Мезомеханика процессов ударно-волнового деформирования и разрушения 

 П.В. Макаров  (Томск)

Эксперименты и теоретические исследования последних десяти лет убедительно показали, что макроскопическая усредненная деформация и последующее разрушение всех без исключения материалов не могут быть описаны только на основе микроскопических механизмов. Фактически, макроскопический отклик материалов на нагружение есть процесс самоорганизации всей иерархии внутренней структуры. Разрушение материала при таком рассмотрении является завершающим этапом эволюции внутренней структуры материала, когда все деформационные каналы диссипации подводимой к материалу энергии исчерпаны и остается один – развитие повреждений разных масштабов и макроскопическое разрушение. В этом контексте создание иерархических моделей деформации и разрушения материалов представляется наиболее перспективным путем разработки адекватной теории пластичности и разрушения (как завершающего этапа) нагруженных материалов.

Ключевое значение при таком подходе играет мезоскопический уровень. Объектом изучения на нем является мезообъем нагружаемого материала. Поведение всех его локальных частиц определяется развитием микроскопических механизмов на микроуровне, а усредненное поведение представительного мезообъема эквивалентно поведению материала в целом при аналогичном способе нагружения. Следовательно, представительный мезообъем является макрочастицей нагружаемой сплошной среды в традиционном понимании. Все значимые для исследуемого процесса элементы внутреннего строения вводятся в рассмотрение явно. Особое место в зарождении и развитии локализованной пластической деформации играют поверхности и внутренние границы раздела различной физической природы (например, границы зерен, разных фаз и т.д.).

В обзоре представлены результаты моделирования зарождения и развития полос локализованного сдвига на свободных поверхностях кристаллов и границах зерен. Рассмотрены простейшие модели развития поворотов фрагментов структуры, когда активных систем скольжения недостаточно для деформационной аккомодации, обеспечивающей сплошность нагружаемой среды, и развитие поворотных мод деформации обеспечивает необходимую дополнительную аккомодацию. Применение развитого подхода к ударноволновому нагружению поликристаллических материалов позволило выявить тонкую структуру волновых фронтов, развитие во фронтах вихревого движения и формирование полос локализованной деформации мезоскопических масштабов, в которых пластическая деформация может в десятки раз превышать средние макроскопические значения. Особое значение подобные модели имеют при моделировании разрушения.