Развитие дислокационной модели высокоскоростной пластической деформации алюминия и его сплавов с медью и магнием

Проект предполагает разработку многоуровневой теоретической модели высокоскоростной пластической деформации алюминия и его сплавов с медью и магнием, описывающей пластичность как результат скольжения, генерации и размножения дислокаций. Многомасштабность модели будет состоять в комбинации континуального и атомистического уровней описания протекающих процессов. На макроскопическом уровне динамика среды будет рассматриваться в рамках формализма механики сплошной среды. Процессы в ансамбле дислокаций будут описываться на микроскопическом уровне при помощи уравнений зарождения, движения и взаимодействия дислокаций. Эти уравнения и входящие в них параметры будут получены из результатов атомистического моделирования зарождения и движения отдельных дислокаций. На уровне атомистического моделирования будет проведено исследование: 1) гомогенного зарождения дислокаций и зарождения вблизи упрочняющих включений при высоком уровне действующих сдвиговых напряжений; 2) движения дислокаций при различных уровнях сдвигового напряжения, в диапазоне от очень высоких, когда возможным становится переход дислокаций в сверхзвуковой режим движения, до умеренных, когда дислокации движутся в термо-активированном режиме. Атомистическое моделирование будет выполнено для температур от 0 K до температур плавления этих сплавов и диапазона давлений от отрицательных, вызывающих рост полостей, до давлений порядка 50 ГПа, характерных для сжатия в ударных волнах умеренной амплитуды. Выбор обозначенного температурного интервала и интервала давлений связан с необходимостью прогнозировать свойства алюминиевых сплавов, все чаще рассматриваемых как конструкционные материалы для космических аппаратов, детали которых могут испытывать воздействия экстремальных перепадов температур, а также интенсивные ударные воздействия, например, со стороны микрометеоритов. В качестве упрочняющих фаз будут рассматриваться реалистичные фазы, формирующиеся в процессе старения сплавов алюминия с медью и магнием. Применение данного подхода, объединяющего в единую модель широкий круг возможных дислокационных процессов, определяет научную новизну проекта и должно обеспечить работоспособность модели в широком диапазоне скоростей деформаций, температур и давлений для различных фазовых состояний сплавов. Актуальность исследований связана с развитием экспериментальных методов получения сверхвысоких скоростей деформации и возросшим в последние годы интересом к поведению предлагаемых к исследованию в рамках проекта сплавов при динамическом нагружении. Проект предполагает также численные исследования динамического деформирования этих сплавов алюминия с медью и магнием в широком диапазоне температур от криогенных до температур плавления при различных условиях нагружения (давлении) и различном фазовом составе, которые будут проводиться на основе разработанной многоуровневой модели. На основе проведенных континуальных расчетов будут определены динамические сдвиговые прочности этих сплавов для широкого круга скоростей деформации, температуры и давления. Построенная и апробированная модель далее будет внедрена в распространенный пакет конечно-элементного моделирования, что позволит в дальнейшем использовать результаты проекта для прогнозирования отклика реальных изделий на динамические нагружения.