Многоуровневое моделирование основанных на интенсивном высокотемпературном формовании технологических процессов создания функциональных материалов и изделий

Физико-механические характеристики материалов и эксплуатационные свойства изделий из них определяются состоянием внутренней структуры материала. Для совершенствования существующих и разработки новых технологий термомеханической обработки и формования изделий из металлов и сплавов необходимы модели для описания поведения этих материалов, позволяющие анализировать изменение структуры, – многоуровневые конститутивные модели. Целью развития Проекта в 2024-2026 годах является совершенствование созданных ранее в Проекте 2021-2023 годахмногоуровневых моделей для описания поведения металлов и сплавов в более широких диапазонах температурно-скоростных воздействий, а также их эффективное применение для улучшения существующих и для разработки новых технологических процессов изготовления конструкционных и функциональных материалов и изделий при термомеханической обработке. Основное внимание будет уделено горячему интенсивному пластическому деформированию, для корректного моделирования которого возникает необходимость учета множества взаимодействующих механизмов: рекристаллизации, фрагментации, внутризеренного дислокационного скольжения, ротаций решеток кристаллитов, зернограничного скольжения, диффузии. В ходе продолжения Проекта будет расширен спектр рассматриваемых условий термомеханической обработки. Также планируется применить разрабатываемый аппарат для и более широкого круга актуальных для предприятий Пермского края сплавов.В Проекте планируется решение следующих задач: комплексный учет изменяющихся температурно-скоростных условий в структуре конститутивных моделей, базирующихся на многоуровневом подходе моделирования неупругого деформирования; совершенствование многоуровневых конститутивных моделей для перспективных и востребованных промышленностью России (в т.ч. Пермского края) сплавов, ориентированных на описание изменения зеренной структуры за счет процессов рекристаллизации и фрагментации, сопровождающих горячую и холодную интенсивную пластическую деформацию; развитие конститутивных моделей для описания разрушения и анализа прочностных свойств на базе модели неупругого деформирования с учетом эволюции плотностей дислокаций; развитие методики для создания функциональных материалов и изделий, в т. ч. применение ранее разработанного аппарата оценки чувствительности отклика материала к возмущениям микроструктурных переменных различной природы с применением подхода многоуровневого моделирования; совершенствование конститутивных моделей путем явного учета в них многомасштабных физических механизмов образования зародышей рекристаллизации, фрагментации, разрушения; совершенствование программного комплекса, использующего параллельные вычисления, для решения краевых задач актуальных технологических процессов термомеханической обработки; проведение идентификации усовершенствованных многоуровневых конститутивных моделей; исследование с использованием идентифицированных моделей простых и сложных нагружений представительных объемов сплавов; моделирование актуальных технологических процессов термомеханической обработки материалов с учетом изменяющихся температурно-скоростных условий и применением усовершенствованных конститутивных моделей; применение модернизированного аппарата многоуровневого моделирования и комплекса программ для выработки рекомендаций по улучшению актуальных технологических процессов изготовления функциональных материалов и изделий, включая исследование наиболее опасных режимов технологических процессов обработки металлов и сплавов, приводящих к разрушению изделия, и прочностного анализа мест локализации деформации. В настоящее время актуальной научно-технологической проблемой является создание методами интенсивной термомеханической обработки функциональных и конструкционных материалов, функциональных изделий, обладающих максимально эффективными эксплуатационными свойствами, которые определяются состоянием внутренней структуры материала. Решение этой проблемы обеспечит существенный вклад в рационализацию недропользования через улучшение свойств используемого при разработке недр оборудования и за счет снижения интегрального объема материала заготовок, а также позволит улучшить уровень безопасности конструкций и машин. Новизной обладает развиваемый аппарат для разработки функциональных изделий с применением оценки чувствительности к возмущениям параметров термомеханических воздействий, что является важным с точки зрения безопасности эксплуатации (в критерий оптимальности технологического процесса закладывается условие его устойчивости: при малых возмущениях параметров различной природы в нем должны получаться близкие свойства получаемого изделия). В качестве материалов в Проекте планируется рассмотреть металлы и сплавы. Практическое применение разработанных в проекте моделей позволит осуществлять целенаправленную и обоснованную оптимизацию актуальных для предприятий Пермского края технологических процессов для получения функциональных материалов и изделий. В частности, разработанный аппарат планируется применить для решения практически значимых задач по оценке эффективных физико-механических свойств изделий с различным состоянием зеренной и дефектной структуры. Созданные в результате выполнения Проекта алгоритмы и программные комплексы, реализующие усовершенствованные модели при решении краевых задач, позволят оптимизировать существующие и проектировать новые технологические процессы термомеханической обработки металлов и сплавов. В качестве отраслей внедрения можно выделить металлургическую отрасль, машиностроение, авиастроение, в том числе – на предприятиях Пермского края.