ЛАБОРАТОРИЯ ФИЗИКИ РАЗРУШЕНИЯ

 

Заведующий лабораторией:

Мещеряков Юрий Иванович, доктор физ.-мат. наук, профессор

Заслуженный деятель науки РФ

 Контакты:

Раб. тел. (812) 321-47-65, Факс. (812) 321-47-65

Моб. тел. +7-931-339-8590.  E-mail: ym38@mail.ru

Адрес:   В.О. Большой проспект, д.61, Санкт-Петербург, 199178, Россия

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Сотрудники лаборатории:

 

С.А. Атрошенко  -  ведущий научный сотрудник,  д. ф.-м.н., проф.                     

Н.И. Жигачева -     старший научный сотрудник, к.т.н.                                                       

А.К. Диваков -       старший научный сотрудник.

Г.В. Коновалов -  мл.  научный сотрудник.                                                           

 

  1. Основные научные направления лаборатории.

 

 1.1.   Теория распространения ударных волн в твердом теле.

1.2.    Экспериментальное и теоретическое исследование процессов динамического

           деформирования и разрушения  материалов.

1.3.    Исследование процессов фазовых превращений в твердом теле при

          ударном нагружении.

1.4.    Структурные исследования материалов, подвергнутых высокоскоростному 

          нагружению.

 

2.     Основные научные и практические достижения.

 

2.1. Разработаны теоретические модели распространения волн в твердом теле.

2.2. Проведены испытания и составлен банк данных по откольному разрушению

        серии отечественных и зарубежных материалов.

2.3.  Разработаны методы измерения  дисперсии скорости смещения частиц среды на

       мезоскопическом масштабном уровне.

2.4.      Экспериментально и теоретически исследованы процессы энергообмена  между

       структурными уровнями в условиях  высокоскоростного деформирования

       Разработаны критерии динамического разрушения материалов с учетом

       энергообмена  между структурными уровнями, скорости деформации и

        кинетики  структуры на мезоскопическом масштабном уровне.

2.5. Разработан метод определения параметров сопротивляемости материала высокоскоростному прониканию ударника в преграду в модели Алексеевского-Тэйта. Все характеристики    в модели Алексеевского-Тэйта определяются на основе испытаний материала по методике, разработанной в Лаборатории Физики разрушения ИПМаш РАН.

2.6. Получен критерий перехода материала в структурно-неустойчивое состояние, вызванное ударным нагружением. Все параметры, входящие в аналитическое выражение для  порога структурной неустойчивости определяются по разработанной в лаборатории методике путем регистрации временных характеристик ударно-волнового отклика материала в реальном масштабе времени с высокой степенью временного (< 1 нс) и пространственного ( 50-60 мкм) разрешения.

2.7. Обнаружено и детально исследовано  методами рентгено-структурного 

         анализа  индуцируемое ударным нагружением фазовое превращение

         в   титановых сплавах и его связь с откольной прочностью титана.

         Для большой серии отечественных и зарубежных образцов исследована

          взаимосвязь    динамической  (откольной) прочности титановых сплавов с

          кинетикой  фазовых  превращений при ударном нагружении.

2.8. Проведены исследования ударно-волнового поведения и динамической прочности следующих материалов:

1. Броневые стали разных марок.

2. Мартенситно-стареющие стали различных марок.

3. Титановые сплавы ВТ-6, ВТ-3-1, ВТ-14, ВТ-16, ВТ-20, ВТ-22, ВТ-23, Ti-6Al-4V.

4. Алюминиевые сплавы различных марок: ВТ-95, Д16, АМг-6, Д-16-чат, Ал. 1420 и др.

5. Бериллий.

6. Чугуны различных марок, включая зарубежные

7. Азотосодержащие стали.

8. Трубные стали различных марок.

9. Алюминий  1420 в нано- и микро-кристаллическом состоянии после РКУП технологии.

10. Кварцевое стекло.

11. Габродиабаз.

