Лаборатория механики технологических процессов. Юбилейные материалы и достижения 2015–2025 к 60-летию ИПМех РАН

• Наиболее значимые результаты за 2015–2025 гг.
• Из истории лаборатории

Наиболее значимые результаты за 2015–2025 гг.

1. Развитие механики ауксетических материалов

   Выявлено свыше 450 кристаллических ауксетиков (материалов с отрицательным коэффициентом Пуассона) среди 2000 кристаллов. Развита аналитическая модель цилиндрически анизотропных нано/микротрубок из кристаллов различных кристаллических систем для описания деформаций растяжения и кручения. Впервые установлен линейный прямой и обратный эффект Пойнтинга для хиральных нано/микротрубок. Решены задачи растяжения слоистых пластин и слоистых нано/микротрубок, композитов из ауксетиков и неауксетиков. Исследованы некоторые свойства ауксетических метаматериалов при пробивании по нормали жестким сферическим ударником (совместно с лаб. механики и оптимизации конструкций и лаб. лазерных разрядов), что позволило показать большее сопротивление прониканию ударников в ауксетические метаматериалы.

   • 
     Пробивание шариком защитного покрытия
     на основе ауксетика и неауксетика.
     Скорость шарика ~280 м/с
   • 
     Пробивание шариком защитного покрытия
     на основе ауксетика и неауксетика.
     Скорость шарика ~280 м/с
   1. Гольдштейн Р.В., Городцов В.А., Лисовенко Д.С. Эффект Пойнтинга для цилиндрически-анизотропных нано/микротрубок // Физ. мезомех. 2016. Т. 19. № 1. С. 5-14. www.ispms.ru/journal/arkhiv-nomerov/432/2260/
      = Goldstein R.V., Gorodtsov V.A., Lisovenko D.S. Poynting's effect of cylindrically anisotropic nano/microtubes // Phys. Mesomech. 2016. V. 19. No. 3. P. 229-238. DOI: 10.1134/S1029959916030012
   2. Городцов В.А., Лисовенко Д.С. Ауксетики среди материалов с кубической анизотропией // Изв. РАН. МТТ. 2020. № 4. С. 7-24. mtt.ipmnet.ru/ru/Issues/2020/4/7 DOI: 10.31857/S0572329920040054
      = Gorodtsov V.A., Lisovenko D.S. Auxetics among materials with cubic anisotropy // Mech. Solids. 2020. V. 55. No. 4. P. 461-474. DOI: 10.3103/S0025654420040044
   3. Иванова С.Ю., Осипенко К.Ю., Демин А.И., Баничук Н.В., Лисовенко Д.С. Изучение свойств метаматериалов с отрицательным коэффициентом Пуассона при пробивании жестким ударником // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 5. С. 120-130. mtt.ipmnet.ru/ru/Issues/2023/5/120 DOI: 10.31857/S0572329923600366
      = Ivanova S.Yu., Osipenko K.Yu., Demin A.I., Banichuk N.V., Lisovenko D.S. Studying the properties of metamaterials with a negative Poisson's ratio when punched by a rigid impactor // Mech. Solids. 2023. V. 58. No. 5. P. 1536-1544. DOI: 10.3103/S0025654423600897
2. Биомеханика

   Разработан вариант дизайна кардиоваскулярных стентов из полилактида с ауксетическими свойствами. Исследованы изменения физико-механических характеристик, микроструктуры образцов в зависимости от времени экспозиции в модельных средах, имитирующих окружение желчных протоков и даны рекомендации по подбору модельной среды и марки полимера.

   • 
     Образец стента с ауксетическими свойствами
     из биодеградируемого материала
     на средстве доставки
   1. Легонькова О.А., Григорьев М.М., Винокурова Т.И., Маринова Л.А., Чжао А.В., Лаврентьев С.Ю., Ченцов А.В., Соловьев Н.Г., Лисовенко Д.С. Поведение линейных полиэфиров в модельных условиях желчных протоков // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2020. № 9. C. 22-28. (elibrary)
      = Legon'kova O.A., Grigor'ev M.M., Vinokurova T.I., Marinova L.A., Zhao A.V., Lavrent'ev S.Yu., Chentsov A.V., Solov'ev N.G., Lisovenko D.S. The behavior of linear polyesters in model conditions of bile ducts // Polym. Sci. Ser. D. 2021. V. 14. No. 1. P. 106-111. DOI: 10.1134/S1995421221010159
3. Механика процессов получения кристаллических материалов

