛЕДОВАНИЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ФАКТОРОВ И ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ПЛАСТИЧНЫХ И ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ ВБЛИЗИ ИДЕАЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ И В МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СОСТОЯНИЯХ. РАЗРАБОТКА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРИНЦИПОВ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Интенсивные импульсные воздействия на конденсированные вещества вызы-вают различные быстропротекающие процессы, изучение которых имеет суще-ственное научное и практическое значение. Недостаток фундаментальных знаний о механизмах и кинетических закономерностях этих процессов и потребность про-гнозирования действия импульсных нагрузок, ударных и взрывных волн, взрыва, импульсных лазерных, пучковых и других интенсивных воздействий на материалы, конструкции и природные объекты обусловил необходимость и актуальность дан-ных работ. Целью данной работы является получение новых научных результатов мирового уровня по теме «Исследование определяющих факторов и основных за-кономерностей деформирования и разрушения пластичных и хрупких материалов, в том числе вблизи идеальной прочности и в метастабильных состояниях. Разра-ботка фундаментальных принципов получения новых материалов» (номер государ-ственной регистрации ГР АААА-А-19-119030590034-7) в соответствии с утвер-жденным планом НИР ОИВТ РАН на 2019-2021 гг. В практическом плане результа-ты исследований могут быть использованы для разработки новых технологий полу-чения новых материалов, решения задач безопасности, в том числе – сейсмической безопасности, а также для создания новой оборонной техники. Объектами экспериментальных и теоретических исследований в 2021 г. были металлы и сплавы, пористые и гетерогенные среды, смеси твердых окислителей и металлов, различные модификации углерода. Для реализации целей работы в 2021 г. был выполнен цикл эксперименталь-ных и теоретических исследований. Проведено исследование прочностных характеристик различных твердых ма-териалов при динамических импульсных воздействиях. Расширен диапазон состоя-ний, экспериментально доступных для описания процессов высокоскоростной де-формации и разрушения твердых тел. По новым методикам проведены ударно-волновые эксперименты при нормальной и повышенной температурах. В 2021 г. на примере экспериментальных данных по отражению упругопластической волны ударного сжатия от поверхности пластины из стали или алюминиевого сплава об-суждаются условия и закономерности формирование переотраженной упругой волны. Показано, что возможность ее образования, а также ее амплитуда и затуха-ние связаны с релаксационными свойствами материала в состоянии перед пласти-ческой ударной волной. Для моделирования многофазных реагирующих течений в трещиновато-пористой среде с химически активным скелетом, впервые в рамках формализма двух масштабных асимптотических разложений получена осредненная модель двухфазного реагирующего течения в неоднородной среде с периодической мик-роструктурой и химически активным скелетом. С применением методов математи-ческой теории усреднения построена модель двухфазного течения с фазовым пре-вращением газовых гидратов в блочно-трещиноватой пористой среде, состоящей из системы проводящих трещин и насыщенных газовым гидратом пористых блоков. В результате проведенных исследований обнаружена неустойчивость реагирующих течений в блочно-трещиноватой пористой среде с химически активным скелетом, сопровождающихся выделением газовой фазы. Проедено исследование процессов в различных фазах углерода при импульс-ном нагреве лазерным излучением. Изучена фрагментация метастабильного алмаза в области сверхвысоких температур и фазовые равновесия метастабильного алмаза с другими метастабильными фазами. Впервые экспериментально показана дости-жимость границы области существования метастабильного алмаза в области высо-ких параметров. Предложена модель фрагментации при растяжении метастабиль-ного алмаза, нагретого до сверхвысоких температур, предполагающая образование в объеме растянутого алмаза системы перколяционных каналов из сжатого графита и их плавление при параметрах метастабильного продолжения линии плавления графита ниже тройной точки графит-жидкость-пар Проведено экспериментальное изучение импульсного электроискрового ини-циирования реакции в механоактивированных смесях окислитель-горючее. Опре-делены закономерности процессов воспламенения и горения термитной смеси в за-висимости от геометрических и энергетических условий инициирования химиче-ской реакции в объеме разряда. Найдены зависимости периода индукции, времени завершения воспламенения и начальной скорости фронта реакции от плотности энергии в искровом разряде. При искровом разряде на границе образца смеси с воздухом показано влияние геометрии электродов, энергии разряда и пористости смеси на скорость образования облака продуктов горения. С целью развития лабораторных методик исследования сейсмических процес-сов в земной коре модернизирована система измерения акустической эмиссии в межблочной контактной зоне пружинно-блочной модели сейсмогенного разлома земной коры с целью изучения чувствительности зоны кластеризации микросей-смичности к внешним флюидным и электрическим триггерным воздействиям. Ло-кация источников акустической эмиссии (аналогов микросейсмичности) выполнена за счет регистрации акустических сигналов от датчиков, равномерно распределен-ных по длине модельного разлома земной коры. Установлено, что инициирование лабораторного "землетрясения" наиболее эффективно проявляется при флюидном или электрическом воздействии только на зоны кластеризации акустической эмис-сии. Для проявления триггерного эффекта при воздействии на зоны затишья акусти-ческой эмиссии интенсивность триггера должна быть на 1-2 порядка выше. Полу-ченные результаты являются основанием для выделения областей возможного воз-никновения сильного землетрясения, чувствительных к внешнему электромагнит-ному воздействию вследствие вариаций параметров космической погоды при сол-нечных вспышках и геомагнитных бурях, с целью проверки возможности кратко-срочного прогноза сейсмического события на основе физической модели ионо-сферно-литосферных связей. В рамках развития методов атомистического моделирования рассмотрена за-дача по расчету точечных дефектов в магнетите. Цель работы – построить и обос-новать теоретико-вычислительную модель в рамках метода DFT+U. В процессе ра-боты проводились расчеты в рамках теории функционала плотности с базисом плоских волн в приближении PAW-моделей электрон-ионного взаимодействия. В результате работы определена конфигурация междоузельного катиона железа с наименьшей энергией образования, проведен расчет энергии образования пары Френкеля, состоящей из обладающих наименьшей энергией изолированных желез-ных междоузлия и вакансии и сделан выбор наиболее адекватной модели кубиче-ской фазы и ее дефектов. Полученные данные могут быть использованы для моде-лирования отклика магнетита на интенсивные импульсные воздействия и предска-зания его поведения в сложных физико-химических условиях. Полученные результаты могут стать основой как для расчета различных кон-струкций, так и для разработки научных основ технологии получения новых мате-риалов, предназначенных для использования при интенсивных импульсных воздей-ствиях в широком диапазоне длительностей нагрузки и температур, а также при прогнозировании протекания сейсмических процессов в земной коре.