Статья: ВЛИЯНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ, НАГРУЖЕНИЯ И ПРУЖИННЫХ УСЛОВИЙ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА НА НОРМАЛЬНЫЕ ГОРИЗОНТАЛЬНО ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ В ГЕТЕРОГЕННОМ СЛОЕ НА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОМ ОСНОВАНИИ (2025)

Снижение удароопасности угольных пластов, склонных к внезапным выбросам породы и газа, является одной из ключевых проблем в области обеспечения геодинамической безопасности ведения горных работ. В работе представлена математическая модель гидроразрыва пород кровли как одного из ключевых методов снижения удароопасности. В качестве выемочного участка рассмотрены особенности строения свиты вмещающих пород пласта 3 шахты Алардинская Кондомского месторождения Кузнецкого угольного бассейна. На основе трехмерного конечно-разностного анализа с привлечением подхода континуальной механики накопления повреждений в работе выполнен анализ влияния расстояния между скважинами гидроразрыва на формирование эффективной сети трещин в труднообрушаемой кровле. Показано, что с изменением начального расстояния между скважинами гидроразрыва изменяется не только время формирования эффективной сети трещин, но и характер изменения расстояния между смежными областями накопленных повреждений. Проведение гидроразрыва пород кровли из забоя имеет благоприятное влияние на редуцирование опорного давления и снижение удароопасности.

Рассмотрены феноменология и природа двухуровневого (основы и вторых фаз) наноструктурирования при выполнении термомеханической обработки сложнолегированных алюминиевых сплавов, реализующей их холодную интенсивную пластическую деформацию. Обоснована важность учета и применения принципа оптимизации гетерогенности структуры, регламентирующего параметры вторых фаз сплавов, с целью контроля наноструктурирования их матрицы. Сформулирован ряд положений, которые могут послужить основой разработки критериев указанного принципа для термомеханической обработки с интенсивной пластической деформацией, обеспечивающих улучшенный комплекс свойств сплава через эффективный контроль наноструктурирования матрицы. Предложен новый подход к классификации наноструктурированных сплавов.

Проведено исследование влияния малоцикловой усталости при повышенных температурах на микроструктуру новой 10% Cr стали с низким содержанием азота и высоким содержанием бора, дополнительно легированной кобальтом, вольфрамом, молибденом и рением. После термической обработки реечная структура троостита отпуска с высокой плотностью дислокаций как внутри реечного пространства, так и в границах мартенситных реек стабилизирована частицами зернограничных карбидов М23С6 и М6С, а также карбонитридами NbX, равномерно распределенными в объеме матрицы. Средняя ширина мартенситных реек составляла 380 нм, а плотность свободных дислокаций внутри реечного пространства - 1.4 ∙ 1014 м-2. При малоцикловой усталости с увеличением амплитуды деформации от 0.2 до 1 % количество циклов до разрушения снижается на ~2 порядка, при этом вклад пластической составляющей деформации существенно увеличивается. Максимальное разупрочнение (24 %) наблюдается при температуре 650 °С и амплитуде деформации 0.6 % в середине количества циклов нагружения. После испытаний на малоцикловую усталость в структуре исследуемой стали обнаружены мелкие рекристаллизованные зерна, свободные от искажений решетки. Более того, реечная структура стали начинает трансформироваться в субзеренную структуру, при этом ширина реек и размер субзерен зависят от амплитуды деформации. Плотность свободных дислокаций практически не меняется с увеличением амплитуды деформации по сравнению с исходным состоянием, при этом плотность дислокаций в границах мартенситных реек существенно снижается с увеличением амплитуды деформации за счет снижения протяженности границ мартенситных реек. Фрактография изломов показала, что при обеих повышенных температурах испытания на малоцикловую усталость оксидные частицы выступают в качестве источников зарождения трещин.

