«Фізична МЕЗОМЕХАНІКА МАТЕРІАЛІВ # 151;
НОВИЙ НАПРЯМОК НА СТИКУ ФІЗИКИ
І МЕХАНІКИ деформівного твердого тіла »
З доповіді академіка В. Паніна.
Ідея багатомасштабного явищ в твердих тілах при їх пластичної деформації і руйнуванні була сформульована в томської школі фізики твердого тіла як концепція структурних рівнів деформації твердих тіл. Структурні рівні деформації відносяться до класу мезоскопических масштабів. Тому в літературі їх часто називають мезомасштабної рівнями деформації. При цьому не завжди усвідомлюється, що мезоскопические підхід є принципово новою парадигмою, якісно відмінної від методології механіки суцільного середовища (макромасштабних підхід) і теорії дислокацій (мікромасштабний підхід).
Експериментальні та теоретичні дослідження мезоскопических структурних рівнів деформації привели до якісно нової методології опису деформованого твердого тіла як багаторівневої самосогласующейся системи. Створювані на різних масштабних рівнях разоріентіровать субструктури є масштабним інваріантом. Це лежить в основі побудови багаторівневої моделі деформованого твердого тіла, в якій враховується вся ієрархія масштабів структурних рівнів деформації.
Поверхневі шари і внутрішні кордони розділу грають важливу функціональну роль у зародженні деформаційних дефектів і розглядаються як самостійні мезоскопические структурні рівні деформації.
Фізика в мезомеханіке представлена розглядом структурних перетворень при зародженні деформаційних дефектів і формуванні разоріентіровать субструктур на різних мезомасштабних рівнях. У традиційних підходах теорії дислокацій і механіки суцільного середовища внесок зміни внутрішньої структури в опір пластичному перебігу до сих пір не враховувався.
Багаторівнева модель деформованого твердого тіла у фізичній мезомеханіке описується польовими рівняннями, які якісно подібні до рівнянь Максвелла в електродинаміки. Це подібність має глибокий фізичний зміст, відображаючи хвильової характер розвитку пластичної течії за схемою «зрушення + поворот».
Фізична мезомеханіка пройшла лише початковий етап свого становлення. У найближчі десятиліття найбільш актуальними напрямами робіт у галузі фізичної мезомеханікі слід вважати: розробку загальної теорії структурних фазових переходів в деформується твердому тілі на основі синергетичних уявлень нерівноважноїтермодинаміки і континуальної теорії дефектів; побудова механіки структурно-неоднорідних середовищ, адаптованої до інженерних і конструкторських розрахунків матеріалів і конструкцій; побудова фізичної мезомеханікі руйнування, розробку на її основі методів діагностики навантажених матеріалів і конструкцій на стадії передруйнування і оцінки їх залишкового ресурсу роботи; додаток методів фізичної мезомеханікі структурно-неоднорідних середовищ до проблем сучасного матеріалознавства, включаючи наноматеріали, тонкі плівки і багатошарові структури, поверхневе зміцнення і нанесення зміцнюючих і захисних покриттів, функціональні матеріали різного призначення; розробку методів моделювання та комп'ютерного конструювання матеріалів нових поколінь на основі фізичної мезомеханікі структурно-неоднорідних середовищ; додаток методів фізичної мезомеханікі до вирішення проблем геодинаміки, тектоніки, прогнозу землетрусів.
Нова парадигма фізичної мезомеханікі буде основою мультидисциплінарного підходу до вирішення актуальних проблем матеріалознавства в ряді областей науки і техніки: фізиці, механіці, хімії, електроніці, машинобудуванні, енергетиці.
Розгляд у фізичній мезомеханіке будь-якого середовища в зовнішньому полі як багаторівневої системи принципово змінює коло додатків даної науки і робить її концептуально мультидисциплінарної. Наведемо кілька прикладів.
У доповіді чл.-кор. РАН С. Олексієнко повідомлялося про нелінійних хвилях в тонких плівках рідин, що стікають по поверхні твердого тіла. Ці нелінійні хвилі виявляються як потоки рідини у вигляді подвійних спіралей. В їх основі лежить мезомеханіка взаємодії тонкої плівки поточної рідини і нерухомого твердого тіла. У мезомеханіке матеріалів показано, що якщо в поверхневому шарі твердого тіла створити наноструктуру, то при розтягуванні такого твердого тіла його наноструктуровані шари відчувають пластичне протягом також за схемою подвійних спіралей. Подібний механізм руху у вигляді нелінійних хвиль визначається мезомеханікой взаємодії тонкого поверхневого шару як в'язкої середовища і твердої кристалічної підкладки. Мезомеханіка нелінійних хвиль виявляється універсальною для багатьох явищ на поверхні, внутрішніх кордонах розділу, в тонких плівках і багатошарових матеріалах для електроніки. Даний напрямок в мезомеханіке має численні додатки в інших науках.
При навантаженні структурно-неоднорідних середовищ важливим мезоскопические рівнем деформації є рух окремих структурних елементів як цілого за схемою «зрушення + поворот». На їхніх кордонах розділу відбувається фрагментація матеріалу, яка закінчується виникненням розривів середовища. Подібні явища, що супроводжуються землетрусами, розвиваються в геологічних середовищах і описуються в геотектоніці. В даний час в Інституті геофізики СО РАН під керівництвом академіка С. Гольдина проводиться регулярний семінар по додатках фізичної мезомеханікі до проблем геодинаміки і геотектоніки.
Нарешті, закони фізичної мезомеханікі керують багатьма явищами в живих організмах. У доповіді акад. С. Багаєва повідомлялося про вихровому характер руху крові в аорті і лімфатичної рідини в лімфатичних судинах. Це явище вивчається в спільних роботах Інституту лазерної фізики і ІТПМ СО РАН. Описати вихровий рух крові і лімфатичної рідини можна тільки розглядом багаторівневої системи «потік рідини # 151; стінка судини ». У роботах ІФПМ СО РАН показано, що подібне вихровий пластичне протягом відбувається і в наноструктурних твердих тілах. При розтягуванні наноструктурних міді мезополоси локалізованої деформації поширюються по схемі «зрушення + локалізований вихор + зсув + # 133;». Така нелінійна хвиля описується системою рівнянь типу рівнянь Максвелла для поширення хвиль в дисипативної середовищі. Зазначений тип руху характерний для багатьох середовищ, в яких є джерело і необхідно забезпечити поширення потоку на великі відстані в суто дисипативної середовищі.
Звичайно, для кожної середовища характерна своя специфіка. Але є універсальні закони руху, які і в XXI столітті зберігають механіці лідируючі позиції як мультидисциплінарної науки про закони руху в навколишньому світі.