ЛАБОРАТОРИЯ ФИЗИКИ РАЗРУШЕНИЯ
Заведующий лабораторией
Ю.И. Мещеряков
д.ф.-м.н., проф.
Контакты
Тел. (812) 321-4765, Факс (812) 321-4771
Е-мэйл: ym38@mail.ru
Адрес
Институт проблем машиноведения РАН
В.О., Большой 61, 199178, Санкт-Петербург
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
Ю.А. Петров — ведущий инженер
Основные научные направления лаборатории
- Распространение ударных волн в твердом теле.
- Экспериментальное и теоретическое исследование процессов динамического
деформирования и разрушения материалов.
- Исследование процессов фазовых превращений в твердом теле при
ударном нагружении.
- Структурные исследования материалов, подвергнутых высокоскоростному
нагружению.
Основные научные и практические достижения
- Разработаны теоретические модели распространения волн в твердом теле.
-
Проведены испытания и составлен банк данных по откольному разрушению
серии отечественных и зарубежных материалов.
- Разработаны методы измерения дисперсии скорости смещения частиц среды на
мезоскопическом масштабном уровне.
-
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.
-
Разработан метод определения параметров сопротивляемости материала высоскоростному 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.
-
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.
-
Обнаружено и детально исследовано методами рентгено-структурного
анализа индуцируемое ударным нагружением (β ↔ ω) фазовое превращение
в (α+β) 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.
-
Проведены исследования ударно-волнового поведения и динамической прочности следующих материалов:
1. Броневые стали разных марок, включая зарубежные.
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.
Имеющееся научное оборудование.
-
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.
-
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.
-
Комплекс аппаратуры для измерения скорости звука в исследуемых материала и определения характеристик внутреннего трения.
-
Комплекс приборов для контроля частотных характеристик аппаратуры, используемой для регистрации быстропротекающих процессов в твердом теле.
-
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.
-
Ударные испытания материалов в условиях одноосной деформации (плоского соударения) в диапазоне скоростей деформации 105 – 107 с-1.
Данный тип испытаний позволяет определить следующие характеристики материалов:
1) Динамический предел текучести в диапазоне скоростей деформации 105 – 107 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.
-
Ударные испытания материалов в условиях одноосного напряженного состояния в диапазоне скоростей деформации 104 – 105 с-1 (ударное нагружение стержневых образцов).
Данный тип испытаний позволяет определять:
1) Динамический предел текучести в диапазоне скоростей деформации 104 – 105 с-1.
2) Динамическую диаграмму σ - ε в диапазоне скоростей деформации 104 – 105 с-1.
-
Ударные испытания по методу Тейлора (соударение стержневого образца с жесткой наковальней).
Данный тип испытаний позволяет определять:
1) Динамический предел текучести в диапазоне скоростей деформации 104 – 106 с-1.
2) Динамическую диаграмму σ - ε в диапазоне скоростей деформации 104 – 106 с-1.
Международное сотрудничество.
- Контракт : Material Support Agreement Number B-319757 октябрь 1995 г. –
июль 1998 г. Университет Калифорнии в Сан-Фрациско и Ливерморская
Национальная Лаборатория (LLNL) (США).
-
Контракт: № DAAZ01-96-M-0141, 1996 – 1997 гг.
Исследовательская Лаборатория ARL (США).
-
Контракт: № DAAL01-98-P-0796, 1998 – 1999гг.
Исследовательская Лаборатория ARL (США).
-
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.
-
Международный Грант INTAS 96-2141 , January 1998 – October 2000.
Университет г. Мец (Франция)
Основные публикации по теме
(всего более 200)
- Ю.И. Мещеряков. Статистическая модель формирования откольной поверхности и критерий разрушения. // Поверхность. Cер. физика, химия, механика. 1988. № 3. C.101-111.
- 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,
- Б.К. Барахтин, Ю.И. Мещеряков, Г.Г. Савенков. Динамические и фрактальные свойства стали СП-28 в условиях высокоскоростного нагружения. // Журнал технической физики. 1997,T. 68, № 10. C. 43-49.