   Издана монографиия с фундаментальными результатами исследований механики процессов кристаллизации из расплавов и растворов при их вращении, вибрациях, тепловой конвекции, тепловом излучении, действующих как отдельно, так и в сопряжении в соответствии с технологическими процессами. Для конкретных технологий анализируются такие явления тепло-и массообмена, как образование термиков и эффект максимума концентрационной концентрации примеси вблизи фронта кристаллизации. Особенности пластической деформации и рекристаллизации рассмотрены на основе математического моделирования и натурных экспериментов в ряде процессов получения термоэлектрических материалов.

   • 
     Монография по проблемам
     технологической механики
   • 
     Кристаллизация гептадекана при тепловой
     конвекции и вращении кристалла:
     расчетное поле изотерм и термиков
     в расплаве под кристаллом
     с вогнутым фронтом кристаллизации
     (синяя область)
   • 
     Кристаллизация гептадекана при тепловой
     конвекции и вращении кристалла:
     экспериментальное фото
     области расплава под кристаллом
     (светлая область) с вогнутым
     фронтом кристаллизации (ИТ СО РАН)
   1. Простомолотов А.И., Верезуб Н.А. Механика процессов получения кристаллических материалов. М.: НИТУ «МИСиС», 2023. 568 с. ISBN 978-5-907560-57-4. DOI: 10.61726/5600.2024.15.25.001
4. Разработка дизайна конструкций кристаллизаторов для выращивания монокристаллов из раствора

   Совместно с ИК РАН разработан дизайн проточных кристаллизаторов для выращивания из водных солевых растворов монокристаллов дигидрофосфата калия KDP для лазерной техники и смешанных кристаллов никеля и кобальта KCNSH для фотоники. Кристаллизаторы обеспечивают высокое насыщение солью раствора вблизи поверхности растущего кристалла, причем спиральный подвод раствора к растущему кристаллу KCNSH позволяет значительно снизить нежелательную радиальную неоднородность его физических свойств. Показано влияние течения раствора на скорость роста кристаллов и образование в них дефектов.

   • 
     Дизайн кристаллизаторов
     для выращивания
     монокристаллов KDP
   • 
     Дизайн кристаллизаторов
     для выращивания
     монокристаллов KCNSH
   1. Верезуб Н.А., Волошин А.Э., Простомолотов А.И. Гидродинамика и массоперенос при выращивании смешанных кристаллов из раствора // Кристаллография. 2019. Т. 64. № 6. С. 973-978. DOI: 10.1134/S0023476119060250
      = Verezub N.A., Voloshin A.E., Prostomolotov A.I. Hydrodynamics and Mass Transfer during Growth of Mixed Crystals from Solution // Crystallogr. Rep. 2019. Vol. 64. No. 6. P. 979-983. DOI: 10.1134/S1063774519060257
   2. Верезуб Н.А., Волошин А.Э., Маноменова В.Л., Простомолотов А.И. Моделирование процессов гидродинамики и массопереноса при выращивании кристаллов KDP // Кристаллография. 2020. Т. 65. № 4. С. 642-647. DOI: 10.31857/S0023476120040268
      = Verezub N.A., Voloshin A.E., Manomenova V.L., Prostomolotov A.I. // Crystallogr. Rep. 2020. Vol. 65. No. 4. P. 641-646. DOI: 10.1134/S1063774520040239
   3. Prostomolotov A.I., Verezub N.A., Vasilyeva N.A., Voloshin A.E. Hydrodynamics and mass transfer during the solution growth of the K₂(Co,Ni)(SO₄)₂•6H₂O mixed crystals in the shapers // Crystals. 2020. V. 10. No. 11. Article 982. DOI: 10.3390/cryst10110982
   4. Верезуб Н.А., Простомолотов А.И. Гидромеханика при выращивании кристаллов из водно-солевых растворов //  Вычислительная механика сплошных сред. 2022. Т. 15. № 1. С. 98-114. DOI: 10.7242/1999-6691/2022.15.1.8
5. Развитие точных и приближенных аналитических и полуаналитических методов решения краевых задач теории пластичности

   Разработан метод определения напряженно-деформированого состояния в упругопластических тонких дисках. Выполнен дизайн дисков на основе этого метода. Предложены новые рабочие функции для использования метода верхней оценки. Эти функции применяются для конкретных расчетов процессов обработки металлов давлением и расчета конструкций.

