Многоуровневое моделирование процессов разрушения повреждающихся конструкционных материалов с фазовыми переходами

С позиций современной физики и термодинамики фазовых переходов уточнен механизм низкотемпературного вязко-хрупкого перехода в повреждённых поликристаллических материалах с ОЦК-решеткой, претерпевающих фазовый переход II или более высокого порядка, когда на субмикроскопическом уровне процессы нагромождения дислокаций в отдельных плоскостях скольжения, как на большеугловых границах зерен, так и на включениях, микропорах, полях напряжений, приводит к возникновению зародышевой микротрещины. Произведен многоуровневый расчет разрушения фиброльда, композиционного материала на основе ледовой матрицы. Расчёт на макроуровне произведен на КЭ-комплексе ANSYS, с применением промежуточных вычислений роста макротрещины с помощью алгоритма SmartCrack, и на микроуровне посредством стохастической модели роста микротрещин. Выявлено удовлетворительное согласие с экспериментальными результатами. Показано, что введение в состав бетонных смесей оксида графена и флэш-графена является перспективным направлением для улучшения теплотехнических и механических характеристик бетона. Благодаря высокой теплопроводности и способности укреплять микроструктуру материала, эти добавки способствуют повышению прочности и долговечности бетонных конструкций, а также существенно снижают теплопотери. На основе исследований образцов из стали бандажа локомотивного колеса после эксплуатации в экстремальных климатических условиях Центральной Якутии методами испытаний на ударный изгиб и сканирующей туннельной микроскопии поверхностей разрушения выявлен микромеханизм вязко-хрупкого перехода и определена критическая температура хрупкости, зависящая от степени накопленных повреждений. Оценка шероховатости поверхности разрушения образцов, испытанных на ударный изгиб при температуре -60°С, и результаты их фрактального анализа в зоне долома, количественно свидетельствуют об уровне неоднородности, и позволяют провести сравнительный анализ с субмикронным разрешением, основные выводы по которому согласуются с экспериментальными измерениями in situ тензоров градиента упругой деформации поля трещины, полученные с помощью дифракции электронов обратного рассеяния высокого углового разрешения.