По всем перечисленным испытаниям имеются Отчеты с результатами  исследований.

 

2. В рамках международных грантов "Интас" и "Фольксваген" проведены

         детальные экспериментальные  и структурные исследования процессов

         зарождения и  распространения трещин в условиях высокоскоростного

         нагружения  конструкционных материалов.

 

3.     Имеющееся научное оборудование.

 

3.1.Установки для ударного нагружения материалов

а). Легкогазовая пушка калибра 30мм.  Максимальная скорость ударника весом 50 г - 600 м/с

б). Легкогазовая пушка калибра 34 мм  Максимальная скорость ударника весом 50 г - 1000 м/с.

Все испытания материалов проводятся в условиях вакуумной откачки.

 

3.2.Двухканальные лазерные интерферометры для регистрации волновых процессов в динамически нагружаемых твердотельных средах.

а). Двухчастотные лазеры ЛГН-302.

б). Интерферометрические столы с комплексом оптических элементов схемы интерферометра, фотоэлектронных умножителей  и осциллографов для регистрации быстропротекающих процессов.

в) Схемы и приборы для регистрации скорости полета ударника.

3.3. Комплекс аппаратуры  для измерения скорости звука в исследуемых материала и определения характеристик внутреннего трения.

3.4. Комплекс приборов  для контроля частотных характеристик  аппаратуры, используемой для регистрации быстропротекающих процессов в твердом теле.

 

3.5. Приборы для структурных исследований материалов.

а). Оптический микроскоп Карл-Цeйс  "Neophot-32".

б).Оптический микроскоп Карл-Цейс    "Axio-Observer- Z".

в). Макротвердомер.

г). Микротвердомер.

д). Вытяжной шкаф для травления образцов при микроструктурных исследованиях.

е). Вакуумный пост для напыления отражающих покрытий на исследуемые образцы.

 

Методические разработки лаборатории.

 

4.1. Ударные испытания материалов в условиях одноосной деформации (плоского соударения)  в диапазоне скоростей деформации 10 5 - 10 7 с -1.

 Данный тип испытаний позволяет определить следующие характеристики материалов:

1). Динамический предел текучести в диапазоне скоростей деформации10 5 - 10 7 с -1.

2). Порог структурной устойчивости на ударное сжатие как характеристику начала структурной перестройки материала (фрагментации и др.), инициированной ударным нагружением.

3). Откольную прочность материала как характеристику динамической прочности на растяжение.

4). Динамическую диаграмму σ - ε .

5). Вариацию массовой скорости на мезоскопическом масштабном уровне как характеристику  (а) исходной гетерогенности материала  и  (б) гетерогенности, инициированной ударным нагружением.

6). Дефект массовой скорости как характеристику затрат энергии  и количества движения (импульса) на фрагментацию и разрушение материала при ударном нагружении.

 

4.2. Ударные испытания материалов в условиях одноосного напряженного состояния в диапазоне скоростей деформации 10 4 - 10 5 с -1 (ударное нагружение стержневых образцов).

Данный тип испытаний позволяет определять:

 1.Динамический предел текучести в диапазоне скоростей деформации10 4 - 10 5 с -1.

 2. Динамическую диаграмму σ - ε . в диапазоне скоростей деформации 10 4 - 10 5 с -1

 

4.3. Ударные испытания по методу Тейлора (соударение стержневого образца с жесткой наковальней).

Данный тип испытаний позволяет определять:

 1.Динамический предел текучести в диапазоне скоростей деформации10 4 - 10 6 с -1.

 2. Динамическую диаграмму σ - ε . в диапазоне скоростей деформации 10 4 - 10 6 с -1

 

 

5.     Международное сотрудничество.

1. Контракт :       Material Support Agreement Number B-319757 октябрь 1995 г.-

    июль 1998 г.  Университет Калифорнии в Сан-Франциско и Ливерморская

     Национальная Лаборатория (LLNL) (США)

      2.  Контракт:  N  DAAZ01-96-M-0141,    1996 - 1997 гг.