   • 
     Влияние пластической анизотропии
     на профиль равнопрочного вращающегося диска
   1. Alexandrov S. Elastic/plastic discs under plane stress conditions. Springer, 2015. 113 p. DOI: 10.1007/978-3-319-14580-8
   2. Alexandrov S., Lyamina E., Jeng Y.-R. A general stress solution in a plastic region near a traction-free boundary of arbitrary shape under plane-strain conditions // Cont. Mech. Thermodyn. 2023. Vol. 35. P. 121-139. DOI: 10.1007/s00161-022-01173-w
   3. Alexandrov S., Lyamina E., Jeng Y.-R. Application of the upper bound theorem for metal forming processes considering an arbitrary isotropic pressure-independent yield criterion with no strength differential effect // Int. J. Adv. Manufact. Technol. 2023. Vol. 126. P. 3311-3321. DOI: 10.1007/s00170-023-11312-5
   4. Lyamina E. A General axisymmetric elastic-plastic solution for an arbitrary isotropic yield criterion under plane stress // Mech. Solids. 2024. Vol. 59. No. 1. P. 541-554. DOI: 10.1134/S0025654424603100
6. Развитие метода предсказания эволюции свойств материала вблизи поверхностей с высокими удельными силами трения

   Предложен новый тип определящих уравнений, основанный на коэффициенте интенсивности скорости деформации. Разработан численный метод вычисления коэффициента интенсивности скорости деформации. Выполнена экспериментальная программа для конкретизации определяющих уравнений.

   • 
     Распределение размера зерна
     по нормали к поверхности трения
     при выдавливании алюминиевого сплава
   1. Alexandrov S. Singular Solutions in Plasticity. Singapore: Springer, 2018. 107 p. DOI: 10.1007/978-981-10-5227-9
   2. Гольдштейн Р.В., Александров С.Е. Подход к предсказанию формирования микроструктуры материала вблизи поверхностей трения при развитых пластических деформациях // Физ. мезомех. 2014. Т. 17. № 5. С. 15-20. www.ispms.ru/journal/arkhiv-nomerov/418/2101/
      = Goldstein R.V., Alexandrov S.E. An approach to prediction of microstructure formation near friction surfaces at large plastic strains // Phys. Mesomech. 2015. Vol. 18. No. 3. P. 223-227. DOI: 10.1134/S1029959915030066
   3. Alexandrov S., Jeng Y.-R., Kuo C.-Y., Chen C.-Y. Towards the theoretical/experimental description of the evolution of material properties near frictional interfaces in metal forming processes // Trib. Int. 2022. Vol. 171. Article 107518. DOI: 10.1016/j.triboint.2022.107518
   4. Alexandrov S., Kuo C.-Y., Jeng Y.-R. An accurate numerical method of solving singular boundary value problems for the stationary flow of granular materials and its application // Cont. Mech. Thermodyn. 2024. Vol. 36. P. 171-195. DOI: 10.1007/s00161-023-01269-x
7. Моделирование конечных несовместных деформаций обусловленных условиями технологических процессов

   Развита методика постановки и решения начально-краевых задач в переменной области и их приложение к моделированию эволюции напряжений в растущем термоупругом теле, поверхностный рост которого осуществляется за счет послойной наплавки. На примере модельной задачи о наращиваемом цилиндре показано, что управляемый по специальной программе индукционный нагрев окрестности поверхности роста позволяет снизить остаточные напряжения на 30%.

   • 
     Послойная наплавка на термоупругий цилиндр
     и эволюция остаточных напряжений в нём
   • 
     Эволюция радиальных перемещений
     в процессе наплавки
   • 
     Распределение интенсивности остаточных напряжений
     в растущем цилиндре с индукционным нагревом (зеленые линии)
     и без него (синии линии) при разных скоростях процесса направки

   Развиты методы математического моделирования конечных несовместных деформаций в гибких тонкостенных элементах микроэлектромеханических систем (МЭМС). Показано, что несовместные деформации, возникающие в силу особенностей технологии изготовления МЭМС, существенно влияют их жесткостные и прочностные характеристики. Предложены расчетные соотношения для различных конфигураций МЭМС, в частности, для гибких элементов динамической маски рентгенолитографических систем.

