Лаборатория нелинейной механики ме...

Лаборатория нелинейной механики метаматериалов и многоуровневых систем

Руководитель

Смолин Игорь Юрьевич

Доктор физико-математических наук, доцент
Email: smolin@ispms.tsc.ru
Тел.: (382-2) 286-875

Подробнее


Краткая историческая справка о подразделении

Лаборатория организована в декабре 2018 года как молодежная лаборатория в рамках Национального проекта «Наука». В ее состав включены молодые (до 39 лет) сотрудники, занимавшие ранее должности инженеров в ИФПМ СО РАН, ассистентов в Национальном исследовательском Томском политехническом университете, аспиранты Национального исследовательского Томского государственного университета и ИФПМ СО РАН.

Области исследований, направления фундаментальных исследований

Основной тематикой исследования лаборатории является создание научных основ нелинейной механики метаматериалов и динамики многоуровневых систем в интересах опережающего развития передовых производственных технологий и разработки перспективных мультиматериалов с иерархической структурой, в том числе, медицинского назначения.

Направления исследований: нелинейная механика метаматериалов, динамика многоуровневых систем, многоуровневый динамический анализ материалов и конструкций, связанные термо-механо-химические процессы при создании новых материалов, математическое и компьютерное моделирование

Задачи, решаемые в рамках этих направлений
-
создание научных основ нелинейной механики метаматериалов и динамики многоуровневых систем в интересах опережающего развития передовых производственных технологий;

- разработка связанных термо-механо-химических компьютерных моделей для определения параметров технологических процессов получения многокомпонентных 2D и 3D материалов (включая метаматериалы) с заданными сочетаниями механических, теплофизических и физико-химических свойств.

Состав подразделения

Общая численность 14 сотрудников, в том числе:
- 2 доктора наук,
- 5 кандидатов наук,
- 8 молодых сотрудников (до 35 лет).

Список штатных сотрудников

1. Смолин Игорь Юрьевич, заведующий лабораторией, главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук, доцент, smolin@ispms.ru

2. Анисимова Мария Александровна, младший научный сотрудник

3. Ахметов Аян Жанатович, младший научный сотрудник

4. Ахметшин Линар Ришатович, младший научный сотрудник

5. Букрина Наталья Валерьевна, младший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

6. Зимина Валентина Алексеевна, младший научный сотрудник

7. Казанцева Екатерина, младший научный сотрудник

8. Князева Анна Георгиевна, главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук, профессор, Email: anna-knyazeva@mail.ru

9. Крюкова Ольга Николаевна, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

10. Маслов Алексей Леонидович, младший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

11. Парфенова Елена Сергеевна, младший научный сотрудник

12 Суханов Иван Иванович, младший научный сотрудник

13. Чепак-Гизбрехт Мария Владимировна, научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

14. Чумаков Юрий Александрович, научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

Проекты, гранты, договора

Проекты госзадания в программах фундаментальных исследований СО РАН:

FWRW-2021-0003 «Научные основы инженерии иерархических структур в поверхностных слоях и покрытиях методами высокоэнергетических электронно-ионно-пучково-плазменных воздействий для создания инновационных металлических материалов» (руководители В.П. Сергеев, Л.Л. Мейснер).

FWRW-2021-0007 «Научные основы создания функциональных покрытий и объемных наноструктурных материалов биомедицинского назначения с использованием аддитивных технологий, композиций гетерофазных наночастиц с полимерами и объемных нанокристаллических псевдосплавов» (руководители Ю.П. Шаркеев, М.И. Лернер).

FWRW-2021-0009 «Установление фундаментальных принципов создания керамических композитов с многоуровневой структурно-фазовой адаптацией, обеспечивающей высокие физико-механические характеристики и надежность в экстремальных условиях эксплуатации» (руководители С.П. Буякова, А.Ю. Смолин).

FWRW-2019-0035 «III.23.2.12. Многокомпонентные материалы и структуры, в том числе синтезируемые аддитивными методами: разработка связанных термо-механо-химических моделей, изучение функциональных свойств и особенностей механического поведения при интенсивных внешних воздействиях» (руководители И.Ю. Смолин, А.Г.Князева).

Проекты РНФ:

17-19-01425 «Изучение физических закономерностей синтеза композитных порошков на основе титана и его сплавов для модификации и формования электронно-лучевым сплавлением деталей, применяемых в авиа-космической отрасли» (руководитель А.Г. Князева).

Проекты РФФИ:

20-03-00303_а «Особенности взаимовлияния тепловых и механических процессов в условиях синтеза композитов с оксидными включениями» (руководитель А.Г. Князева).