           Исследовательская Лаборатория  ARL (США).

      3.  Контракт:   N  DAAL01-98-P-0796,  1998 -1999гг.

           Исследовательская Лаборатория  ARL (США). 

     4.  Международный Грант "Фольксваген": VW Research Project I-74645, 1999-2000

           Institute of  Physical Metallurgy at the Freiberg University of Mining and

          Technology,  г. Фрайберг, Германия.

     5.  Международный Грант   INTAS 96-2141 , January 1998- October 2000.

            Университет   г. Мец  (Франция)

 

 

Публикации последних лет.

 

1. Ю.И. Мещеряков. Статистическая модель формирования откольной поверхности и критерий разрушения. //  Поверхность .Cер. физика,   химия, механика. 1988. N 3. C.101-111.

2. Yu.I. Mescheryakov and S.A. Atroshenko. Multiscale rotations in dynamically deformed solids.  // Int. Journal of Solids and Structures.  1992. Vol. 29, No 22. P. 2761-2778,

3. Б.К. Барахтин, Ю.И. Мещеряков, Г.Г. Савенков. Динамические и фрактальные свойства стали СП-28 в условиях высокоскоростного нагружения.  // Журнал техничнеской физики. 1997,T. 68, N 10. C. 43-49.

4. Yu.I. Mescheryakov E.I. Prokuratova  Kinetic theory of  continuously distributed dislocations. //  International Journal of Solids and Structures . 1995. Vol. 32,  No 12.

5. Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov. Multiscale kinetics of microstructure and strain-rate dependence of materials. // Dymat Journal. 1994.Vol.1, N 4. Р. 271-277.

6. T.A. Khantuleva ,Yu.I. Mescheryakov. Nonlocal theory of the high-strain-rate processes in  structured media. //  International Journal of Solids  and Structures, 1999. Vol.36. P.3105- 3129.

8. .А. Хантулева, Ю.И. Мещеряков. Анализ процессов образования мезоскопических структур  в задачях   проникания и откола. //   Химическая физика. 1999, т. 18,  N 10.

9. Yu.I. Mescheryakov. Mesoscopic effects and particle velocity distribution in shock  compressed solids. "Shock Compression of Condenced Matter-1999". Ed. by M.D.  Furnish, L.C. Chhabildas and R.S. Nixon. AIP- Proceeding 505, Melville, New York,  1999.  Р. 1065-1070.

10 Т.А. Хантулева, Ю.И. Мещеряков . Кинетика и нелокальная гидродинамика формирования мезоструктуры в динамически   деформируемых средах. Физическая мезомеханика. 1999. Том.2. C. 5- 17.    

11.  Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov, N.I. Zhigacheva. Shock-induced phase transformation and vortex instabilities in shock-loaded titanium alloy. International Journal of Shock Waves. 2000. Vol.10, No 1. P.43-56.

12. Ю.И. Мещеряков, A.K. Диваков, Н.И. Жигачева, Ю.А. Петров. Откольная прочность и фазовые превращения в сплавах титана при ударном нагружении. // Физика металлов и металловедение. 1999, N 5. C. 87-90.

13.  Yu.I. Mescheryakov. Mesoscopic effects and particle velocity distribution in shock  compressed solids. // In: "Shock Compression of Condenced Matter-1999". Ed. by M.D.  Furnish, L.C. Chhabildas and R.S. Nixon. AIP- Proceeding 505, Melville, New York,  1999. P.1065-1070.

14. Ю.И. Мещеряков. Флуктуативное затухание волн в твердом теле. // Химическая физика.  2000. том.19,  N  2.  C. 44-50.

15. Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov, N.I. Zhigacheva. Role of mesostructure effects in dynamic plasticity and strength of ductile steels. // Materials Physics and Mechanics.  2001. Vol. 3. P. 63-100.