Биосовместимые магниевые сплавы являются перспективными для применения в качестве материалов для изготовления биорезорбируемых имплантатов. Данная работа посвящена определению рациональных режимов равноканального углового прессования (РКУП) сплава Mg-8.6Zn-1.2Zr с целью формирования структурного состояния, обеспечивающего высокие характеристики прочности и коррозионной стойкости. Установлено, что один проход РКУП при температуре 400 °С позволяет достичь заметного прироста предела прочности (до 330 МПа), однако при этом ухудшается коррозионная стойкость. Анализ вкладов в предел текучести показал, что даже при высокой температуре 400 °С вклад от дислокационного упрочнения соизмерим с вкладом от измельчения зеренной структуры. Иммерсионные испытания свидетельствуют о том, что после первого прохода РКУП при 400 °С скорость коррозии в растворе Рингера достигает 9 мм/год. Было предложено провести дополнительно второй проход РКУП со снижением температуры до 250 °С, что в результате позволило сохранить предел прочности на уровне 325 МПа и поднять коррозионную стойкость до уровня, соответствующего исходному отожженному состоянию, с величиной скорости коррозии 6 мм/год. EBSD-исследования позволяют связать такое поведение с увеличением в структуре количества специальных границ типа Σ13a, Σ15b, Σ17a после второго прохода цикла РКУП.

В ряде случаев полимерные композитные материалы могут демонстрировать существенно нелинейный характер деформирования. В данной работе была исследована эффективность применения двух относительно простых моделей, учитывающих нелинейный характер деформирования тканевого композита с термореактивной матрицей. В обоих случаях было принято предположение о независимости кривой сдвига от вида напряженного состояния, а также определены границы применимости соответствующего допущения. Представлен простой алгоритм калибровки моделей, не требующий данных о поведении композитов при двухосном нагружении, который позволяет идентифицировать параметры моделей на основе стандартных испытаний на растяжение и сдвиг. Обе модели деформирования были реализованы в конечно-элементном пакете ANSYS Workbench для детального анализа напряженно-деформированного состояния полимерных композитных материалов при комбинированном нагружении. Верификацию моделей деформирования проводили по результатам испытаний образцов композита c тканевым армированием, вырезанных под различными углами к направлению основы, а также образцов композита с симметричной укладкой ±φ. Было установлено, что предложенные модели деформирования могут предсказывать нелинейный механический отклик тканевых композитов с термореактивной матрицей в условиях комбинированного нагружения с приемлемой точностью при деформациях сдвига до 5 %.

Упругие свойства ряда бинарных сплавов титана Ti-Ме (Ме = V, Nb, Mo, Ta) c объемно-центрированной структурой расчетов с использованием методов точных МТ-орбиталей в приближении когерентной способности. Показано, что константы упругости C 11 и C 12 увеличиваются с концентрацией второго компонента в сплавах β-Ti-Me, хотя последняя слабо зависит от содержания, тогда как C 44 снижается в V и Nb, но это предусмотрено для Мо и Та. Расчет плотностей электронного течения показал, что концентрационное поведение C 11 обусловлено своеобразными химическими связями со следующими соседями, что наиболее выражено при увеличении числа d-электронов данного элемента. Установлено, что для всех изученных бинарных сплавов наименьшие значения модуля Юнга могут быть обнаружены вблизи области нестабильности β-фазы, а также в направлении <100>. С ростом содержания тантала анизотропия модуля Юнга уменьшается, но тогда ее характер сохраняется, как сплавы с V, Nb и Mo, при некоторых основах второго компонента становятся практически изотропными и меняется характер анизотропии. В результате полученные характеристики упругости бинарных титановых сплавов находятся в хороших согласованиях с учетом экспериментальных и теоретических данных.