20-21-00064_Росатом «Моделирование механохемодиффузионных явлений в поверхностных слоях и покрытиях при высокоэнергетических воздействиях» (руководитель А.Г. Князева).

Важнейшие научные результаты

1. Разработана модель кристаллизации наплавленного покрытия, учитывающая неоднородное распределение частиц и шероховатость подложки.

2. Создана модель формирования переходного слоя между включением и матрицей с учетом формирования новых химических фаз.

3. Проведена оценка эффективных свойств металломатричного композита, содержащего алмазные включения с покрытием, с учетом образования пористости.

4. Разработана двумерная математическая модель термического разложения горючих сланцев при их нагреве, позволяющая определить поля температуры, скорости течения продуктов реакции и поля концентраций.

5. Разработана неизотермическая модель начальной стадии процесса внедрения примеси в поверхность материала, учитывающая конечность времен релаксации потоков тепла и массы, а также взаимодействие механических волн и волн концентрации внедряемой примеси. Взаимодействие указанных волновых процессов приводит оказывает существенное влияние на распределений деформаций, температуры и концентрации примесей.

6. Выявлено, что эффект Соре влияет на массоперенос легирующих элементов в условиях поверхностного нагрева материала потоком заряженных частиц, при локальном нагреве соединяемых материалов.

7. Изучено влияние соотношения теплофизических и диффузионных свойств на характер распределения легирующих элементов в условиях термообработки. Дана оценка механических напряжений, возникающих в диффузионной зоне.

8. Сформулированы и решены частные задачи зернограничной диффузии в условиях стационарного и нестационарного нагрева. Исследовано влияние формы зерна на эффективный коэффициент диффузии. Исследовано влияние диффузионных параметров на характер распределения концентрации диффузанта.

9. Предложены модификации метода рифления прессованием, расширяющие номенклатуры сплавов способных претерпевать структурные изменения с одновременным улучшением физико-механических свойств.

10. Получены данные о влиянии зеренной структуры, модифицированной методами интенсивной пластической деформации, на механические свойства листового проката легких конструкционных сплавов.

11. На основе экспериментальных данных предложена дисклинационная модель границ зерен в нанокристаллических металлических материалах. Обнаружено, что максимальные величины главных компонент тензора напряжений достигаются в плоскостях залегания дисклинаций величин порядка E/25. Показано, что характерной особенностью распределения удельной упругой энергии дисклинационной структуры границ являются локальные энергетические максимумы, которые могут быть причиной физического уширения границ нанозерен.

12. Разработаны структурные и физико-математические модели для анализа механического поведения пористых керамических материалов на мезоуровне при разных условиях нагружения.

Важнейшие публикации

1. Krylova T.A., Chumakov Yu.A. Effect of refractory modifiers on the structure of coatings based on chromium carbide // Materials Letters. - 2021. - Vol. 294, Article 129807. - P. 1-4. DOI: 10.1016/j.matlet.2021.129807

2. Букрина Н.В. Влияние зависимости коэффициента теплопроводности от температуры на физические закономерности объемного синтеза интерметаллида // Известия ВУЗов. Физика. - 2021.- Т. 64, № 3. - С. 33-39. DOI: 10.17223/00213411/64/3/33

3. Knyazeva A.G. Application of Irreversible Thermodynamics to Diffusion in Solids with Internal Surfaces // Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics.- 2020. - V. 45. - P. 401-417. DOI: 10.1515/jnet-2020-0021

4. Bukrina N.V., Knyazeva A.G. Influence of inert particles on the dynamics of controlled synthesis of a composite in cylindrical reactor with thick walls // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2020. - Vol. 152. - Article 119553. - P. 1-12. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119553

5. Anisimova M.A., Knyazeva A.G., Sevostianov I. Evolution of the effective elastic properties of metal matrix composites during the synthesis // International Journal of Engineering Science. - 2020. - Vol. 153. - Article 103307. - P. 1-9. DOI: 10.1016/j.ijengsci.2020.103307

6. Krylova T.A., Chumakov Yu.A. Fabrication of Cr-Ti-C composite coating by non-vacuum electron beam cladding // Materials Letters. - 2020. - V. 274. - Article 128022. -P. 1-4. DOI: 10.1016/j.matlet.2020.128022

7. Chepak-Gizbrekht M.V., Knyazeva A.G. Grain-boundary diffusion modeling in a microstructural material // Computational Material Science. - 2020. - V. 184. - Article 109896. -P. 1-10. DOI: 10.1016/j.commatsci.2020.109896

8. Chepak-Gizbrekht M.V. Thermodiffusive Mechanism of Mechanical Stress Development Near the Boundary Between Materials with Differing Rheological Properties // Russian Physics Journal. - 2020. - Vol. 62, No. 9. - P. 1558-1564. DOI 10.1007/s11182-020-01876-0