15. Yu.I. Meshcheryakov, A.K. Divakov. Affect of shock-induced phase transformations on dynamic strength of titanium alloys. // International Journal of Impact Engineering. 2001. Vol. 26. P. 497-508.

16. Ю.И. Мещеряков, Г.Г.Савенков. Осцилляции фронта пластической волны в условиях  высокоскоростного нагружения.  // ПМТФ. 2001. Т. 42,

N 6. С. 117-123.

17. Yu.I. Mescheryakov. Macro-meso energy exchange in dynamically deformed steels. // In: "Shock Compression of Condensed Matter-2001". Ed. M.D. Furnish, N.N. Thadhani, and Y-Y. Horie. 2002. APS. Proceedings P. 267-270.

18. Yu.I. Mescheryakov. Meso-macro energy exchange in shock deformed compression of solids VI.  // In: "High-Pressure shock and fractured solids.   Springer, 2002, P.169-213.

19. Г.Г. Савенков, Ю.И. Мещеряков. Структурная вязкость твердых тел. // Физика горения и взрыва. 2002.    т. 38,  N 3. C. 113-118.

20. Yu.I. Mescheryakov, T.A. Khantuleva, A.K.Divakov. Kinetics of mesostructure  and reloading behavior   of dynamically compressed solid // Journal de physic.  IV (France). Vol. 110.  2003.  P. 905-910.

21. Yu.I. Mescheryakov. Effect of shock-induced mesoscopic processes on dynamic strength of solids. //  Journ. de   physic (France) 2003. Vol.110. P. 911-916.

22.  Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov, Yu .A. Petrov, C.F.Cline. On the dynamic plasticity and strength of   polycrystalline beryllium. // Int. Journ Solids and Structures. 2004. V. 30, pp 17-29.

23.  Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov. Shock-induced mesoscopic processes and  dynamic strength of materials. // In: "Shock  Compression of Condensed Matter- 2003". Ed. by   M.D. Furnish,   Y.M Gupta, and J.W. Forbes,   American Institute of  Physics    Melville, New York,  2004.  P.587-591.

24. A.K. Divakov, T.A. Khantuleva, Yu.I. Mescheryakov. Kinetics of  mesostructure and reloading behavior of     dynamically compressed  solids. // In: "Shock Compression of Condensed Matter- 2003". Ed. by M.D. Furnish, Y.M Gupta, and J.W. Forbes, American Institute  of  Physics.  Melville, New York, 2004.  P. 587-591.

25. Yu.I. Mescheryakov, N.I. Zhigacheva, A.K. Divakov, Yu. A. Petrov, C.F. Cline. Comparative analysis of  uniaxial strain shock tests of    maraging steels. // High Pressure Research . 2004. Vol. 24.  P. 263-270.

26. Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov, N.I. Zhigacheva. Shock-induced structural transitions and dynamic   strength of solids. //  Int. Journ Solids and Structures. 2004. V. 41. P. 2349-2362.

27. Ю.И. Мещеряков. Кинетическая модель динамики среды. //  Химическая физика.  2005. том. 24. N 11.  C. 26-35.

28.  Ю.И. Мещеряков. Динамическая прочность и пластичность структурно-неоднородных материалов.  // Физическая мезомеханика. 2005. Том. 8.  N 6, C. 5-21.

29. Ю.И. Мещеряков. Об эволюционном и катастрофическом режимах энергообмена в динамически     нагружаемых средах. // Известия РАН, серия физическая.  2006. Т. 70,  N 9,  С.1328-1330.

30. Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, А.К. Диваков, И.П. Макаревич, Б.К. Барахтин. Турбулентность и диссипативные структуры  в ударно-нагружаемой меди. //  Химическая физика, 2007. Том.26.  N 12. С.57-63.

31. Ю.И. Мещеряков, А.К. Диваков, Н.И. Жигачева, М.М. Мышляев. Влияние размера зерна на макроскопический отклик алюминия на ударное нагружение. // Прикладная механика и техническая физика. 2007. Том.48, N 6. С.135-146.

32. Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, А.К. Диваков, И.П. Макаревич, Б.К. Барахтин. Диссипативные структуры  в ударно-деформируемой меди.// Физическая мезомеханика. 2007. Том.10. N 5. С.63-69.

33. Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov, N.I. Zhigacheva I.P. Makarevich, Б.К. Барахтин. Dynamic structures in shock loaded copper. // Physical Review 2008. Vol. 78, No 1. P. 064301-064316.

34. А.К. Диваков, Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, Б.К. Барахтин, W.A. Gooch. Откольная прочность титановых сплавов. // Физическая мезомеханика.  2009. Том. 12. N 6, Р. 41-52.

35.  В.Г. Морозов, С.А. Савельев, Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, Б.К. Барахтин. Вихревая модель упруго-пластического течения при ударном нагружении. // Физика и механика материалов. 2009. Том. 8,  N 1. С.8-31.

36. Б.К. Барахтин, Ю.И. Мещеряков, Г.Г. Савенков. Статистические характеристики множественного разрушения металлических мишеней при динамическом нагружении и их   связь с механическими параметрами материалов. 2010. ЖТФ. Том 80, вып. 1. С. 79-84.
37. Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, А.К. Диваков, И.П. Макаревич, Б.К. Барахтин. Переход  металлов в структурно-неустойчивое состояние при ударно-волновом нагружении.   ПМТФ. 2010, Том 51,  вып.5, с. 132-146.

38. Г.Г. Савенков, Б.К. Барахтин, Ю.И. Мещеряков. Влияние структурной неоднородности среды     на проникание кумулятивных струй и удлиненных ударников. ЖТФ. 2010, Том.80, вып.10, с 136-141.

39. Ю.И. Мещеряков, А.К. Диваков, Н.И. Жигачева, И.П. Макаревич, С.Ю. Мушникова, Г.Ю.Калинин. Механизмы микро-макро энергообмена и динамическая прочность твердых тел. //     Письма в ЖТФ. 2010, Том.36, N 31, с.54-56.

40. Ю.И. Мещеряков. Роль мезо-макро энерообмена в распространении стационарных     пластических волн. // Физическая мезомеханика. 2010. Том.13, N 3. с. 15-20.

41. Ю.И. Мещеряков, А.К. Диваков, С.А. Атрошенко, Н.С. Наумова. Ю.И. Влияние скоростной неоднородности на динамическую рекристаллизацию металлов в ударных    волнах. Письма в ЖТФ. 2010.

42. Ю.И. Мещеряков, Г.Г. Савенков. Сопротивление среды при высокоскоростном проникании    удлиненных ударников и кумулятивных струй. Физика горения и взрыва. 2010,том 46, N 6,     с. 125-129.

43. Ю.И. Мещеряков, A.K. Диваков, Н.И. Жигачева, Б.К. Барахтин. Пороговые режимы и микромеханизмы динамического деформирования. Физика и механика материалов. Том 11, N 1, сс. 23-59 (2011).

44.  Meshcheryakov Yu.I, A.K. Divakov, N.I. Zhigacheva, B.K. Barakhtin. Regimes of interscale momentum exchange in shock deformed solids. Intern. Journ of Impact Engineering. 2013. V.57. Pp. 99-107.

45.             Yury Meshcheryakov , Alexandre Divakov, Natali Zhigacheva, Boris Barakhtin. (2014). Multiscale Deformation and Dynamic Recrystallization in Shock Deformed Aluminum Alloy. - Materials Science Forum Vol. 794-796 pp. 815-820 ©  Trans Tech Publications, Switzerland. DOI 10.4028/www.scientific.net/MSF794-796,815.

46.             Ю.И. Мещеряков, А.К. Диваков, Н.И. Жигачева, Г.В. Коновалов  Б.К. Барахтин, Г.Ю. Калинин, О.В. Фомина. (2014).  Динамическая прочность азотосодержащей стали. - Физика и механика материалов, Том 21, N 2, С. 99-111.

