Исследование высокоскоростной деформации и разрушения металлов с различной кристаллической решеткой

Процессы высокоскоростной деформации и разрушения твердых тел, главным образом металлов и сплавов, являются объектами активных экспериментальных и теоретических исследований в мире. Помимо фундаментальной важности таких исследований, они необходимы для построения методик решения задач пробивания и соударения твердых тел, в частности для оценки непробиваемости корпусов двигателей, а также для прогнозирования микроструктуры материалов при высокоскоростной обработке. Скорости деформации при обработке материалов импульсными лазерами последних поколений могут достигать 10^9 с^-1. Развитие моделей механического отклика материала на динамические нагрузки существенны на этапе проектирования нового изделия или технологии процесса обработки материала, в котором необходимо учитывать изменение его микроструктуры. Недавние эксперименты показывают, что напряжение пластического течения и откольная прочность материалов при высокоскоростной деформации существенно зависят от микроструктуры материала и могут качественно отличаться от нормальных условий. Например, в металлах, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, напряжение пластического течения при высокоскоростной деформации может не убывать c увеличением температуры, как в нормальных условиях, а значительно возрастать. Для металлов, имеющих объёмно-центрированную и гексагональную решетку, аналогичного роста напряжения пластического течения с температурой не наблюдается. Как показывают последние экспериментальные данные, влияние упрочняющих факторов на сопротивление высокоскоростному деформированию и разрушению металлов и сплавов во многих случаях оказывается противоположным по знаку тому, что имеет место в обычных условиях. Так, для металлов объёмно-центрированной кубической решетки предварительная деформация приводит к снижению динамического предела упругости, в то время как в металлах гранецентрированной решетки наблюдается его значительный рост. Данный проект направлен на теоретическое исследование процессов пластической деформации и разрушения металлов при высокоскоростном деформировании. Новизна проекта заключается в рассмотрении моделей металлов, в которых имеется сформированная дислокационная структура. В статье руководителя проекта (Bryukhanov I.A. Atomistic simulation of the shock wave in copper single crystals with preexisting dislocation network. // Int. J. Plast. (2022), 151, 103171) рассматривалось импульсное нагружение кристаллов меди ориентации [111] с существующими дислокациями и был установлен рост степени затухания динамического предела упругости с плотностью дислокаций и скоростью удара, а также замедление откольного разрушения по сравнению с бездефектными кристаллами. Значительный интерес представляет развитие данного метода молекулярно-динамического моделирования на металлы других кристаллических решеток в более широком диапазоне температур. В проекте предполагается использование многомасштабного подхода, а именно, что на основе проведенных молекулярно-динамических расчетов будут разработаны модели высокоскоростного деформирования и разрушения, которые позволят изучить особенности динамического нагружения образцов в более широком диапазоне размеров образцов и параметров нагружения. Полученные результаты позволят дать интерпретацию экспериментальных результатов по влиянию температуры и деформационного упрочнения на величины динамического предела упругости и откольную прочность металлов различной кристаллической решетки.