Разделы сайта
Language:
 

ГК № 02.740.11.0413

Срок выполнения: 2009 – 2011

Тема: Разработка математических моделей позволяющих прогнозировать оптимальные свойства при создании и обработке композиционных и керамических материалов

Цель проекта — разработка математических моделей, позволяющих прогнозировать оптимальные свойства при создании и обработке композиционных и керамических материалов.

Для выполнения поставленной цели в ходе выполнения проекта было:

  • осуществлено развитие методов решения ряда новых неклассических задач механики контактных взаимодействий и концентрации напряжений для микро- и наноструктурированных функционально-градиентных тел;
  • разработаны новые как аналитических, так и численные методы, применимых при конструировании и создании наноструктур с экстремальными механическими характеристиками и конструкционных материалов на их основе; подтверждена эффективность этих методов
  • разработаны экспериментально-аналитические методы для исследования трибологических и термо-механических свойств микро- и наноструктурированных функционально-градиентных материалов;
  • развиты методы и алгоритмы определения эффективных свойств функционально –градиентных наноструктурных композитов, пьезокомпозитов, пьезо-керамик, пористых материалов и пен;
  • выявлена закономерность влияния сложной структуры наноматериалов на их механические и физические характеристики в условиях воздействие температур и т.п.); 
  • построены модели механического поведения сложных градиентных материалов, в том числе с учетом размерных эффектов (сочетающих в своей структуре твердые кристаллические и аморфные наноструктурные слои; микро- и нанопористые структуры, волокна и пленки, в частности с учетом градиентов деформаций и поляризации).

Основные результаты проекта:

  1. Исследовано напряженно-деформированного состояния неоднородного по глубине основания при произвольном осесимметрическом термомеханическом воздействии. Рассмотрена граничная задача для градиентного покрытия, сцепленного с однородным полупространством при заданных на его поверхности усилиях и источниках.
  2. Построено фундаментальное решение для неоднородного по глубине полупространства в общем случае, когда все пять термомеханических характеристик материала (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, коэффициенты теплоемкости, теплопроводности и теплового расширения) непрерывно и независимо друг от друга изменяются по глубине в пределах покрытия. Приведено решение задачи стационарной теплопроводности.
  3. Исследована зависимость жесткости от параметров слоя и индентора. Проведен численный анализ фундаментального решения для некоторых характерных видов неоднородности.
  4. Разработаны механические модели наноразмерных элементов. Разработаны оригинальные генетические алгоритмы и архитектура искусственных нейронных сетей применительно к задачам идентификации свойств и дефектов. Разработаны механические модели наноразмерных элементов с учетом пьезо- и флексо-электрического эффекта.
  5. Рассмотрена задача о внедрении жесткого кругового в плане штампа в неоднородное полупространство, когда его термомеханические характеристики меняются по глубине, А так же задача о внедрении выпуклого штампа в неоднородное по глубине полупространство. Сопоставлены результаты конечно-элементного анализа с результатами решения модельных задач, полученных асимптотическими и численно-аналитическими методами.
  6. Разработана схема, алгоритмы и модули конечноэлементных пакетов для моделирования функционально-градиентных материалов. Разработаны методы реконструкции дефектов в нано-структурах на основе частотного зондирования.
  7. Рассмотрена задача о кручении жестким выпуклым штампом градиентного полупространства при наличии трения и тепловыделения в зоне контакта. Найдено приближенное решение задачи о внедрении штампа в непрерывно-неоднородное по глубине полупространство, проведено исследование свойств парных интегральных уравнений поставленных задач.
  8. Разработаны методы конечноэлементного моделирования многофазных композитов, в том числе пористых материалов и пен с большим процентом пористости.
  9. Проведена реконструкция дефектов в функционально–градиентных наноструктурных композитах с помощью сочетания метода граничных интегральных уравнений, генетических алгоритмов, искусственных нейронных сетей и МКЭ. Разработаны методы определения эффективных свойств функционально градиентных материалов. Проведены расчеты по определению этих свойств.
  10. Определены условия проведения неразрушающих испытаний неоднородных покрытий. Проведен учет формы контакта. Определены механические характеристики неоднородного покрытия по результатам индентирования.
  11. Разработаны методы и алгоритмы определения полного набора совместимых материальных констант функционально-градиентных наноструктурных материалов, а так же программа компьютерной поддержки испытаний конструкций с наноструктурами. разработаны схема, алгоритмы и модули конечнооэлементных пакетов для моделировании наноразмерных диэлектриков с учетом градиентов деформаций и поляризаций. Проведены расчеты наноразмерных преобразователей энергии, оптимизации
  12. Рассмотрена задача о трещине в градиентном соединении. Проведен анализ влияния различных случаев сочетания поведения упругих характеристик (монотонно возрастающие коэффициент Пуассона и модуль сдвига; монотонно убывающие коэффициент Пуассона и модуль сдвига; различный характер монотонности модуля сдвига и коэффициента Пуассона) на напряженное состояние в окрестности вершин трещины.


 
Руководство

Руководитель НОЦ
Варавка Валерий Николаевич
д. т. н., профессор

Заведующий лабораторией ФГиКМ
Айзикович Сергей Михайлович
д. ф.-м. н

 

Назад - На главную - Наверх