Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Лаборатория «Динамика и экстремальные характеристики перспективных наноструктурированных материалов»

Ли Баоцян Китай
Номер договора
075-15-2022-1114
Период реализации проекта
2022-2024

По данным на 01.12.2023

48
Количество специалистов
14
научных публикаций
2
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация
Название проекта:

Динамика и экстремальные характеристики перспективных наноструктурированных материалов

Направления исследований: Механика и машиностроение

Цели и задачи

Цель проекта:

Создание новой лаборатории по исследованию динамического поведения и экстремальных характеристик современных перспективных наноструктурированных материалов в Санкт-Петербургском государственном университете (СПбГУ), результаты исследований которой приведут к развитию фундаментальной механики в области новых разрабатываемых наноструктурированных материалов, разработке принципов создания новых материалов с заданными механическими свойствами, а также их эксплуатации при экстремальных термомеханических нагрузках, разработке фундаментальных основ для создания нормативов и стандартов оценки прочностных свойств конструкционных и медицинских материалов при экстремальных воздействиях, к созданию фундаментальных основ для оптимизации технологических процессов и определения оптимальных режимов целенаправленной деформации и разрушения этих материалов.

Задачи проекта:

  1. Выявление фундаментальных закономерностей процессов разрушения и структурных превращений в новых перспективных наноструктурированных материалах, в частности материалов, полученных с помощью комбинации методов интенсивной пластической деформации и термообработки, а также гидрогелях и покрытиях, на основе классических принципов механики сплошных сред и принципиально новых подходов к динамическому разрушению и структурным превращениям, учитывающих масштабные и структурно-временные характеристики поведения материалов.
  2. Постановка новых экспериментов и развитие имеющихся экспериментальных методов для изучения поведения инженерных и медицинских материалов, в том числе наноструктурированных материалов, нанокомпозитов и нанопокрытий при динамических нестационарных термомеханических воздействиях.
  3. Выработка рекомендаций по развитию имеющихся и созданию новых нормативов и стандартов для оценки несущей способности внедряемых в промышленность новых перспективных материалов при экстремальных режимах эксплуатации.
  4. Разработка фундаментальных основ для оптимизации технологических процессов и определения оптимальных методов целенаправленного получения физико-механических свойств перспективных наноструктурированных материалов.
  5. Повышение качества и привлекательности образовательной и исследовательской деятельности в области создания и механики новых перспективных материалов в Санкт-Петербургском государственном университете.
  6. Привлечение молодых ученых и студентов для передовых исследований и новых образовательных программ в области материаловедения, механики материалов и экстремальных состояний сплошных сред.
  7. Повышение международной репутации Санкт-Петербургского государственного университета, как основного центра российского образования и науки через взаимодействие с ведущими учеными в данной области, зарубежными научными центрами и опубликование результатов проекта в престижных международных и центральных академических журналах.
  8. Создание новой инновационной лаборатории по теме динамики и экстремальных характеристик перспективных наноструктурированных материалов, которая будет способна продолжать выполнение задач 1)-7) на передовом мировом уровне после завершения этапа 2022-2024 гг.
Практическое значение исследования

Научные результаты:

  1. Открыта фундаментальная аналогия между разрывом линейного осциллятора и динамическим разрушением твердых тел, дающая возможность простой инженерной интерпретации сложных эффектов поведения сплошных сред в экстремальных состояниях при интенсивных термомеханических воздействиях. Выявлены ключевые эффекты динамического разрыва сред, в частности, задержка разрушения и увеличение предельных напряжений системы при высокоскоростном воздействии. Учет инерциальных свойств системы помогает уловить эти эффекты и, таким образом, ясно показать и объяснить неприменимость стандартных моделей прочности при рассмотрении экстремальных нагрузок. Показано, что линейный осциллятор является простым в использовании, но функциональным инструментом интерпретации сложных эффектов быстрого разрушения, допускающим «специальное» применение к различным случаям. Математическая модель калибруется по известным экспериментальным результатам по динамическому зарождению трещин в пластинах и отколу. Продемонстрировано, что модель показывает хорошие результаты, несмотря на ее простоту и силу сделанных допущений.
  2. На основе подхода инкубационного времени построена новая модель термического разупрочнения, связанного с релаксацией напряжений, т.е. уменьшением внутреннего сопротивления деформации при повышении объемной температуры. Пластическая деформация при экстремальных скоростных воздействиях часто сопровождается явным адиабатическим ростом температуры. Развита модель термического разупрочнения металлов, подвергающихся высокоскоростным нагрузкам. Новый подход учитывает чувствительность к скорости деформации как проявление временной чувствительности материалов. Проведен всесторонний анализ разработанной релаксационной модели пластичности (RP-модель) и показано, что эта модель может быть получена на основе уравнения зависящей от времени поверхности текучести с использованием концепции инкубационного времени. На основе экспериментальных данных для стали HSLA-65, композита на основе вольфрама 93W-4.9Ni-2.1Fe и титанового сплава Ti-6Al-4V описательные возможности разработанной RP-модели сравниваются с другими определяющими моделями (феноменологическими и основанными на микромеханизмах), а также моделью искусственных нейронных сетей (ANN).

Образование и переподготовка кадров:

Защищены 4 диссертации на соискание ученой степени кандидата наук и 1 диссертация на соискание ученой степени доктора наук.

Сотрудничество:

ООО «НаноМет» (Россия)

Скрыть Показать полностью
Чжао Шисян, Петров Ю.В., Жанг Юи, Волков Г.А., Щю Зейцьян, Хуан Фэнлей
(2024) Modeling of the thermal softening of metals under impact loads and their temperature–time correspondence. Int J of Engn Science 194 (2024) 103969 https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2023.103969 Q1
Dong J, Liu G, Petrov YV, Feng Y, Jia D, Baulin VE, Li B.
(2024) Rapamycin functionalized carbon Dots: Target-oriented synthesis and suppression of vascular cell senescence. Journal of Colloid and Interface Science. 2024;660:534-44. IF=9.9, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.01.032 Q1
Dong J, Wang Q, Gu T, Liu G, Petrov YV, Baulin VE, Yuan H, Li, B.
(2024) Rapamycin functionalized carbon Dots: Target-oriented synthesis and suppression of vascular cell senescence. Journal of Colloid and Interface Science. 2024;660:534-44. IF=9.9, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.01.032 Q1
N.A. Kazarinov, A.A. Smirnov, Y.V. Petrov
(2024) Revisiting mass-on-spring model to address key dynamic fracture effects. Theoretical and Applied Fracture Mechanics Vol.132, 2024, 104470 https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2024.104470 Q1
M. Arivu, A. Hoffman, J. Poplawsky, I. Spinelli, C. Dai, R.B. Rebak, J. Cole, R.K. Islamgaliev, R.Z. Valiev, H. Wen
(2024) Influence of grain size on α′ Cr precipitation in an isothermally aged Fe-21Cr-5Al alloy, Materialia, vol. 34 (2024) 102047, https://doi.org/10.1016/j.mtla.2024.102047
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория инновационных технологий и механики разрушения (10)

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет - (СПбГМТУ)

Механика и машиностроение

Санкт-Петербург

Кашаев Николай Сергеевич

Россия

2024-2028

Лаборатория «Цифровизация, анализ и синтез сложных механических систем, сетей и сред»

Институт проблем машиноведения РАН - (ИПМаш РАН)

Механика и машиностроение

Санкт-Петербург

Фридман Эмилия Моисеевна

Израиль, Россия

Плотников Сергей Александрович

Россия

2021-2023

Научно-исследовательская лаборатория механики биосовместимых материалов и устройств

Пермский национальный исследовательский политехнический университет - (ПНИПУ)

Механика и машиностроение

Пермь

Зильбершмидт Вадим Владимирович

Великобритания, Россия

Ташкинов Михаил Анатольевич

Россия

2021-2023