9. Bukrina N.V., Knyazeva A.G. Two-Dimensional Model of High-Temperature Synthesis of an Intermetallic in the Regime of Dynamic Thermal Explosion // High Temperature Material Processes. - 2020. - Vol. 24. - P. 65-79. DOI: 10.1615/HighTempMatProc.2020033859

10. Крылова Т.А., Чумаков Ю.А. Энергетические параметры электронного пучка, структура композиционных покрытий и их механические свойства // Известия ВУЗов.Физика. - 2020. - Т.63. - №5. - С. 32-37. DOI:10.17223/00213411/63/5/32

11. Букрина Н.В., Князева А.Г. Влияние инертных частиц на физические закономерности объемного синтеза композита // Известия вузов. Физика. - 2020. - Т.63. - № 7. - С. 52-58. DOI:10.17223/00213411/63/7/52

12. Анисимова М.А., Князева А.Г. Оценка напряжений и деформаций в процессе формирования переходного слоя между частицей и матрицей // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. - 2020. - №. 63. - С. 60-71. DOI 10.17223/19988621/63/6

13. Chumakov Yu.A., Knyazeva A.G. Effect of tension, compression and shear on the formation of a composite of Ni3Al with refractory inert inclusions // Composites: Mechanics, Computations, Applications: An International Journal. - 2020 - Vol. 11. - №1. - P. 39-56. DOI: 10.1615/CompMechComputApplIntJ.2020031162

14. Akhmetshin L.R., Smolin I.Yu. Influence of unit cell parameters of tetrachiral mechanical metamaterial on its effective properties // Nanoscience and Technology an International Journal. - 2020. - Vol. 11. - №3. - P. 265-273. DOI: 10.1615/NanoSciTechnolIntJ.2020033737

15. Зимина В. А. Экспериментальное исследование структуры, упругих и прочностных характеристик пористой корундовой керамики // Вестн Том. гос. ун-та. Математика и механика. 2020. № 67. C. 117-126. DOI: 10.17223/19988621/67/11

16. Mikushina V.A. The features of fracture processes of the ceramic composite // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1527. - P. 012022-1-012022-5. DOI: 10.1088/1742-6596/1527/1/012022

17. Mikushina V.A., Smolin I.Y., Sidorenko Y.N. Study of effect of damage accumulation on stress distribution parameters in mesovolume of biocomposite and its performance characteristics//Inorganic Materials: Applied Research. - 2019. - Vol. 10. - P. 66-69.

18. Eremin M., Kulkov A., Smolin I., Mikushina V. Investigation of Failure Mechanism of Al2O3 Specimens Subjected to Three-Point Bending Test // Frattura ed Integrità Strutturale. 2019. - Vol. 50. - P. 38-45 DOI: 10.3221/IGF-ESIS.50.05

19. Knyazeva A.G., Kryukova O.N., Maslov A.L. Peculiarities of reaction diffusion in the transition zone between titanium nickelide substrate and silicon coating under electron flux action // Nanoscience and Technology: An International Journal. - 2019. - V.10 (3). DOI: 10.1615/NanoSciTechnolIntJ.2019031226

20. Knyazeva A.G., Kryukova O.N., Maslov A.L. Modeling of transient zone formation between thin film from Si or Ta deposited on TiNi under action of low energy electron beam // Mater. Res. Express. - 2019. - Vol. 6. - Article 1065g5. - P. 1-11 https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab41a5

21. Suhanov I.I., Ditenberg I.A., Tyumentsev A.N. A theoretical investigation of special aspects of nonequilibrium disclinational-type boundaries in crystalline materials // Russian Physics Journal. - 2019. -- Vol. 61, № 10. - P. 1876-1881.

22. Микушина В.А., Смолин И.Ю. Численное моделирование деформирования и разрушения пористой алюмооксидной керамики на мезоуровне // Вестн. Том. гос. ун-та. Математика и механика. - 2019. - №. 58. - С. 99-108. DOI: 10.17223/19988621/58/8

23. Чепак-Гизбрехт М.В. Моделирование зернограничной диффузии в условиях не-стационарного нагрева // Вычислительная механика сплошных сред. - 2019. - Т. 12, № 1. - С. 57-66.

24. Парфенова Е.С., Князева А.Г. Неизотермическая механодиффузионная модель начальной стадии процесса внедрения потока частиц в поверхность мишени // Вычислительная механика сплошных сред. - 2019. - Т. 12. - №1. - С. 36-47.