47.            Д.А. Индейцев, Ю.И. Мещеряков, А.Ю. Кучмин, Д.С. Вавилов. (2014). Многомасштабная модель распространения стационарных упруго-пластических волн.- Доклады Академии наук. Том 458, N 2, C. 1-4.  DOI: 10.7868/S0869565214260107

48.  Т.А. Хантулева, Ю.И. Мещеряков. (2015). Неравновесные процессы в конденсированных средах. Часть 2. Структурная неустойчивость, инициированная ударным нагружением.   Физическая мезомеханика.- Т.18,- N 1,- С. 14-22.

49.  Yu.I. Meshcheryakov, T.A. Khantuleva. (2015). Nonlocal mechanics of nonequilibrium shock-wave processes. Material Physics and Mechanics.- No 2. - Р.136-156.

50.  Yu. I. Meshcheryakov , N.I. Zhigacheva, A. K.  Divakov,  G.V. Konovalov, B.K. Barakhtin, S.V. Rasorenov,  O.V. Vyvenko, A.S. Bondarenko, I.V. Khomkaya. (2015).  Shock-induced structures in copper. - Material Physics and Mechanics. - Vol. 24. - P. 347-358.

51.            D.A. Indeitzev, Yu.I. Meshcheryakov, A.YU. Kuchmin, D.A. Vaviliv. (2015). Multi-scale modelof steady wave shock in medium with relaxation. Acta Mechanica.- Vol. 226 Issue 3, pp. 917-930. DOI: 10.1007/S00707-014-1231-0

52.             Г.Г. Савенков., Ю.И. Мещеряков, Б.К. Барахтин., Н.В. Лебедева.  Механизмы деформации и разрушения и структурные изменения крупнокристаллической меди в условиях ударно-волнового нагружения. (2014). Прикладная механика и техническая физика. Т. 55. N 5 (327). С. 195-203., DOI: 10.1134/S0021894414050198

53.             Yu.I. Meshcheryakov, A.K. Divakov,  H.I.  Zhigacheva., G.V. Konovalov,  B.K. Barakhtin G.Yu. Kalinin., S.Yu.  Mushnikova, O.V. Fomina.  Shock-wave behavior of structural nitrogen-bearing steel after heat treatment under various conditions. (2014),  Russian Metallurgy. Pleiades Publishing, Ltd. Vol. 2. No 10. P.826-831. DOI:0.1134/S0036029514100085.10.

54.            Meshcheryakov Yu.I , Khantuleva T.A. Nonequilibrium processes incondenced media. Part 1. Experimental studies. In light of nonlocal tranport theory. (2015). Physical Mesomechanics. Pleiades Publishing, Ltd. Vol.: 18. No 3.  P.  228-243. DOI:10.1134/S1029959915030078.

55.            Т.А. Хантулева, Ю.И. Мещеряков. О неустойчивости пластического течения на мезоуровне при высокоскоростном деформировании твердого тела. // Физическая мезомеханика.  2016 Т.19. N 4. Сс.5-13.

56.            Alexandre Divakov, Yurii Meshcheryakov, N.M. Silnikov. Shock-induced structural instability and dynamic strength of metals // Proceedings of 21-st European Conference of Fracture, ECF21, 20-24 June 2016, Catania, Italy,  pp. 460-467.

57.            Meshcheryakov Yu.I. Particle velocity non-uniformity and steady-wave propagation  // Intern. J. of Shock Waves, Detonation and Explosives. 2016. V. 26. No 2 DOI 10.197/s00193-016-0659-7.

58.            Yurii Meshcheryakov, Alexandre Divakov, Natali Zhigacheva, Grigorii Konovalov. // Shock-induced structural instability and dynamic strength of brittle materials. // Proceedings of 21-st European Conference of Fracture, ECF21, 20-24 June 2016, Catania, Italy,  pp. 468-472.