- Yu.I. Mescheryakov E.I. Prokuratova Kinetic theory of continuously distributed dislocations. // International Journal of Solids and Structures . 1995. Vol. 32, No 12.
- Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov. Multiscale kinetics of microstructure and strain-rate dependence of materials. // Dymat Journal. 1994.Vol.1, № 4. Р. 271-277.
- 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.
- А. Хантулева, Ю.И. Мещеряков. Анализ процессов образования мезоскопических структур в задачях проникания и откола. // Химическая физика. 1999, т. 18, № 10.
- 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.
- Т.А. Хантулева, Ю.И. Мещеряков . Кинетика и нелокальная гидродинамика формирования мезоструктуры в динамически деформируемых средах. Физическая мезомеханика. 1999. Том.2. C. 5- 17.
- Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov, N.I. Zhigacheva. Shock-induced phase transformation and vortex instabilities in shock-loaded titanium alloy. Inernational Journal of Shock Waves. 2000. Vol.10, No 1. P.43-56.
- 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, № 5. C. 87-90.
- 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.
- Ю.И.Мещеряков. Флуктуативное затухание волн в твердом теле. // Химическая физика. 2000. том.19, № 2. C. 44-50.
- 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.
- 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.
- Ю.И. Мещеряков, Г.Г.Савенков. Осцилляции фронта пластической волны в условиях высокоскоростного нагружения. // ПМТФ. 2001. Т. 42,
№ 6. С. 117-123.
- 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.
- 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.
- Г.Г. Савенков, Ю.И. Мещеряков. Структурная вязкость твердых тел. // Физика горения и взрыва. 2002. т. 38, № 3. C. 113-118.
- 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.
- Yu.I. Mescheryakov. Effect of shock-induced mesoscopic processes on dynamic strength of solids. // Journ. de physic (France) 2003. Vol.110. P. 911-916.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Ю.И. Мещеряков. Кинетическая модель динамики среды. // Химическая физика. 2005. том. 24. № 11. C. 26-35.
- Ю.И. Мещеряков. Динамическая прочность и пластичность структурно-неоднородных материалов. // Физическая мезомеханика. 2005. Том. 8. № 6, C. 5-21.
- Ю.И. Мещеряков. Об эволюционном и катастрофическом режимах энергообмена в динамически нагружаемых средах. // Известия РАН, серия физическая. 2006. Т. 70, № 9, С.1328-1330.
- 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. № 12. С.57-63.
- Ю.И. Мещеряков, А.К. Диваков, Н.И. Жигачева, М.М. Мышляев. Влияние размера зерна на макроскопичесий отклик алюминия на ударное нагружение. // Прикладая механика и техническая физика. 2007. Том.48, № 6. С.135-146.
- 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. № 5. С.63-69.
- Yu.I. Mescheryakov, A.K. Divakov, N.I. Zhigacheva I.P. Makarevich, Б.К. Барахтин. Dynamic structures in shock loaded copper. // Physical Review.B 2008. Vol. 78, No 1. P. 064301-064316.
- А.К. Диваков, Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, Б.К. Барахтин, W.A. Gooch. Откольная прочность титановых сплавов. // Физическая мезомеханика. 2009. Том. 12. № 6, Р. 41-52.
- 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, № 1. С.8-31.
- 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.
- 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, № 2, С. 99-111.
- 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, № 2, C. 1-4. DOI: 10.7868/S0869565214260107
- Т.А. Хантулева, Ю.И. Мещеряков. (2015). Неравновесные процессы в конденсированных средах. Часть 2. Структурная неустойчивость, инициированная ударным нагружением. Физичесая мезомеханика.- Т.18,- № 1,- С. 14-22.
- Yu.I. Meshcheryakov, T.A. Khantuleva. (2015). Nonlocal mechanics of nonequilibrium shock-wave processes. Material Physics and Mechanics.- No 2. - Р.136-156.
- 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.
- 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
- 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. № 5 (327). С. 195-203., DOI: 10.1134/S0021894414050198
- 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.
- Khantuleva T.A., Meshcheryakov Yu.I. 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