11. Механика высокоэнергетических процессов в гетерогенных материалах

Цель проекта – конструирование металл матричных композитов и металлокерамических гетерогенных материалов. Конструирование материалов с уникальными физико-механическими свойствами осуществляется на основе построения математических моделей описания поведения гетерогенных материалов при высокоэнергетическом воздействии, разработки научных основ и технических принципов повышения физико-химических, эксплуатационных свойств функционально-градиентных материалов с помощью модифицирования материалов наноразмерными тугоплавкими соединениями, влияющими на структуру материала. В последнее время в конструктивно-компоновочных схемах защитных конструкций, работающих в широком диапазоне ударных нагрузок, активно используются различные виды композиционных материалов комбинированного строения с усиленными прочностными характеристиками. Накопленные к настоящему времени данные об изменении фазово-структурных состояний в твердых телах при нетрадиционных методах получения открывают широкие возможности создания уникальных гетерогенных структур. Перспективным направлением повышения физико-механических характеристик керамик, функционирующих в условиях динамического нагружения, представляется введение в их состав эффективной металлической связующей. Развитие технологий создания материалов с заданными свойствами, обеспечивающими их оптимальное использование в различных конструкциях, расширило применение неоднородных материалов. Возможности традиционных высокопрочных сталей и различных сплавов для применения их в качестве эффективных средств защиты против высокоскоростных ударников, особенно из высокоплотных материалов, например из сплавов на основе вольфрама, урана, тантала и др., практически исчерпаны. Анализ прочностных свойств переходных металлов и их сплавов, полученных методами традиционной металлургии, показывает, что их прочностные свойства резко снижаются при повышенных температурах. По мере увеличения скорости взаимодействия в зоне контакта «ударник – преграда» реализуются условия повышенных температур вплоть до плавления и испарения отдельных компонентов. При этих условиях соударения металлические однородные материалы в зоне контакта подвержены интенсивным пластическим деформациям и быстро срабатываются, а конструкции из них не выполняют основные защитные функции. К настоящему времени образовался разрыв между практическим применением сложных гетерогенных материалов и уровнем знаний о свойствах таких материалов при интенсивных динамических нагрузках, и появилась необходимость создавать математические модели для минимизации затрат при достижения требуемых результатов. Интенсивное развитие вычислительной техники, появление суперкомпьютеров в последние годы, делает возможным решение все более сложных задач динамики деформирования и разрушения на основе уточненных расчетных моделей, эффективных численных методов и современных алгоритмов параллельных вычислений. Это смещает центр тяжести исследований в область математического моделирования, ускорения процесса анализа и отбора вариантов, оставив за экспериментом этап финальной оценки полученного перспективного материала и конструкций на его основе. В результате выполнения исследований будут получены новые представления о термомеханических процессах, протекающих в гетерогенных средах при интенсивных динамических воздействиях. Будут разработаны математические модели поведения материалов с учетом широкого спектра физико-механических свойств, создан современный высокопроизводительный программный комплекс, позволяющий рассчитывать реальные конструкции, подвергающиеся динамическим нагрузкам. Будет проведен совместный экспериментальный и теоретический анализ структуры и фазового состава металла в зоне кристаллизации расплава, исследованы механические и эксплуатационные свойства изделий в зависимости от концентрации и химического состава нанопорошковых модификаторов. Решение этих задач может привести к созданию новых материалов с уникальными свойствами, которые будут широко использоваться в различных отраслях промышленности, включая авиацию, космическую технику, оборонную промышленность, машиностроение и другие. Практическая значимость проекта заключается в том, что его результаты могут быть использованы для разработки новых материалов с улучшенными свойствами при высокоэнергетическом воздействии. Это может привести к созданию более безопасных и эффективных продуктов в различных отраслях промышленности, а также повысить конкурентоспособность российских производителей на мировом рынке.