   • 
     Процесс послойного осаждения
     и эволюции остаточных напряжений,
     вызванных несовместной усадочной
     деформацией слоев
   • 
     Эволюция интенсивности
     остаточных напряжений
     в подложке и присоединенном слое
   1. Lychev S., Digilov A., Bespalov V., Djuzhev N. Incompatible Deformations in Hyperelastic Plates // Mathematics. 2024. Vol. 12. No. 4. Article 596. DOI: 10.3390/math12040596
   2. Лычев С.А. Несовместные деформации гибких пластин // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2023. Т. 165. Кн. 4. С. 361-388. DOI: 10.26907/2541-7746.2023.4.361-388
   3. Lychev S., Koifman K., Djuzhev N. Incompatible Deformations in Additively Fabricated Solids: Discrete and Continuous Approaches // Symmetry. 2021. Vol. 13. No. 12. Article 2331. DOI: 10.3390/sym13122331
   4. Lychev S.A., Fekry M. Evaluation of residual stresses in additively produced thermoelastic cylinder. Part II. Residual stresses. // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2023. Vol. 30. No. 10. P. 1991-2000. DOI: 10.1080/15376494.2022.2048324
8. Геометрические методы моделирования конечных несовместных деформаций в классической и релятивистской теориях упругости

   Развит общий подход к моделированию несовместных конечных деформаций, основанный на глобальном представлении отсчетной ненапряженной формы тела в пространстве со специальной аффинной (материальной) связностью. Отличие этой связности от евклидовой характеризует меры несовместности локальных деформаций и, соответственно, источники собственных напряжений. Развит формализм постановки и анализа начально-краевых задач для массивных деформируемых астрофизических объектов в рамках ОТО. В качестве приложения теории рассмотрена задача об эволюции напряженного состояния аккретирующей оболочки нейтронной звезды.

   • 
     Формализация процесса аккреции нейтронной
     звезды как семейства вложенных
     материально-неоднородных тел
   • 
     Радиальное распределение компонент
     метрического тензора в окрестности
     аккретирующей нейтронной звезды
   1. Lychev S.A., Koifman K.G., Pivovaroff N.A. Configurations and Deformations in Relativistic Elasticity // Lobachevskii J. Math. 2024. Vol. 45. No. 5. P. 2342-2362. DOI: 10.1134/S1995080224602613
   2. Lychev S., Koifman K. Geometry of Incompatible Deformations: Differential Geometry in Continuum Mechanics. De Gruyter, 2019. xx+388 p. DOI: 10.1515/9783110563214
   3. Lychev S.A., Koifman K.G. Contorsion of Material Connection in Growing Solids // Lobachevskii J. Math. 2021. Vol. 42. No. 8. P. 1852-1875. DOI: 10.1134/S1995080221080187
   4. Lychev S., Koifman K. Nonlinear evolutionary problem for a laminated inhomogeneous spherical shell // Acta Mech. 2019. Vol. 230. No. 11. P. 3989-4020. DOI: 10.1007/s00707-019-02399-7

Из истории лаборатории

Лаборатория механики технологических процессов образована в январе 2018 года. Основной штат составили сотрудники лаборатории механики прочности и разрушения материалов и конструкций, которую долгое время возглавлял член-корр. РАН Р.В. Гольдштейн. Заведующим лаборатории механики технологических процессов стал д.ф.-м.н. Д.С. Лисовенко.

• 
  Дмитрий Сергеевич
  Лисовенко,
  зав.лаб. 2018–наст.вр.
• 
  Сотрудники лаборатории (2022 г.)
  Стоят: Ченцов А.В., Волков М.А., Лисовенко Д.С., Гандилян Д.В.
  Сидят: Лямина Е.А., Городцов В.А., Антропова Ю.Л.
• 
  2023 г. Простомолотов А.И., Верезуб Н.А.

Информация на февраль 2025 г.