25. Макаров П.В., Бакеев Р.А., Смолин И.Ю. Моделирование локализованной неупругой деформации на мезоуровне с учетом локальной кривизны кристаллической решетки в рамках несимметричной теории Коссера // Физическая мезомеханика. - 2019. - Т. 22. - № 4. - С. 29-38.

26. Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А., Суханов И.И., Дмитриев А.И., Псахье С.Г. Нанодиполи частичных дисклинаций и механизм локализации деформации наноструктурных материалов в упругой области // Известия ВУЗов. Физика. - 2019. - Т. 62, № 6. - С. 37-46.

27. Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А., Суханов И.И. Недислокационные механизмы локализации деформации в нанокристаллах никеля в процессе деформации кручением на наковальнях Бриджмена // Известия ВУЗов. Физика. - 2019. - Т. 62, № 8. - С. 5-13.

28. Крылова Т.А., Чумаков Ю.А., Домаров Е.В., Корчагин А.И. Фрактографический анализ разрушения композиционных покрытий после испытаний на изгиб // Известия ВУЗов.Физика. - 2019. - Т.62. - №9. - С.15-19.

29. Maslov A.L., Knyazeva A.G., Martemyanov S.M. A two-phase model of shale pyrolysis // Fuel. - 2018. - Vol. 228. - P. 132-139.

30. Микушина В.А., Смолин И.Ю., Сидоренко Ю.Н. Изучение влияния накопления повреждений на параметры распределения напряжений в мезообъеме биокомпозита и его эффективные свойства // Материаловедение. - 2018. - № 4. - С. 16-19.

31. Парфенова Е.С., Князева А.Г. Начальная стадия формирования переходного слоя между пленкой и подложкой при нагреве сильноточным электронным пучком // Вестн. Том. гос. ун-та. Математика и механика. - 2018. - № 54. - С. 103-117. DOI: 10.17223/19988621/54/9

32. Tyumentsev A.N., Ditenberg I.A., Suhanov I.I. Special Features of Strain Localization and Nanodipoles of Partial Disclinations in the Region of Elastic Distortions // Russian Physics Journal. - 2018. - Vol. 60, № 10. - P. 1832-1836.

33. Чепак-Гизбрехт М.В., Князева А.Г. Влияние эффекта Соре на перераспределение легирующих элементов между покрытием и подложкой в условиях внешнего нагрева // Инженерно-физический журнал. - 2018. - Т. 91, № 2. - С. 283-296.

34. Чепак-Гизбрехт М.В. Моделирование диффузии в объеме и по границам в условиях электронно-лучевого нагрева // Известия вузов. Физика. - 2018. - Т. 61, № 8/2. - C. 141-144.

35. Chepak-Gizbrekht M.V., Knyazeva A.G. Influence of Soret Effect on Redistribution of Alloying Elements Between the Coating and Substrate Under Conditions of External // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2018. - Vol. 91, Iss. 2. - P. 265-277. DOI: 10.1007/s10891-018-1746-7.

Связь с вузами

И.Ю. Смолин является профессором кафедры прочности и проектирования физико-технического факультета Томского государственного университета, читает курсы «Методы компьютерного моделирования структуры и свойств материалов», «Механика биологических жидкостей», является научным руководителем 3 аспирантов ТГУ.

М.А. Анисимова и Е.С. Парфенова являются ассистентами Отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ.

Сотрудники лаборатории выполняют совместные исследования с профессорско-преподавательским составом и руководство научно-исследовательской работой студентов кафедр Прочности и проектирования и Механики деформируемого твердого тела Физико-технического факультета ТГУ, а также Отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ.

Общественное признание

М.А. Анисимова - стипендиат Правительства Российской Федерации для аспирантов, обучающихся по приоритетным направлениям модернизации и технологического развития экономики России (2016-2018 гг.)

Л.Р. Ахметшин - стипендиат Правительства Российской Федерации для студентов, осваивающих образовательные программы высшего образования в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, находящихся в ведении Министерства науки и высшего образования РФ (2018-2019 гг.), стипендиат Правительства Российской Федерации для аспирантов, обучающихся по приоритетным направлениям модернизации и технологического развития экономики России (2020-2021 гг.), стипендиат Президента Российской Федерации и Правительства Российской Федерации для аспирантов, обучающихся по направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития экономики России (2021 г)

В.А. Зимина (Микушина) - стипендиат Президента Российской Федерации и Правительства Российской Федерации для аспирантов, осваивающих образовательные программы высшего образования в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, находящихся в ведении Министерства науки и высшего образования РФ (2019-2020 гг.), стипендиат Правительства Российской Федерации для аспирантов, обучающихся по образовательным программам, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития экономики России (2019-2020 гг.)

Назад