Природа неустойчивостей пластического течения θи S-типа рассмотрена в рамках концепции автоволн локализованной пластичности. Показано, что в одном и том же материале (АРМКО-железо) возможно возникновение неустойчивости деформации в виде распространения автоволн переключения или возбуждения. Автоволна переключения представляет собой равномерно движущийся при постоянном напряжении фронт локализации деформации, а автоволна возбуждения - такой же фронт, но движущийся с постоянно уменьшающейся скоростью при снижающемся напряжении. Проявление той или другой автоволн определяется температурно-скоростными условиями деформирования. Существует интервал низких температур, когда независимо от скорости деформирования реализуется только автоволна переключения, а скорость деформационного фронта экспоненциально растет с ростом деформирующего напряжения. При повышенных температурах возможно формирование автоволны возбуждения, когда происходит скачкообразное движение деформационного фронта в моменты спада деформирующего напряжения. Скорость фронта в таких условиях зависит от напряжения линейно. Показано, что скорости деформационных фронтов всегда определяются скоростями локальных деформаций на их фронтах. Установлено, что автоволна переключения (неустойчивость θ-типа) контролируется термически активируемым движением дислокаций, а автоволна возбуждения (неустойчивость S-типа) - вязким (надбарьерным) движением.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) - термопластичный высокоэффективный полимер, востребованный в биомедицине, судои машиностроении, производстве антропоморфных роботов и умных протезов. Высокоориентированные волокна на основе СВМПЭ обладают рекордной удельной прочностью и могут быть использованы для изготовления самоармированных полимерных композитов. Исследование эволюции при нагреве супрамолекулярной структуры СВМПЭ с помощью рентгеновского рассеяния позволяет прояснить механизмы, реализуемые при термомеханической деформации, в том числе при проявлении эффекта памяти формы. В данной работе лабораторная установка рентгеновского рассеяния XENOCS XEUSS 3.0 была использована для анализа наноструктуры в однонаправленном самоармированном полимерном композите на основе СВМПЭ. Были определены температурные зависимости радиуса инерции вращения и размерного фактора. Было определено, что значительные изменения этих параметров происходят в температурных диапазонах, соответствующих началу проявления эффекта памяти формы (снизу) и температуры плавления (сверху). Рассмотрена связь между анизотропной супрамолекулярной структурой материала и эволюцией двумерных диаграмм малоуглового рентгеновского рассеяния.

В настоящей работе впервые проведено исследование влияния дополнительной деформационно-термической обработки, включающей отжиг при 150 или 230 °С и дополнительную деформацию кручением под высоким давлением при комнатной температуре на 0.25 оборота, на микроструктуру, механические свойства и электропроводность сплава Al-1.17Mg-0.33Zr (мас. %) проводникового назначения в ультрамелкозернистом состоянии, предварительно сформированном обработкой кручением под высоким давлением при комнатной температуре. Показано, что дополнительная деформационно-термическая обработка при обеих температурах отжига приводит к проявлению в материале эффекта пластификации - значительному увеличению пластичности (на порядок и более) при сохранении высокой прочности на уровне 80 % от прочности сплава в состоянии до обработки. Проведено сравнение полученного эффекта с таковым для ультрамелкозернистых сплавов Al-Mg-Zr с меньшей концентрацией магния. Показано, что в результате применения деформационно-термической обработки (отжига при 150 °С и дополнительной деформации кручением под высоким давлением на 0.25 оборота) величина достигнутой пластичности уменьшается, а прочность повышается с увеличением концентрации Mg от ~0.5 до ~1.2 мас. %. Ультрамелкозернистый сплав Al-1.17Mg-0.33Zr демонстрирует более высокую термостабильность по сравнению с ультрамелкозернистыми сплавами Al-Mg-Zr с меньшим содержанием Mg. Это позволило при реализации деформационно-термической обработки использовать более высокую температуру отжига (230 °С). Установлено, что деформационно-термическая обработка, включающая отжиг при 230 °С и деформацию кручением под высоким давлением на 0.25 оборота, обеспечивает достижение наилучшего сочетания прочности (предела текучести ~380 МПа, предела прочности ~475 МПа) и пластичности (удлинения до разрушения 9 %, равномерной деформации 4 %), которое не уступает коммерческим сплавам Al-Mg с содержанием магния ~4 % после традиционной упрочняющей обработки или обработки, включающей равноканальное угловое прессование. Физические причины достижения такой комбинации свойств анализируются в сопоставлении с микроструктурными изменениями, происходящими в процессе деформационно-термической обработки.