Многоуровневое моделирование с описанием изменения структуры материалов как необходимый этап разработки современных технологий горячего и сверхпластического формования

Эксплуатационные свойства изделий определяются главным образом состоянием внутренней структуры материала. В связи с этим для совершенствования существующих и разработки новых технологий формования изделий из металлов и сплавов необходимы модели материалов, позволяющие описывать изменение их структуры. Поэтому сегодня одним из доминирующих направлений в механике материалов является развитие ориентированных на решение данной проблемы многоуровневых конститутивных моделей материалов. В силу сложности данной научной области, находящейся на стыке нелинейных механики и физики деформируемого твердого тела (мезомеханики), а также материаловедения, остается острой потребность в развитии аппарата многоуровневых моделей путем включения в них физически обоснованного описания наиболее значимых взаимодействующих физических механизмов сложных нелинейных процессов. Так, не удалось найти в научной литературе многоуровневых конститутивных моделей, содержащих явное описание всех значимых взаимодействующих механизмов при горячем и сверхпластическом деформировании, при переходах между режимами деформирования. Безусловная актуальность создания таких моделей для цифрового проектирования технологий на основе сверхпластического формования обусловлена возможностью изготовления при их применении металлических деталей сложной формы без сварных швов, обладающих высокой прочностью в условиях эксплуатации вследствие малого размера зерен. Проект является развитием цикла исследований, ранее выполненных коллективом авторов. Базовый задел отражен в объемной монографии [Трусов П.В., Швейкин А.И. Многоуровневые модели моно- и поликристаллических материалов: теория, алгоритмы, примеры применения. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2019. – 605 с.; библ. 1005 источников, рецензенты: академик РАН Б.Д. Аннин, академик РАН В.Е. Панин] и более поздних публикациях (контекстные ссылки представлены в тексте заявки). Проведение экспериментальных испытаний и материаловедческих исследований будет осуществляться под курированием известных профильных специалистов д.ф.-м.н. В.Э. Вильдемана и д.т.н. С.А. Оглезневой. Целью Проекта является создание и эффективное практическое применение инструментария многоуровневого моделирования для разработки и совершенствования современных технологий горячего и сверхпластического формования изделий, включая предварительную подготовку материала методами интенсивной пластической деформации. Основные задачи Проекта: 1) Модификация многоуровневых конститутивных моделей алюминиевых сплавов, включающих описание сверхпластичности и переходных режимов, путем детального учета динамической рекристаллизации, зернограничного проскальзывания и взаимодействия дефектных субструктур, обобщения моделей на случаи повышенных температур и произвольного изменения температурно-скоростных условий. (2025-2026 г.) 2) Экспериментальные механические и материаловедческие исследования алюминиевых образцов при различных условиях нагружений (с различными температурой и скоростью деформации, с их изменением, при сложном нагружении, в том числе при горячем и сверхпластическом деформировании) для идентификации и верификации моделей. (2025-2026 г.) 3) Экспериментальные механические и материаловедческие исследования неоднородного деформирования изделий. Численное исследование с помощью разработанного аппарата технологических процессов сверхпластического и горячего формования изделий из алюминиевых сплавов. (2026-2027 г.) 4) Формулировка предложений по улучшению технологических процессов горячего и сверхпластического формования. Регистрация патентов, внедрение предложений на производстве. (2026-2027 г.) В мировой литературе не приводится моделей с указанными возможностями, поэтому созданный в результате выполнения проекта цифровой инструментарий, позволяющий совершенствовать существующие и проектировать новые технологические процессы горячего и сверхпластического формования, будут обладать новизной мирового уровня.